基于虚幻引擎的交互动画技术研究

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本文以虚幻引擎作为交互动画制作平台，分析交互动画实现的模型规范，影视语言表现技法以及达到电影画面艺术效果的可能性。提出基于虚幻引擎的交互动画技术和三维动画制作流程架接，使动画导演在所见即所得的环境下可以自由交互式的安排构图、镜头运动、处理画面效果，最终动画企业生产效率获得提高。

引言

动画艺术从诞生到现在已经发展了100多年，20世纪20年代中国动画开始起步，曾经也制作出了影响世界动画史的伟大作品。1995年皮克斯工作室第一部三维动画电影《玩具总动员》开创了动画的一个新时代，从此三维动画成为动画产业的主流开始全面发展。三维动画需要若干部门相互配合才能制作出来，三维动画精美的画面最后需要计算机集群经过漫长的渲染才能生成，一部动画电影的制作时间与渲染时间是1：1，在当今信息高度发达的快餐文化消费时代这种制作方式显然已不符合时代要求，我们需要一种不提高人力成本能够快速生成与三维动画相同画面质量的生产方式和技术。

交互动画概念与技术现状

交互动画是种新兴的数字化的动画表现形式，它是计算机多媒体技术、交互技术、网络技术结合而逐渐形成发展而成。用游戏引擎来生产动画作品也是交互动画的一种，也叫“引擎电影”。结合三维动画技术就可以运用游戏引擎的强大即时渲染能力和交互性来生成三维动画的各个镜头内容。这将成为解决三维动画影片生产效率的有效途径之一。

实现交互动画技术最关键的是游戏引擎，游戏行业流行的有数十种著名的游戏引擎，本文以虚幻引擎为例来实现交互动画技术。首先，虚幻引擎是开发最早的引擎之一。现在全球有超过65%的3D游戏使用它来开发制作。其次，虚幻引擎是第一个向外部推出免费版本的大型游戏引擎。学习人群比较广泛。最后，最新版的虚幻引擎4，集成了当前最先进的技术研究成果，易用性得到进一步的加强，而且全部免费，学习资源更加丰富。使用虚幻引擎开发游戏获得收益后需要支付定的授权费用，但对于建筑模拟、可视化电影项目、承包项目和咨询项目不需要支付版权费。

交互动画技术实现路径

1.实现交互动画的模型规范

三维动画和游戏内容都会包含场景、角色、道具等元素，这些元素统称为“模型”，制作三维模型的工具有Maya、3DMax等软件，而这些软件也是三维动画制作的主力工具，游戏引擎只需要用到它们的模型功能。两者对模型的规范和技术要求不尽相同。以虚幻引擎来制作交互动画的模型规范有以下几个方面。

（1）由于多边形可以任意拓扑所以模型的面数一定要合理分布。一般分为几种情况：首先一般情况下，背景模型面数在5000面以内；单个道具模型面数在5000面以内；单个角色模型（配角）在10000面以内，主角模型在20000面以内。其次如果镜头有特写或近景，道具面数在10000面以内，主角可以到50000面以内。最后所有的模型在制作过程中一定要做高、中、低三个等级面数的模型，这样就可以根据景别灵活使用。虚幻引擎现在也能智能识别物体到镜头的远近分别载入不同级别的模型。

（2）交互动画在制作时定要用较低的模型面数通过法线贴图来表达高面数模型的效果，因此低模布线和高模的匹配就成为一个很重要的问题。低模布线涉及前面所述的面数要求，也有UV的限制和外形的表现等多方面都会影响低模布线的合理性。由于布线更多的是主观因素较多，总的来说要遵循以下几点要求：首先，从剪影上看一定是圆滑的。因为法线贴图无论如何都只是一个贴图无法改变外形，所以要想低模加法线能很好的表现出高模的效果就要把低模的剪影外形做的圆滑，接近高模。其次，合理整理对角线使布线上不出现菱形，平行四边形或者超级大钝角；同时使对角线形成的面是凸面。然后，布线时尽量保证每个点的存在都能对外形起到作用。对外形没有起作用的点要删掉，对外形起作用的点应该使其作用充分。最后，交互动画中模型的细节需要法线贴图来表现，而法线贴图通常都是低模在高模的基础上烘培出来的，因此低模上正确的布线应该是高模和低模相互穿插。

（3）使用虚幻引擎做交互动画时模型文件需要带两套UV，一套UV承载颜色贴图，一套UV承载光照贴图。这两套UV对于模型的光影表现起到很大的作用，因此在模型制作时应该正确设置光滑组合理分配UV。光滑组和UV的分配紧密相关，光滑组的设置会直接影响UV的分配。光滑组的设置也会明显的影响烘焙的效果。

（4）制作模型前检查单位是否设置正确。以3DMax为例，它的默认单位与虚幻引擎的单位差别很大，Max以米或者毫米等国际单位为标准，虚幻引擎却是自己的规则UU，所以我们要在制作模型的时候统一尺寸，外部显示单位设为Meters；内部系统单位设1Unit=1.438cm。

（5）检查模型坐标是否设置正确，首先检查坐标是否归零；其次检查模型上的坐标轴是否符合拼接规律；最后检查模型轴向是否正确。

（6）为每个模型制作碰撞体。碰撞体的制作应该遵循以下几个原则：BOX与BOX之间应隔开一定的距离，不能穿插与重叠；BOX的各个面上的点必须4点共面；整个Collision的中心点必须与物体的中心点对齐；碰撞模型也必须按照一个特殊约定来进行命名。通过使用此约定，可以使得虚幻引擎自动检测碰撞模型的存在并将其应用于静态网格物体。

2.交互动画中的影视语言表现

电影通过摄像机所拍摄出来的画面来向观众讲故事，如何把故事讲好就需要导演运用电影镜头语言向观众表达故事情节。电影镜头语言主要有三种类型：首先是摄像机的运动方式，如推、拉、摇、移、跟等形式；其次是摄像机拍摄的景别，如远景、全景、中景、近景、特写等；最后是摄像机各个镜头之间衔接关系处理，也就是画面剪辑，如淡入淡出、入画出画、叠、化、闪回、蒙太奇等处理技巧。一部电影一定是由镜头语言的综合运用来呈现的。

在虚幻引擎中实现摄像机的运动方式主要通过调整虚拟摄像机的移动和旋转属性就可以实现，而且长镜头的跟拍效果只需要在要跟拍的人或物的属性中添加虚拟摄像机组件就可以做到。在虚幻引擎中能够实现虚拟摄像机的多种机位运动拍摄，那么就可以在引擎中任意地方无限多的放置虚拟摄像机，从而可以营造不同的景别关系为交互动画增加艺术感染力。镜头焦距对于景别以及剧情表达也很重要。在虚幻引擎中解决镜头焦距可以在虚拟摄像机的属性设置中找到镜头设置选项，下拉菜单中可以很方便的找到从12毫米到200毫米焦距的摄影机，甚至可以到无限大焦距，使交互动画创作更灵活。