简析三维动画短片《再见小时候》中的角色骨骼绑定

康金

摘要：骨骼绑定是三维动画制作中极为重要的一个环节。Character Studio是3ds Max中最常用的骨骼系统模块，它可以为角色创建骨骼对象，设置蒙皮以及编辑动画效果，并且还可以制作大型场景的群集动画。cs骨骼在使用设置时有很大的可调节性，它可以更改两足动物的脊椎骨骼数量，脚趾手指的骨骼节数，也包括有无尾巴的骨骼。笔者在短片制作中采用了cs骨骼对角色主体进行绑定，附件部分使用二级骨骼结合反向动力学以达到更加精确的动作控制。

关键词：三维动画;角色;骨骼绑定

中图分类号：J954;TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2019）14-0080-02

一、角色骨骼绑定的前期准备

在前期动画的角色设计阶段，需要考虑到后面的制作环节。为了合理规划时间，减少工作量，笔者对《再见小时候》中的角色进行了多次修改，尤其是小女孩的形象，小女孩的发型从扎两个辫子减少到扎一个辫子，包括衣服的款式也参考了很多图片进行多次修改。为了减少后期动画制作时角色关节穿插变形的问题，短片中角色的设计四肢都较瘦。对于模型的布线，应尽量避免三角面和五边面的出现，关节处的布线可以稍密，这样当角色动起来的时候才更为自然。

二、角色骨骼绑定

（一）骨骼系统

骨骼系统是用于制作角色动画的重要工具，可以进行骨骼创建、骨骼尺寸比例调节、骨骼属性调节等。3ds Max中骨骼的创建主要有三种方法：一是使用Character Studio（简称：CS）骨骼即两足动物骨骼，另一种是使用CAT骨骼系统，里面带有两足、四足以及昆虫等骨骼。最后一种方法是自由创建骨骼。我们可以根据角色的需要选择创建方法。

（二）主体骨骼的设置

《再见小时候》短片中主要使用了cs骨骼创建以及自由创建骨骼的方法进行角色的骨骼绑定。首先，角色的身体部分使用系统自带的cs骨骼，衣物则采用添加部分二级骨骼来完成骨骼设置。例如小男孩的裤子和小女孩的裙子，都进行了二级骨骼的绑定设置。对于这两部分进行了骨骼设置而没有选择使用布料解算，主要原因是布料的解算比较耗费时间资源，而且其结果有着一定的不可预知性，非常容易出错。选用二级骨骼来控制小男孩的裤子和小女孩的裙子可以更加明确衣服与身体的位置关系。

小男孩裤子部分的二级骨骼创建如图1所示，笔者创建了2节骨骼围绕小男孩的腿部一周，一共6组骨骼12节。分别把这些二级骨骼的根部都链接给了小男孩的腿骨上。之前也尝试把它们都链接给小男孩的胯骨上。可是发现角色一旦走动，大腿动了，裤子却不跟着动，有很严重的穿插问题。所以还是把裤子部分的二级骨骼链接给了大腿骨骼。

小女孩的裙子部分的骨骼创建如图2所示，创建了3节骨骼。围绕着小女孩腰部一周共8组24节骨骼。因为小女孩的裙子比小男孩的裤子要长，而且动的幅度比小男孩大的多，所以创建的时候比男孩多一节，骨骼的间距也比小男孩的小一些，这样控制裙子的运动会更加精确一些。小女孩裙子部分的根骨骼则都链接给最靠近它的脊椎骨。脊椎骨则可以带动整个裙子的骨骼运动，再调节二级骨骼来控制裙子更加细微的变化。

（三）附件骨骼的设置

从对运动控制的性质来分，3ds Max有正向动力学（简称FK）和反向动力学（简称IK）两种模式。正向层级关系的特点是动作单向传递，由父级向子级传递。在反向动力学中，父级与子级的传递是双向的，父级与子级的运动会互相影响。3ds Max里共有6种反向动力学控制模式，分别是交互式IK、应用式IK、HD解算器、Hl解算器、IK肢体解算器、样条线IK解算器。HD解算器主要用于机械动画的设定，Hl解算器主要用于四肢骨骼的IK设定。IK肢体解算器主要用于分支关节的设定，样条线IK解算器主要用于柔体变形骨骼的设定。

对于角色附件部分的骨骼设置，笔者不仅创建了二级骨骼，还加上了反向动力学。像小男孩的水壶部分的骨骼，笔者尝试了很多方法来绑定，效果都不太理想。如果直接创建二级骨骼来控制，小男孩一旦有弯腰的动作，水壶的背带则会出现很大的拉伸。几经探索，最终选择在创建二级骨骼的基础上设置Hl解算器，并且还创建了一些Dummy来控制骨骼，这样更方便进行水壶的动画制作。设定方法如图3所示。小女孩的头发部分，也使用相同的方法来设置，在创建了二级骨骼的基础上加HI解算器，再把头发部分的跟骨骼链接到了小女孩的头部骨骼，创建Dum-my来精确的调节头发的位置。为了更加方便和快捷，小女孩頭发部分的HI解算器还添加了弹性属性。当小女孩的头部运动时，不用调节头发的骨骼也可以通过Hl的弹性跟随头部的轨迹进行运动，这就极大的减少了头发部分的动画工作量。设置效果如图4所示。通过使用cs骨骼对角色身体进行控制，再在角色的附件部分创建二级骨骼，附带反向动力学的Hl解算器使得角色的运动更加自然流畅。

三、制作中遇到的问题及解决策略

虽然笔者对角色的骨骼进行了详细的设置，但在后期给角色Key动画的时候还是出现了一些不可避免的问题。

首先，小男孩裤子的二级骨骼虽然精确了裤子运动的位置，却大大增加了Key动作时的工作量。并且小男孩有较大动作的时候，裤子被骨骼控制时出现了很多穿插。于是，笔者采用给小男孩裤子Key Poss的方法，解决了这一问题。

再者，小女孩头发部分骨骼加Hl解算器的设置确实为笔者节约了不少动画工作量。但因角色的初始状态Key了O帧，角色动作都是从第一帧开始，所以第1帧的动作与第0帧的差距太大，小女孩的头发会出现被IK拉到极致的状态。只有等到4、5帧的时候，头发的IK才会因为弹性而恢复正常。解决方法是把初始动作的“O帧往前拖几帧或者给小女孩控制头发的Dummy，O帧和第1帧分别Key一下位置，就可以解决上述问题。

四、结语

在《再见小时候》这部动画短片中，笔者所采用的骨骼设置方法只是三维动画角色多种绑定方法中的一种。使用创建骨骼搭配反向动力学以及弹性属性来对附件部分的动画控制是本文的一个创新点。实际上，三维动画的角色骨骼设置，还有更多更为优化的方法有待我们去发现，只是仍需要大量的实践与总结。