浅析三维角色动画制作的关键技术

摘 要：作为一门新兴技术产业，三维角色动画牵扯的领域和因素众多。其不仅与美术、设计领域有相关性，而且还涉及软件技术及软件方法的使用。现如今，在计算机动画技术中，三维角色动画制作的关键技术备受关注，尤以运动控制技术为最难。为了推动我国三维动画制作技术不断发展，且确保增强我国三维角色动画的制作效率，针对三维动画制作的关键技术有必要进行探究。

关键词：三维角色；动画制作；关键技术

就我国计算机动画产业的发展状况来看，其发展空间非常大。但是，由于种种因素的制约，以至于我国三维动画的发展略有停滞。究其根本原因，除了资金缺乏、整体水平相对落后、缺乏专业教育人才等几项因素之外，技术基础薄弱是最为关键的影响因素。[1]为了稳定我国动画产业的发展态势，必须狠抓三维角色动画制作的质量。基于此，可从应用三维角色动画制作的关键技术为切入点深入分析。

1 三维角色动画

从20世纪90年代起，经历了近30年的发展变化，计算机三维动画逐渐走入大众的视野。作为采用计算机三维动画技术的首次亮相，中央电视台、北京电视台在1990年北京第十一届亚运会电视转播中制作电视片头效果明显。[2]这里所谓的三维动画，是新兴动画制作技术的一种表达，即3D动画。3D动画的制作机理：借助三维动画制作软件建立模拟环境――依据动画角色形象构架基础模型及动画场景――结合相应动画剧情设定角色基础模型的运动轨迹――确定并记录其动画设定参数――对角色基础模型进行材质合成――实施着色打光处理――输出，完成动画画面。[3]

在3D动画的制作过程中，不免需要运用到三维动画技术。将技术应用其中，主要目的是模拟真实物体及其动作，达到准确还原物体运动过程的目的。在电视剧制作过程中，采用该技术，主要展现电视剧特效及特技，展现出某些爆破场面、撞击场面，有非常震撼的效果。谈及三维角色动画制作，共包括四个步骤，依次是角色建模（几何建模技术、三维扫描仪技术、图像建模技术和专门的三维角色制作软件）、骨骼创建、蒙皮绑定、运动控制（基本的骨骼系统、专用角色动画制作的模块、运动捕捉技术和三维角色动作生成软件）。[4]尤以第一步和第四步的技术最为重要。各技术的特性突出，在选用过程中，需谨慎，并进行综合考虑，以达到较为满意的三维角色动画制作的效率和质量。

2 三维角色动画制作中的关键技术

2.1 三维角色动画制作中的建模技术

（1）几何建模技术。在三维角色动画制作中，应用的几何建模技术，即核心建模技术。涉及的内容较多，具体涵盖了表面建模、细分表面建模、多边形建模、NURBS建模以及雕刻建模。关于几何建模法，有相关的三维动画制作软件提供制作基础。但是，仍需要相关动画设计人员的美术功底过关，应对复杂的建模过程。

（2）三维扫描技术。三维角色动画制作中，需要对演员或表演动物进行全面扫描，以获取相关数据，此时需要应用到三维扫描系统。因此，将对演员或表演动物的表面采样数据过程称为三维扫描技术。其中，构建虚拟三维彩色模型就需要采集角色表面的三维坐标或其皮肤色彩信息。三维扫描技术的制作效率较高，完成复杂的建模过程较快。但该技术的应用，需要投入较高的设备成本。

（3）图像建模技术。该技术应用角色三维模型的构建，其间需要借助数码相机拍摄不同角度的角色形象，从而获取高清相片，使用软件，完成自动合成。该技术的建模效率较高，但是，存在一定的缺陷，即难以对细节进行系统微调，不能确保模型的准确率。

（4）三维角色的建模制作软件。可以完成符合三维角色动画制作要求的一种软件。以角色造型、角色物体等为基准，使相关工作人员创作出角色的头部、四肢等，进而完成基础角色模型。其间，对于需要调整的，可以采用参数盘调节。

2.2 三维角色动画制作中的运动控制技术

（1）基本的骨骼系统。关于基本的骨骼系统，一般是由三维动画制作软件提供。借此可创建骨骼指定层级关系。同时，对骨骼进行关键帧设置可以通过手动完成。使用过程中，灵活性较好。此外，为了更便于手动设置骨骼关键帧动画，使其最后动作的效果更加流畅，相关工作者需要了解和掌握正、反向运动学的知识。

（2）专用角色动画制作的模块。以3DSMAX内置的CharacterStudio为例，由于其提供了Bipe骨骼系统，因而减免了手动设置每根骨骼层级关系和各种的IK指定的过程。[5]在创建完整的人物骨骼时，非常便利，单击拖动鼠标于视图中即可。Bipe骨骼系统使用更加方便。另外，在CharacterStudio中，还有自动步迹动画，这对于难度增加的动画无疑是非常有利的。与此同时，其中的运动混合功能可实现多个动作的叠加，完成更加复杂动作的制作。总之，CharacterStudio制作动画效率较高，但是，唯一的不足之处即动画制作中关于复杂动作制作还是不够简便，且动作效果不理想。

（3）运动捕捉技术。谈及运动捕捉技术，其涉及的技术内容较为广泛，与计算机图形学、电子、机械、光学、计算机视觉、计算机动画等技术都有一定的相关性。运动捕捉技术，即通过运动捕捉系统捕捉运动物体关键部位的跟踪器，经计算机分析得出动画制作中应用数据的过程。其后，借助数据驱动三维模型即可生成动画。通常情况下，运动捕捉后的数据有两种途径完成动画制作，其一，直接调入三维动画中驱动三维模型；其二，借助第三方软件实施编辑。

（4）三维角色动作生成软件。三维角色动作生成软件是当下常见的一种应用手法。以Endorphin（英国NaturalMotion公司研发）为例，其可以实现自动生成三维角色动作。在设计模拟角色身体某部分过程中，通过参数设置，可以调整其强度和方向，进而自动产生翻滚的动作。该软件的优势在于，其能够模拟真实的动作。在三维角色动画制作中，一直以来，基于硬件的运动捕捉技术的生产效率和精度受到业内的认可。而三维角色动作生成软件与其不相上下。由于动画制作中，常常需要设置一些极其危险的动作（高空跳楼、撞击等），因而，应用三维角色动作生成软件，效果极佳。危险情况下的动作在制作过程中，较为负责，而该软件通过运用全新的动画制作技术（虚拟演员）可不需特殊的相关捕捉硬件设备而模拟出任何动作。由此可见，三维角色动作生成软件的应用前景极为广阔。

3 结语

三维角色动画制作中，其几项关键技术各有所长。在倡导创造精神的新世纪，这些技术均能够为动画制作行业增添光彩。三维角色动画制作的几项关键技术中，运动控制技术是重中之重，在结合角色形象和角色动作需要之后，综合性考虑选用其中的技术，不仅能够让动画角色进行生动、准确的表演，而且对于整个行业的发展也能够起到推进作用。另外，在技术的应用过程中，需要注重角色动作细节的刻画，以追求完美的动画效果。

参考文献：

[1] 司建楠.动画角色的动作设计对其性格塑造的探究[D].南京师范大学，2013.

[2] 李思H.运动中的人物角色动画的设计与实现[D].北京工业大学，2015.

[3] 刘洋，郭荧飞.三维角色动画制作关键技术的几点探讨[J].工业设计，2016（08）：188+190.

[4] 张兴华，孟艺.浅析运动规律在三维动画制作中的运用――三维角色的行走动画[J].艺术与设计（理论），2013（03）：100-102.

[5] 樊宇.三维动画制作中关于角色装配技术与角色动作规划探讨[J].科技资讯，2011（31）：18.

作者简介：阿荣，内蒙古通辽人，本科，专职教师，研究方向：电脑美术。