三维动画论文

本文档由 维维大豆 整理提供 QQ 14100078481 引言1.1 三维动画概况1.1.1 三维动画的概念三维动画又称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新兴技术。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。三维动画的本质即通过计算机的运算和处理、建立三维物体造型、并使该物体在三维空间运动。三维动画已经发展了很多年、从最初的三维物体造型、发展到目前的虚拟现实技术、在三维模拟的建立手段、计算方法以及三维真实效果等方面、具备了很高的技术水平1。特别适用于学校教学、科研、产品介绍、广告设计以及军事领域、三维动画同时也是多媒体产品中比较常见的媒体形式。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界、设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景、再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数、最后按要求为模型赋上特定的材质、并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算、生成最后的画面2。 1.1.2 三维动画的特点用三维动画表现内容主题、具有概念清晰、直观性强、视觉效果真实等特点。相比较传统的二维动画、三维动画有更加强烈的真实感。精准的动作捕捉和华丽的渲染效果、使三维动画可以模拟出近乎真人世界的视觉效果3。由于动画制作人员只提供动画表现形式及有限的操作、而大部分绘制合成工作都由计算机来计算完成、使得动画制作的工作量减小。三维动画的制作成本、与制作的复杂程度和所要求的真实程度成正比、并呈指数增长。 三维动画画面表现力没有摄影设备的物理限制、可以将三维动画虚拟世界中的摄影机看作是理想的电影摄影机、而制作人员相当于导演、摄影师、灯光师、美工、布景、其最终画面效果的好坏与否仅取决于制作人员的水平、经验和艺术修养、以及三维动画软件及硬件的技术局限。 三维动画技术虽然入门门槛较低、但要精通并熟练运用却需多年不懈的努力、同时还要随着软件的发展不断学习新的技术4。由于三维动画技术的复杂性、最优秀的3D设计师也不大可能精通三维动画的所有方面。 三维动画制作是一件艺术和技术紧密结合的工作。在制作过程中、一方面要在技术上充分实现要求、另一方面、还要在画面色调、构图、明暗、镜头设计组接、节奏把握等方面进行艺术的再创造。与平面设计相比、三维动画多了时间和空间的概念、它需要借鉴平面设计的一些法则、但更多是要按影视艺术的规律来进行创作。1.2 三维动画的发展早在 1831 年、法国人约瑟夫 安东尼 普拉特奥 (Joseph Antoine Plateau) 在一个可以转动的圆盘上按照顺序画了一些图片。当圆盘在机器的带动下旋转时、圆盘上的图片似乎动了起来、可称得上最原始的动画。1909 年、美国人 Winsor McCay 用一万张图片表现一段动画故事、这是迄今为止世界上认的第一部真正的动画短片。1915 年、美国人 Eerl Hurd 创造了新的动画制作工艺。他先在赛珞璐片上画动画片、然后再把赛璐璐片上的图片拍摄成动画影片、这种动画片的制作工艺一直沿用至今。1928 年开始、世人皆知的华特迪斯尼 (Walt Disne) ）逐渐把动画影片的制作推向颠峰。动画的发展经过了一个漫长的历程、从最初的动画雏形到现在的大型豪华动画片、其本质没有太大的变化、而动画制作手段却发生着日新月异地变化。今天、“电脑动画 ”、“电脑动画特技效果”不绝于耳、可见电脑对动画制作领域的强烈震撼。三维动画在国外的发展十分迅速、这得益于巨大的市场需求。美国拥有世界知名的三维动画电影制作领头羊皮克斯动画实验室。日本的三维动画也十分出色。三维动画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5。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。运用计算机图形技术制作动画的探索始于80年代初期、当时三维动画制作主要是在一些大型的工作站上完成的。在DOS操作系统下的PC机上、3D Studio软件处于绝对的垄断地位。1994年、微软推出Windows操作系统、并将工作站上的Softimage移植到PC机上。1995年、Win95出现、3DS出现了超强升级版本3DS MAX1.0。1998年、Maya的出现可以说是3D发展史上的又一个里程碑6。一个个超强工具的出现、也推动着三维动画应用领域不断的拓宽与发展。在影视广告制作方面、这项新技术能够给人耳目一新的感觉、因此受到了众多客户的欢迎。三维动画可以用于广告和电影电视剧的特效制作（如爆炸、烟雾、下雨、光效等）、特技（撞车、变形、虚幻场景或角色等）、广告产品展示、片头飞字等等。 在各类动画当中、最有魅力并动用最广的当属三维动画。三维动画软件功能愈来愈强大、操作起来也是愈来愈容易、这使得三维有更广泛的运用7。当然、我们的世界是立体的、只有三维才让我们感到更真实。三维动画业是新兴行业、也可称为CG行业（Computer Graphics的缩写）、制作三维动画是很有前途的、综观三维动画的产生和发展历程、相信在不久的将来、三维动画将进入千家万户、不再是大电影制片厂和专业影视制作公司的专利8。相对于国外几十年的三维动画发展、中国的三维动画业是新兴行业、但是综观三维动画的发展历程和它所具有的巨大发展潜力、相信不久的将来、三维将进入中国的千家万户、不再是外国大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利。近年来我国学做三维的人日益增多、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9。但是由于国内三维动画制作技术人员的整体素质还有待提高、且外国三维动画制造业的冲击、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的课题。1.3 论文的内容安排 第一章 引言：简要介绍三维动画的基本概念、国内外发展状况、三维动画制作软件和制作过程。第二章 开发平台介绍：对本次设计使用到的三维动画制作软件3DSMax进行了详细介绍。第三章 规划与总体设计：阐述本次设计的目的、总体设计及制作流程 。第四章 详细设计：详细描述了本次三维动画的制作过程。第五章 视频合成：讲解如何制作好的三维动画片段合成完整的视频文件。第六章 总结：总结了设计中遇到的问题和这次设计的收获。 1.4 三维动画的实现1.4.1 三维动画实现软件三维动画的发展与计算机的软件、硬件的发展进步密不可分、超强的硬件平台为三位动画的制作提供了便利、而功能越来越丰富的软件则使三维动画的制作更加生动。现在较为常见的三维动画制作软件包括：（1） Avid Softimage XSI AVID于1998年并购了SOFTIMAGE以后、于1999年底推出了全新一带三维动画软件XSI、由于其非线性动画的特色及大量的技术改进、使业界刮目相看。XSI被业界称为代表未来走向的第三代三维动画软件、不仅因为其强大的非线性动画角色制作能力、也源于它近年来的不断推陈出新、使其在模型、渲染、粒子效果、流体、刚体、柔体动力学效果、毛发、布料仿真等效果上综合实力优于其它第二带软件、此外、XSI创造性的推出许多前所未有的新概念、有基于INTERNET的内置网络浏览器NET-VIEW、可快速通过网络与远程交换创作资料；有动画合成一体化的内置合成器、从而解决了多年来困扰制作的多动画特技层精确对位问题,动画/拍摄色调/光线/景深匹配等问题、被誉为动画影视创作的一次革命。（2）Alias/Wavefront MAYA Alias/Wavefront推出的MAYA可以说是当前电脑动画业所关注的焦点之一。它是新一代的具有全新架构的动画软件。从MAYA这个古老而又神秘的名字就可以看出、这个软件蕴涵着巨大的能量。它采用Object oriented C+ code整合OpenGL图形工具、提供非常优秀的实时反馈表现能力、 具有先进的数据存储结构、强力的Scenceobject处理工具Digital project。MAYA运用弹性使用介面及流线型工作流程、使创作者可以更好地规划工程、使用Scripiting & Command language语言。MAYA的核心引擎是一种称为MEL（MAYAEmbeddedLanguage马雅嵌入式语言）的加强型Scripiting与Command语言、支援所有的MAYA函数命令。）在基本的架构中、MAYA自定undo/redo的排序、同时MAYA也提供改变Procedure stack（程序堆叠）及re-excute（再执行）的能力。（3） 3DS MAX 说到三维动画软件、如果不提3DS MAX恐怕要被人笑话了。3DSMAX从1.0版发展到现在的6.0版、可以说是经历了一个由不成熟到成熟壮大的过程。这是应用于PC平台的三维动画软件从1996年开始就一直在三维动画领域叱咤风云。它的前身就是3DS、可能是依靠3DS在PC平台中的优势、3DS MAX一经推出就受到了瞩目10。它支持Windows95、WindowsNT、具有优良的多线程运算能力、支持多处理器的并行运算、丰富的建模和动画能力、出色的材质编辑系统、这些优秀的特点一下就吸引了大批的三维动画制作者和公司。现在在国内、3DS MAX的使用人数大大超过了其它三维软件11。可以说是一枝独秀。3DS MAX的成功在很大的程度上要归功于它的插件。全世界有许多的专业技术公司在为3DSMAX设计各种插件、他们都有自己的专长、所以各种插件也非常专业。例如增强的粒子系统sandblaster, ourburst,设计火、烟、云的afterburn, 制作肌肉的metareyes,制作人面部动画的jetareyes。有了这些插件、可以轻松设计出惊人的效果12。据说每天都有新的为3DSMAX设计的插件推出。（4） Animatek World Builder在三维动画领域当中、可能制作令人信服的三维地貌环境是最困难的部分之一了。如果我们用普通的三维动画制作软件来制作的话、肯定要花费大量的时间和精力来实现现实环境中的每一个细节。World builder的推出可以说是带给了我们巨大的福音。World builder是一个独立的3D观创造系统、可以独立创造逼真的山水景色、 配上3DS MAX 透过Z-Buffer(具Z轴空间资料的静态图)合成、可创造媲美株罗纪公园的震撼效果、程式语言化的参数物件编辑系统、提供使用者更进一步的发挥、适用在广告影片、GAME场景、多媒体光碟、建筑景观、原野游乐设施开发规划等、唯一的限制是想像力。World builder还支持很多的三维动画软件、你可以将在world builder里生成的场景直接调入到3DSMax、Lightwave等软件里去使用、并且可以将场景的材质也一同输出。这是一个非常好的特点可以使用像3DSMax这样的动画软件来实现后期的着色和动画。1.4.2 三维动画制作过程（1）前期制作 指在使用计算机制作前、对动画片进行的规划与设计、主要包括文学剧本创作、分镜头剧本创作、造型设计、场景设计等。 （2）动画片段制作 根据前期设计、在计算机中通过相关制作软件制作出动画片段、制作流程为建模、材质、灯光、动画、摄影机控制、渲染等、这是三维动画的制作特色。 建模：是动画师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、需要出场的角色和场景中出现的物体都要建模13。建模的灵魂是创意、核心是构思、源泉是美术素养。通常使用的软件有3DS Max、Auto CAD、Maya等。建模常见方式有：多边形建模把复杂的模型用一个个小三角面或四边形组接在一起表示（放大后不光滑）；样条曲线建模用几条样条曲线共同定义一个光滑的曲面、特性是平滑过渡性、不会产生陡边或皱纹。因此非常适合有机物体或角色的建模和动画。细分建模结合多边形建模与样条曲线建模的优点面开发的建模方式。建模不在于精确性、而在于艺术性、如侏罗纪公园中的恐龙模型。 材质贴图：材质即材料的质地、就是把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14。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。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：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。三维软件中的灯光一般有泛光灯（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。摄影机控制：依照摄影原理在三维动画软件中使用摄影机工具、实现分镜头剧本设计的镜头效果。画面的稳定、流畅是使用摄影机的第一要素。摄影机功能只有情节需要才使用、不是任何时候都使用。摄像机的位置变化也能使画面产生动态效果。 动画：根据分镜头剧本与动作设计、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15。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3DS Max的动画曲线编辑器。 渲染：是指根据场景的设置、赋予物体的材质和贴图、灯光等、由程序绘出一幅完整的画面或一段动画。三维动画必须渲染才能输出、造型的最终目的是得到静态或动画效果图、而这些都需要渲染才能完成。渲染是由渲染器完成、渲染器有线扫描方式（Linescan如 3ds MAX内建的）、光线跟踪方式（Raytracing）以及辐射度渲染方式（Radiosity如 Lightscape渲染软件）等、其渲染质量依次递增、但所需时间也相应增加。较好的渲染器有Softimage公司的MetalRay和Pixal公司的RenderMan（Maya软件也支持RenderMan渲染输出）。通常输出为AVI类的视频文件。（3）后期合成 影视类三维动画的后期合成、主要是将之前所做的动画片段、声音等素材、按照分镜头剧本的设计、通过非线性编辑软件的编辑、最终生成动画影视文件。2 开发平台介绍本次设计采用3DMax2009中文版开发平台。3DSmax具有如下特点：（1）功能强大、扩展性好。 它的建模功能强大、另外在角色动画方面具备很强的优势、外丰富的插件也是其一大亮点 。（2）操作简单、容易上手。 与强大的功能相比、3ds max可以说是最容易手的3D软件。（3）和其它相关软件配合流畅。3dsmax有个特出的优点、就是软件的设计有极好的开放性。正因为如此、许多小的单位和个人都在做3dsmax的插件、使用者只要设置需要装载的插件的位置、就可以装载。插件涉及建模、渲染、角色、输出等等、而且有许多的插件在功能上非常突出。除了64位支持、全新的光照系统、更多着色器和加速渲染能力、3dsMax 9还提供以下功能、以最大化核心性能、生产力和制作流程效率：（1）一套可添加到3ds Max中定制装备和控制器上的分层混合系统。（2）线框与边缘显示的最优化、可在视图中得到更快的反馈。（3）可保存并加载到步迹动画（bipeds）上的XAF文件、使定制装备输入输出信息更加轻松增强的头发和衣服功能、包括在视图中设计发型的能力增强的对正在处理中资产的文件参照及跟踪功能点缓存（Point cache）能将网格变形制作成文件进行快速渲染。通过FBX文件格式改善与Autodesk Maya的兼容性。3 三维动画的规划与总体设计3.1 设计立意坦克在现代战争中仍占据重要地位、而对于坦克性能的了解将有助于对坦克的使用、升级和改造。使用三维动画仿真坦克的运动可以更方便、直观的了解坦克的性能。本次设计模拟了坦克的行进、涉水、翻越壕沟、火炮发射等过程动画。通过仿真动画让人们对坦克有直观的了解。3.2 三维动画总体设计使用3DSMax2009创建一个场景并实现中国99式坦克运动动画、包括：（1） 公路行进：坦克做便加速运动。（2） 行驶转向：坦克行驶一个弧度。（3） 池塘穿越：坦克从池塘穿过。（4） 翻越壕沟：坦克翻越一条壕沟。（5） 炮弹发射：坦克炮塔旋转、物体爆炸效果。3.3 三维动画设计流程本次三维动画设计主要包含六个步骤：第一步：建模 利用3DSMax中的建模方法创建模型、包括坦克模型、山脉模型、池塘模型、树木模型等。第二步：材质贴图 制作本次设计用到的材质、以便形成表面细节和结构。第三步：关联及 设置运动路径、对对象进行关联并添加粒子系统。 第四步：灯光及贴图 向场景添加灯光、赋予模型材质。第五步：渲染及摄影动画 使用3DSMax中的摄影机工具、完成分镜头的摄影效果并利用渲染器完成完整的动画片段并输出、输出格式为AVI。第六步：动画合成 使用非线性编辑软件编辑完成最终的动画影视文件。4 三维动画详细设计4.1 3DSMax建模计算机中的三维造型都是以线框加面片方式存在的、在3DSMax中造型的基本元素是点、线、面。通过各种方法来创建并修改物体的点、线、面、从而完成所需造型的过程就是建模。在3DSMax中、基本体建模是极为常用的建模方法。本次设计将主要使用基本体多边形建模。基本体建模方法为：在创建命令面板中找到标准基本体模块按钮创建标准几何体、在参数命令面板中输入参数后转化为可编辑多边形。选择修改面板、结合层级面板单击使用修改面板卷展栏中的功能按钮对多边形的点、线、面进行修改操作16。4.1.1 坦克建模 首先利用基本体建模、放样建模和布尔运算建立炮塔模型。包括炮塔主体、火炮、榴弹发射器、并列机枪、激光测距装置、炮塔前装甲、栅栏、炮塔侧翼装甲等。模型如图所示：图4.1 炮塔模型然后进行车体建模。使用基本体建模工具并配合使用挤出、倒角、桥接、细化等工具创建车体模型。模型如图：图4.2 车体模型最后进行驱动轮、承重轮、履带轮、履带、油箱等的建模、如图所示：图4.3 承重轮、履带轮等模型4.1.2 树木建模 3DSMax 2009可直接调用模型：单击创建命令面板、在下拉菜单中选择AEC扩展、选择AEC扩展中的植物即可创建、如下图： 图4.4 树木模型4.1.3 山脉、池塘建模在创建命令面板中选择基本体创建一个平面、转化为可编辑多边形后调节点的位置形成山脉、池塘、利用网格平滑处理获得更平滑效果。效果如图：图4.5 山脉池塘模型4.2 材质贴图三维软件的材质设计要解决两个问题。第一是材料的质地、即对象是由何种物质构成的、不同的物质具有不同的质地。这里所说的质地、包括物体的颜色、表面的粗糙程度、透明程度、反光强度和对光线的折射程度等要素。第二是质地表面纹理、纹理的解决需要使用贴图。本次设计材质包括金属、水、灰尘等。3DSMax材质贴图的操作主要使用材质编辑器完成。4.2.1 金属打开材质编辑器、选中一个材质球、在明暗器基本参数中的下拉菜单中选择Oren-Nayer-Blinn并将漫反射颜色设置为灰黑色。将高光级别、光泽度、柔化分别设置为50、10、0.8。在贴图卷展栏的漫反射颜色中选择位图、添加位图。效果如图：图4.6 金属材质4.2.2 陆地 选中一个新的材质球、 类型为Standard、将环境光、漫反射、高光反射设置从深到浅的灰色、高光级别、光泽度、柔化设置为7、8、0。在贴图卷展栏中单击漫反射右侧长按钮、加载混合贴图；在混合参数卷展栏中为color#1和color#2均加入噪波贴图；color#1噪波大小设为5、高位0.83、低为0.17、构成噪波的两种颜色设置为深灰和深褐色、color#2只将噪波大小默认为25、噪波的两种颜色对调、其他参数与color#1一致。在混合参数卷展栏中、将混合量设置为56。单击凹凸右侧长按钮、加载混合贴图；在混合参数卷展栏中、为color#1加载细胞贴图、为color#2加载噪波贴图；在细胞参数卷展栏中、将细胞类型设置为碎片、大小为1.0；在color#2的噪波参数卷展栏、将噪波大小设置为3、噪波类型设置为分形；在混合参数卷展栏中、间混合量设置为44。在贴图卷展栏中、将凹凸数量设置为75。渲染效果如图：图4.7 陆地材质4.2.3 水打开材质编辑器、选择一个空白样本球、材质类型为Standard、明暗器为Blinn。将环境光、漫反射、高光反射分别设置为蓝色、蓝色、浅蓝色。高光级别、光泽度分别设置为200、30、将不透明度设置为50。反射贴图为反射/折射且数量为5。效果如图：图4.8 水材质4.2.4 烟尘 选择一个空白样本球、材质类型为混合、明暗器为Blinn。将环境光、漫反射、高光反射分别设置为灰色、灰色、浅灰色。高光级别、光泽度分别设置为20、5将不透明度、将不透明度设置为85。效果如图：图4.9 烟雾效果4.3 关联动画4.3.1 履带链接先在视图中创建一个参考物体、选择履带零件。使用阵列工具和附加工具制造一条履带链、创建一条坦克履带曲线。为履带创建一个虚拟体、为此虚拟体添加路径约束修改器、设置路径为履带曲线。为履带添加Path Deform（WSM）修改器。利用移动工具将履带移动到合适的位置。选择履带、按下曲线编辑器按钮、打开履带修改器下的路径跟随、选择Percent along path（路径百分比）、右键单击选择指定控制器、在列表中选择浮点表达式。在窗口Name中输入cheti、选择向量并单击创建、单击指定到控制器并指定给车体的位移并单击确定。再创建一个向量命名为参考、指定给参考物体。在表达式栏输入length（cheti-cankao）/833（833为坦克履带链长度）。如图所示：图4.10 履带链表达式设置设置好关联后、点击确定关闭制定控制器。最小化曲线编辑器后在视图中观察履带物体、履带如图所示： 图4.11 履带效果4.3.2 炮塔链接单机选择并链接按钮后选中火炮、榴弹发射器、并列机枪、激光测距装置、炮塔前装甲、栅栏、炮塔侧翼装甲等、将它们连接到炮塔主体上。使用移动、缩放工具将模型组合。完成操作后效果如图所示： 图4.12 炮塔4.3.3 坦克轮链接选择坦克承重轮、在承重轮中心位置创建虚拟体并将承重轮链接到虚拟体上。右键单击选择关联参数、选择变换旋转,单击 Y轴旋转并将虚拟体链接到坦克车体上、选择变换选项中的位置、单击X位置进入设置面板。设置面板如图所示：图4.13 承重轮设置其中22为承重轮X轴尺寸的一半。坦克前轮、驱动轮、履带轮配置与承重轮相同。4.3.4 坦克主体链接按顺序选择并链接炮塔、车体、油箱、塔克车体前装甲、侧裙板等。如图：图4.14 坦克链接效果4.4 灯光、材质及贴图4.4.1 灯光在创建命令面板中单击灯光按钮、在下拉列表中选择标准选项、建立一个目标平行光、将光源放置于模型左上方场景。单击修改命令面板、在卷展栏中设置倍增为1.5或更高、设置聚光区光束完全覆盖场景对象。在场景中加入适当的泛光灯、调节其倍增以平衡场景中的光。如图：.图4.15 灯光设置4.4.2 赋予材质给场景中的坦克、水面、山脉等赋予材质。方法为保持物体处于选择状态、打开材质编辑器、单击将要赋予该物体的材质球并单击将材质赋予物体按钮。赋予材质后对象属性将发生变化、如图所示：图4.16 添加材质效果图4.5 动画3DS Max提供两种摄影机、目标摄影机是将摄影机的目标点链接在运动物体上、用来表现目光跟随效果。自由摄影机是将摄影机绑定在运动目标上、随目标在运动轨迹上一同运动、同时进行跟随和倾斜。本次设计使用的是扫描线渲染器、相对于vary它的优点是渲染速度快、其渲染效果也完全可以满足此次设计的要求。4.5.1 运动镜头录制炮塔旋转动画为坦克添加超级喷射、模拟坦克排出的烟雾。点击创建按钮、选择图形并创建一条曲线作为摄影机的运动轨迹。为摄影机添加虚拟对象、保持虚拟对象处于选择状态、单击运动面板、添加路径约束。将摄影机链接在虚拟对象上、单击摄影机并选择修改面板、在右侧的卷展栏上设置摄影机参数。单击炮塔主体、打开运动面板。在48帧和120帧处设置关键点、设置Y轴旋转一定角度。选中摄影机、单击右键选择将视图设定到指定摄影机。单击摄影机按下F10打开渲染设置、在公用选项卡中的时间输出选择活动时间段、输出大小选择600*800、配置渲染输出后点击渲染。截图如下所示：图4.17 炮塔旋转动画截图4.5.2 利用目标摄影机制作目标跟随效果动画确保车体处于被选择状态、打开轨迹视图、在第12、36、60、84、108帧设置关键点、选择X位置、在各个关键点设置车体X位置设置加速运动效果。在场景中建立目标摄影机、将摄影机目标定位在坦克上并使用链接工具将它连接在坦克车体上。将视图设定到指定摄影机,按下F10开始渲染并输出动画片段。效果如图： 图4.18 摄影机目标跟随动画截图4.5.3 利用自由摄影机录制坦克转弯动画在视图中穿件一条曲线作为坦克的行进路线、利用修改工具将这条曲线修改成为三维立体曲线。选择车体、在运动命令面板中为车体添加路径约束修改器、拾取曲线路径。打开曲线编辑器、选择百分比后添加关键帧并调整、是坦克产生变速运动的效果。选择X轴旋转、创建关键帧后调整旋转角度、使之产生坦克倾斜效果。在场景中添加自由摄影机、调整摄影机的位置、进入摄影机视角后调整视角。截图如下所示：图4.19 自由摄影机录制坦克转弯效果截图4.5.4 录制坦克涉水动画创建坦克行进路线、使用路径约束修改器为坦克添加路径。打开曲线编辑器添加关键帧、设置坦克主体百分比来调节坦克位移、产生变速运动效果。为炮塔添加Y轴旋转使坦克入水时保持火炮处于水面上方。在场景中创建两台目标摄像机、其中一台使用链接工具将摄像机与目标均链接在坦克上。调整摄像机和目标的位置、产生近距离动画。另一台摄像机置于坦克后上方、录制坦克远景动画。截图如下所示：图4.20 坦克涉水动画4.5.5 录制坦克翻越壕沟动画录制坦克翻越壕沟的动画与前面的轨迹动画基本相同、创建轨迹曲线制作轨迹动画、打开曲线编辑器设置关键帧调节坦克的移动。添加灰尘粒子系统。先加入一台摄像机录制坦克行进动画、再用创建一台摄像机、设置窗口抖动并链接到坦克上录制第一人称动画。动画截图如下所示：图4.21 坦克翻越壕沟动画截图4.5.6 制作坦克射击动画在山脉模型旁边放置一个金属球体、打开空间扭曲、在下拉菜单中选择几何/可变性、单击爆炸按钮创建一个爆炸物体。用控空间绑定工具、将金属球绑定在爆炸物体上。选择爆炸物体后单击修改面板、在卷展栏中设置爆炸强度、混乱程度、起爆时间等参数17。创建一个超级喷射并将它移动到合适位置、对其参数进行相应设置。为坦克炮塔和激光测距仪设置Y轴旋转瞄准目标物体。摄影机设置拉近镜头、用摄影机视图拍摄物体爆炸动画、效果如图：图4.22 物体爆炸截图5 视频合成Video Post是3DSMAX中一个独立的组成部分、主要用于视频后处理、类似非线性编辑软件、如Adobe Premiere。在Video Post视频合成器中可以将场景、图片、动画文件等素材进行组合连接、还可以为图像增加特效处理、如星空、光晕、镜头等。Video Post视频合成器的界面窗口形态如图：图4.23 Video Post视频合成器窗口Video Post渲染步骤与场景中的渲染有区别、但基本选项相同。需要注意的是、Video Post渲染设置与渲染场景面板中的设置各自独立、不会互相影响。5.1 合成两个图像序列合成两个图像集是Video Post的主要操作之一。该操作经常在项目接近尾声时执行、可用于结合艺术工作者已渲染的所有图像。 具体步骤为：1) 使用IFL管理工具为要合成的每个图像序列集创建一个 IFL 文件。 2) 选择渲染 后选择Video Post。 3) 单击添加图像输入事件然后单击文件选项。 4) 选择第一个 IFL 文件并单击打开选项、然后单击确定按钮关闭。5) 再次单击添加图像输入事件按钮并单击文件按钮。 6) 选择第二个 IFL 文件并单击打开、然后单击确定按钮。7) 单击添加图像输出事件按钮、然后单击文件按钮。8) 将输出文件格式设置为MOV 文件按钮输入文件名。设置后单击保存按钮。 9) 单击确定以接受压缩设置对话框中的默认设置、 然后单击确定按钮。 10) 选择第一个图像输入事件后按住 CTRL 键的同时选择第二个。11) 单击添加图像层时间并从合成器和变换列表中选择Alpha合成器。12) 单击确定关闭添加图像层事件对话框。13) 单击执行序列按钮。 14) 单击执行 Video Post对话框中的渲染按钮。15) 在伪 Alpha层事件下选择图像输入事件。16) 添加循环事件并将次数设置为 4。17) 图像输入事件会进一步嵌套在队列中。18) 如果需要可使用默认的循环设置或将其更改为往复后单击确定。19) 再次单击执行序列按钮并渲染场景。 5.2 连接两个动画1) 选择渲染后单击Video Post按钮。 2) 单击添加图像输入事件、然后单击文件按钮。 3) 选择第一个动画文件并单击打开、单击确定关闭对话框。4) 再次单击添加图像输入事件并单击文件按钮。 5) 选择下一个动画文件并单击打开后再单击确定对话框。 6) 对需要连接的所有其他动画重复上一个步骤。 7) 单击添加图像输出事件按钮后单击文件按钮。 8) 将输出文件格式设置为MOV 文件并输入文件名、设置后单击保存。 9) 单击确定以接受压缩设置对话框中的默认设置、然后单击确定按钮。10) 选择第一个图像输入事件然后按住 CTRL 键选择第二个图像输入事件。 11) 单击关于选择按钮、对随后的图像输入事件重复上两个步骤。 12) 单击最大化显示按钮以查看整套轨迹。 13) 选择图像输出事件按钮并拖动范围栏的右端以匹配队列中的总帧数。 14) 单击执行序列按钮并单击执行 Video Post对话框中的渲染。 6 总结几个月的3DMax学习终于完成了、毕业设计也在老师和同学们的帮助下完成了。在学习三维动画制作和毕业设计的过程中、我明白了一个道理、那就是读万卷书不如行万里路。许多的知识在书本上写的很明白、可是实际动手操作总会出现这样那样的问题。例如、在渲染动画片段时、根据参考书上写的渲染设置渲染出的动画模糊不清。经过不断探索终于解决了问题、原来是因为使用了视频压缩的缘故。可是不使用视频压缩虽然画质得到了改善、但视频文件却又变得很大。又比如、在做履带链接和坦克轮链接时、无法得到让人满意的结果。看来只有不断地尝试、才能获得进步。虽然最后完成的三维动画、基本上实现了坦克的运动动画、但可以看出、它距离模拟仿真还差的很远。无论从编辑的材质还是运动的捕捉都无法达到以假乱真的效果。只有坦克模型制作的好一些、这得益于我在毕业设计前期对中国99式坦克进行了大量的了解、包括辅导老师对99式坦克的详细讲解。我在模型制作上花费了大量时间、得到的结果是对3DMax模型制作的相对较深入的了解。由于学习3DSMax的时间很短、我对三维动画及3DSMax建模的了解还很有限。相信只要坚持下去、我一定可以做的更好。参 考 文 献1 阳刚著.论计算机三维动画的存在与发展.饰,20052 龙马工作室编著.新编3ds Max 9三维动画创作从入门到精通.人民邮电出版社,20083 孙泽华.三维动画创作.特技与动画.19984 詹翔,王海英编著.3ds max基础培训教程.人民邮电出版社,20055 赵建东,刘志刚编著.三维宝典3DS MAX影视广告与片头设计实例精粹.人民邮电出版社,20026 程罡编著.3ds max材质与贴图的设计和制作.电子工业出版社,20097 腾龙视觉设计工作室编著.3ds max 7中文版建模技术案例精解.科学出版社,20058 罗勇编著.3ds max & VRay产品造型设计经典.电子工业出版社,20079 徐之洋,尹光镕编著.3D Studio MAX R3动画设计宝典.清华大学出版社,200010 孔祥涛,胡柯,李兆庆编著.3DS MAX 6三维动画设计.国防工业出版社,200411 Blake Nelson编著.Gender Blender. Random House Childrens Books, 200712 杨海成,廖文和编著.基于知识的三维CAD技术及应用,科学出版社,200513 李丽芳编著.MAYA三维动画制作实例精粹.国防工业出版社,200114 李凡编著.3ds max 2009中文版实例教程.第3版.机械工业出版社,200915 程凤娟,尹辉编著.中文版3DS MAX9三维建模与动画设计.清华大学出版社、200816 李峰,温顺焯,刘勇等编著.3ds max 2009精品动画应用.电子工业出版社,200917 网冠科技编著.3ds max 7三维动画设计触类旁通百例.机械工业出版社,2006致 谢转眼之间近四个月的毕业设计在辅导老师的帮助下终于完成了。我要对培养了我四年的中北大学说一声谢谢。在这里、我度过了让人难忘的四年。我还要感谢那些教育我的老师们、是他们让我学习到了许多的知识、开阔了视野、对人生有了更深刻的理解。我更感谢我的辅导老师、是在辅导老师的帮助和关怀下、我的毕业设计才能够顺利完成。我的毕业设计辅导老师并不仅仅关心我们的毕业设计情况、他还为我们这些即将步入社会的毕业生们讲解现在的就业形势、给予我们诸多鼓励、让我们对自己的未来更有信心。我还要向那些和我一样即将毕业的同学们表示感谢、我们一起生活了四年、大家互相帮助、建立了深厚的友谊。在我做毕业设计遇到困难时、他们的鼓励给予了我战胜困难的信心。我会永远记得在中北大学四年生活的点点滴滴、记得那些仍在辛勤耕耘的园丁。在以后的生活或许我会遇到许许多多的困难、但我有信心做好、我会用积极地心态去面对新的挑战。买 染料 及 包装机械 请致电 0317-7896222 刘雨桐