Maya軟件在籃球技術中的三維動畫制作研究

丁廣鵬

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Maya軟件在籃球技術中的三維動畫制作研究

丁廣鵬

運用文獻資料、軟件工程等方法，將常態的籃球技術結合Maya軟件以三維動畫的形式制作，摒棄傳統的幻燈、錄像等電化式手段。結論：利用Maya軟件制作關于籃球技術的三維動畫，益于在教學與訓練中觀察與模仿，并誘導影響學習者的思維方式，實現掌握籃球技術過程由“分解”到“整體”、由“形”到“意”，最終推動籃球教學與訓練改革進一步朝現代化、科學化發展。

Maya；籃球技術；三維動畫

編號：1007—6891（2016）03—0064—04四川體育科學2016年（第35卷）第3期SICHUAN SPORTS SCIENCE Vol.35，No.3，2016 DOI：10.13932/j.cnki.sctykx.2016.03.16

2015年第28屆男籃亞錦賽中國隊重回亞洲巔峰，同時獲得里約奧運會入場券資格之后，中國籃球要躋身世界籃球第2集團的行列，就必須放棄以主觀和經驗為主的傳統式教學與訓練方法，需利用引領當代的先進技術作為推動籃球發展的輔助手段。將先進的Maya軟件合理地運用在與籃球技術的結合上，充分顯示三維動畫在籃球領域中的發展空間和價值。本文以籃球教程的相關內容為參照，旨在建立與完善籃球技術三維動畫成品的相關數據庫，規范籃球技術教學與訓練內容，提出以三維動畫模擬的籃球教學訓練法彌補傳統講解與示范法的局限與不足，從而總結三維動畫技術在籃球技術方面的價值，尋求Maya應用的突破口。

1　研究對象與方法

1.1研究對象

以《球類運動—籃球》（2009年，高等教育出版社）中的籃球場地與設備規格、籃球技術等為研究對象。

1.2研究方法

1.2.1文獻資料法通過在陜西師范大學圖書館、西安體育學院圖書館、伊犁師范學院圖書館共查閱《火星時代》、《Maya教程》等書籍10余本；在中國知網以關鍵詞“Maya”、“籃球技術”、“三維動畫”等檢索相關學術期刊20余篇，為本研究提供理論依據。

1.2.2邏輯分析法三維動畫藝術輔助設計已經成為了籃球運動的一種普遍的表現形式，本研究通過Maya軟件對籃球技術的制作進行反復揣摩，尋求籃球技術三維動畫制作的特點。

1.2.3軟件工程法運用Maya2009（32位）軟件。

2　結果與分析

2.1基于Maya制作的軟硬件配置

2.1.1軟件配置Maya是由1998年Alias、Wavefront公司正式推出了一款專門制作人物角色動畫的三維軟件，目前已發展到Maya2015版本。本研究使用的Maya2009軟件以（32位）為標準，亦有中文破解版，其強大的三維制作功能，如虛擬人物骨骼建模、紋理表皮材質程序、賦予虛擬單純骨骼連接運動的能力等。

2.1.2硬件配置三維動畫制作過程對硬件要求較高，Maya2009（32位）軟件運行配置：Microsoft Windows XP （Service Pack2或更高的版本）、Vista、Window 7、以及Fedora等平臺之上，CPU處理器intel酷睿i5，CPU頻率3.6GHz，最好為4核以上，工作功率125W，硬盤容量500GB，總線接口PCI Express 3.0，加強對圖像、數據的處理能力。

2.2籃球技術的三維動畫制作過程

2.2.1三維虛擬籃球場館的構建根據高等教育出版社《球類運動—籃球（2009）》第20章籃球場地與設備規定，場地規格如下：長（Length）為28000mm、寬（Widht）為15000mm，線條寬度為50mm（所有尺寸均為凈尺寸），任何障礙物包括在球隊席就座的人員距比賽場地應至少2m，這是三維場館建模的基本依據。

第1步將Mya建模方式改為Polygons多邊形模式，在top視圖中利用Cube工具創建一個比例、大小與室內籃球場館規格（Length：40000mm、Widht：28000mm、Height：7000mm）一致的模型。點擊菜單欄“Edit Mesh”→“Insert Edge Loop Tool”分別確定出門、窗及籃球場標準尺寸的位置與大小，在“Face面級別”下通過工具欄中“Extrude”擠出命令擠出門窗的尺寸厚度及籃球場地的模型。

第2步在籃球場看臺的制作中，創建長、寬、高為5個段數的模型，按住Shift鍵在“面級別”從下至上逐一Delete被加選過的每個臺階的模型，通過Bridge橋接命令將刪除過的空間封閉。點擊Plane任意創建一個面片，在“邊”級別下“Extrude”擠出一個籃球座椅的靠背造型，利用Bevel命令進行切角，使籃球座椅的邊緣從外觀上顯得較為平滑，再使用Tubosmooth光滑功能增加面數，以面數的多少來體現模型表面的光滑和精度，最終達到柔美的效果。

圖1　籃球場館建模

如圖1所示，第3步由于現實亦或虛擬的籃球場館是由門窗、場地、看臺、座椅等共同組成，需要分別Creat a new Layer創建圖層，來對場景中的物體分層管理。例如，在對“門窗”建模之前，首先應當點擊“Creat a new Layer”圖標，將其命名為Layer1或Layer menchuang，待完成的模型依次用圖層來管理及命名，最終完成三維籃球場館的制作，命名為Layer changguan。

2.2.2籃球運動員三維動畫模型的構建籃球運動員在三維動畫中是根據生活映像而創建的虛擬角色的人物縮影。一般在maya人物制作中，應先從頭部開始起型，再對軀干以及肢體進行建模，最后補充著裝（籃球隊服、籃球鞋）、配飾（護腕）、道具（籃球）等。

首先點擊圖標，在Top視圖中創建一個Box，到“點級別”調整Box的大體輪廓，要求與頭部大小相似，然后點擊Edit Mesh→Cut Faces Tool，在Box上進行切線，分別確定人臉五官的位置與大小，人體是對稱結構，所以在建模中只需要建一半的形體，再利用關聯鏡像原理，將另一半完善。

其次五官大體位置確定后，將其作為標準，通過“Extrude”命令擠壓實現籃球運動員脖子與軀干的形體，使用Edit Mesh→Split Polygon Tool加線命令，將線加于肩部、腕部、膝關節、踝關節等部位，增加有效面，緩沖仿真籃球運動員關節的僵直、不靈活等弊端。這樣，籃球人物角色的大體輪廓就完成了（如圖2）。

圖2　籃球運動員建模

2.2.3虛擬籃球運動員的貼圖、燈光貼圖之前的建模均為素模，在此需要對籃球場地及球員進行貼圖，以達到最終真實感。點擊菜單欄中Polyons多邊形→UV Snapshot輸出工具，彈出一個UV輸出設置面板，在面板中隊籃球運動員各個身體部位進行觀察和繪制，在繪制貼圖的過程中，圖層會比較繁瑣，我們通過分組對圖層進行管理，如：繪制Head部貼圖時，可以將整個頭部設置一個組，這個組中包括了Hair、Face、Ears、Nose等圖層。本研究使用的是手繪板貼圖方式（見圖3），能夠快速、準確地繪制出虛擬籃球運動員各個部位的貼圖，最后將繪制好的貼圖保存為Targa格式。

圖3　籃球運動員貼圖

貼圖給予了場景中籃球運動員仿真的外形，為突出場景中所有元素有機的呈現出來，通過燈光實現真實的光影效果。首先在籃球場館燈光照明中，需先關閉maya場景中默認的燈光，點擊工具架中的Rendering功能鍵，再點擊Directional Light平行光，來模擬現實當中的太陽光，箭頭所示的方向就為燈光照射的角度，其次快捷鍵Ctrl+A打開平行光設置面板，將光源放置在采光的位置，燈光的Color顏色調制為暖黃色，如果局部還需要燈光照明，則用Point Light點光源補光，使畫面的虛實、對比、層次，物體之間的關系合理化。

2.2.4三維動畫中籃球技術的綁定制作人體的運動規律主要是由骨骼帶動肌肉來完成的，現實中籃球運動員每一個基本動作都是由骨骼與骨骼之間相繼聯動完成的。在maya制作中，骨骼的主要作用是用來控制角色人物的運動，模擬真實的籃球運動員技術動作，繼聯動完成的。

第1步根據人體的解剖學，根關節有且只能有一個，是骨骼中層次最高的關節，所以從根關節即Hip大轉子處依次創建并命名：Hip大轉子→Knee膝蓋→Ankle腳踝→Foot腳掌→Toe腳趾，同時選擇菜單欄中Skeleton骨骼系統→IK Handle Tool（IK手柄），單擊Hip大轉子→Ankle腳踝及Foot腳掌→Toe腳趾，形成兩條關節鏈（一系列關節及其連接在關節上的骨頭的組合）。

單純的骨骼創建并沒有賦予骨骼連接運動的能力，這些骨骼之間都是孤立、毫無聯系的，要想使三維仿真籃球運動員的籃球技術表現出逼真的動感，就需要對骨骼進行有序的綁定。然后將創建出的骨骼調整至關節部位，使其依附于正確的位置之上，Maya軟件中基于正向動力學原理中的“父子關系”來控制骨骼的運動。即一種控制與被控制的關系，當兩個骨骼形成父子關系后，父物體發生空間上的變化，子物體也會隨著變化。第2步添加IK手柄，將骨骼中父關節的頂端與子關節的末端進行IK鏈接，此時被鏈接的骨骼只能做一些簡單的、有規律的運動。由于籃球技術依靠籃球運動員某處關節參與完成，在maya骨骼的綁定中是利用二維線的運動來驅動和約束骨與骨之間的關節。點擊NURBS Circle圓，將二維線創建在關節以外，在關節參與的技術動作中，通過關鍵幀來約束動作的范圍（見圖4、圖5）。如：籃球技術中的攻守技術等。

圖4　骨骼連接

圖5　籃球技術動作綁定

2.2.5籃球技術三維動畫渲染輸出如圖6所示，當籃球場景及籃球運動員人物相繼完成后，不能將成品以maya原文件的mb格式展示出來，通常會以靜幀（圖片形式，靜止畫面）或序列幀（動畫形式，AVI視頻）的方式進行展現，本研究就是以靜幀的類型渲染輸出的。

點擊 View視圖→Camera Settings攝像機設置→Resolution Gate分辨率安全框，在界面內出現的綠色實線框體即為安全框。渲染過程中，安全框只識別它范圍以內的任何形體，范圍以外的則無法識別。布置好安全框、架設好攝像機，對渲染面板中的參數調節好之后，在Common通用面板中，分別對File name prefix文件名、Image format圖片格式、Renderable Camera攝像機渲染、Image Size圖片尺寸等設置，在Maya Software軟件面板中，將Quality品質改為Preview quality產品級，點擊Rend the current frame （maya software）渲染按鈕，將出圖的文件保存，進行最終的渲染輸出。

圖6　渲染輸出

2.2.6籃球技術三維動畫的特效處理與格式轉換在籃球技術三維動畫后期的合成階段，包括對渲染輸出的成品背景音樂、相關技術文字說明等音視頻信息的添加。選擇運用畫面高質量的視頻編輯軟件，如PremiereCS3、會聲會影等對素材進行特效的處理，如將零散的籃球技術三維動畫成品有序的合成，對相關技術動作關鍵細節進行慢動作播放、分屏顯示、背景詮釋特寫、背景音樂添加。剪輯留下具有研究價值的相關片段，并轉換成MPEG、AVI等通用格式，有利于在教學與訓練中提高學習者對籃球技術的高效分析。

3　討　論

籃球技術的教學與訓練，僅依靠語言描述、動作示范、手工繪圖操演等守舊的手段和方法會給學習者的理解帶來一定難度，充分引用先進的三維動畫技術，主要表現在以下幾個方面：

3.1籃球技術中的三維動畫制作特點

3.1.1全方位觀察籃球技術的三維動畫過程本身就是從不同的視圖（Top頂視圖、Front前視圖、Side側視圖、Persp透視圖）進行制作的，不同的視圖顯示出不同視覺效果，必要時可以對maya原文件中各個動作的調整來實現學習者主觀愿望，獲得技術信息，最后通過播放技術動作視頻將觀察對象的六個面（前后左右縱深）呈現在觀察者眼前，形成“無死角”“無遮擋”的畫面。

3.1.2籃球技術動作互補、結合在高速度、高強度對抗中完成技術動作，總會有一些“死角”是很難用雙眼捕捉到具體動作細節的，利用三維動畫，將籃球運動員與運動環境實現互動，通過虛擬真實性，對動作進行分析、評定，使初學者的大腦中產生表現力，產生動態的真實效果，再通過實踐的演練，二者穿插進行，相互糾正，從而提高掌握籃球技術的質量。

3.1.3增添教學與訓練中的趣味性教學與訓練本身就是一個周而復始的過程，然而“興趣是最好的老師”，三維動畫的介入，虛擬三維場景不僅吸引了學習者的眼球，還有效激發了觀察者的興趣和積極性，這種以動畫為主的新型模式，形象生動、信息量大，而且克服了傳統教學中存在的困難，使時間與空間能夠同步，有效的避免了外界不確定因素帶來的種種弊端，給學習者一種親和的感覺。

3.2三維動畫制作價值

3.2.1規范籃球技術的動作Maya將后期制作出來的籃球運動員角色進行技術動作的綁定與調試，在關鍵動作中加入關鍵幀，輸出渲染成品之前，完善一套正確的、規范的籃球技術，將正確的技術動作展現給學者，最終實現三維動畫與籃球技術的完美結合，對高校的籃球專修學生或中小學籃球初學者規范其技術動作。

3.2.2提高教學與訓練效果在籃球技術中引入三維動畫，可以幫助籃球學習者更便捷、牢固的掌握籃球技術中的基本要領，減少盲目的重復練習，從而極大地提高對教學與訓練的效率，降低受傷的可能性，實現籃球技術學習的最快進程。

3.3籃球技術中三維動畫未來發展的新趨勢

2015年中國男籃重奪亞洲冠軍，負責男籃運動員的后勤科研團隊，已經根據三維動畫的形式，分析各運動員在訓練中的技術質量，通過技術質量的優越性測試人體肌肉的疲勞程度，從而制定合理的大小訓練周期，此項前沿性技術與中國隊奪冠是密不可分的。從現有成果看，三維動畫技術不僅在籃球、足球等集體對抗性項目中應用，在蹦床、體操等表現難美性項目中，也已經逐漸重視并廣泛應用。以三維動畫與籃球相結合的現代計算機信息技術，將會進入到各個高校籃球教學與訓練的課堂中，同時會涌現出一批既擅長于教學、訓練，又精通于三維動畫制作的復合型人才。

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［7］全國體育學院通用教材.籃球［M］.北京：高等教育出版社，2009.

In Three-dimensionalAnimation Maya Software In The Basketball Technology Research

DING Guangpeng

Using the method of literature，software engineering.the normal basketball technology combined with the Maya software in the form of the three dimensional animation production，abandon the traditional electrochemical type means such as slide show，video.Conclusion：using Maya software to make 3 d animation about basketball skills，good for observation and imitation in the teaching and training，and induced influence learners'way of thinking，learning basketball technology from“down”to the“whole”，from“form”to the“meaning”and eventually push further towards the modernization，scientific development in the basketball teaching and training.

Maya；Basketball skill；3D animation

G841

A

2016-01-02

2015年伊犁師范學院科研項目，項目編號：2015YSYB32。

伊犁師范學院體育學院，新疆 伊寧，835000。

P.E.School of Yili Normal University，Yining Xinjiang，835000，China.