1、1厦门海洋职业技术学院毕 业 设 计 （论 文）题目: 三维动画电子囚徒 系 别： 信息管理系 班 级 ： 计 算 机 图 形 图 像 制 作 姓 名： xxxxxx 学 号： xxxxxx 指导教师： xxxxxx 年 月 日2摘 要三维动画是指使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称 3D 动画，是近年来随着计算机技术的迅猛发展而产生的一项新兴技术。在 3D 技术日趋成熟的今天，3D动画已广泛应用于日常生活中的各行各业，如建筑，室内设计，影视动画，游戏动画等。而因应这一技术而诞生的一款功能强大的 3D 制作软件，它就是 3Ds max，随着该软件版本的不断更新升级，在软件内部算法和功能上与低
2、版本比较有了明显的提高，使它成为了一个巨大的三维动画创作平台。由于 3DsMAX 的出现，这几年做三维和学三维的人日益增多，三维动画的制作已不再是大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利，三维平台的趋势已由高端过渡到低端。本文将通过对 3D 动画短片的制作过程的详细的介绍，其中主要介绍在3Dsmax 中角色动画的制作，从而了解基本的动画制作知识，掌握运用 3ds max 进行动画创作的技巧。Three-dimensional animation refers to the use of computer software to produce three-dimensional virtual
3、image, also known as 3D animation, is an emerging technology in recent years with the rapid development of computer technology generated. In 3D technology matures today, 3D animation has been widely used in daily life in various industries, such as architecture, interior design, film and television
4、animation, game animation. The strong response to this technology and the birth of a featured 3D authoring software, it is the 3Ds max, with this software version constantly update the internal software algorithms and functions with relatively low version has been significantly improved, so that it
5、became a huge three-dimensional animation platform.Since 3DsMAX the emergence in recent years to make three-dimensional and three-dimensional learning increasing number of people, three-dimensional animation production is no longer the monopoly of the patent large film studios and professional film
6、and television production company, has been the trend of high-end 3D platform transition to the low-end . This article through the production process of 3D animation clips detailed description, which describes in 3Dsmax in character animation, animation to understand the basic knowledge, master the
7、use of 3ds max animation creative skills.关键字：3ds max 三维动画 建模 路径动画Key words: Max 3DS 3D animation modeling path animation3目 录一、对于三维动画设计的认知 .41.1 什么是三维动画 .41.2 三维动画发展史 .41.3 使用 3Dsmax 制作三维动画的优势 .4二、三维动画的具体制作方法 .51.1 前期准备 .51.2 片段的制作 .61.3 后期制作 .61.4 三维动画短片实例制作分析 .71.4.1 剧情的构思 .71.4.2 人物建模 .71.4.3 场景物品
8、建模 .81.4.4 制作角色动画 .91.4.5 动画隐喻意义 .10三、三维动画的发展前景 .11四、总结 .12五、致谢 .13参考文献 .144一、对于三维动画设计的认知1.1 什么是三维动画三维动画是指通过使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称之为 3D 动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一项新技术。它是摄影艺术、布景设计，及舞台灯光的合理布置等等的各种艺术与技术的集合体。与此同时三维动画的设计制作需要更多的艺术功底和创造力。一个好的三维动画，它除了要求制作者要有较好的空间感与艺术感外，还有就是必须能够很好的运用各种三维动画的制作软件。因此三维动画的设计与制作是一个涉及
9、范围很广的技术，也可以说它就是一件艺术和技术紧密相结合的工作。所以在以前就只有专业的三维动画制作者才能够制作的出来。1.2 三维动画发展史综观三维动画的发展历程，从 1995 年的初始阶段到 2004 年开始的全盛时期三维平台的趋势由高端过渡到低端，不再需要几十万的工作站，一般家庭电脑就可以做出专业的三维作品，三维动画制作的收费也日趋合理，想当年 20000 块/秒的天价（广告级标版）到现在 500 元/秒都有人做，三维建筑、室内效果图也下降了很多，想靠做三维发大财已成为虚拟的幻境。国内电影业不景气，外国大片的冲击，如何有效率地提高国人的创作、制作水平和规范制作准则是摆在我们同行面前的不容轻视
10、的课题。三维动画作为电脑美术的一个分支，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对的独立新型的艺术形式。早期主要应用于军事领域。直到70 年代后期，随着 PC 机的出现，计算机图形学才逐步拓展到诸如平面设计、服装设计、建筑装潢等领域。80 年代，随着电脑软硬件的进一步发展，计算机图形处理技术的应用得到了空前的发展，电脑美术作为一个独立学科真正开走上了迅猛发展之路。然而自 1995 年由迪斯尼发行的玩具总动员上映，这部纯三维制作的动画片取得了巨大的成功。三维动画迅速取代传统动画成为最卖座的动画片种。迪斯尼公司在其后发行的玩具总动员 2、恐龙、怪物公司、虫虫特工队都取得了巨大成功。
11、 另外,梦工厂发行的蚁哥雄兵怪物史瑞克等三维动画片，也获得了巨大的商业成功。三维动画在电影中的运用更是神乎其技！蜘蛛侠、泰坦尼克号、终结者、魔界.可以说电影已经不能离开三维动画的参与了！1.3 使用 3Dsmax 制作三维动画的优势现今三维动画的运用可以说无处不在，网页、建筑效果图、建筑浏览、影视片头、MTV、电视栏目、电影、科研、电脑游戏。在今天，电脑的功能愈来愈强大，以至我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技，更有不少电脑爱好者在自己的个人电脑上玩起了动画制作。由于 3D 动画被广泛应用在诸多领域中，因此制作软件也大量的涌现出来。三维软件是利用电脑制作几何模型的软件。
12、最先只能在专业图形工作站上使用，5随着 PC 机的飞速发展和普及，三维动画软件也纷纷被移植到 PC 机上。在 DOS 时代，美国 Autodesk 公司的 3DS 三维动画软件几乎垄断了 PC 机三维动画的市场。1994 年 Microsoft 用 13 亿美元收购 Softimage 公司，1995 年推出基于 NT 平台的SOFTIMAGE3D30 版本，激荡了三维动画领域。迫于压力，为了维护 3DS 在三维动画领域的霸主地位，1996 年，Kinetix 公司推出 3DS 的 Windows NT 版本3DSMAX10。这个版本在操作界面、组织结构和功能上都有质的飞跃，获得了巨大的成功。
13、1998 年，Maya、Alias、Houdini 相继在 NT 平台上出现。同年，Autodesk 公司奋起迎击，推出偏重于建筑设计的 3DSMAXVIZ 版本，该版本实际是在 3DSMAX 的基础上进行一些增减，增加一些与建筑有关的模块，删去一些动画功能。随着三维软件应用的迅速普及，小型三维软件也如雨后春笋般涌现出来。那么我们又该如何去选择制作软件呢？对于不同的软件它的使用方向，是有不同的侧重点的。就我们所知的最常用来制作三维动画的两款制作软件 Maya 与3Dsmax 来说，在影视三维动画与角色动画的制作中 Maya 的功能比 3ds max 较为强大，但却还是有很多人选择使用 3Dsm
14、ax 来制作动画而不是使用 Maya。那是因为3Dsmax 它除了能较好的制作影视方面的三维动画外，还在其它领域的三维动画制作中也有着一定的优势，如工业产品的演示动画、游戏动画、模拟动画（植物的生长过程、化学反应过程等）等方面的动画都可以使用 3Dsmax 来制作，而且其操作过程较 Maya 来的简单与便捷。再加上在 2010 年 Autodesk 公司新发布的 3Dsmax2011 在三维动画制作方面也有比较大的突破。新版 3Dsmax2011 充分发挥了硬件的性能，新的多线程渲染引擎充分利用多核 CPU 和 GPU 的性能，以得到更快和更好的渲染速度和质量。这使得使用 3Dsmax 的用户
15、将更加的多，学习资源也将更加的丰富，以至于很多热爱 CG 动画的爱好者们可以利用 3Ds Max 来制作自己的动画小短片。二、三维动画的具体制作方法在我们选择好了制作软件后，又该如何去制作三维动画呢？虽然制作 3D 动画的方法有很多，但是基本的制作步骤都是一样的。1.1 前期准备在制作三维动画之前我们要先明确动画故事的主旨，这是非常重要的。一部优秀的动画不管它是 2D 动画还是 3D 动画，剧情都是它们的重要方面，可以说拥有了一个好的剧情就等于成功了一半。所以对于任何一个优秀的三维动画作品来说突出、鲜明的主题，就是吸引人的地方，其次就是人物与场景的精美程度了。因此我们在制作三维动画前要先详细地
16、构思好动画的剧情、符合故事情节的人物造型与能够体现出人物特征的生动动作。再来就是绘制分镜头草图了，绘制草图就是将构思进一步视觉化的重要一步。这体现了制作者的创作设想和艺术风格，分镜头草图是由图画加文字组成的，其表达的内容包括镜头的类别和运动、人物与场景的构图和光影、运动方式和时间、音乐与音效等。其中每个图画都代表着一个镜头，使用文字来说明镜头的长度、人物台词及动作等内容。在人物设计初期，需要在纸上画出人物的大概形态，包括人物或动物的外型与6动作设计、器物造型等设计，造型设计的要求比较严格，包括标准造型、转面图、结构图、比例图、道具服装分解图等，通过角色的典型动作设计(如几幅带有情绪的角色动作体
17、现角色的性格和典型动作)，并且附以文字说明来实现。超越建筑多媒体提倡造型可适当夸张、要突出角色特征，运动合乎规律。若在制作的过程中无法想象出人物在运动过程中的状态时也需要进行纸上创作，然后再进行绘制。其中场景是整个动画片中景物和环境的来源，在比较严谨的场景设计中要绘制的包括平面图、结构分解图、色彩气氛图等，通常用一幅图来表达。1.2 片段的制作在准备工作都完成之后，接下来就是创建模型了。建模，是制作者根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计算机中绘制出角色模型。这是三维动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和在场景中会出现的物体都要建模。建模的灵魂是创意，核心是构思，源泉是美术素养。但是开始建
18、模时，应该注意要在表现出必要细节的前提下尽量地减少场景的复杂度，这样才不会因为占用太多的系统资源，而导致程序的崩溃。接着就是对材质贴图与灯光进行设置了。材质即材料的质地，就是给模型赋予生动的表面特性，具体体现在物体的颜色、透明度、反光度、反光强度、自发光及粗糙程度等特性上。贴图是指把二维图片通过软件的计算贴到三维模型上，形成表面细节和结构。对具体的图片要贴到特定的位置，三维软件使用了贴图坐标的概念。一般有平面、柱体和球体等贴图方式，分别对应于不同的需求，使模型的材质与贴图要与现实生活中的对象属性相一致。灯光的设置，目的是最大限度地模拟自然界的光线类型和人工光线类型。在三维软件中的灯光一般有泛光
19、灯(如太阳、蜡烛等四面发射光线的光源)和方向灯(如探照灯、电筒等有照明方向的光源)。灯光起着照明场景、投射阴影及增添氛围的作用。通常采用三光源设置法：一个主灯，一个补灯和一个背灯。主灯是基本光源，其亮度最高，主灯决定光线的方向，角色的阴影主要由主灯产生，通常放在正面的 3/4处即角色正面左边或右面 45 度处。补灯的作用是柔和主灯产生的阴影，特别是面部区域，常放置在靠近摄影机的位置。背灯的作用是加强主体角色及显现其轮廓，使主体角色从背景中突显出来，背景灯通常放置在背面的 3/4 处。材质贴图和灯光与渲染的好坏是紧密相连的，由于每种软件的技术与硬件配置需求不同，因此我们应该视乎自己计算机的软、硬
20、件配置来对模型进行材质编辑。再之后就是对动画进行调节了，动画的调节相对来说要难一些，我们要根据分镜头草图与动作设计，运用已设计的造型在三维动画制作软件中制作出一个个动画片段。动作与画面的变化通过关键帧来实现，设定动画的主要画面为关键帧，关键帧之间的过渡由计算机来完成。三维软件大都将动画信息以动画曲线来表示。动画曲线的横轴是时间(帧)，竖轴是动画值，可以从动画曲线上看出动画设置的快慢急缓、上下跳跃。如 3DSMax 的动画曲线编辑器。三维动画的动是一门技术，其中人物说话的口型变化、喜怒哀乐的表情、走路动作等，都要符合自然规律，制作要尽可能细腻、逼真，因此动画师要专门研究各种事物的运动规律。如果需
21、要，可参考声音的变化来制作动画，如根据讲话的声音制作讲话的口型变化，使动作与声音协调。对于人的动作变化，系统提供了骨骼工具，通过蒙皮技术，将模型与骨骼绑定，易产生合乎人的运动规律的动作。1.3 后期制作最后就是特效的制作与动画的渲染了，进行动画的输出时，主要在渲染质量和7渲染时间两者间平衡好。在 3D 动画中大部分的特技效果都是渲染之后再在合成软件中进行合成的，这样既节省时间和成本，又可以得到比较好的效果。然而我们常常在制作动画之前都很容易会忽略了对动画剧情的构建，都是一开始就直接进行角色或场景的建模，但就如上面所说的在制作任何一个动画之前都要对动画的剧情、人物进行详细的构思，这样子制作时才会
22、事半功倍，否则就会事倍功半。因此我们在每次制作动画之前都应该认真的进行动画剧情的构想，之后再进行角色与场景的建模。1.4 三维动画短片实例制作分析1.4.1 剧情的构思下面让我们来看看一个动画的剧情是如何进行构思的。又是如何根据剧情的构思来制作三维动画。首先我们想想要制作的是一个什么样的动画，再对具体的剧情进行细微的构想与描述。主题:iphone 外形的监狱表达现代人对于手机的依赖和低头族的泛滥，用被监狱困住的人来代表那些低头族，通过怪兽破坏监狱，大家开始健康积极的走上运动场，来提示人们，希望人们能够放下手机，多去参加有意思的活动和锻炼身体。场景一：银河系的浩瀚星海中出现了一个光点，光点慢慢飞
23、近，发现是一个魔方，魔方在银河系中飞行，结果飞进了太阳系，向地球飞去，标题出现（神奇的魔方）。场景二：在广阔的平原上有一个奇怪的建模，镜头拉近，发现是一座 iphone 监狱，监狱里的犯人，漫无目的在监狱里行走。场景三：这时天空传来一阵声音，一道亮光在天空出现，监狱里的犯人纷纷抬头观看。场景四：魔方落下，掉在监狱外的草原上。场景五：魔方砸出一个大坑，在烟雾中，魔方飞起，不断旋转变大，然后魔方爆发出奇怪的光芒，魔方炸开，里面出现了一只巨大的机械怪兽。场景六：机械怪兽把 iphone 监狱吞了进去，监狱里的人们重获自由，他们跑向运动场，开始运动。场景七：结束 答谢。从上面的那个例子我们可以知道，在
24、构思剧情时，应该把每个分镜头都详细的描述，这样更有利于动画的制作。1.4.2 人物建模人物模型的创建方法一般分为 2 种，多边形建模与 nurbs 曲线建模，在 3Dsmax中，由于对 nurbs 的支持并不完美，在制作复杂模型时从操作方式上不能很好地体现出 nurbs 的优点，因此使用 3Dsmax 建造复杂模型是也多是使用多边形建模。那人物的模型是如何创建呢？由于人体的对称性，所以在建模时都是使用对称法做的，做人物时只需要做一半的脸，一半的身子，一只手和一只脚就行了。下面就让我们来看看使用多边形建模法是如何创建出人物的。（1） 先制作模型半边脸的表情。为了更切合人物的头部形状，我们一般是使
25、用一个半圆来制作，这样更容易掌握它的轮廓。先创建出一个圆，之后把它的二分之一删去，再对它进行网格的细微调节就可以出现一半的人物头部轮廓了（图 1）。接着用寄出拉伸的方法利用利用头部做出上半身和手。（图 2）之后用 X 轴镜像出另一半身体，假山圆球做得眼珠，上半身就完成了。（图 3）之后在建立另一个长方体作为下半身，制作方法和上半身相同。（图 4）之后加上之前做的脚铐，以及鞋子帽子。（图 5）最后为个部分添加材质贴图以及 uvw 展开，人物就做完了。（图86） 图 1 脸部建模 图 2 上半身建模 图 2 镜像身体 图 4 下半身建模 图 5 完整模型 图 6 添加贴图（2）利用同样的方法把其它
26、的人物模型也做出来。（图 7）（图 8）（图 9）图 7 机械怪兽 图 8 人物 2 图 9 任务 3虽然除了这种方法外，我们还能使用 nurbs 曲线来制作，但由于使用 Nurbs 曲线需要制作者有比较好物理数学知识，因此并不适合初学者使用。即使多边形建模比较麻烦但由于它易于操作，就算是初学者也能很好的制作出人物的模型。在人物建模的时候应注意从外形、服饰等设计细节来体现人物的性格、工作、目前的状态等信息，让人物能够很好的传达创作者的创作目的。1.4.3 场景物品建模物品与场景主要采用的也是多边形建模外加样条条线的辅助。建模是主要注意的是与实际物体的比例大小对比，最好使用与实际物体同比缩放制作
27、，当然，如果制作的是动漫，比例略微夸张也是可取的。建模方法大致与人物建模相同，部分模型如图：（图 10）（图 11）（图 12）（图 13）（图 14）（图 15）9图 10 场景 图 11 风能路灯 图 12 魔方图 13 球门 图 14 篮球架 图 15 脚铐1.4.4 制作角色动画当所有的模型建好后就我们就可以开始制作角色动画了。在制作角色动画的过程中，我们不难发现，使用最多的就是对关键帧进行设置。关键帧动画是指动画制作者所设置的一组自动生成中间画的关键帧。关键帧动画的创建有两种方法可以实现：第一种方法是通过对关键帧三维形状进行插值计算而得到中间帧，第二种方法是对物体本身模型的参数进行插
28、值计算。其中，第一种方法使用较为普遍。利用关键帧设置动画的方法一般比较简单，但是有时在需要设计一个运动轨迹特别复杂的动画时就不宜选择这种方法，因为采用这种方法设计动画时，对物体运动的调整以及关键帧间运动方式的确定都显得不太方便。这时我们可以利用 3ds max 中提供的 Biped 工具来创建骨骼，再对骨骼进行参数的调整与设定，从而使它具备动画的效果。Biped 是 3Ds max 的系统插件，它拥有内置的 IK 系统，能够自动适应人体骨骼的结构，并且能对骨架细节进行扩展。可以说它是一种系统默认的动画制作工具。利用它我们可以轻松地实现角色的基本运动效果，如走，跑，跳等，我们还可以通过改变它的足
29、迹，调整关键帧，身体躯干旋转等相应设置做出相应的或是我们真正需要的一些运动效果。下面我们来介绍下创建一个合适的骨骼的过程。首先在系统菜单下找到 Biped 按钮，然后在界面上拉出和人物大小相似的骨骼。（图 16）把骨骼调整到和任务相同的位置，首要为骨盆对齐，然后缩放其它部分骨骼到合适大小与人物匹配，只要做一边人物就好了。（图 17）然后选择骨骼，打开运动面板，打开复制卷展栏，选中做好的一边的所有骨骼，点击创建一个集合，然后复制到另一边即可。（图 18）整个人物的骨骼就对齐好了。（图 19）接下来要把模型绑定到骨骼上，我们运用编辑菜单下的蒙皮修改器，然后在下面骨骼添加菜单里把所有骨骼全部添加。（
30、图 20）模型就这样会被绑定到骨骼上了，但是一般的骨骼绑定并不完美，会出现点控制的曝光问题，这时候需要在蒙皮修改器的下拉菜单中的封套功能进行调整，选择骨骼，在勾选控制点选项，之后点击菜单下的扳手图标，就可以修改骨骼对模型控制的权重了，修改之后曝光问题就能解决。（图 21）权重设置完毕后就可以开始做动画了，动画可以手动调整关键帧动画，也可以直接创建一些路径动画。我接下来就开始做路径动画。10选中骨骼，在运动菜单下点击足迹创建模式，点击创建足迹，然后点击转换为关键帧，人物就开始沿着路径行走了。（图 22）（图 23）接下来把模型导入到场景当中，设置摄像机，就可以渲染动画了。图 16 骨骼拉出 图 17 调整骨骼 图 18 镜像骨骼图 19 对齐完整 图 20 添加骨骼 图 21 调整封套图 21 权重调整 图 22 创建足迹 图 23 足迹动画在制作动画时要注意把隐藏骨骼勾选，并设置好渲染参数。镜头调整可以辅助其它视窗进行调整。1.4.6 AE PR 合成动画片段利用 AE 制作开头标题和结尾特效，并对视频主体添加特效，最后使用 PR 进行合成和音效添加1.4.7 动画隐喻意义以 iphone 造型的监狱与监狱里的犯人暗喻如今非常严重的低头族现象。鸟大了对希望大家放下手机，走出户外，体验生活的主题。
