刍议Maya角色建模关键技术的应用

三维动画创建的虚拟世界实现了对于虚拟物体及其运动的再现，它利用计算机生成的动画能达到以假乱真的程度。本文着重研究三维动画角色设计中应用到的关键技术，如角色建模、角色绑定、蒙皮等，并重点讲述角色的骨骼绑定，这是动画制作至关重要的地方，也是比较复杂部分，骨骼绑定的好坏完全牵连到角色运动的自然和流畅。

【关键词】三维动画 角色设计 建模

在动画角色设计中，经常首先用到Polygon（多边形）或NURBS（曲面）等建模方法对角色原型进行设计，随后再创建骨骼、绑定，最后蒙皮。

1 Polygon建模

最简单的动画模型存钱小猪，就是利用Extrude（挤出）工具，这是当物体需要添加新的面时，很多情况下我们都是用Extrude（挤出）这个命令，从原物体的表面通过Extrude（挤出）来创建新的面。

以对小猪建模为例，对挤出的面进行调整，之后继续对面进行Extrude（挤出）命令挤出小猪的鼻子，对圆柱体侧面进行Insert Edge Loop Tool（环形切割工具）命令使其呈现出多个面，再对它的四肢，耳朵以及尾巴部位进行Extrude（挤出）命令，之后在进行Smooth（平滑）操作得到，具体效果见图1和图2。

2 NURBS（曲面）建模

NURBS（曲面）建模与Polygon（多边形）建模不同，NURBS（曲面）建模的过程更像是一个连续的生产线，它需要按照固定的顺序来进行合理的制作NURBS是曲线和曲面的一种数学描述，在Maya中进行NURBS建模的方式主要有两种：其一是在Maya提供的原始物体上使用移动，旋转和缩放工具对物体上的控制点进行移动，旋转和缩放等操作，再通过雕刻的方式来创建所需要的模型；第二种方法就是通过形成物体的外轮廓的曲线框架，然后使用NURBS曲面上的工具在曲线形成的构架上生成曲面来完成模型的创建。

有些场景的设计用NURBS来建效率会更好点，如盘子，桌子的靠背，花盆等（见图3和图4）。这种建模方式能够完美的表现出模型的曲面，可以使模型表现出的效果更光滑和准确，满足高精度建模要求。

3 动画骨骼的创建

在创建完三维模型之后，接下来的工作就是模型的绑定。在考虑创建的模型所需特征的基础上，还需考虑角色模型的所需要的运动特征，身体各部分的运动，以及角色的灵活性等。以番茄为例，具体的做法是在番茄模型的正中心单击创建根关节，然后创建番茄模型四条肢体链，肢体链是由一个根关节和多个关节链组成的，肢体链是一种树状结构。将四个肢体链中的根关节与番茄模型正中的根关节做父子关系，这样就可以通过番茄模型正中心的根关节来控制它四条肢体链的移动了。具体方法是单击一条肢体链中的根关节，按住shift并单击位于番茄模型中心的总根关节，再按键盘上的P键，就创建了番茄关节的父子关系。以此反复4次。这样番茄的骨骼就创建完成了，见图5。

4 动画角色的绑定

在角色动画中的骨骼运动遵循动力学原理中主要有正向动力学（FK）和反向动力学（IK）这两种类型。下面就以番茄的绑定为例：首先选择Skeleton＼IK Handle Tool菜单命令创建IK手柄。打开其属性面板Tool Settings进行IK手柄的属性设置。在Current solver（当前解算器）选项下有ikSCsolver和ikRPsolver这两种解算器。ikSCsolver这种解算器会创建一个IK单链手柄，可以用来调整骨骼的位置。而ikRPsolver这种解算器会创建一个IK旋转平面手柄，它具有方向性，可以通过它调节骨骼运动的方向。选择ikRPsolver这种解算器给番茄进行绑定，这样可以控制番茄四肢骨骼运动的方向，便于操作，以防番茄在运动时伸展方向发生错误。

5 动画角色的蒙皮

所谓蒙皮就是用蒙皮工具将角色的模型同我们为角色创建的骨骼系统绑定在一起的过程。经过这道工序后，角色的模型就会随着骨骼运动，通过角色的移动就能制作成动画了。蒙皮是使番茄的骨骼与皮肤连接的重要部分，决定着最后动画效果的真实感。以番茄为例，首先选择番茄的模型，再选择番茄关节的根关节，在Animation模块下选择Skin＼Bind Skin＼Smooth Bind（平滑蒙皮）命令。平滑蒙皮命令是角色蒙皮应用最多的一种蒙皮方式。当番茄骨骼和番茄的模型进行平滑蒙皮之后，番茄的运动将由它骨骼的权重点来进行控制。

这时番茄已经蒙皮成功，但是我们会发现，当我们移动ik时番茄模型不能很好的跟随骨骼移动，这就需要我们通过修改蒙皮的权重点来达到骨骼对番茄模型的有效控制。选择番茄模型，执行Skin＼Edit Smooth Skin＼Paint Skin Weights Tool（笔刷权重工具）在弹出的Tool Setting笔刷工具面板中可以选择番茄模型对应的关节，进行权重的喷刷任务，其中番茄模型白色的部分表示权重的控制权最大，数值为1；番茄模型黑色的部分表示目前皮肤不受当前骨骼的影响，数值为0；而灰色的部分则表示目前皮肤受关节的权重影响在0-1之间。通过颜色的不同，可以清晰的看出角色番茄哪一个骨骼控制模型的哪一个部分的运动。在实际操作中，笔刷在绘制权重时主要运用了下面4种模式：Replace、Add、Scale、Smooth，通过这四种方式的反复使用，可以让番茄在运动时变形弯曲处更加的光滑，运动起来更加自然；整体的蒙皮效果见图6。

总之，在三维角色动画的设计上，除了建模外，在动画制作上我们更应该注意角色在它各个部位上的逻辑关系，是哪个部位先动，那个部位后动，同时动画制作的的轨迹、时间、方向也要符合动作的运动规律等。最后就是对色彩的把握，对于一部三维动画来说色彩的把握是至关重要的，色彩能够直接影响观众的心情，如果把握的好，那么能够直接把观众带入动画所营造的氛围中。

参考文献

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[5]陈凯.三维角色个性化动作设置的方法设计[J].电子世界，2015（21）.

作者简介

王世运，海南省定安县人。现为海南热带海洋学院实验师。主要研究方向为数字媒体开发、网站开发。

作者单位

海南热带海洋学院 海南省三亚市 572022