浅谈三维动画中的柔性布料

（三亚学院 传媒与文化产业学院,海南三亚 572000）

一、创建角色模型

中国传统服饰拥有太多的样式，而大略看来，区别于国外服饰和现代服饰最主要的特点是中国传统服饰的柔性。在中国古代，轻工业是很发达的，著名的丝绸之路代表着中国人对于面料制作的技艺精深和使用柔性布料来表达飘逸之美的执著。在想到国外传统服饰的时候，印象较深是束腰对于身体曲线的展示，西装和燕尾服对于男性身姿挺拔的辅助，而中国传统服饰则重视飘逸大方的感觉，中国人自古以来就崇尚自然、灵动、淡泊如水，神话中的仙人形象大多腾云驾雾和丝带飘扬，文化瑰宝敦煌石窟中的飞天仕女图美轮美奂，而飘逸的汉服在整个人力服装史上都有着重要地位，特别是最近几年，我们在大街上又经常能看到身着汉服的少女，可见这种柔性美确实中国服饰的典型特点。那么在制作三维动画时，如果设定的是一个中国古代人物，合情合理的、美丽大方的传统服饰就是一个重要辅助，起到画龙点睛的效果，但带来的也将是非常大的设置工作，如果只是通过动画的关键帧来实现，就会带来难以承受的工作量，也难有充分的真实和足够的美感，这时候富有规律的骨骼设定和简易高效的布料解算方法就会使我们的动画制作工作大大简化。

（一）模型创建

在不同的行业中，角色模型有不同的创建方式，大体上有两类，一类是使用三维软件来从无到有的创造，一类是使用扫描设备，借用现实中形象来模拟生成前者多应用于游戏和纯动画电影，后者则在普通电影和其他产业中广泛应用。本次我们将使用第一类中的多边形建模模块，利用其直观性，有效控制模型的面数，整个建模过程就好像是一个绘画过程。三维建模分为生物角色建模和场景建模，而生物建模又分为人物角色建模和动物角色建模。任何的生物角色建模都必须对其生理结构、骨骼结构、肌肉形体和运动规律有深入的了解，这是角色建模的基础。

基于以上特点，我们使用“整体法”建模，即通过多边形建模将模型从整体到局部细化的方法，这有点像制作一个项目计划，先设定总体目标，再逐步分解，通过对各个细分环节的调整，来达到设定目标。人物角色的模型是由人物的肢干、关节、肌肉和服饰贴合部分、连接部分、摆动部分共同组成，这些环节都应该具备独立调整的能力，简而言之，动画表现能否细腻，其中一个关键因素就是建模的精细程度，当然也不是越零散、越复杂越好，关键还是要满足运动规律。

（二）材质贴图

材质贴图是三维动画中给角色赋予肌理、颜色、光泽与透明度的程序总称。材质贴图主要是改变建模表面的物质形态、设定不同物体的机理、颜色，达到自然平和的效果，分为2D和3D纹理。

在开始材质贴图工作之前，先对3D Max软件做个小小的设置，为了在制作人员绘制贴图的时候，方便观察贴图的效果，先将3D Max内部的光照取消掉，单击快捷键“8”，打开了环境设置框，接着将Global Linghting下的Tint和Ambient的黑白色对调一下，另外，如果有需要，在此界面还可以设置环境色。

本次贴图，我们使用多边形角色几何体材质贴图采用UV纹理编辑和布局的方法，具体的步骤依次为参数设置、投射、剪辑、缝合、展开和组织UV等，其间还偶尔使用了混合、重叠、排列及凸凹贴图等技巧。为了节省空间和时间，尽量地放大UV，这就需要把每个零部件的UV都完全展平，并在边界处拉平，这样就能相对更加合理的利用UV,也能让之后的贴图制作工作更加精细。

（三）骨骼设定

骨骼设定是一项专业性很强的操作，需要操作人员具有丰富的学科知识，尤其是生物学方面的，建议动画师充分了解这些角色中的关节将会如何运动，提前设置好层级关系，适当建立随动模块，避免接下来的环节增加不必要的工作量。

然后回到本文研究对象-服饰，为了使服饰能够不是简单的跟随人物身体运动，也要进行骨骼设定。服饰的运动是身体运动的结果，是一种延续和跟随，方向一致，但幅度更大，而且很可能是线和面的区别，也有刚性物体和柔性物体的区别。比如转身这个动作，人物身体简单的转个角度即可，但是衣服丝带不能简单地像个标枪一样笔直的转个相同角度，丝带本身要表现出延时效果和带动效果，起码应该是弧形的，如果再精细些，还要考虑风力和重力等。

骨骼设定是一项相对认真需要反复测试和检查的工作，很多时候是不需要夸张表现的，比如关节的可弯曲角度是特定方向的，肌肉和骨骼的连接关系是固定的，肱二头肌只能控制上臂不能控制小臂，再有一个特别需要重视的点就是“左右对称”，理论上随着软件编写的日趋完善，有诸如“镜像”等快捷操作，但要注意源区域选定是否合理。

（四）角色蒙皮

在骨骼设定完成后，就需要将骨骼和模型联系成一个整体，这个操作过程就是角色蒙皮，具体来说，就是设定和分配皮肤权重到不同的骨骼关节，这样随着骨骼的运动就能带动皮肤一起动作，继而使得角色形成动画，动画师通过操作骨骼来制作动画，这是点和线的物理运动，是可以精确控制到数字的，但能否使得角色外观表现同样出色，那蒙皮的质量高低就至关重要了，同之前的骨骼设定一样，蒙皮也是一项考验动画师经验和知识广度的工作。

蒙皮通常来说不是一项一次性的工作，初步分配好权重后，耐心的调整是必不可少的。有经验的动画师可以通过设置一些典型动作来观察到不合理的权重分配，还会善于使用相关插件，来检查或者快速移植权重分配，以减轻工作负荷，提高蒙皮质量。

二、将布料解算运用到动作设计中

（一）动作设置

根据制作方法，动作设计可以分为三种方式，分别是关键帧、非线性动画和动作捕捉，都有一定能的应用领域，最普遍的当数在三维软件中动画模块设置关键帧来设计动作了。动作设置的任务是在一定的时间、空间内用角色运动表达好剧情，加入动画师的艺术表达和想象力，形成高品质的动画效果。关键帧设置的好处之一是动画师可以将一段动画分成几个显著阶段，提前绘制出各个标志性动作的草图，以尽量避免返工。动画制作最重要的理论基础是运动规律原理，在一连串动作中，绝大多数写实角色都应该是相当或者接近拟实的，出于剧情需要，很少一部分可以采用夸张手法，因此动画师平日里应该善于观察现实事物，主动揣摩运动规律，积累素材，这样在设计出来的动画才更合情合理。动作的表现幅度是分为时间和空间的，节奏的把握是新手动画师需要练习和积累的，这有些类似于电影中的快慢镜头，可以很好地表现动画师的设计目标。

前文说过，中国传统服饰的特点是柔性美，飘逸，并延续人物肢体的运动，因此在动作设计中要单独考虑，避免穿帮，这时候为为了展现中国传统服饰在三维动画中的动态表现，所以我们对绑定好的角色做出各种动作，这些动作的时间不必很长，关键的是能够使角色的飘带服饰单独设置的骨骼绑定就可以发挥了，动画师当然可以通过足够多控制点来模拟真实飘动，但因为服饰是柔体物体，基本每一个点都可能成为波峰波谷，光靠关键帧来一个一个的设置，这种工作量是无法接受的。为了解决这个问题，软件开发商也在努力编写插件或模块来减轻动画师劳动，这其中，布料解算就是运用相对较多的一种方法，优势是操作简易，劣势是经常穿帮和非常考验电脑硬件。

（二）介绍布料解算

从物理模型的角度，动画又可以分为柔体动画、刚体动画和流体动画。角色服饰是典型的柔体动画对象，材质轻柔，容易在外力作用下产生变形，这里的外力是包含了多种作用力，比如角色肢体的带动力，风力和重力等等，极其复杂，想要真实模仿现实情况是非常困难的，也没有必要。服饰在画面里是角色的辅助，只要能配合角色动作，不显得突兀，自身基本满足运动规律，画面优美且自然即可，但这已经不容易了。

布料解算是一种用计算来模拟真实的工具，现在主流三维软件都或多或少的具备这个功能，动画师需要首先设定参数，比如计算点的数量和分布，物体之间的碰撞距离，计算点自身的可动距离，计算频率等等，然后计算机就会自动生成布料运动。在理论上，只要样本足够多，布料解算可以生成很完美的动画，代价是极高的硬件需求和海量的缓存，因此布料解算的关键工作是控制计算区域和负荷，适度即可，再有就是考虑和周围物体的关系。

那么现在来看中国传统服饰的特点，我们可以大体分为几个部分：1.贴身的或者较硬的服饰，比如帽子、铠甲、裤子等，这些可以认为没有单独的运动，直接通过关键帧操作即可，甚至可以和主体绑定在一起运动；2.参数单一，极易受到其他作用力的影响，并和其他物体碰撞较小的，比如绸带、轻质披风需要使用布料解算；3.随动性强，经常和其他物体碰撞，比如水袖和斗篷，可以尝试关键帧和布料解算相结合的方式，有骨骼处使用关键帧，骨骼之间使用布料解算。

三、结论

近些年来，国产三维动画正在逐步崛起，诞生了诸如《哪吒之魔童降世》《大圣归来》等票房大卖又品质很高的电影，对于三维动画从业人员是极大的激励，这证明了只要我们能讲好故事，认真制作动画，就能将国产动画发扬光大。那么在这个过程中，深入挖掘中国元素的潜力就是我们必须要做好的事情，而中国传统服饰也必将愈加引人瞩目。

想要在三维动画中运用好中国传统服饰，就必须将日新月异的动画制作技术和传统服饰的自身特点相结合，根据项目资金和计划合理安排工作负荷，不同部位的布料选择合理的动作制作方法，平时多观察，工作时候耐心尝试，逐步积累经验，互相之间积极分享、交流，相信国产三维动画的水平一定会飞速提高。