基于3D Max的民族手工艺品结构剖析动画演示

蒋建辉，李道慧

（广西师范学院计算机与信息工程学院，南宁 530299）

0 引言

绣球，是壮族人民世代相传极具广泛性和普遍性的民间手工艺品。长期以来，商业对绣球的关注聚焦在绣球的刺绣艺术和图案的寓意上，对绣球的结构关注较少或没有关注。利用计算机的3DS Max软件，制作绣球分解与合成动画并展现出来，可以帮助人们从结构的观点去观察和思考绣球，从而拓展绣球作为旅游商品的市场视角，启发绣球手工艺品的文化传播和营销思路。

绣球制作的3D动画展示，通过将一个绣球拆解为球瓣，再将球瓣展开成平面，最后逆向将零件还原成一个完整的绣球的3D动画过程，展示了绣球零件的基本几何图形，清楚表现零件之间的穿插关系以及比例关系。达到让观者对绣球的制作过程、内部结构有一个直观认识的目的。

以下将从真实绣球的结构，3D建模，动画制作和视频录制等几个方面，介绍绣球的结构分解和合成3D动画制作过程。

1 绣球的结构

真实绣球进行拆解观察，可以看到拆分的绣球为12瓣，其中两个球瓣组成了一个绣球的基本部件，分为上下、左右、前后共六组绣球组件，另外拆分还得到了吊坠共五个，顶部红绳一个。展平一个球瓣得到的是一个正圆及两个叶瓣。绣球的叶瓣长度是绣球的球体周长的1/4，制作球瓣的正圆直径与绣球直径一致。如图1所示。

图1 真实绣球拆解结构

以上数据，是制作绣球3D模型的基础数据。

2 绣球的结构剖析动画制作

2.1 绣球的 3 D建模

根据绣球的结构，需要制作6个绣球的组件3D模型。为了方便建模，考虑到组件是球体的一部分，如果先建立一个球体，就比较容易得到组件的形状。我们首先制作5个半径一致的24边多边形样条线，通过旋转、调整它们的位置，使得它们组成一个球体的线框。其次我们制作叶瓣，并将制作的叶瓣“贴”在这个“辅助球体”，最后在球心处新建样条线连接到叶瓣上，叶瓣两条对称的弧线也分别连上，给样条线添加曲面命令，转化为可编辑多边形。这样就可以得到一个绣球球体组件。具体步骤如下：

步骤1：建立5个半径为60的24边的多边形样条线，调整它们的位置，使得它们组成类似一个球体。

步骤2：制作叶瓣，注意到因为制作的辅助多边形是24边，所以，叶片的边数应为它的一半，也就是制作叶瓣的多边形边数为12。在左视图建立12边多边形，转化为样条线，进入顶点级别，修改顶点位置。调整好各点的位置使其接近一个叶瓣形状。

步骤3：把制作好的叶瓣图形“贴”在辅助球体上，打开2.5捕捉，将顶点分别捕捉到“球体”上，并调整好位置。捕捉完毕后，用缩放工具，对叶瓣进行一个宽度的调整，使其更为美观。如图2所示。

图2 调整叶瓣样条线到制作模型辅助线

步骤4：画两条相互垂直的样条线，分别穿过辅助球体的球心，另一端的位置分别捕捉到叶瓣的两个顶端，然后附加叶瓣图形。

步骤5：进入顶点级别，将球心点分别与叶瓣每个点创建线，叶瓣两条对称的弧线也分别连上，创建线完成后框选所有顶点并右键选择焊接顶点。

步骤6：添加曲面修改器，面片拓扑步数为0：

步骤7：转化为可编辑多边形，进入边级别，选定叶瓣上的一条边，选择“环形”选择叶瓣上所有的边，最后选择“移除”，将这些边移除掉：

步骤9：镜像复制该实体，轴向的选定视情况而定，镜像完成后，将其中一个球瓣附加另一个球瓣，使这两个实体变为一个实体。

步骤10：根据现实中绣球部件的穿插关系，利用旋转工具和镜像，再复制8个绣球部件。如图3所示。

图3 完成球瓣的复制

2.2 球体分解动画制作

需要做的动画效果是，绣球的六个球瓣进行逐个分离，然后将球瓣展成平面，接着平面恢复成球瓣，部件与部件进行大小比较，最后六个球瓣组合成完整绣球。

步骤1：在制作绣球主体动画前，先将所有球瓣的叶瓣都分离出来：

步骤2：分别给各自的球瓣以及球瓣所对应的两个叶瓣链接到新建的相应虚拟对象上，链接完成后，打开自动关键帧记录这些虚拟对象的位移动画，每一个虚拟对象做“背离球心”的动画，根据不同方向的球瓣在X轴、Y轴、Z轴输入-65或65。如图4所示。

步骤3：球瓣的动画制作过程：

绣球的叶瓣长度是绣球的球体周长的1/4，而制作球瓣的正圆直径与绣球直径一致，所以，绣球的叶瓣长度也等同于制作球瓣正圆周长的1/4，用图形样条线画出如下比例关系图如图5所示。

图4 给叶瓣添加虚拟对象

步骤4：调出建模时画的叶瓣图形或通过计算得到的叶瓣图形来制作“叶瓣展成平面”动画。首先，调整好之前分离出来的叶瓣的调整轴，背离球瓣反方向旋转90度。叶瓣由曲面变为平面的做法是，将叶瓣转化为可编辑多边形，进入顶点级别后，打开自动关键帧，将叶瓣上每一个顶点用3.0捕捉到叶瓣图形样条线上与它对应的顶点。

步骤6：制作好这两个关键帧后，在需要叶瓣发生动画的前20帧左右复制移动第一帧，以确保动画发生前叶瓣的形态不发生变化。

步骤7：展开球瓣动画过程：

展开球瓣与展开叶瓣的制作原理一样，也是将一个元素的顶点捕捉到展开后所成形状的图形样条线（半径为60的24边多边形）的相应顶点上。在展开动画前，需要将球瓣中间相连的点断开，断开之后，将临近两个分离的顶点焊接，最后打开自动关键帧开始记录动画。

步骤8：平面复原成球瓣动画是球瓣展成平面动画的逆向动画，所以复制之前所做的所有球瓣展开动画的关键帧后，逆向拖动“选择范围”即可。

2.3 贴图材质

给叶瓣和球瓣加材质，首先是给它们加UV展开，保存uvw文件（作用是可以让其他的叶瓣加载这个文件），然后导出贴图文件（可将导出的图像文件拿去Photoshop中做修改）。绣球模型贴图后效果如图5所示。

至此，绣球的3D模型及动画制作已经完成，为了能够将此3D动画过程以视频作品的方式呈现，需要使用摄像机及后期合成制作来设置跟随效果和播放效果等。可以将绣球置于圆形路径中央，利用路径约束把摄像机链接到圆形路径上，并对摄像机做圆周动画，可以得到一种观察绣球自转的动画效果。再将3D Max渲染完成后的序列帧导入到视频剪辑软件中编辑，使配音与动画匹配到相应的时间轴上。

图5 叶瓣与球瓣关系图

图6 赋予绣球模型材质效果

3 结语

绣球是壮族的一种具有民族特色的民间手工艺品。随着旅游产业的发展，绣球也发展成为特色旅游商品。利用计算机三维技术，制作出绣球的三维模型和结构分解合成的动画，不仅能“仿真”绣球，还能流畅地表达出绣球的结构特征和制作流程。绣球数字化的意义在不仅展现了绣球的结构原理、制作流程，还宣传和推广其文化价值。达到使更多对广西绣球感兴趣的人加入到绣球制作DIY的行列中，体验绣球制作的乐趣，又促进绣球文化的传播的目的。

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