毕业论文---浅谈三维动画的骨骼装配及动作调试.doc

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1、毕业设计论文浅谈三维动画的骨骼装配及动作调试 短片GO OUT创作教学单位: 专业名称:学 号: 学生姓名: 指导教师: 指导单位: 完成时间: 题目名称浅谈三维动画的骨骼装配及动作调试短片GO OUT创作设计（撰写）内容1 毕业设计内容：三维动画短片GO OUT创作要求：经过前期动画创作（故事剧本、角色设计、分镜头台本）、中期制作与后期合成，完成三维动画短片，并着重探索三维动画中的骨骼装配及动作调试。2 毕业论文内容：浅谈三维动画的骨骼装配及动作调试短片创作要求：论文的主要内容包含两个部分:其中第一部分为三维动画短片GO OUT前期概述。第二部分将是本文的重点，结合三维动画短片GO OUT创

2、作，阐述三维动画骨骼装配及动作调试的技术要点，以及这次短片创作过程中骨骼装配及动作调试运用与心得体会。预期目标1、完成三维动画短片GO OUT的创作，将所学的动画原理与技术理论相结合，学以致用，着重探索三维动画中的骨骼装配及动作调试。2、根据短片创作所获得的经验，结合三维动画中骨骼装配及动作调试的相关理论，完成毕业论文浅谈三维动画的骨骼装配及动作调试短片创作的写作。成果形式三维动画短片、毕业论文设计（撰写）地点起止时间指导单位指导教师 2011年 月 日审核意见审核签名 年 月 日设计（撰写）过程评语：指导教师： 年 月 日成绩论文评阅评语： 评阅教师： 年 月 日成绩论文答辩评语： 答辩组长

3、： 年 月 日成绩总分审核人： 年 月 日浅谈三维动画的骨骼装配及动作调试 短片GO OUT创作摘 要三维动画正在国内迅速发展，三维动画迅速取代传统动画成为最卖座的动画片种。三维动画展现出来最直观感受就是物体的逼真和运动的自然，而要做到运动自然，就必须充分研究人体、动物等的运动规律，以及支配他们运动的骨骼系统。所以在以完美和真实为最终追求的三维动画中，骨骼装配有着其不可替代的作用。在众多三维软件中，选择Maya软件探究制作三维动画短片GO OUT中的骨骼装配技巧与运用。关键词: 三维动画；骨骼装配；运动规律；运用目 录1 绪论12 GO OUT创作前期22.1 剧本创作22.2 动画创意与制作

4、流程22.2.1 动画创意32.2.2 制作流程32.3 GO OUT角色设定32.3.1 角色的性格特点32.3.2 角色的造型风格33 GO OUT骨骼装配和动作调试43.1 检查模型43.1.1 在Front试图中检查模型43.1.2 在Side视图中检查模型位置43.1.3 在Side视图中检查模型主要关节处的布线情况53.2 创建骨骼53.2.1 创建骨骼的原则53.3 对FK和IK的理解73.3.1 正向动力学73.3.2 反向动力学73.3.3 经验83.4 整理文件的层级关系83.5 皮肤设置93.5.1 蒙皮前的准备93.5.2 蒙皮操作与权重笔刷工具103.6 动作调试10

5、3.6.1 运动规律时间103.6.2 运动规律速度113.6.3 运动规律节奏113.6.4 姿势113.6.5 技巧124 创作GO OUT感受与总结13参考文献14致谢15I1 绪 论三维动画相对于二维动画来说，多了时间和空间的概念，而要做到逼真和自然的感观效果，从纯粹的制作角度看，主要涉及几何造型技术和图像处理技术，重点是运动控制技术。运动控制技术就是基于骨骼的控制来驱动模型跟随运动的一种技术。骨骼技术是动画领域的一项比较高级的技术。由于其生动、逼真的效果，在影视制作、动态仿真等领域起着重要的作用。只有使用骨骼技术，才能制作出更高级别的动画作品。所以为了让画面的动作更加生动逼真，就必须

6、在骨骼装配上面花费精力。在屏幕上看到的多是角色或者场景在运动，并不是单纯的骨骼直观的在运动，因此大部分观众忽略了骨骼技术的存在重要性。其实生动的角色动作表现是动画师通过激活具有大量骨骼关节的复杂模型，根据决定运动的几个主要骨骼的最终角度可以确定骨架的运动，从而创建精确灵活的人物动画。通过毕业设计GO OUT的创作，了解与掌握三维动画的骨骼装配及动作调试各个技术要点，探讨骨骼装配及动作调试在三维动画创作过程中所占的地位，以及短片GO OUT中的骨骼装配技巧与运用。152 GO OUT创作前期2.1 剧本创作闹钟响起，狗和猫睁开眼睛。主人哒哒哒忙碌声音。嘭，关门声。狗狗走到门口处。门外忽然传来轻微

7、脚步声，狗立刻竖起了耳朵，正经的虎视眈眈的巡视着主人家的周围。就像一名恪尽职守的警察，兢兢业业的不停地巡逻。猫自始至终伏地大睡。老鼠探出头。碍于狗走来走去。只能在角落里窜着。猫起来伸个懒腰，鄙视一下勤劳的狗狗，缕缕自己的胡须，叽叽喳喳了几句，慵懒的散步、找食物，走到窗户边，窗户透进黄昏的阳光，猫继续伏地大睡。猫突然很正经起来，主人拖着疲惫的脚步，狗欣慰的看了主人一眼，精神稍稍放松的趴在了地上打个盹。猫却一反常态，装腔作势。还走到主人脚下舔舔主人的脚，绕着主人蹭来蹭去，逗逗趣。狗睁开眼不屑的看着猫那阿谀奉承的表现继续趴下。主人的脚停在沙发旁。沙发被老鼠咬破了一个洞。此时主人看到狗在睡觉，猫正在巡

8、逻。主人大怒，谩骂的声音。主人想象画面（二维）：狗一直在睡觉，猫一直在抓老鼠，很尽责的样子。主人打开门，把狗一脚踢出门外。狗飞向镜头，重重的摔在地上惨叫着，吃力地爬起来，失望、落寞的向院子外走去。不舍的回头望向主人的窗户。窗户上映出的是猫奸诈的笑容，幸灾乐祸的对着狗狗扮鬼脸。老鼠大摇大摆的在猫面前晃过，猫很错愕不及的表情。2.2动画创意与制作流程2.2.1 动画创意故事背景：反映当代社会存在的一种普遍现象，善于阿谀奉承和谄媚的人通常比忠诚老实但是不会做足表面现象的人要更适应社会的发展，不会被社会淘汰。本短片GO OUT中，猫就代表阿谀奉承的一类社会群体，狗代表的是忠诚老实却不会做表面现象的社会

9、群体，最终的结果是狗被主人悲催的赶出家门，而猫幸灾乐祸的看着狗的离开。2.2.2 制作流程一部好的片子的实现，前期的工作犹如房屋的地基，首当其冲的是剧本的创意性。短片GO OUT剧本创作的灵感来源于现实社会，用卡通形式来表现出社会的阶级本质，更能深刻的阐述短片的灵魂所在。其次是分镜头剧本和角色的设定，镜头感的运用会带给短片更好的视觉传达。对于角色的性格塑造也起到了重要作用。角色的造型决定了整部短片的生命力和风格特点。第三中期制作就是切实的进入短片角色、场景的创作过程，实现预期效果。例如GO OUT中各个角色以及场景的建模，uv，贴图，灯光和材质，渲染等。最后就是后期制作，片头和片尾的制作也不容

10、忽视，做事情要善始善终，既要有好的开头也要有耳目一新的结尾。2.3GO OUT角色设定2.3.1 角色的性格特点短片GO OUT中设定的主要角色有两个，狗的性格特点是勤劳、憨厚、温顺、机警、忠诚；猫的性格特点是狡猾、阿谀奉承、善变、奸诈。2.3.2 角色的造型风格根据角色的性格特点来设计角色的造型风格，狗的造型如图2-1所示，猫的造型如图2-2所示，老鼠的造型如图2-3所示。 图2-1 狗 图2-2 猫 图2-3 老鼠3 GO OUT骨骼装配和动作调试3.1 检查模型3.1.1 在Front试图中检查模型比如，在GO OUT创作过程中，主人的模型，尤其注意肩部和腿部的布线是否合理，在进行抬大腿

11、的动作时，大腿会与躯干产生一个夹角，这个位置的模型布线需要加密，应保持关节处至少有三条线，来保持夹角处动画过程中的正常变形，且要与人体肌肉走向保持一致。同理，肩部布线也要匀称，走向也要保持与人体肌肉走向一致，尤其是大臂与躯干的衔接处的布线，如图3-1和图3-2所示。 图3-1 人物前视图 图3-2 人物前视线框图3.1.2 在Side视图中检查模型位置在Side视图中检查模型是否位于以y轴基准的地面之上，如图3-3和图3-4所示。 图3-3 人物侧视图 图3-4 人物侧视线框图3.1.3 在Side视图中检查模型主要关节处的布线情况比如，在GO OUT创作过程中，主人的模型，检查膝关节的布线，

12、弯曲处要坚持至少有三条线的原则，并且呈扇形分布，保证角色屈膝时能够正常变形，如图3-5所示。图3-5 布线图检查模型的布线时，不仅要满足关节处有3条线的基本要求，更需要动画师灵活应用，根据角色的动作幅度决定模型布线的合理性，适用更多模型的动画变形要求。3.2 创建骨骼3.2.1 创建骨骼的原则角色的骨骼创建完成了，但为什么要这样创建骨骼呢?在GO OUT项目中，在为这些卡通风格的角色创建骨骼系统时，都会根据此角色，或者是根据类似于此种角色的生物的骨骼解剖结构来创建骨骼。有解剖结构作为基础，角色的运动才能更加合理。动画师通过控制角色骨骼来制作动画，在这个前提下，如果角色的骨骼创建过于密集，动画师

13、在制作动画时所要操作的对象就会越多， 调节动画就会变成一项麻烦而单调的工作。所以，骨骼的创建在本着不影响动作的情况下，以越精简越好的原则来进行。在GO OUT的角色骨骼调试过程中，从最精简的骨架开始测试，如图3-6所示，为了完成特定的动作，可以逐渐的加入骨关节直到制作成最终完善的骨骼系统，如图3-7和图3-8所示。图3-6 狗的骨骼装配 图3-7 骨骼绑定侧视图 图3-8 骨骼绑定正视图3.3 对FK和IK的理解3.3.1 正向动力学FK正向动力学，是根据父关节的旋转来计算得出每个子关节的位置，靠活动各个关节来带动下个关节的运动。是受角色主观的意志来驱使上肢或下肢以实现特定的动作。应用: 走动

14、时手臂的摆动就是用FK；交警指挥马路，也是FK的作用。在GO OUT的角色骨骼配置中，出现的角色大部分是四足动物，在运用FK的地方不是太多，但是也要正确理解正向动力学出现的情况。3.3.2 反向动力学IK反向动力学，是根据末端子关节的位置移动来计算得出每个父关节的旋转，是靠小关节的运动，而使得上面关节跟着运动。IK是通过外力来驱使上肢或下肢来实现特定的动作，具有被动性。下蹲时双脚固定在地面上用的就是IK。用手推箱子，也是IK的作用。在GO OUT的制作过程中，三个动物角色的腿部绑定用的都是IK反向动力学。由于四足动物的前腿和后腿功能近似，所以设置好前腿的IK骨骼，在进行后腿的IK骨骼设置时就是

15、轻而易举的事情了，如图3-9所示。图3-9 设置IK骨骼设置好IK后，最重要的工作就是进行约束和给控制器添加属性设置，在进行约束工作时，要分清楚骨骼对IK的约束应该选择哪一个比较合适，在选择约束时，要注意勾选保持偏移。3.3.3 经验经过这次毕业创作，不难发现其实并没有“什么时候用IK什么时候用FK”这么一说，因为人的运动一直都是FK和IK一起的作用。只要适合的场合用适合的动作就OK。在配置骨骼角色之前，就应该对角色在此次创作中所占地位进行权衡，如果是比较重要的主角色，在绑定的时候，就要注意做的全面一些，有助于动画师在调试动作时，可以有更多动作调试空间；如果是配角，只要做出FK和IK来，不需要

16、在不必要的地方浪费太多心思。3.4 整理文件的层级关系完成了角色的骨骼设置后，对角色的层级关系加以整理是必不可少的。整理文件的层级关系的意义在于使骨骼设置能够正常发挥作用，在整理过程中，要注意随时测试骨骼运动效果，防止设置不能正常工作的情况发生。如图3-10所示。 图 3-10 整理文件层级关系3.5 皮肤设置3.5.1 蒙皮前的准备在对模型进行蒙皮工作前，先检查模型，在检查控制器，并且注意控制器是否已全部冻结，如图3-11所示，接着测试控制器的属性调节有没有达到预计的效果，最后模型清除历史记录。在进行模型与骨骼的蒙皮工作时，要时刻记得参与蒙皮的骨骼只有SK骨骼，像脊椎和脚部的控制骨不参与蒙皮

17、工作，这对骨骼的命名要求是非常严格的，规范的命名会给动画师减少很多不必要的麻烦。在GO OUT的角色蒙皮前，选择参与蒙皮的骨骼如图3-12所示，就会出现整条需要蒙皮的骨骼如图3-13所示，这里面是不包括控制骨的。 图 3-11 控制器属性冻结 图 3-12 选择参与蒙皮的骨骼图3-13 需要蒙皮的骨骼3.5.2 蒙皮操作与权重笔刷工具选择骨骼和模型，进行柔性蒙皮，如图3-14所示，蒙皮后的角色模型便会跟随控制器来控制骨骼的运动而运动。蒙皮后，切忌一点，不要再进行删除历史记录，再次检查模型是否跟随控制器进行运动，确定没问题后，进行权重工作，如图3-15所示，使每个骨点来控制的模型区域合理化，以方

18、便后面动作调试。 图3-14 柔性蒙皮 图3-15 权重3.6 动作调试3.6.1 运动规律时间运动是动画中最基本和最重要的部分，运动最重要的因素之一就是时间，它是一切动画开始的基础。时间控制是动作真实性的灵魂，也是动画师们调试动作时最难掌握的要素之一。对于时间的感受是不准确的，时间受很多因素的影响。例如：在GO OUT的制作过程中，仅仅是狗走路的动作，都会受到环境，剧情的影响，狗巡逻时是一种昂首挺胸、走路铿锵有力，节奏感比较强的状态，此时的时间把握要恰到好处，而最后狗被赶出家门，懊恼、沮丧的离开家园时，时间又是相对来说节奏很慢的。正是因为对时间无法做出准确的判断，也就无法对一个动作发生所用的

19、时间做出正确的估计。因此，一个优秀的动画师首先必须具备良好的时间感受能力，这就是为什么称动画师的眼睛为“1/25秒的眼睛” 的原因吧。在对GO OUT短片的角色进行动作调试中，主要注意的问题是:要预留足够的时间给观众，要留有足够的时间给动作的发生，要留有足够的时间给动作反应。重视时间的地位，学会控制“时间”，接近并征服它。3.6.2 运动规律速度速度是指物体在运动过程中的快慢，在GO OUT动作调试过程中，因为角色的性格特点不同，所以角色的运动速度也是不同的。这就要求动画师在动作调试时，要正确的把握该角色在特定的环境下的运动速度，也就是说在同样一秒的时间内，要实现角色动作所需要的key帧数是不

20、一样。3.6.3 运动规律节奏在日常生活中，一切的物体运动都是充满节奏的。动作的节奏处理不当，会让人感觉很不舒服，比如GO OUT一开始进行动作调试时，因缺乏经验，角色动作节奏掌握的不够娴熟，导致最后动作的不协调，让人看了以后很不舒服。这犹如在弹奏一段乐曲时，拍子打错了，该快的地方不快，该慢的地方不慢。因此，处理好动作的节奏对于加强动画的表现力是十分重要的。3.6.4 姿势首先，在动作调试时，先要观察动作的开始，想要将动作调试达到炉火纯青，有时需要亲自摆一个漂亮的pose，想想现实生活中是怎么去做这个动作的。其次，在设计姿势的时候，一定要考虑头部、胸部、臀部3轴线的位置关系。最好的办法是不要让

21、他们保持水平，要带有一定的角度。仔细观察生活中人走路的姿势，会发现在走路的时候人的肩膀总是与胯和臀部的移动方向相反。相同的道理，人站立的时候通常不会让自己的肩膀总是与胯和臀部成水平位置，总会带一些角度，这样站着会舒服些。每一个姿势的开始，在实现一个动作之前一定要考虑是否需要必要的预备工作，但每一个动作都有预备动作又会很乏味、缺乏变化。对于冲击力很强，暴发性的动作，可以省去预备动作，来造成更大的冲击效果和喜剧效果。此时残留动作要着重表现，来完整的表现整个动作的意义。角色的动作是从一个部位开始，产生的能量会带动其他部位跟着动。因此，身体从一个地方移动到另一个地方时，会有好几个动作，并且它们不是同时

22、进行的，这就需要动画师在调试过程中有适量的延迟动作。3.6.5 技巧在进行GO OUT的角色动作调试过程中，熟能生巧，总结了几点经验和技巧。1）角色的头部和身体不要成一条直线。如果成一条直线，会让人感觉十分呆板。因此，角色身体正面朝向镜头时，头部应该稍微向两侧倾斜，这样会显得优雅而生动；或者换句话说，角色眼睛正对着镜头时，把身体转成一定的角度，这样会使画面显得更生动。2）角色的双臂和腿部不要平行。无论角色是坐着还是站着，不要让双臂或双腿呈现平行状态，这样显得太僵硬了，除非是机器人。妥当的做法是一曲一直或者是两者构成一定的角度，这样的姿势既动感，又富于变化。3）不要忽视角色手的姿势。人物的手在画

23、面中的比例不大，但若摆放不当，就会破坏画面的整体感觉，这跟人物素描里的构图道理是一样的。要注意手部的完整，不要使其变形、折断、残缺的感觉。4）有时可以选择把角色的调好的动作放在简单的黑白剪影里，如果清晰可读，那么角色的姿势就能被他人读懂，而不需要很长的时间去琢磨。5）当到了应该把注意力从一个角色转换到另一个上时，摇确保有一个清晰的交接。同一时刻应该只有一个焦点。基于动画师所展示给角色的东西，观众也就本能的知道此时应该关注谁了。4 创作GO OUT感受与总结在创作过程中，不免会遇到各种各样的困难，由于之前的学习中，对模型的检查不到位，有一些关节骨节的重要部位布线不够合理，以至于骨骼装配后，动作调

24、试时才发现，某些部位的布线是需要多部一些，来方便后面实现某些夸张的动作，一开始对于骨骼掌握的不够精细，经常性在装配骨骼的过程中，遇到中途被某件事情打断的情况，这样的插曲是绝对不允许的，因为每一次骨骼的装配都需要动画师高度的集中精力，稍微有一点疏忽，就会导致最后装配出的骨骼出现这样那样的问题， 可能仅仅是一个控制器的约束问题，但是要想在装配完的骨骼中寻找出现的问题，就不是那么简单就能解决的问题，牵一发而动全身或许是个很贴切的比喻。GO OUT创作，受益匪浅，积累了一点骨骼装配方面的工作经验。一个角色的成功程度，不仅仅是骨骼，还有很多方面，比如表情、权重、布料、柔体甚至是绑定需要根据剧本的剧情、角

25、色特点，这也要求动画师要全面系统的掌握动画原理，人体工程学，机械结构原理，动画师都可以成为是一个小科学家了。凡事没有随随便便就能成功的，要追根究底的去探析骨骼的奥秘，多去看他人的作品，理清思路，有一套有效可行的做事方法，最重要的是培养思考问题的能力。这次的创作，历时长达几个月时间，从剧本开始，大家倾注了100%的精力，自始至终都想要精益求精，这个过程中，组员之间的合作尤为重要，分工也显得举足轻重，明确的计划，可以使项目进行的更加顺利，有助于个人的效率提高。参考文献1 完美动力编译.MAYA极速引擎动画篇.电子工业出版社 2 石英华编译.MAYA印象 角色绑定与动画规律专业技法.人民邮电出版社3 MAYA MODERING 动画卷设定.环球数码动画学院致 谢