1、 本 科 毕 业 论 文 三维水墨动画 设计与实现 骨骼蒙皮与动画 Design and Implement of 3D Chinese Ink Painting Animation Bones Skin and Animation 姓 名： 学 号： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 指导教师： 年 月 摘 要 中国水墨画作为中国绘画形式的代表，它体现着民族文化的深刻含义。 以动画的形式来表现出水墨画的深远意境，曾让中国动画在世界范围内博得美誉，但是为何中国动画行业在水墨动画创作方面难续辉煌，步履维艰呢？ 本文 一方面 通过 研究 三维动画的历史及现状， 分析三维动
2、画在现今社会各应用领域的优势， 探讨三维水墨动画的发展前景 ； 另一方面 通过具体项目实践 ，对中国水 墨动画的 制作与开发 进行了 深入的 探索。 文章 着重介绍 了一部片长约 2 分钟 的三维水墨动画短片的 骨骼、蒙皮、动画 制作 过程。对 如何运用三维软件进行人物骨骼的搭建、蒙皮， 以及 群组动画 的制作方法 进行了详细的 阐述 ， 最后总结了三维水墨动画制作 中所收获 的一些经验与心得 。 关键词 ： 三维动画 ； 中国 水墨 画 ； 3DS MAXABSTRACT Chinese ink and wash, as a representative of Chinese paintin
3、g patterns, embodies the profound meaning of ethnologic culture. Showing the far-reaching conception of ink painting by animation once made the Chinese animation gain a reputation in the world, but why is it so difficult for the Chinese animation industry to develop in the creation of ink painting a
4、nimation? This paper, by studying the history and status quo of three-dimensional animation, analyzes the advantages of three-dimensional animation used in the application fields of todays society, and introduces the principle and production process of three-dimensional animation; on the other hand,
5、 after recalling the development process of Chinese ink painting animation, it explore the future of Chinese ink painting. The paper focuses on the production process of a two-minute three-dimensional ink painting animations bones, skin and scene, as well as on how to figure the use of three-dimensi
6、onal software to build bone, skin, and on the details and guidance about the producing methods of crowd animation, and finally it sums up the experience and knowledge gained in the designing three-dimensional ink painting animation. Key words: 3D Animation; Chinese Ink Painting; 3DS MAX目 录 第一章 三维动画概
7、述 .1 1.1 动画的基本概念 . 1 1.2 三维动画的制作原理与流程 . 1 1.3 三维动画的历史及现状分析 . 3 1.4 三维动画的应用领域 . 4 第二章 三维水墨动画设计 .7 2.1 中国水墨动画 . 7 2.2 项目整体设计 . 9 2.3 实现方案 . 10 2.4 开发工具 . 11 第三章 具体实现 . 16 3.1 骨骼 . 16 3.2 蒙皮 . 21 3.3 关键帧与场景动画 . 29 3.4 群组动画 . 39 第四章 结束语 . 46 参考文献 . 47 致 谢 . 49 CONTENT Chapter 1 Introduction of 3D Animat
8、ion.1 1.1 The Overview of Animation .1 1.2 The Principle and Production Process of 3D Animation .1 1.3The History and Status Quo of 3D Animation .3 1.4The Application Area of 3D Animation .4 Chapter 2 How To Design 3D Ink Painting Animation .7 2.1 Chinese Ink Painting Animation .7 2.2 Scene Design .
9、9 2.3 Implementation Method.9 2.4 Tools Introduction .11 Chapter 3 The Detailed Procedure . 16 3.1 Bones . 16 3.2 Skin. 21 3.3 Key Frame and Scene Animation. 29 3.4 Crowd Animation . 39 Chapter 4 Conclusions . 46 Refferences . 47 Acknowledgements. 49 第一章 三维动画概述 1 第一章 三维动画概述 1.1 动画的 基本 概念 动画 (Animati
10、on) 一词 ,源自于 拉丁文字根的 Anima，即“赋予生命”“使活动”之意（ Animation 中文翻译作“动画”，可能是来自日文上的用法）。广义上说，把一些原先不具生命的或不活动的东西，经影片的制作与放映 ， 成为有生命的，会动的东西或影像，即为动画 。 1 但不论动画片的形式具有哪些，有两点是所有动画 形式 共通的： 逐格拍摄 (记录 )； 创造动作幻觉 (利用人类生理上视觉暂留 现象与心理上的感官经验而来 )。 作为一种空间和时间的艺术形式，动画大师 Noraman McLaren 曾说过：“动画不是会动的画的艺术，而是画出来运动的艺术” 。 可见，赋予生命不只是使之动作 (Act
11、ing)，还要说服观众相信其是有生命的 (Alive)，而动画规律其实也就是根源于 Acting and Alive 两个中点而来。 三维动画同样遵循传统动画的概念，不同的是，它是计算机“绘制”的。三位动画是计算机图形学与传统动画相结合的产物，是伴随计算机硬件和图形算法的飞速发展而出现的一门高新技术。在传统动画的基础上， 采用计算机三维技术创建连续多格的静止图像（帧），并按一定的速率连续播放，产生逼真的运动视觉效果。在三维空间和对象光影的表现上，达到了传统动画不能达到的效果。 2 1.2 三维动画的 制作 原理 与流程 3 人的眼睛在 观察一个 图像 时 ，光信号传入大脑神经需要一个短暂时间，
12、光的作用结束后， 1/16 秒内仍能存有这个图像的残留视觉，这种现像叫做“视觉暂留”。也就是说在残留视觉还没有消失前，如果在 1/16 秒内再呈现第二个图像，那么两个图像给人的感觉像是连续运动的， 正是因为这简单的原理，一系列的静态图像才能成为生动活泼的动 画影片 。 在三维动画中，我们不需要像制作二维动画那样画多幅效果不同的画面。在三维动画软件中我们只需要将特定的动画对象设定为关键帧即可。 三维动画的每一帧都是真实的三维场景，无论从任何角度看，都是真实的三维空间。三维水墨动画 2 由于三维动画软件引用了运动学理论，使得三维动画不需要将每一帧都画出，大大减少了工作量。如果用 3ds Max 制
13、作动画，用户并不需要做出每一帧的场景，而是只需要做出运动的关键点的场景，即关键帧的画面，这样既节省了工作量，也使动画看上去更流畅。 三维动画的制作是一个综合的技巧 ,它包含了叙事技巧（故事结构）、 分镜头技巧、 设计 、造型能力、绘画技巧、模型制作、动作设计、时间控制、拍摄、声音和剪辑等环节，每一个部分并不能产生一个完整的结果，但是每一个环节都对整体做出了贡献。以下是三维动画的主要制作流程： 构思 构思部分主要的任务是文学剧本的创作，这时候开始就要有形象方面的构思了，构思开始时也许只是一个形象、一个故事片段、一种形式，但是我们要抓住任何一个闪光点，将它具体化。在日常生活中，当我们偶发灵感的时候
14、， 把 这些灵感记录下来， 经过 一点一点地累积 ，经过加工后就能够 成为我们的剧本。 美术设计 美术设计包括人物造型设计和场景设计、道具设计 ，这是一个总体美术风格的设定，观众 最终看到的就是这些设计的结晶，无论是三维动画片还是二维动画片抑或艺术探索动画片，都应该有自己的美术风格设计。 造型设计：造型相当于演员，对于一部影片演员的好坏是成功的关键，对于一部动画，造型的好坏是成功的关键。 场景设计、道具设计：都需要很强的美术功底，对于场景和道具来说，最重要的是从生活中来，平时应该注意观察生活，随时记录下生活的场面。 分镜头（声音） 分镜头 就是把要讲的故事通过镜头画面语言按照镜头顺序表现出来，
15、这种画面是不同于连环画的，是电影镜头语言。在分镜头后，按照国际上的习惯做法，通常是在这个时候录制语音的。 设计稿（时间） 依据分镜头，比分镜头更完善，准确，把分镜头规定的镜头状况画出 ，设计稿规范了人物与背景的关系 、角色活动范围、镜头推拉摇移的具体位置。在三维动画制作中，很多制作者通常把分镜头画得细一些，舍弃了设计稿一步。 有了分镜头和设计稿后，就要同时根据设计稿绘制背景和原动画。现在背景和 原动画的绘制可在纸面上完成，也可在电脑中通过三维动画软件制作实现。 第一章 三维动画概述 3 扫描、上色 把画好的原动画和背景扫描到电脑相关的制作软件中，然后通过动画软件上色，上色前要做好色彩设定。 电
16、脑制作（三维） 在电脑中通过三维动画软件制作原动画和背景。 合成、剪辑 把制作好的原动画和背景，在电脑动画软件中按照镜头顺序关系合成到一起，然后把合成好的镜头排列一起进行画面的声音的剪辑。 输出 把在电脑 中制作好的动画片输出到 BETA 带、 DV 或是光盘上。 1.3 三维动画的 历史及现状 分析 一项新技术诞生的背后必定有其一定理论基础在支撑着， 1962 年，计算机图形学基础理论的确立使三维动画的发展成为了可能，但是当时该理论仅仅服务于军事领域。之后，著名的艺术家和设计大师乔治开普斯成立了专门机构研究电脑图形艺术。直到 1964 年，在贝尔实验室的肯诺顿开始利用电脑科技去制作动画影片，
17、从此动画界进入电脑动画时代，电脑成为了美术家手中的一种新型绘画工具。 3 70 年代后期，微型计算机的诞生， 使得计算机图形学逐步渗透到多 种领域，电脑绘画的着色 描影和模塑演算法相继问世。 1973 年的西部世界（ West World）是第一部采用了电脑特效镜头的故事片。 1977 年的星球大战（ Star Wars）诞生。这部划时代的影片中虽然只有短短 40 秒电脑特效镜头，但却掀起了电影史上技术革命的浪潮。它的最大贡献在于可以控制图像源的位置，从而用数字技术弥补各种实际和机械特效之间的缺陷。三维动画技术也是从那时开始冲击电影电视行业的。 1995 年，由迪斯尼出品的全三维动画片玩具总动
18、员（ Toy Story），片长 77 分钟，1561 个全电脑制作 的 3D 镜头，历时四年，动用了 110 个工作人员，成本为 3 千万美金。 ，一幅幅 3D 画面大大扩展了人们的想象空间，影片在全球上映后大获好评，并在 1999 年 5月作出了 续集 玩具总动员 II ，这也是 首部无胶片数字电影 。 此外，狮子王、埃及王子、昆虫总动员等也在同一时期取得了令人羡慕的 票房 佳绩。 近几年来，迪斯尼、梦工厂、福克斯、华纳等世界著名的动画公司陆续推出一系列三维动画大片，其中有观众所熟悉和喜爱的冰河世纪系列、怪物史莱克系列、最终三维水墨动画 4 幻想系列 、功夫熊猫等，各大动画公司竞相抢占三维
19、电影电视行业 的一席之地。 国内 在三维动画方面起步较晚和发展较为缓慢， 1996 年长沙全国电影工作会议， “ 数字电影制作 ” 被隆重地提上日程，确定为我国电影技术今后发展的突破口，在此之后，国家瞄准世界先进的电影数字制作技术，投入了大量资金，引进了先进的技大设备。 1999 年，国家计委批准了广电总局的 “ 电影数字制作产品示范工程 ” 。 42006 年 8 月，中国首部三维动画 魔比斯环 问世，耗时近 5 年，耗资 1.3 亿元， 具有国际知名的创作班底，在第58 届国际戛纳电影节上，热映十多日，让全球 120 多位片商为之震惊，认为这部片无论在艺术或技术 方面，都已经达到了国际一流
20、水平 。令人惋惜的是， 由于人物风格（偏向欧美）、剧本、和宣传上的不足， 该片在国内上映后票房却波澜不惊， 其几百万的 票房 相较于 1.3亿的巨额投资，可以说是杯水车薪 ,但不可否认，这也是对国内三维动画行业发展的一次重要探索。 1.4 三维动画的应用领域 早期动画影片主要是由手工绘制来完成的，先手绘出静态画面，再由摄影机拍成画面序列进行连续播放制作成动画电影，在此基础上，还出现了一些剪纸动画、折纸动画、布艺动画、粘土动画等表现形式。 相对于这些形式的动画来说，三维动画是一种全新的动画制作理念 ,它 有着众多独到之处 4： 真实性 三维动画的制作过程中，首先在计算机中建立角色、实物和景物的三
21、维数据。然后设定运动轨迹和动作的三维数据，使这些角色和实物在三维空间中运动起来，完成移动、转动、扭曲、变形等变化。不难想象，由于建立了角色的三维数据，因此生成的角色形象是三维立体的。不仅如此，在三维软件中还可以架起 摄影机、调整镜头、设置照明装置、打上各种照明“灯光”，对角色、实物赋予材质，使其真正成为一个“实物”，然后进行拍摄。三维动画的拍摄，相当于现实中的真人、实景的电影拍摄，只是 这一切都是在数字化虚拟的三维模型上实现而已。 易操作性 通过三维动画软件，动画制作人员可以轻松地对三维模型进行操作，实现比传统二维动画更复杂、更加精确地动作，省去了角色转面图的制作，丰富的动画编辑器，更能让画面
22、表现得栩栩如生。 重用性（一次性建模） 第一章 三维动画概述 5 三维动画的最大优势还在于，在一次性建模后，就可以反复使用建立好的模型，还可以批量的生成相同的模型，并赋予不同的造型和动作， 尤其是大规模场景 动画 的 制作 ，是传统动画无法相比的。 画面表现力 在三维动画中，画面表现力不受摄影设备的物理限制并能与实拍视频结合。特别是在数字化的虚拟条件下，对传统电影摄制中非常困难的特技摄影如水下摄影、空间阵列摄影、变速摄影、航拍摄影等高难度的拍摄，运动三维动画 则变得轻而易举了。 软硬件支持 软件技术的快速发展和硬件性能的提高 为三维动画的制作提供了得天独厚的条件，三维动画的制作对计算机性能有较
23、高的要求，以功夫熊猫来说，“玉宫”有 88,100 个形状各异的表面 /部件构成，“宫殿”的藏书阁有 22,388 卷图书， 600 平 方米的空间使用了1,040,229 片五彩纸屑 ,人物打斗时掀起的厚厚尘埃引起了爆炸： 33,588,526 粒尘埃 ， 这些高数量级的动画效果 ， 在 高性能的工作站 支持下 ， 可 完成 于弹指之间 。 三维 动画的诸多优点使其应用领域越来越广，目前 主要有 5： 广告（企业动画） 用动画形式制作电视广告，是目前很受厂商喜爱的一种商品促销手法。它的特点是画面生动活泼，多次重播观众也不容易觉得厌烦；既有轻松、夸张的娱乐效果，又可以灵活地表达商品的特点。使用
24、三维动画制作广告更能突出商品的特殊画面、立体效果而 吸引观众，世界知名企业“可口可乐”就投入了不少三维动画广告。 媒体 、影视娱乐 如今各种类型的公益动画片、教育动画片、电视动画片以及应用于商业用途的电影动画长片充斥着电视以及电影媒体。如北京 2008奥运会期间就涌现出不少此类型的动画广告。电影中的动画应用更是屡见不鲜，其中让人印象最深的当属美国好莱坞大片中的那些动画特效，为观众带来视听上的愉悦 与震撼感 。 建筑装饰 建筑的结构和装潢需要通过三维动画的设计进行展示。使用三维动画工具绘制的效果更精确，更 令人满意。三维建筑漫游动画是随着经济的快速发展应运而生的一个新的专业，它可以在整个工作处于前期的筹划阶段时，按照图纸作出一个非常直观的动画效果，对于建筑物的内部结构，利用三维制作的表现形式可以一目了然。并且可以在施工前按照图纸将实际地形与三维建筑模型相结合，以观察最后竣工后的效果。
