MAYA三维动画制作技术

翟浩澎

摘 要：三维动画技术诞生于1994年皮克斯制作的动画片《玩具总动员》，三维动画进入了动画的艺术殿堂，迪士尼、梦工厂等动画公司开始了三维动画品制作，从此三维动画片进入了人们的视野。在三维数字动画制作领域Maya是一款居于领先地位的动画制作软件，它从建模、动画、动力学到渲染的全部工作都能独立完成，在电影、电视、游戏、可视化设计领域一直保持领先地位。

關键词：三维动画 制作流程 Maya

三维动画制作与人们生活的关系更加紧密，尤其表现在影视特效与后期领域，如电影《指环王》、《阿凡达》、《加勒比海盗》三维画面场景真实极具震撼力。三维动画的优势明显真实、动作流畅、空间立体感、制作周期短等优点成为其突出的特点。

一、三维动画制作

三维动画制作的最大特点就是动画制作的周期较短，与传统的二维动画相比较节省了人力和物力，传播方式更加广泛。三维动画的制作分为前期准备、中期制作、后期制作三个阶段。

1.三维动画前期制作

三维动画片的前期制作包括剧本编写、美术风格设计、角色设计、场景设计、分镜头设计、录音制作。

剧本编写是动画片的基础，是制作动画片的依据。剧本编写中将文字视觉化，将画面描述出来，以便直接绘制出分镜头来。美术风格设计是将动画角色设计、动画场景设计的美术视觉形式进行统一。美术风格决定片子的气质，对视觉内容做整体设计要求，在造型风格、动作动势、色彩设计等视觉形象做整体处理。角色设计主要设计角色的三视转身图以及表情、动势图，设计出动画片中全部角色的组合比例图，以此来区别每个角色的体态比例关系。场景设计包括动画片中的全部环境场景有室外场景和室内场景等场景，场景在创作中体现故事环境氛围，是人物活动的环境背景，对故事叙述奠定基调。分镜头设计是将镜头画面通过静帧的方式表达在画面中，通过文字表述镜头的长度和时间，镜头内的音乐声音对白等内容。分镜头设计可以用来观察动画镜头的使用情况，检查故事叙述的方式，以及镜头使用是否流程合理，镜头蒙太奇语言、景别、机位的运用。录音是使用配音演员先期录音，录音的制作后成为动画制作的时间依据，动画师在进行动画制作中参考录音制作动画运动规律以及表情口型的对位处理，这样才能做到声音与动作的完美结合。

2.三维动画中期制作

首先建模师通过三维动画制作软件制作角色模型，是将前期绘制好的角色平面三视图导入到软件中制作角色模型，模型的制作一定按照制作模型的规范，结构形态符合角色设计稿样式，拓扑布线符合动画制作时的布线要求，为制作动画打好模型基础。三维动画片中出场的所有角色和场景都需要通过模型来搭建完成。

材质和灯光制作可以表现出自然环境中任何物体的颜色和质感，如玻璃、金属、木头、塑料等。材质贴图的绘制可以表现模型的图案、纹理以及凸凹质感，灯光的使用可以快速模拟出时间和环境氛围。同过材质和灯光的制作可以再现出影片中真实的效果。

骨骼与蒙皮制作为动画制作做动画绑定，骨骼通过关节链条进行连接，在需要运动的位置添加骨骼关节，通过蒙皮将模型与骨骼产生关联。通过蒙皮权重绘制将骨骼对模型权重的分配调整好达到制作动画的要求。

动画制作是三维动画制作中最为重要的一环，动画制作关键在动画调节，角色的活动动作、表情动作是剧情发展、角色性格特点的关键。动画片的效果关键看角色动作，角色动作在制作中往往也是最为繁琐的过程。动画的中期制作是全体制作人员共同努力相互配合的结果。

3.三维动画的后期制作

后期制作是对中期制作的内容进行剪辑合成添加特效、字母、配音和音效等等，使用镜头的编辑讲述动画故事，让整部动画片制作完整，将中期渲染好的影片片段在通过分镜头设计要求进行剪辑，增加影片画面流畅节奏感强。

二、三维动画制作的法宝——MAYA软件

Maya是Alias/Wavefront公司于1998年推出的一款三维动画制作软件，它具有一流的功能、一流的工作界面。Maya的交互式界面使用非常方便，用户可以根据实际需要自定义安排界面设置。Maya的界面包括标题栏、菜单栏、状态栏、工具架、工具盒、快捷布局按钮、工作区、视图菜单、通道栏、层编辑器、时间栏、命令栏、帮助行，视图布局合理，操作方便。对于视图操作和布局Maya提供了多种的视图操作方案设置，方便在不同的工作流程中制作动画。Maya提供方便的自定义设置功能，可以通过创建工程目录来分别管理动画项目的声音、参考图、场景、贴图文件、缓存等数据。可以通过导入引用镜像文件，也就是说在不影响和修改原文件的情况下，进行动画制作。优点是一个大项目，例如一部全三维动画片，需要制作场景、角色、道具等。在制作时将每一个场景、角色或道具都单独存盘形成一个Maya文件，再根据剧情需要，针对每一个镜头要求把相应的场景、角色、道具参考到镜头文件中，只对动画部分操作设置关键帧。当要修改某一个角色、场景或是道具时，用户不必重复修改每个镜头中的角色、场景或者道具，只需打开被引用的原始文件进行修改并保存，那么，所有参考文件中被参考的部分都会同步更新。

三、Maya的三维动画制作技术解析

1. 三维模型建模制作技术

Maya三维动画制作技术，拥有三种三维模型的建模方式，分别是NURBS曲面建模技术、Polygon多边形建模技术、细分曲面建模技术，在建模中可以让动画模型师实现制作出像绿巨人、阿凡达、外星怪兽、变形金刚、古代城堡、汽车、手表等各种有机生命体和无机物体的千奇百怪各种效果模型。

NURBS建模模块，是Maya的曲面建模方法，它是使用曲线和曲面的数学函数来定义的。Maya内部所有曲线、曲面都属于NURBS类型。NURBS英文定义为Non-Uniform Rational B-Spline ，中文定义为非均匀有理B样条曲线或曲面。并有这几个英文的首先字母缩写组成，NURBS是B样条曲线它来源于早期的造船业，是一种通过一组点来描绘一条光滑曲线的方法，常常用来制作工业产品模型制作。在建模中首先通过曲线绘制出模型的轮廓形态，调节调节曲线的形态达到匹配形态的作用，在通过将曲线成曲面的命令达到建模的目的。曲线在渲染中无法看到，只有在生成曲面下才能渲染。因此，曲线也常用来制作骨骼绑定的控制器使用。endprint

Polygon多边形建模技术是建模技术中最为常用的一种建模方法。多边形是指多边形面片组成多边形面片网格，通过多边形面片网格组成模型。Maya建模中的多边形面片要求是四边面网格结构，对于非四边面要将其修改成四边面，合理的拓扑结构模型才能满足制作动画的要求。多边建模较易于操作，对于多边形的修改，Maya提供了丰富的修改命令操作，使用起来非常方便，在建模技术中多边形建模适用于筑物、游戏人物、动画角色等各种形态模型的创建。在建模制作技术中最为常用是现在三维模型建造的主要手段。

细分曲面建模可以简化复杂物体的制作过程，它同时兼顾多边形建模和NURBS曲面建模技术，是一种综合建模技术，可以通过转换方式，在曲面和多边形网格之间进行切换使用，集合了两者的共同特点。在建模中通常用来建造道具使用，可以大大提高建模速度，缩短动画片制作周期。

2.灯光与材质技术

在Maya中灯光是非常关键，通过灯光可以模拟灯光的室内和室外照明，灯光的使用可以表达动画场景环境的時间维度，如清晨、晚霞、晴天、雷雨等等自然环境，同时通过灯光的使用可以表达故事剧情的发展起伏和角色人物性格。例如灯光的不同角度可以明确传达角色性格如英雄、恶魔角色，灯光的色温的不同还可以表达出环境氛围如节日的快乐、灾难的恐惧。

Maya中的灯光有六种基本类型：Ambient Light 环境光、Directional Light平行光、Point Light 点光源、Spot Light 聚光灯、Area Light 区域光和volume Light体积光，每种灯光都有自己的特性和不同的用途。如果只有好的光照氛围，没有复杂且具有变化的模型和材质，那么最终渲染的图片也不会生动精彩，所以说模型、灯光、材质和动画之间是相辅相成的，每一个环节都直接影响最终的效果。

Maya的材质和纹理可以模拟出自然环境中任何材质效果如金属、玻璃、塑料、布料、木头、石头等等，Maya提供多种表面材质球可以模拟有高光和无高光材质效果。材质球属性调节十分方便，材质样本球中可以控制材质的颜色、透明度、环境色、自发光颜色、凹凸深度、漫反射颜色、半透明效果、高光属性、反射颜色强度和折射强度等等表面特性。Maya还提供了合成层的概念，可以向Photoshop的层一样，将多个不同的材质相互混合达到模拟复杂材质的目的，如层材质、Use Back ground等。

Maya的灯光与材质是Maya动画制作中的重要环节，精致的贴图逼真的纹理加上合理的材质才能将模型表现的淋漓尽致，虚拟效果的逼真表达很大一部分就是由优秀的灯光师和材质师的水平所决定的。

3.动画技术

Maya有丰富多样的动画制作技术方法如路径动画、关键帧动画、表达式动画、变形动画、驱动动画、粒子动画等动画形式。

Maya包括变形器、约束、非线性动画编辑系统、骨骼及蒙皮系统等高级动画制作工具，包括骨骼系统，IK样条手柄，蒙皮权重绘制分配等等动画制作技术。Maya动画还通过融合变形技术制作各种角色表情动画。Maya的骨骼系统十分强大，骨骼控制系统是在对场景的角色和物体制作动画前首先要对这些动画对象进行装配。创建骨骼给骨骼添加控制系统、骨骼蒙皮及给角色添加变形、约束的全部过程称为装配也叫做角色设置。通过骨骼系统制作角色动画，绑定骨骼创建控制器，经过蒙皮后，就可以通过旋转骨骼控制模型变形了。

Maya角色动画，动画师并不是直接使用最原始的骨锵链来控制角色动画，而是给骨铭添加一系列的控制系统， 如IK系统、驱动关键帧、属性关联、约束等以方便制作动画。在蒙皮的过程中可能还会加入一些附加的控制系统，如屈肌系统、肌肉变形系统、关联变形等一个完成装配的角色动画控制系统。

结语

三维动画的发展速度可谓神速，随着计算机电脑功能越来越强大，三维动画在电影、电视、多媒体、游戏、虚拟现实等方面得到了广泛的运用。三维动画表现淋淋尽职的画面效果可以实现逼真的虚拟画面效果越来越受到人们的喜爱。Maya是目前三维动画制作的主流软件之一，它拥有三维动画制作全过程制作的整套解决方案，一部三维动画制作从模型创建开始到三维动画的渲染生成都可以完全不使用其他软件的独立完成，可以说在三维动画制作中处于王者地位。

参考文献：

[1]贾否.动画概论[M].北京广播学院出版社，2002.

[2]吴冠英， 祝卉. 动画分镜头设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

作者单位：黑龙江财经学院endprint