淺談三維動畫中的柔性布料

（三亞學院 傳媒與文化產業學院,海南三亞 572000）

一、創建角色模型

中國傳統服飾擁有太多的樣式，而大略看來，區別于國外服飾和現代服飾最主要的特點是中國傳統服飾的柔性。在中國古代，輕工業是很發達的，著名的絲綢之路代表著中國人對于面料制作的技藝精深和使用柔性布料來表達飄逸之美的執著。在想到國外傳統服飾的時候，印象較深是束腰對于身體曲線的展示，西裝和燕尾服對于男性身姿挺拔的輔助，而中國傳統服飾則重視飄逸大方的感覺，中國人自古以來就崇尚自然、靈動、淡泊如水，神話中的仙人形象大多騰云駕霧和絲帶飄揚，文化瑰寶敦煌石窟中的飛天仕女圖美輪美奐，而飄逸的漢服在整個人力服裝史上都有著重要地位，特別是最近幾年，我們在大街上又經常能看到身著漢服的少女，可見這種柔性美確實中國服飾的典型特點。那么在制作三維動畫時，如果設定的是一個中國古代人物，合情合理的、美麗大方的傳統服飾就是一個重要輔助，起到畫龍點睛的效果，但帶來的也將是非常大的設置工作，如果只是通過動畫的關鍵幀來實現，就會帶來難以承受的工作量，也難有充分的真實和足夠的美感，這時候富有規律的骨骼設定和簡易高效的布料解算方法就會使我們的動畫制作工作大大簡化。

（一）模型創建

在不同的行業中，角色模型有不同的創建方式，大體上有兩類，一類是使用三維軟件來從無到有的創造，一類是使用掃描設備，借用現實中形象來模擬生成前者多應用于游戲和純動畫電影，后者則在普通電影和其他產業中廣泛應用。本次我們將使用第一類中的多邊形建模模塊，利用其直觀性，有效控制模型的面數，整個建模過程就好像是一個繪畫過程。三維建模分為生物角色建模和場景建模，而生物建模又分為人物角色建模和動物角色建模。任何的生物角色建模都必須對其生理結構、骨骼結構、肌肉形體和運動規律有深入的了解，這是角色建模的基礎。

基于以上特點，我們使用“整體法”建模，即通過多邊形建模將模型從整體到局部細化的方法，這有點像制作一個項目計劃，先設定總體目標，再逐步分解，通過對各個細分環節的調整，來達到設定目標。人物角色的模型是由人物的肢干、關節、肌肉和服飾貼合部分、連接部分、擺動部分共同組成，這些環節都應該具備獨立調整的能力，簡而言之，動畫表現能否細膩，其中一個關鍵因素就是建模的精細程度，當然也不是越零散、越復雜越好，關鍵還是要滿足運動規律。

（二）材質貼圖

材質貼圖是三維動畫中給角色賦予肌理、顏色、光澤與透明度的程序總稱。材質貼圖主要是改變建模表面的物質形態、設定不同物體的機理、顏色，達到自然平和的效果，分為2D和3D紋理。

在開始材質貼圖工作之前，先對3D Max軟件做個小小的設置，為了在制作人員繪制貼圖的時候，方便觀察貼圖的效果，先將3D Max內部的光照取消掉，單擊快捷鍵“8”，打開了環境設置框，接著將Global Linghting下的Tint和Ambient的黑白色對調一下，另外，如果有需要，在此界面還可以設置環境色。

本次貼圖，我們使用多邊形角色幾何體材質貼圖采用UV紋理編輯和布局的方法，具體的步驟依次為參數設置、投射、剪輯、縫合、展開和組織UV等，其間還偶爾使用了混合、重疊、排列及凸凹貼圖等技巧。為了節省空間和時間，盡量地放大UV，這就需要把每個零部件的UV都完全展平，并在邊界處拉平，這樣就能相對更加合理的利用UV,也能讓之后的貼圖制作工作更加精細。

（三）骨骼設定

骨骼設定是一項專業性很強的操作，需要操作人員具有豐富的學科知識，尤其是生物學方面的，建議動畫師充分了解這些角色中的關節將會如何運動，提前設置好層級關系，適當建立隨動模塊，避免接下來的環節增加不必要的工作量。

然后回到本文研究對象-服飾，為了使服飾能夠不是簡單的跟隨人物身體運動，也要進行骨骼設定。服飾的運動是身體運動的結果，是一種延續和跟隨，方向一致，但幅度更大，而且很可能是線和面的區別，也有剛性物體和柔性物體的區別。比如轉身這個動作，人物身體簡單的轉個角度即可，但是衣服絲帶不能簡單地像個標槍一樣筆直的轉個相同角度，絲帶本身要表現出延時效果和帶動效果，起碼應該是弧形的，如果再精細些，還要考慮風力和重力等。

骨骼設定是一項相對認真需要反復測試和檢查的工作，很多時候是不需要夸張表現的，比如關節的可彎曲角度是特定方向的，肌肉和骨骼的連接關系是固定的，肱二頭肌只能控制上臂不能控制小臂，再有一個特別需要重視的點就是“左右對稱”，理論上隨著軟件編寫的日趨完善，有諸如“鏡像”等快捷操作，但要注意源區域選定是否合理。

（四）角色蒙皮

在骨骼設定完成后，就需要將骨骼和模型聯系成一個整體，這個操作過程就是角色蒙皮，具體來說，就是設定和分配皮膚權重到不同的骨骼關節，這樣隨著骨骼的運動就能帶動皮膚一起動作，繼而使得角色形成動畫，動畫師通過操作骨骼來制作動畫，這是點和線的物理運動，是可以精確控制到數字的，但能否使得角色外觀表現同樣出色，那蒙皮的質量高低就至關重要了，同之前的骨骼設定一樣，蒙皮也是一項考驗動畫師經驗和知識廣度的工作。

蒙皮通常來說不是一項一次性的工作，初步分配好權重后，耐心的調整是必不可少的。有經驗的動畫師可以通過設置一些典型動作來觀察到不合理的權重分配，還會善于使用相關插件，來檢查或者快速移植權重分配，以減輕工作負荷，提高蒙皮質量。

二、將布料解算運用到動作設計中

（一）動作設置

根據制作方法，動作設計可以分為三種方式，分別是關鍵幀、非線性動畫和動作捕捉，都有一定能的應用領域，最普遍的當數在三維軟件中動畫模塊設置關鍵幀來設計動作了。動作設置的任務是在一定的時間、空間內用角色運動表達好劇情，加入動畫師的藝術表達和想象力，形成高品質的動畫效果。關鍵幀設置的好處之一是動畫師可以將一段動畫分成幾個顯著階段，提前繪制出各個標志性動作的草圖，以盡量避免返工。動畫制作最重要的理論基礎是運動規律原理，在一連串動作中，絕大多數寫實角色都應該是相當或者接近擬實的，出于劇情需要，很少一部分可以采用夸張手法，因此動畫師平日里應該善于觀察現實事物，主動揣摩運動規律，積累素材，這樣在設計出來的動畫才更合情合理。動作的表現幅度是分為時間和空間的，節奏的把握是新手動畫師需要練習和積累的，這有些類似于電影中的快慢鏡頭，可以很好地表現動畫師的設計目標。

前文說過，中國傳統服飾的特點是柔性美，飄逸，并延續人物肢體的運動，因此在動作設計中要單獨考慮，避免穿幫，這時候為為了展現中國傳統服飾在三維動畫中的動態表現，所以我們對綁定好的角色做出各種動作，這些動作的時間不必很長，關鍵的是能夠使角色的飄帶服飾單獨設置的骨骼綁定就可以發揮了，動畫師當然可以通過足夠多控制點來模擬真實飄動，但因為服飾是柔體物體，基本每一個點都可能成為波峰波谷，光靠關鍵幀來一個一個的設置，這種工作量是無法接受的。為了解決這個問題，軟件開發商也在努力編寫插件或模塊來減輕動畫師勞動，這其中，布料解算就是運用相對較多的一種方法，優勢是操作簡易，劣勢是經常穿幫和非常考驗電腦硬件。

（二）介紹布料解算

從物理模型的角度，動畫又可以分為柔體動畫、剛體動畫和流體動畫。角色服飾是典型的柔體動畫對象，材質輕柔，容易在外力作用下產生變形，這里的外力是包含了多種作用力，比如角色肢體的帶動力，風力和重力等等，極其復雜，想要真實模仿現實情況是非常困難的，也沒有必要。服飾在畫面里是角色的輔助，只要能配合角色動作，不顯得突兀，自身基本滿足運動規律，畫面優美且自然即可，但這已經不容易了。

布料解算是一種用計算來模擬真實的工具，現在主流三維軟件都或多或少的具備這個功能，動畫師需要首先設定參數，比如計算點的數量和分布，物體之間的碰撞距離，計算點自身的可動距離，計算頻率等等，然后計算機就會自動生成布料運動。在理論上，只要樣本足夠多，布料解算可以生成很完美的動畫，代價是極高的硬件需求和海量的緩存，因此布料解算的關鍵工作是控制計算區域和負荷，適度即可，再有就是考慮和周圍物體的關系。

那么現在來看中國傳統服飾的特點，我們可以大體分為幾個部分：1.貼身的或者較硬的服飾，比如帽子、鎧甲、褲子等，這些可以認為沒有單獨的運動，直接通過關鍵幀操作即可，甚至可以和主體綁定在一起運動；2.參數單一，極易受到其他作用力的影響，并和其他物體碰撞較小的，比如綢帶、輕質披風需要使用布料解算；3.隨動性強，經常和其他物體碰撞，比如水袖和斗篷，可以嘗試關鍵幀和布料解算相結合的方式，有骨骼處使用關鍵幀，骨骼之間使用布料解算。

三、結論

近些年來，國產三維動畫正在逐步崛起，誕生了諸如《哪吒之魔童降世》《大圣歸來》等票房大賣又品質很高的電影，對于三維動畫從業人員是極大的激勵，這證明了只要我們能講好故事，認真制作動畫，就能將國產動畫發揚光大。那么在這個過程中，深入挖掘中國元素的潛力就是我們必須要做好的事情，而中國傳統服飾也必將愈加引人矚目。

想要在三維動畫中運用好中國傳統服飾，就必須將日新月異的動畫制作技術和傳統服飾的自身特點相結合，根據項目資金和計劃合理安排工作負荷，不同部位的布料選擇合理的動作制作方法，平時多觀察，工作時候耐心嘗試，逐步積累經驗，互相之間積極分享、交流，相信國產三維動畫的水平一定會飛速提高。