1、厦门大学本科毕业论文 第 1 页 共 55 页 本 科 毕 业 论 文 3D场景 建模和材质 渲染 研究 3D scene modeling , texturing and rendering 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 厦门大学本科毕业论文 第 2 页 共 55 页 摘 要 21 世纪全球最大的两个产业是信息产业和文化产业，在文化产业中，动漫产业作为一个独立的门类，在当代文化产业中举足轻重。当代的文化产业已进入了跨国界、跨文化形态的全球市场化，每年都有大批的优秀国外动画进入我国，占据了我国大部分的市场。在这种情况下，对于
2、目前的中国动画而言，形式是不容乐观的，国产动画如何与国外动画抗衡就是一个摆在眼前的严峻的问题。 国家也发现了发展国产动漫产业的重要性。目前，全国各地纷纷出台措施，鼓励支持动漫发展，中国动漫产业迎来了前所未有的好时机。在这一股风潮的带动下，近几年本土动 画也涌现了一批不错的作品，比如魔比斯环、喜羊羊和灰太狼等等。在这种形式下，本着对动画片的热爱，我们也开始尝试制作一部自己的 3D 动画片 。 这次的毕业设计 是一部全 3D 的动画片，该动画主要是由 Autodesk Maya 制作完成。我负责的主要是建模和 材质贴图 渲染这两个部分。 本文主要介绍了我在对场景建模以及后来的贴图渲染中所遇到的问题
3、以及一些解决方法，建模方面主要分为 Polygon 和 Nurbs 两种建模方式，本文通过建模过程中的实例，由不同角度分析两种建模方式的应用方向和优劣势。对于不同类型不同特点的模型 要选用正确的建模方式才能达到最好的效果，这在 Maya 中也是比较重要的应用。 关键词： 3D 动画；建模；材质贴图渲染 厦门大学本科毕业论文 第 3 页 共 55 页 Abstract In the 21st century, the worlds largest industries are the information industry and cultural industry. In cultural
4、industry, animation industry is very important as an independent category. Contemporary culture industry has entered a cross-border, cross-cultural patterns of the global market, every year a large number of foreign outstanding animations enter our country , account for most of the market in China.
5、Under such circumstance , its not optimistic to Chinese animation. Its a serious problem for Chinese animation about how to counter the foreign animation. Our country also found the importance of developing domestic animation industry. Now, throughout the country introduced measures to encourage the
6、 development of animation in China, its a unprecedented good opportunity for Chinese animation. Under the influence of all, there are lots of good animations, such as Thru The Moebius Strip, Pleasant Goat and Big Big Wolf and so on. Because of the love of animation, we try to make a 3D animation by
7、ourselves. Our graduation project is making a 3D animation, its mainly produced by Autodesk Maya. I was mainly responsible for modeling, texturing and rendering. This article mainly describes the problems and solutions about how to model, texture and render. Modeling is mainly divided into two kings
8、 of methods: Polygon and Nurbs. Through the example of modeling, analysis different modelings direction of application, advantages and disadvantages. Different methods of modeling should match different models, it can make good effects, its very important for Mayas application. Key words: 3D animati
9、on; modeling; texture and render. 厦门大学本科毕业论文 第 4 页 共 55 页 目 录 第一章 引言 . 6 第二章 选题背景 . 8 2.1 中国当代动画产业现状 . 8 2.2 制作工具和技术介绍 . 10 2.2.1 Maya 简介 . 10 第三章 所用相关技术研究 . 13 3.1 Maya 建模技术研究 . 13 3.1.1 Polygon 建模研究 . 13 3.1.2 曲面建模（ Nurbs）方式研究 . 14 3.1.3 细分建模研究 . 15 3.2 Maya 材质贴图模块研究 . 16 第四章 动画详细建模设计 . 18 4.1 水下海
10、底场景建模 . 18 4.2 海底游乐场详细建模 . 26 4.3 纳金博士小空间详细建模 . 40 第五章 材质贴图 . 47 第六章 总结与展望 . 53 致谢 . 54 参考文献 . 55 厦门大学本科毕业论文 第 5 页 共 55 页 Contents 1 Introduction . 6 2 Topics of background. 8 2.1 Contemporary Chinese Animation Industry . 8 2.2 Introduction of tools and techniques . 10 2.2.1 Introduction of Maya . 1
11、0 3 Introduction of related technique . 13 3.1 Introduction of modeling . 13 3.1.1 Polygon modeling. 13 3.1.2 Nurbs modeling. 14 3.1.3 Sub-Division modeling . 15 3.2 Introduction of texturing. 16 4 Detail design of animation modeling . 18 4.1 Modeling of underwater scenes Harbor . 18 4.2 Modeling of
12、 underwater playground and nakin space . 26 5 Texturing . 47 6 Summary . 53 厦门大学本科毕业论文 第 6 页 共 55 页 第一章 引言 动漫产业，是指 是指以 “ 创意 ” 为核心，以 动画 、漫画为表现形式，包含动漫图书、 报刊 、电影、电视、 音像制品 、舞台剧和基于现代信息传播技术手段的动漫新品种等动漫直接产品的开发、生产、出版、播出、演出和销售，以及与 动漫 形象有关的服装 、 玩具 、电子游戏等衍生产品的生产和经营的产业。 全球动漫产业最发达的地区莫过于美国和日本了。 这两个国家的动漫产业占据了全球动漫产业
13、的绝大部分，而他们的发展方式却截然不同。 美国动漫产业在 80 多年的发展中，依托雄厚的财力和技术力量，以及完备的市场化组织力量，始终处于世界领先地位。整个产业的出口仅次于计算机产业，产值达 2000 多亿美元。 一提到美国动漫，大多数人第一 时间就想到迪士尼，迪士尼在动漫界的地位无可动摇。在几十年中，迪士尼创造了无数的经典动漫人物，比如米老鼠、唐老鸭、白雪公主、小熊维尼等等，单单靠着这些人物的形象授权，每年就为迪士尼带来了巨大的商业利润。 与美国的以质取胜不同，日本动漫产业以量取胜。 形象衍生产品的销售，在日本动漫产业中占有重要地位。在日本“漫画 -电视 -电影 -电玩 -玩具”模式的产业链
14、中 ， 众多日本动漫公司都把后期延生产品作为收回资本的重要手段。在日本，衍生产品除了传统的衣服、鞋帽之外，更多的是电玩产品和各类玩具，这让出版商、电视台、电玩生产商、玩具 商都能获得很好的收益。 所以日本的动漫主要是通过 ： “ 漫画 -动画 -衍生产品 -消费者 ” 来获取最大利润 1。 从两国动漫产业的发展我们不难看出，一个良性的动漫产业链可以带来多大的财富。 虽然两国动漫产业的发展方式不同，但是他们都已经有了数十年的动漫产业化的历史。而在中国，将动漫产业化只是最近几年的事。好在我国也注意到了发展本土动漫产业的重要性和必要性，近几年推出了许多有利措施以推动国内动漫产业的发展，比如建设动漫产
15、业基地，大力培养动漫人才等 2。 在这样的背景下，出于大家对动画片的热爱和队中国 动漫产业前景的信心，我们也希望通过制作一部 3D 动画片为国家动漫产业贡献一份自己的力量。 该部 3D 动画的制作，前期和中期主要是在 Autodesk Maya 中完成的。 厦门大学本科毕业论文 第 7 页 共 55 页 一部 3d 动画的制作流程大致如 图 1-1 所示 ： 图 1-1 动画制作流程图 Maya 是由 Alias/Wavefront 在工作站技术的基础上开发的新一代产品，只能运行于 Windows NT 上。 Maya 作为一款专业的动画制作软件，在全世界被广泛的应用在 3D 动画制作当中，与
16、其他同类软件相比 ， Maya 更适合于角色动画的制作，并拥有强大的建模功能 。 动画编剧 动画脚本分镜 三维场景设计 三维建模 材质贴图 骨骼设置绑定 调动画 特效 制作 后期合成 灯光设计 渲染 剧本创作、剧情修改 厦门大学本科毕业论文 第 8 页 共 55 页 第二章 选题背景 2.1 中国当代动画产业现状 近几年来，中国动漫产业有了较大的发展，国家制定了一系列政策与有力措施来发展本土动漫产业。 2004 年以来国家广电总局发布了许多旨在推动动漫产业发展的政策，同时搭建了许多动漫播放平台。但是，把动漫当做产业来发展，在中国还是近几年的事，因此我国的动漫产业还存在许多需要解决的问题。 1.
17、 国产动画内容匮乏，质量普遍不高。总体上看，本土动画的质量并不高。真正受欢迎的动画只是占少数。现在不少国内的动画只追求画面，内容却极其 空洞，配音、音效效果差。 2. 缺少特有的风格。在 60-80 年代，中国的动画业曾取得辉煌的成绩，大闹天宫、哪吒闹海、天书等都是中国动画史上永恒的经典，这些作品从内容形式到动画的风格都具有显著的民族风格，在当时引起了世界的广泛关注。但是近年来，随着国外动画片大量涌入中国，不少本土的动漫渐渐开始模仿起国外动画的风格，没有鲜明的个性和吸引力，丢失了民族特色。 3. 动漫市场不规范，产业链不流畅。我国动漫市场的运作起步较晚，缺乏成熟的商业运作模式，完善的动漫产业链
18、尚未形成。其次，市场上盗版的泛滥严重阻碍了动漫产品及 其衍生品的发展 3。 不过最近几年，有部分本土动画作品还是应该受到肯定的。比如中国第一部全 3D 动画秦时明月，虽然该部动画片的投资和国外同类型动画的投资比起来不算什么，但是在中国的动画之作上已经是一次突破，整部动画从始至终都给人一种置身仙境的感觉，为了最大限度追求真实，这部动画还采用了最先进的动态捕捉技术，最大限度的模仿的真实的动作效果。 如 图 2-1是秦时明月的画面。 厦门大学本科毕业论文 第 9 页 共 55 页 图 2-1 秦时明月画面 除了秦时明月以外，还有不少有不错的本土动画作品，比较有代表性的像魔比斯环、喜羊羊与灰 太狼等
19、，如图 2-2， 2-3。 图 2-2 魔比斯环剧照 厦门大学本科毕业论文 第 10 页 共 55 页 图 2-3 深受小朋友喜爱的喜羊羊与灰太狼 2.2 制作工具和技术介绍 2.2.1 Maya 简介 Maya 是美国 Autodesk 公司出品的世界顶级的三维动画制作软件，应用对象是专业的影视广告、角色动画、电脑特技等。 它不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还结合了最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染和运动匹配技术。 MAYA 因其强大的功能在 3D 动画界造成巨大的影响，已经渗入到电影、广播电视、公司演示、游戏可视化等各个领域，且成为三维动画软件中的佼佼 者 4。 Maya 自诞生以来一直作为服务于影视特效领域的软件而存在，其强大的各项工作模块以及与 Pixar 公司著名的渲染插件 Renderman 的完美结合，使其在 21 世纪初占领了近 85%的美国电影特效制作市场。很多以
