Maya中仿真二足角色骨骼绑定技巧

黄 梅 娟

(安徽工商职业学院电子信息系， 合肥 231131)



Maya中仿真二足角色骨骼绑定技巧

黄 梅 娟

(安徽工商职业学院电子信息系， 合肥 231131)

通过分析骨骼绑定的作用、意义及仿真二足角色的特征，剖析了创建骨骼的技巧、骨骼较轴技巧，以及IK与FK在动画使用过程中的区别，分析了骨骼控制器的属性锁定与隐藏、角色蒙皮的重要性。

三维动画； 二足角色； 骨骼绑定； IK与FK

近几年来，随着计算机与图形图像技术的飞速发展，三维动画在荧幕上的热播，很多动画角色也像电影明星一样受到了大家的追捧，比如大家熟悉的怪物史莱克、小黄人、功夫熊猫等。这些角色除了造型独特外，最重要的是他们在影片中的“表演”，而生动的表演源于动画师的创造力。动画的精髓除了拟人化的逼真表演外，更需要一些夸张的和超人类的动作表演，比如骨骼拉伸等，这就需要绑定师除了了解人体骨骼结构外，还要满足导演和动画师所需要的特殊骨骼设定。

1 骨骼绑定的作用与意义

骨骼绑定是动画的核心部分。在三维动画创作过程中，动画是作品的灵魂，而骨骼绑定和控制器制作是动画的核心内容。骨骼绑定的好坏直接关系到动画效果的表现，从事骨骼绑定的人员叫骨骼绑定师。目前，国内高校的影视动画、动漫制作等专业的三维课程仍旧以Maya软件教学为主。随着软件技术的不断更新，骨骼绑定技术也在不断改进。

能否绑定出一套让动画师满意的骨骼，需要绑定师具备一定的知识储备及高级技术，即绑定师除了对骨骼绑定流程熟悉以外，还需要对角色每一个关节的活动范围、骨骼之间的约束、蒙皮方式、权重范围等有全面系统的认知[1-5]。绑定师同时起到承上启下的作用，既要与模型师进行沟通了解角色特征与模型布线，还要与动画师沟通了解角色的动作设定与特殊技能等。若要达到更高水平，需要用编程方式去实现。

2 仿真二足角色特征分析

在众多动画作品中，卡通角色的拟人化最为常见的方式即以人物模型为依据进行角色设定。以《神偷奶爸》中的小黄人为例，虽然角色的眼睛有单只或双只，但是身体结构基本一致，有头部、身体、手、脚。此外，该角色也有自己独特的特征：头部与身体连为一体、手臂纤细、腿脚短小、头部夸张。

除了分析角色模型结构外，还需要重点了解该角色在整个动画作品中的位置，同时要十分清楚该角色承担的动作类型，尤其是要了解角色要达到的最夸张的动作状态。

3 仿真二足角色骨骼绑定及技巧

3.1 创建骨骼及技巧

在拿到已经创建并整理好的模型后，首先根据角色运动的规律和生理结构，为角色模型创建骨骼。在创建骨骼前，为了创建过程的直观与高效，把角色模型以“Template”方式显示。在Maya软件中，通过菜单“Display->Object Display->Template” 执行而实现，或者新建一个显示层，将角色模型全部加入该层，将该显示层以“Template”的方式显示。在实际的应用中，多以后者居多，这样更便于随时修改模型的显示方式。

在骨骼创建时，一般以臀位关节点为根关键，向上依次为腰部、胸部、颈部、头部关节，向下为腿部、膝盖、脚踝、脚底板、脚尖等关节。以胸部关节为根关节，左右两侧依次是肩部、手臂、胳膊肘、手腕、手指等关节。左右对称的骨骼可以通过骨骼镜像完成另外一边的骨骼创建，最终形成一个完整的骨骼链。

根据角色的特殊性，增加关节点。比如要求角色腰部比较柔软，则在腰部骨骼点多增加几个关节点。骨骼关节点越分散，动作关节越僵硬，而骨骼节点越密集，动作关节越柔软。

3.2 骨骼较轴方式及技巧

在创建骨骼链时，需要对骨骼进行实时较轴，使得骨骼轴向一致。目前，主要有2种骨骼较轴方式：XYZ方式和NONE方式。在实际应用中较轴方式的选择应根据骨骼运动的弯曲方向以及世界坐标方向来决定。当2个方向不一致时，选择XYZ方式；当2个方向一致时，则选择NONE方式。

3.3 IK与FK

骨骼链建立之后，利用动力学原理进行定位和动画骨骼。此处的动力学指的是设置骨骼的运动，包括2种类型：FK(前向动力学)和IK(反向动力学)。FK能够直接使角色骨骼产生连锁反应，能对每个关键旋转进行直接设置，因此能够实现细致的弧度运动。IK是设置骨骼链中关节旋转到达的位置和方向，因此能够实现直接目标运动。

在Maya软件中，为了角色动作的需要，会用不同的系统去实现，以达到更加真实的动画效果。在实际动画过程中，可以通过IK系统实现如支撑、牵引、拖拽等动作，使K动画的过程变得直接且快速；但是一些主动发力的动作，比如一个人用力打向沙包，类似这样的动作用FK系统更容易实现动作过程，因为这个过程是一个力传力的过程，即力由腰部发出，再到上身转动，联动肩部，传递到胳膊肘，最后传达拳头并发力打出。在制作这一串联动画时，若只用IK系统很难达到理想的动画效果，因此在实际的动画制作过程中，尤其涉及一些复杂的动作或是一连串的联动动作时，动画师通常会在IK与FK中反复切换进行K帧。

因此，通常要求在仿真二足角色的手臂和腿部骨骼创建IK，并建立控制器完成IK的极向量约束。为了方便对整个角色的骨骼进行轻松操控，设置一套曲线控制模式，即采用NURBS曲线控制器驱动骨骼链的运动，使角色骨骼产生一系列的连锁反应，从而实现角色的所有设定动作。此外，需要创建一个控制器，并创建IKFK切换通道，实现IK与FK的随机切换。

图1 手臂骨骼IKFK的区别

3.4 属性的锁定与隐藏

属性锁定是指在骨骼绑定后，对控制器中一些不需要或者指定动画时用不上的属性进行锁定并隐藏。在K动画时被锁定的属性就不会被K帧，动画也就不会受这些属性的影响。比如，胳膊肘关节点在进行动画时，只能做Y轴方向上的旋转，即只需要保留属性“rotate Y”，其他属性就可以进行锁定并隐藏，以免破坏了运动规律，影响动画质量。此外，在使用控制器进行骨骼约束时，还需要测算极限量，比如肘关节的“rotate Y”属性在动画中应进行区域限定，因为人的肘关节不可能360°随意旋转。

3.5 角色蒙皮

在绑定好骨骼、制作好控制器后，角色依然不会动，此时需要把角色模型从“Template”状态退出，将模型激活，选择骨架的根关节，然后再选择角色模型进行蒙皮。蒙皮的目的就是为了实现骨骼驱动。因此，在蒙皮过程中，要注意关节的影响数。在人物角色绑定时，一般选择参数“2”，即应关注前后关节的影响。自动蒙皮后，至关重要的一步就是刷权重，即要给予每个关节所驱动的皮肤具有最合适的权重值，最终使肌肉运动符合运动规律，避免“肌肉穿插”等现象。

4 结 语

为了更好更灵活地制作动画，在骨骼绑定时应时刻遵循动画运动规律。采用以人体骨骼结构与运动规律为依据的二足仿真角色绑定进行骨骼架设，可以实现变形、拉伸等特殊动作，最终使作品中动画角色的表演符合观众的审美需求。

[1] 卢景峰.Maya角色动画中IK-FK无缝切换的技术探讨[J].电脑知识与技术，2014(11)：2631-2633.

[2] 陈路石.Maya动画技术精粹[M].北京：清华大学出版社，2012:19-20．

[3] 杨桂民.Maya角色动画规律及设定基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2010:98-102.

[4] 郭法宝.Maya角色骨骼绑定的研究[J].艺术科技，2013(11):54.

[5] 周小淦.高等院校中Maya手动绑定教学方法讨论[J].信息与电脑，2014(7):232-233.

Bone Binding Skills of Simulation for Biped Character in Maya Software

HUANGMeijuan

(Department of Electronic Information, Anhui Business Vocational College, Hefei 231131, China)

By analysis of the function and significance of skeleton binding, and the characteristics of biped character, this paper introduces the technique of creating bone and skills of the axis of the skeleton. Furthermore, the difference between IK and FK in the use of animation is clarified, and property lock and hide and the importance of the role of the skin are also analyzed.

3D animation; two-legged character; skeleton binding; IK and FK

2015-12-27

安徽省质量工程项目(省教育厅)“安徽省省级精品视频公开课程《maya建模、动画与特效》”(2013GKK021)；安徽省质量工程项目(省教育厅)，“安徽省省级特色专业 —— 动漫设计与制作”(2011177)；院长青年基金项目(安徽工商职业学院)“高职动漫专业课程体系改革”(2012年)；2015年安徽省省级特色专业 —— 计算机多媒体技术(2015TSZY089)；2016年安徽省自然科学研究项目(KJ2016B003)

黄梅娟(1982 — )，女，硕士，讲师，研究方向为动漫设计与制作。

TP391.414

A

1673-1980(2016)05-0094-02