粒子特效技術在教學演示動畫資源開發中的應用

郭艷 張敏 陳靜怡

摘要：在數字媒體應用技術飛速發展的今天，粒子特效技術以其特有的奇幻性、夸張性和流動性，廣泛用于影視、廣告設計，在教學資源的開發中，粒子特效技術還可用于實驗實訓動畫演示教學及交互仿真系統，模擬光、電、火、水等。本文以3ds Max的粒子系統制作藥片散落動畫為例，介紹了3ds Max粒子流源的功能及主要參數的設置方法，從而對粒子特效技術用于教學資源開發提供實際借鑒。

關鍵詞：粒子特效技術;教學演示動畫;3ds Max粒子系統

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0200-02

1 3ds Max粒子系統

粒子系統是三維計算機圖形學中模擬一些特定的模糊現象的技術，它可以模擬火、爆炸、煙、水流、火花、落葉、云、霧、雪、塵、流星尾跡的自然現象，或者類似光影軌跡等抽象視覺效果。3ds Max粒子流是一種多功能且強大的粒子系統，它使用一種稱為粒子視圖的特殊對話框來使用事件驅動模型。以下通過制作一個維生素C藥品散落動畫介紹3ds Max粒子流源主要功能及其主要參數的設置方法。

2 3ds Max粒子流源的設計制作過程

首先制作三維場景創建桌面、藥瓶、藥片模型，物體形狀和比例要求符合現實生活，通過3ds Max自帶的程序貼圖制作場景中模型的材質和貼圖，制作藥瓶倒藥的動畫，動作能符合物體的運動規律，運用3ds Max粒子流源制作藥片散落動畫，藥片掉落過程及落到桌面要帶有緩沖。以下介紹藥品散落動畫具體制作過程。

（1）場景建模

創建三維場景前先設計廣告動畫場景——維生素C藥瓶、藥片和桌面。在透視圖場景中創建一個長和寬均為150cm的平面作為桌面，長度分段和寬度分段數均為1。再創建半徑為5cm，高度15cm，圓角0.5cm的切角圓柱體作為藥瓶，高度分段數為3，圓角分段數為2，邊數為10，端面分段數為3。將藥瓶模型轉換為可編輯多邊形，激活藥瓶模型人“多邊形”選擇模式，框選圓柱頂面區域，將頂面向上擠出2cm，形成藥瓶瓶頸部分。制作瓶口厚度，將選定的面繼續向上擠出0.2cm，用縮放工具向內收縮一定厚度，再擠出0cm，再向內收縮，再擠出0cm，用移動工具將選定面向下移動至瓶頸與瓶身交界處。制作瓶口螺紋，激活“邊”選擇模式，框選瓶口所有豎線，連接3條邊，向內緊縮-70，生成3條邊。激活“頂點”選擇模式，框選中間所有的頂點，使用等比縮放工具向外放大一點，形成瓶口螺紋。創建長度為1cm，寬度為2cm，高度為0.5cm，圓角為0.1cm的“切角長方體”作為藥片，長度分段數為3，寬度和高度分段數為1，圓角分段數為2，調整藥片的形狀。

（2）材質與貼圖

為場景中模型賦相應的材質與貼圖。先制作文字貼圖素材，在前視圖創建字體為黑體，大小為10的文本——“維生素C”，給文本添加“倒角”命令，設置倒角值的起始輪廓為-0.1cm，級別1高度為2cm，輪廓0.1cm，級別2高度為-0.1cm，輪廓為-0.1cm，級別3高度為-0.1cm，輪廓為-0.1cm，制作倒角文字效果。打開材質編輯器，給文字制作金屬材質，設置金屬明暗器，漫反射顏色為橙色，高光級別為120，光澤度為75，自發光貼圖為衰減，反射貼圖也為衰減，凹凸貼圖類型為斑點，大小為0.1，將該材質賦給“維生素C”，渲染前視圖，保存“維C貼圖.jpg”文件。再給藥片制作材質，將藥片材質的漫反射顏色設置為黃色，凹凸貼圖選擇“維C貼圖.jpg”，數量為-100，瓷磚U為2.5，V為1.3，將文字放置在藥片正中間。接下來為藥瓶制作多維/子對象復合材質，先編輯藥瓶模型的ID值，中間是“文字”，兩邊是橙色，其余部分是白色，分別設置“紅”“字”“白”3個ID子材質，高光級別是60，光澤度為35，其中文字取消“瓷磚”復選勾，U方向瓷磚數為3。最后制作桌布材質，設置高光級別和光澤度都為0，漫反射貼圖類型選擇棋盤格，UV瓷磚數為5，顏色#1為藍色，顏色#2為“維C貼圖.jpg”，UV瓷磚數為15，W角度為-60度，使白色區域出現文字圖案。為藥瓶添加“UVW貼圖”修改器命令，選擇“柱形”貼圖方式，調整文字在藥瓶上正中位置。

（3）制作藥片散落動畫

打開“時間配置”窗口，設置幀速率為“電影”，總幀數為201幀。先制作藥丸粒子，創建“粒子流源”粒子系統，在頂視圖桌面中間位置上方創建一個粒子流源，徽標大小3cm，圖標類型“圓形”，直徑5cm。設置數量倍增“視口%”數為100%，單擊“粒子視圖”打開“粒子視圖”窗口，單擊事件001的“出生001”，在其參數面板中設置發射開始為50，發射停止為80，數量為600，使藥丸粒子第50幀開始散落，第80幀停止發射，藥丸總數量為600。預覽動畫發現粒子散落速度過快，單擊事件001的“速度001”，在其參數面板設置速度為50cm，變化20cm，散度為15，使粒子呈現無規律且分散下落的形態。制作藥丸粒子的第一次碰撞反彈，先創建導向板，單擊創建空間扭曲的導向器，選擇導向板，在頂視圖桌面上拖拽導向板，其大小與桌面一致，使用對齊工具將導向板對齊桌面。粒子散落彈起后要受到重力的影響，單擊創建空間扭曲的力，選擇“重力”對象類型，在頂視圖桌面上創建一個重力圖標。打開“粒子視圖”窗口，在事件001中添加“碰撞”，并“按列表”選擇導向板Deflector001，將導向板作為藥丸粒子產生碰撞的物體。創建新的事件002“力”，在“按列表”選項中選擇重力Gravity001，設置“影響%”值為100。設置第2次碰撞，添加“碰撞”到事件002中，按列表選擇導向板。將粒子替換成藥片，將“圖形實例”替換事件001的“圖形”，在其參數面板中將“藥丸模型”添加到粒子幾何體對象，設置比例%為60，再選擇場景中的藥片模型，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“隱藏選定對象”，隱藏藥片模型。單擊事件001的“顯示”選項，在其參數面板中設置顯示類型為“幾何體”，預覽第50幀以后的動畫，可以看到十字叉變成藥片，同樣將其他事件的“顯示”選項也改為“幾何體”，復制事件001的“圖形實例001（藥丸模型）”，以“粘貼實例”方式復制到事件002、事件003和事件004，4個“圖形實例”都以斜體字方式顯示，這樣碰撞反彈后的十字叉粒子也會變成藥丸，最后藥丸停留在桌面上，藥丸散落過程中各藥丸間不應該出現交疊，應該保持距離，先給事件001添加“保持分離”命令，設置“力”為100cm，加速度限制為1000，核心半徑為1cm，衰減區域為1cm，這個參數根據藥片的大小尺寸來設定，再復制事件001的“保持分離”，粘貼實例到事件002和事件003，事件001“旋轉001”默認是“隨機3d”，即藥丸開始散落時，各藥丸狀態是不同的，但落到桌面反彈后靜止時的狀態應該是平鋪在桌面上的，復制“旋轉001”到事件004，將“隨機3d”改成“隨機水平”，如圖3所示。

（4）制作藥瓶動畫

藥瓶傾倒過程為了符合其運動規律，在提升到一定高度后應該有個旋轉及抬升的過程，此動畫設計中，為了控制旋轉速度，要盡可能多創建幾個關鍵幀，還要注意最后停留的位置瓶口與粒子流源相對位置要重合，否則會出現藥片出口與瓶口不對應的錯誤演示。啟用“自動關鍵點”，藥瓶在第0幀放置在桌布，第20幀向右上方移動并向右下方旋轉30度，第50幀向上移動并向右下方旋轉80度，動畫制作完成后，取消“自動關鍵點”，如圖4所示。

創建攝像機，單擊創建—攝像機—目標攝像機，在頂視圖正中間創建一個目標攝像機，將目標點放置在藥瓶處，鏡頭選擇35mm備用鏡頭，將透視圖轉換為攝像機視圖，創建—燈光—目標平行光，啟用“陰影”，強度倍增0.8，聚光區/光束90cm，衰減區/區域150cm，在頂視圖右下方拖拽目標平行光至藥瓶點，調整光的角度及位置。渲染第85幀動畫，像素1280*720，再渲染avi動畫，如圖5所示。

3 結語

本文介紹的藥品散落動畫制作應用了3ds Max三維建模、材質與貼圖、粒子系統、燈光與攝像機，通過制作維生素C藥片的粒子特效，可以讓我們了解三維粒子系統創建及設置的方法，通過此案例可以引申出其他粒子特效的制作，為學習者設計影視片頭動畫、實驗實訓演示動畫，開發虛擬仿真系統提供一定的借鑒。

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【通聯編輯：王力】