三维动画模型设计探究

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摘 要 三维动画是借助计算机技术发展起来的动画表现形式，它的理论来源依然离不开传统视听语言理论，一部优秀的三维动画片离不开成功的模型设计，在进行模型设计时不仅要考虑动画模型的艺术性，还要考虑三维模型制作的技术性，因此三维动画模型设计是二者相互融合的产物。

关键词 三维动画；模型；结构；布线

中图分类号TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）145-0068-02

三维动画模型设计有它自己的独特性，不同于其他三维模型，如，三维扫描模型、工业设计三维模型、建筑三维模型、游戏模型等，它对模型的要求是依据动画和镜头的需要来决定的，不由模型本身决定。

1 三维动画场景模型设计

1.1 Matte Painting三场景模型

三维动画场景在制作设计中也借鉴了二维动画的场景的设计方法，在分镜头设计中对只有“推”、“拉”、“摇”（小于45度）单纯的镜头变化情况下，场景模型可以考虑使用带有Alpha通道的多边形面片代替，如果，将其制作成实体三维场景模型，那会对有效系统资源是巨大浪费，这种制作方式被称为Matte Painting（数字绘景），这一技术最早出现于1911年，目前，随着计算机图像技术（CG）的飞速发展，以前所使用的“玻璃板”已被现如今的计算机图像“层”的概念所替代，由于它的高仿真性和高效性常被虚拟现实电影所青睐，彼得杰克逊导演的电影《魔界三部曲》、《金刚》、《霍比特人》，詹姆斯卡梅隆导演的电影《终结者》、《阿凡达》等都采用了这一技术，在Matte Painting中的场景模型制作，不需要制作模型的全貌，也不需要对不同场景模型作分割处理，也无严格的布线要求，只需根据摄像机镜头视角，对场景模型结构做简单的凹凸处理，重要的是需要有精确的Alpha遮罩通道和与之匹配的高质量图像贴图，将远近不同的多边形片状模型，错落有致的排开，使其产生视觉上的层次感，通过虚拟3D摄像机推拉镜头的应用产生可视模型间的纵深感，应对此类Matte Painting镜头场景，这种模型制作方法不失为简单而高效。

1.2 虚拟现实三维场景模型

虚拟现实是计算机模拟现实环境，通过特殊的装置（虚拟现实头盔、眼镜、手套、操纵杆等）使人沉浸在完全虚拟的环境中，环境中的所有物件全为三维模型，如，树、草、房屋、电线杆等等。

虚拟现实三维场景要求场景中所有的物体观看视角是不受限制的，可以任意角度查看，也就是360度无死角，要求场景内所有可见模型都是三维模型，而非多边形面片，这种模型是完全模拟或参考现实生活中的实物模型建造的。在设计和制作中需根据近景、中景、远景要求决定模型的细节制作程度，制作需要有合理的布线，以最少的模型面数体现结构细节。由于整个场景均为有体积的虚拟模型，虚拟摄像机在三维场景中运动不受限制，可以游走场景的任何角落，由于场景中多为有体积的模型，对系统资源消耗较大，这就要求最大限度的降低多边形面数，减少贴图的尺寸，提高有限资源的使用率，由于精简了模型和贴图，当模型被拉近时，模型材质会变模糊，出现马赛克的不真实情况在所难免。

2 三维动画角色模型设计

三维动画角色不同于二维动画角色设计，制作时不受制作技术的限制，三维动画角色在设计时，首先要考虑的是其技术掌握程度、项目开发周期、资金配置的因素，否则，即使设计出来也不一定能如期制作完成，如，毛发、布料、sss材质、光线追踪渲染等相对复杂的技术，对于毛发、布料制作在技术上已远远超出了动画师的技术可控范围，这部分需和特效制作部门配合，如果技术水平、资金预算有限，在前期的角色设定时应做相应的变通处理，将其控制在技术、资金、时间允许范围之内，不然会给后续工作带来麻烦和不便。

三维角色模型制作有自身的规则，根据计算机Mesh网格线的特性，在制作三维动画角色时需保证在各个关节连接处最少有三圈连接线，作为动画模型运动变化时锁定形体结构的基线，只有这样的模型在制作动画时，运动的形体结构才能正确得以表现。

布线是三维模型制作不可忽略的技术要点，在满足模型艺术表现的情况下，能最大限度的节约系统资源是三维动画模型最基本的设计原则，合理的模型布线不仅节约了数据资源，还便于形体结构的表现。怎样才能做到布线合理：

1）要充分了解形体结构，布线随着形体转折结构分布，如果模型是角色（人、动物）要与角色肌肉运动的方向一致，这样便于动画流畅平滑的控制与表现。

2）形体关键部位要有足够的布线，线的疏密直接影响的可控制点的数量，丰富的动画细节表现与控制点数量息息相关。

3）三星点、五星点的处理要得当。在三维模型别是对于复杂的形体，三星点、五星点出现是难以避免的，因此，对动画骨骼设置要有一定了解，也就是要知道运动原理和方式，以便更好的控制目标体模型。

在设计三维动画角色模型时，不能简单的要求将模型的外形结构制作出来，还应了解多边形运动变化的规律，并按规律制作模型才能更好的应用于后续动画制作，使其成为合格的动画角色模型。

3 三维模型灯光、材质、渲染

灯光对于三维模型来说尤为重要，灯光的强弱、冷暖对于场景模型的间时空关系及角色模型性格塑造都至关重要，完整的三维动画模型是有材质的，材质主要用于表现虚拟现实物体表面的质感，不同的材质在心理上会给观众带来不同的感受。在三维动画模型中所有的灯光都是根据自然界现实情况进行模拟的，最长用的灯光模拟方法是三点光源法，一盏主光源，两盏辅灯，主灯在灯光阴影处理上要强于辅光灯，辅光阴影在处理时要么将其阴影属性关掉，要么降低阴影边缘强度，若要追求更加真实的阴影效果，就使用HDR高动态范围图像的光线追踪阴影，将其产生的软阴影作为区域阴影细节处理，可较大的提高图像仿真度。

模型的材质主要有两种方式产生：一是通过UV划分将绘制或修改后的照片作为贴图生成模型的材质；二是通过计算机程序产生纹理模拟模型材质，两种材质产生方法各有优劣，第一种的优点是仿真程度高，不足是需要划分UV操作繁复，项目文件大，耗费资源，第二种的优点是操作便捷，无需划分UV，文件量小，节省资源，不足是仿真度低。两种材质处理方式结合使用效率最高，对于主体物件使用贴图方式，如，房屋、树木、道具等，对于次要物件，如，水、草、远山等，结合使用即可保证较高的仿真度，又可节约系统资源。

渲染是影视制作的独特方式，在游戏、虚拟现实中没有渲染这一环节，所有图像都是所见即所得的，所示图像都是依靠计算机GPU（图像显卡）即时计算处理得来，无需后期合成处理，渲染主要针对的是影视行业，由于行业特点，与游戏相比它对图像的质量要求较高，也更为严格，通常渲染要分层，分通道，要经过后期特效、剪辑、合成，输出等环节。

4 结论

三维动画模型的设计有其自身的独特性，既要满足当前计算机技术的发展现实要求，又要满足模型形体、比例、结构的合理性要求，还要满足动画本身的运动规律要求，制作的三维动画模型，既要细节丰富，又要最大限度的节省计算机有限的资源，满足上述条件方可算得上是一件合格的三维动画模型产品，一部好的三维动画片，优秀的模型设计是其成功的重要条件之一。

参考文献

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