三维动画课程中项目教学法研究

钟远波

(成都大学美术学院，四川成都 610106）

三维动画课程中项目教学法研究

钟远波

(成都大学美术学院，四川成都 610106）

项目教学法，就是通过采用实际项目或虚拟项目进行教学的一种新型的教学方法。多年来，由于三维动画课程教学难度较高，新技术更新较快，兼具教学和产业双重任务，教学中一直存在很多问题。现将项目教学法引入教学，能将教学与实践充分结合，更能培养出三维动画高素质应用型、复合型人才，适应我国动画产业发展的需要。

三维动画;项目教学法;研究

美国对于计算机数字虚拟化的研究源于上世纪60年代。三维动画在上世纪90年代开始起步，由皮克斯唱独角戏，新世纪初开始迅猛发展，皮克斯和梦工场瓜分三维动画市场;从2004年开始进入了全盛时期，群雄崛起，华纳兄弟、蓝天工作室等与皮克斯、梦工场的PDI逐鹿三维动画市场。三维数字动画技术，由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于影视动画及影视特效、教育、军事、医学等诸多领域，使众多高校和企业纷纷加入研发和教育行列。目前国内对动画人才的培养相对于美国、欧洲、日本等创作发达的国家而言，还非常滞后，国内对动画人才的培养显得不够全面，往往只偏向一边，有些人往往只是掌握了一些通用的工具和长时间所积累的一些应对经验，而缺乏更高层次的技术开发和整合能力。究其原因，主要是高校动画专业对于三维动画培养定位不准，培养的学生缺少项目实践经验，与市场对动画人才的期望严重错位。对于上述原因，本文提出将项目教学法应用于教学中，选用MAYA三维软件进行教学，并将课程教学与项目实践相结合，以期培养出符合市场及产业所需的动画专业人才。

一 项目教学的目的

人的眼睛会产生视觉暂留，对上一个画面的感知还末消失，下一张画面又出现，就会有动的感觉。我们在短时间内观看一系列相关联的静止画面时，就会将其视为连续的动作，动画就是基于人的视觉暂留原理来创建的运动图像。好像赋予角色以生命，称之为“生命的幻象”。三维动画是伴随着计算机技术的高速发展而出现的一门动画艺术形式，它是通过计算机创建出的一个三维数字虚拟世界，创作者在这个虚拟世界中根据设计要求建立一些角色、场景和道具等，并根据动画基本规律，对运动与动画参数进行调整，电脑自动记录并生成中间帧，制作出角色的动态，最后进行渲染生成具有运动感的特定情境的画面。

三维动画制作是动画专业的一门重要课程，也是对前期先修的视听语言、角色造型设计、场景设计、剧本与分镜头创作、原动画及运动规律、三维软件基础等课程的一次检查和总结。教学团队在教学之前要进行充分讨论，确定是引入实际项目还是虚拟项目，然后根据学生的兴趣和专业能力进行3－5人的编组，每个组最终要完成一个独立的动画项目。在先修的课程中，要完成动画剧本、角色、道具及场景的设计。在动画制作课程中，就是根据前期设计进行模型的创建，材质的制作，骨骼绑定和调节动画等。项目教学法就是“通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论教学与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。”［1］使学生在实践操作过程中，更加系统地熟悉三维动画的制作，为以后的工作打下坚实的基础。

二 三维动画制作流程简述

三维动画制作是技术和艺术的结合，所以，学习者必须要了解并熟悉整个三维动画制作的工作流程。高效率的工作流程不仅能充分发挥数字动画的制作优势和技术特点，还能够提高制作效率。

三维动画制作流程包括前期策划、中期制作、后期特效及剪辑合成三个部分。前期制作主要根据剧本进行前期概念设计(角色、场景、道具等）、分镜头脚本设计。中期进行3D故事板(Layout），角色、场景、道具建模、材质及骨骼蒙皮动画制作;后期进行灯光、摄影、分层渲染/合成;最后进行配音、配乐、剪辑合成出一部完整的动画影片。三维动画是以计算机软件为制作工具，综合文学、艺术学、动力学、电影艺术等多种学科;制作过程中需要团队合作，大胆创新和艰苦的劳动。

三 项目教学的步骤及制作过程

当给学生确定制作项目后，就要要求学生制定一个详细的工作计划，因为整个项目的制作，不可能在教学课时内完成，学生必须利用课余时间完成每一阶段的工作任务。

1．三维动画中期工作

在先期课程中，分镜头剧本、角色、道具、场景的设定都已解决，本课程直接进入中期制作，中期主要包括3D故事板(Layout），角色、场景、道具建模，材质、骨骼蒙皮动画制作四个部分。

(1）3D故事板(Layout）就是用三维粗模根据剧本和分镜故事板制作出Layout(3D故事板）。其中包括软件中摄像机机位运动及摆放安排、基本动画、镜头内容及时间定制等。电影是由镜头组成的，动画片同样也由若干镜头组成，若干镜头组成一个情节片断，若干情节片断组成一个场景，若干场景组成一个段落，若干段落组成一部动画片。3D故事板为后面动画角色、场景及动画提供参考或依据。

(2）模型的创建是三维动画制作的基础。创建模型时根据前期设定进行制作。MAYA软件建模的方法有三种，即NURBS(曲线）建模、Subdivision Surface(细分曲面）建模、Polygon(多边形）建模。NURBS曲线建模制作表面光滑有弧度的物体时比较方便。例如汽车、海洋生物、飞机、杯具等。缺点是uv问题，不好画贴图，但可以转化为Polygon多边形和Subdivision Surface细分曲面模型。Polygon多边形建模制作表面有大块平面、有棱角又有很多小细节的模型比较好。例如人物、动物、怪物、山、行星、楼房、军舰、坦克等。缺点是表面不够平滑，要想平滑必须增加面数，但又耗费资源影响速度。Subdivision Surface细分曲面建模效果很好，但由于层级过多，所以不常用。

在实际制作动画的角色、场景、道具等模型时，常用NURBS曲线和Polygon多边形进行建模。在建模时需注意几点:首先要严格按照原设计进行模型制作;其次尽量用最少的线对模型进行合理的布线，并且为了调动画尽量使用四边面;最后就是在模型建好后，要删除所有物体的历史记录，以提高电脑的运行速度。

(3）给模型赋材质有两种方式，一种是在材质编辑器里给Polygon(多边形）模型赋各种材质。可以对材质的颜色、高光、透明度、凹凸效果、自发光等属性进行调节。另一种是把复杂的Polygon(多边形）模型分UV，再将UV表面进行unfold展平，然后导入到Photoshop软件中对展开生成的图片进行绘制，形成贴图材质，在绘制时根据要求描绘出对象的特征和细节，最后在材质编辑器里把绘制好的贴图材质赋予模型。

(4）角色要运动，要达到生动、逼真的效果，就需要对它添加骨骼，然后进行绑定和蒙皮。骨骼技术是动画制作较难的技术。在动画制作、动态仿真等领域有着广泛的应用。只有使用骨骼技术，才能制作出更高级别的动画作品。当模型创建好后，使用Joint Tool(关节工具）为角色模型创建一套骨骼，然后对骨骼创建动力学(FK为前向动力学，是对每个关节旋转的控制，IK为反向动力学，是控制关节旋转的位置和方向），以对骨骼进行定位和设置动画。最后建立一些控制器控制关节的运动和旋转。当检查无误以后，就可以使用Skin(蒙皮工具）进行蒙皮绑定(柔性蒙皮、刚性蒙皮）。

当对骨骼进行蒙皮绑定后，骨骼就能够控制角色模型的运动并设置动画。但还需要对骨骼所影响的模型表面点进行权重调节，使骨骼能正确影响相应的模型表面。调节动画时主要是设置动画关键帧，是对控制器进行设置。当角色模型与骨骼绑定并刷好权重后，所有的移动或旋转等修改都是由控制器来控制完成，所以在调节动画时，在此环节中根据分镜头脚本设定好的镜头和时间，进行符合运动规律和时间的动画调节，并在每一个关键帧时都要对控制器进行关键帧记录。

2．三维动画后期制作

三维动画后期主要进行灯光、摄影及分层渲染/合成。

(1）灯光是为三维场景提供照明作用，表现场景的基调和气氛。可以从物体内部、外部或采用其他方式照亮场景。灯光在动画中的表现风格可分为写实性动画灯光和卡通类动画灯光。写实性动画灯光，就是在人物造型、质感表现、角色动作、场景制作、灯光气氛的处理等方面的灯光处理尽量接近实拍电影中光的处理方法。浪漫主义动画灯光强调光色的对比、协调，营造的画面色彩单纯、唯美、透气，忽略物体的真实受光情况。卡通类表现动画源自于日本卡通漫画的表现手法，灯光模式比较固定，强调画面自身光的协调性，不太考虑光的来源。

灯光主要设置为主光源、辅助光和背景光。在场景中，主光源通常是主要的照明光源，应该首先放置，一般放在四分之三的位置。在场景中往往投射出最深、最清晰的阴影。辅助光用来填充场景的黑暗和阴影区域，并向不能被主光源直接照射的边角光线进行一些补充。为场景提供景深和逼真的效果。补充光还可以放置在关键光相对的位置，用以柔化阴影。背景光通常作为“边缘光”，通过照亮对象的边缘将目标对象从背景中分开。它经常放置在四分之三主光源的正对面，它对物体的边缘起作用，引起很小的反射高光区。场景中的灯光与真正的灯光不同，它需要在渲染时间上多花功夫，灯光设置越复杂，渲染所花费的时间越多，灯光管理也会变得越难。

(2）传统摄影机有推、拉、摇、移、跟、升、降等，三维软件的摄影机主要模拟镜头运动，在制作中可以为摄影机设置关键帧动画，也可以把摄影机设置为路径动画或多机位摄影。也可以实现景深、运动模糊等效果。

(3）当动画制作完成后，就要进行渲染输出，以便其他软件或媒介能够接收或编辑。可以渲染输出AVI视频文件，也可渲染输出序列图片。在动画制作时，分层渲染是我们常用的渲染方式，一方面是为后期合成提供更易控制画面效果的素材，如减弱阴影、物体遮挡、高光特效等，另一方面是加快计算机渲染速度，提高工作效率。还可通过分层渲染设置，对场景中不同的物体选用不同的渲染器，如使用MayaSoftware(Maya软件渲染器）渲染人物的头发光影，使用MentalRay渲染器渲染人物3s材质特效的皮肤质感及具有反射折射类物体的逼真质感。

结 语

每个项目组在教学中完成自己的工作任务，在每个工作阶段结束后，教师都要对工作情况进行评估和总结，检查是否达到了阶段性要求，每一阶段任务要充分完成后，才能进行下一阶段的制作，目的就是要给学生压力，保证项目质量。通过项目教学法，让学生积极地参与到教学中，能完成一个实实在在的动画作品，不仅能提高学生的学习兴趣，还能引导学生最大限度地掌握动画所急需的行业知识和专业技能，提高我校动画专业学生的就业竞争力。

:

［1］徐沁．现代企业管理:理论与应用［M］．北京:清华大学出版社，2010．

［2］李焕翱，罗凯婷．项目教学法在三维动画短片设计课程中的应用［J］．中国电力教育，2011(35）．

［3］何凡．三维动画制作流程的重要性［J］．美术大观，2012(12）．

J954

A

1004－342(2013）05－100－03

2013－07－03

钟远波(1972－），男，成都大学美术学院教授，美学硕士。