3D建模在三維動畫中的作用研究

梁鈺龍

（貴港市江南中學(xué)，貴港 537100）

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件性能的飛速發(fā)展，三維動畫的應(yīng)用領(lǐng)域變得越來越廣，從3D游戲逐漸走向了電影、建筑表現(xiàn)、文物古跡復(fù)原、城市道路橋梁規(guī)劃產(chǎn)品演示動畫、虛擬動畫、過程模擬動畫等等，由此可知三維動畫技術(shù)已迅速地延伸到了生活中的各行各業(yè)[1]。三維角色建模，可以創(chuàng)造出生動、形象、逼真的三維動畫角色，這些三維動畫角色可以更好地表達(dá)作品主題，帶給用戶良好的審美體驗(yàn)和精神享受。同時三維動畫與廣告的結(jié)合也越來越普遍，近年來各種商業(yè)廣告都充滿諸多的創(chuàng)意，而其創(chuàng)意的表達(dá)更多的是以三維動畫為載體，同樣是運(yùn)用三維動畫的生動性和仿真性。另外，三維場景建模的搭建可以使現(xiàn)實(shí)場景虛擬化，或虛擬場景具體化，同時三維場景建模能滿足用戶虛擬漫游、場景可視化、全景瀏覽等要求。

現(xiàn)代的3D建模通常采用3DS MAX軟件建模，通過OpenGL技術(shù)進(jìn)行二次處理的方法來實(shí)現(xiàn)的。3DS MAX雖具有強(qiáng)大的建模能力和渲染能力，但其存在交互能力不高等問題卻不可忽略，而OpenGL的交互控制技術(shù)正好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，其模型處理能力與交互控制技術(shù)能與3DS MAX完美結(jié)合，由此可知二者之間的關(guān)系是相輔相成。

2 3DS MAX建模軟件和OpenGL技術(shù)

2.1 3DS MAX建模軟件

3DS MAX是Autodesk公司開發(fā)的以PC系統(tǒng)為基礎(chǔ)的三維動畫渲染和制作軟件。自Windows NT問世后，3DS MAX和Windows NT的組合將CG制作的門檻降低了，同時打破了長期以來SGI工作站壟斷工業(yè)級CG制作的局面[2]。3DS MAX的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括影視、游戲、建筑、藝術(shù)等。另外，3DS MAX操作簡單，能使用戶較快地掌握基本的建模技巧。同時，3DS MAX還為用戶提供許多高級的三維建模指令，這些指令使得建模技術(shù)得以豐富，其中有3種核心建模方法：NURBS建模、多邊形建模、面片建模。然而這3種方法各有優(yōu)劣：NURBS建模的編輯靈活性高，但渲染時復(fù)雜程度也高；多邊形建模適用于簡單的幾何圖形，如門、窗、家具等，但不適用于編輯復(fù)雜圖形；面片建模大多用于構(gòu)建光滑表面。但這3種方法可以互補(bǔ)，應(yīng)當(dāng)盡量全部掌握。另外，3DS MAX也存在著無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制、模型難以仿真的缺點(diǎn)，這就需要OpenGL技術(shù)來進(jìn)行加工處理。

2.2 OpenGL技術(shù)

OpenGL是一個三維的計(jì)算機(jī)圖形開發(fā)包，同時也是是個與硬件無關(guān)的軟件接口。它是一個軟件圖形函數(shù)庫，具有功能強(qiáng)大、支持底層繪制和造型能力的特點(diǎn)，同時它獨(dú)立于硬件和窗口系統(tǒng)，適用于所有如Windows、Mac等主流操作平臺，有著廣泛的硬件支持，是為游戲、造型及CAD之類的圖形應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)[2]。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，OpenGL可以在客戶模式或服務(wù)器模式下工作，該技術(shù)主要應(yīng)用于專業(yè)圖形處理等高端領(lǐng)域，是專業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫。在功能方面，由于OpenGL支持粒子系統(tǒng)，所以它能夠模擬流水、飄雪、細(xì)沙等自然景物。但是OpenGL只是圖形的底層圖形庫，在沒有被提供幾何實(shí)體圖元的情況下，它無法被直接用以描述場景。當(dāng)3DS MAX的模型制作結(jié)束后，利用Wcvt2pov或其他軟件將模型轉(zhuǎn)換為CC++格式，用OpenGL程序載入模型，進(jìn)行二次處理。可以總結(jié)為：先用3DS MAX建造好模型，再用OpenGL讀取相關(guān)模型，利用OpenGL的交互控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，從而達(dá)到理想的模型效果。

3 3D建模在三維動畫中的作用實(shí)例

3.1 三維動畫角色的設(shè)計(jì)與制作

制作三維動畫，建模是首要步驟[3]。其中，三維動畫角色的設(shè)計(jì)與制作是3D建模當(dāng)中重要的組成部分，以動畫《蒼藍(lán)鋼鐵的琶音》為例，該片堪稱電視動畫史上特例的賽璐璐風(fēng)格CG動畫作品，在幕后制作中，所有人物均不采用動作捕捉技術(shù)，而是靠手繪將人物草圖設(shè)計(jì)出來，再分析研究其人物草圖，選擇適合的建模方法，最后開始建模。對于人形角色我們一般采用細(xì)分建模法（一種先用基本幾何體完成模型大致外形，再用編輯多邊形或網(wǎng)格的方法對模型的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行細(xì)分的方法）進(jìn)行建模，最后完成渲染。使用3D建模技術(shù)進(jìn)行三維動畫角色的設(shè)計(jì)與制作需要創(chuàng)作者有一定的藝術(shù)水平，否則創(chuàng)造出來的3D角色無法給人帶來生動形象的感覺。通過3D建模創(chuàng)作出來的角色在該片中擁有十分精細(xì)的外觀，在配合環(huán)境的粒子效果和動態(tài)物理引擎的支持下，這些角色的動作、表情、與環(huán)境的互動都顯得格外逼真，給觀眾十分震撼又新穎的感覺。

3.2 三維動畫廣告

在3D建模走向各行各業(yè)并且發(fā)揮的作用與日俱增的今天，商業(yè)廣告無疑是能很好體現(xiàn)3D建模優(yōu)勢的領(lǐng)域之一。三維動畫廣告的作用顯而易見，它能以三維動畫的形式，將產(chǎn)品復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、原理、概念等以直觀的形式展現(xiàn)給消費(fèi)者，使其化為通俗易懂、易于被大眾接受的事物。以伊利舒化奶的廣告為例，伊利舒化奶是國內(nèi)第一款可有效解決“乳糖不耐癥”或乳糖酶缺乏問題的“低乳糖奶”，其產(chǎn)品的特點(diǎn)卻很難完整地展示給消費(fèi)者，但是該廣告以虛擬主人公乳糖的視角，通過三維動畫的形式向消費(fèi)者闡述人體吸收乳糖的過程以及“乳糖不耐癥”或乳糖酶缺乏問題的病理，使得消費(fèi)者能更加直觀地了解其產(chǎn)品的優(yōu)勢，并使產(chǎn)品的特點(diǎn)、用途等深入人心，從而無形中達(dá)到了廣告的推銷目的。可見，以三維動畫形式為基礎(chǔ)的商業(yè)廣告的最大優(yōu)勢是：可以在內(nèi)容、形式上給消費(fèi)者真實(shí)的感受，同時能更直觀、真實(shí)地將產(chǎn)品的相關(guān)信息提供給消費(fèi)者，總體上更易被消費(fèi)者接受。

3.3 三維場景建模的搭建

三維場景設(shè)計(jì)是三維動畫當(dāng)中的重要組成部分，場景設(shè)計(jì)是指三維動畫當(dāng)中除了角色造型以外的隨著時間改變而變化的一切事物的造型設(shè)計(jì)。好的場景設(shè)計(jì)可以提升三維動畫的美感，強(qiáng)化渲染主題，使得三維動畫的渲染效果更佳飽滿。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)“虛擬校園”中，三維場景建模是一項(xiàng)很重要的工作，它占據(jù)的工程量達(dá)整體工作的70%～80%[4]。在建模前，我們需要通過校園平面圖、建筑平面圖、航拍甚至衛(wèi)星遙感來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)；其次，將校園分為若干區(qū)域，將每個區(qū)域單獨(dú)分解出來進(jìn)行分析，主要是針對該區(qū)域的主要建筑和次要建筑；最后，將每個區(qū)域的模型制作并進(jìn)行區(qū)域組合，再貼上相應(yīng)紋理和材質(zhì)，最終渲染成形。三維動畫中的場景建模可以是現(xiàn)實(shí)場景的虛擬化，也可以是虛構(gòu)場景的具體化。這種以3D建模為基礎(chǔ)的“虛擬校園”場景可以滿足可視化、虛擬漫游、全景瀏覽等要求。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了常用的3D建模軟件3DS MAX以及3D建模技術(shù)OpenGL，并以三維動畫角色的設(shè)計(jì)和制作、三維動畫、三維動畫廣告、三維場景建模設(shè)計(jì)為例討論了3D建模在三維動畫中的作用。3DS MAX軟件雖然擁有強(qiáng)大的建模功能，但依然需要OpenGL技術(shù)加以輔佐；三維動畫角色的設(shè)計(jì)與制作，給三維動畫帶來了逼真的效果；三維動畫對商業(yè)廣告的最大幫助，就是將三維動畫的生動性和仿真性賦予商業(yè)廣告，使得商業(yè)廣告具有直觀、真實(shí)、易于接受的特點(diǎn)；在場景設(shè)計(jì)中，3D建模讓三維動畫更具有美感。對于建模軟件的開發(fā)和應(yīng)用，還有待進(jìn)一步研究，未來的建模軟件應(yīng)當(dāng)擁有更簡便的操作、更人性化的實(shí)時互動、更高質(zhì)量的模型處理與渲染以及更高效率等特點(diǎn)；關(guān)于3D建模在三維動畫中的作用，也仍需我們繼續(xù)深入探討和發(fā)掘。