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1、计算机三维动画基础,计算机三维动画是在二维动画的基础上发展起来的，计算机三维动画是使用计算机模拟现实中的三维对象，在计算机中创建三维几何造型，并给模型赋予表面图像、颜色、纹理等对象的特征，然后对模型进行动画制作，如变形、运动等，再加上场景、灯光、摄像机等环境，最终生成一系列可独立播放的动画。,常用三维动画软件及特点,在三维设计领域里，有许多强大的制作工具和辅助工具，我们仅介绍其中最具代表性的软件如 3DS MAX、MAYA、Softimage 3D、Lightwave、Rhino、COOL 3D等。,1.Softimage 3D,Softimage 3D是为专业动画师设计的功能强大的三维动画制
2、作软件，它的功能完全涵盖了整个动画制作过程。Softimage 3D主要特点是有超强的渲染器和超强的动画能力，它支持各种制作动画的方法，可以产生非常逼真的运动。,2.MAYA,MAYA是autodesk欧特克公司出品的三维动画软件。它不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还结合了最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染和运动匹配技术.MAYA因其强大的功能在3D动画界造成世大的影响，已经渗入到电影、广播电视、公司演示、游戏可视化等各个领域，且成为三维动画软件中的佼佼者。,MAYA作品,大家熟悉的许多大制作影片，如星球大战前传、黑客帝国、指环王中计算机特效都是应用Maya完成。,3.LIGHT
3、 WAVE 3D,LIGHT WAVE 3D最新的版本是9.2版，该软件的价格低廉，品质出色。Lightwave 3D是全球唯一支援大多数工作平台的3D系统。各种平台上都有一致的操作界面，无论你使用高端的工作站系统或使用PC LIGHTWAVE 3D都能胜任。,LIGHT WAVE 3D作品,Cool 3D是文字三维动画软件。处理的对象主要是文字和简单图案。文字的三维模型有软件自动建立，而三位运动模式则有使用者确定。,4.Cool 3D,5.3ds max,3ds max是一款应用于PC平台的元老级三维动画软件，它具丰富的建模和动画能力，出色的材质编辑系统。该软件的主要特点是使用较强插件来增加
4、软件的功能，如增强的粒子系统sandblaster，ourburst，设计火、烟、云的afterburn，制作肌肉的metareyes，制作人面部动画的jetareyes等。,3ds max应用领域,3ds max是目前国内乃至国外用户群最大的三维制作软件，它广泛应用于商业广告、影视特技、游戏开发、工业设计、建筑设计、计算机辅助教育等领域，近年来尤其偏重于影视广告和游戏开发，在同类软件中市场占有率最高。从行业上看，三维动画的分工越来越细，目前已经形成了几个比较重要的制作行业，包括以下几类。,1建筑装璜设计 建筑装璜设计包括建筑效果图、建筑动画及相关多媒体、VR虚拟现实产品。这个行业向前与CAD
5、制作图紧密相连，向后与平面设计、后期合成、多媒体编程、网页编程等相连，建筑效果图是其中的一个环节，目前使用最多的是3ds max软件。,室内效果图,室外效果图,2影视片头包装,电视片头动画包装,2影视片头包装,电视节目包装。,3.产品广告,这类产品动画在制作的创意上难度都较片头包装要难，不仅要求质感亮丽，还需要复杂的建模、角色动画等，对三维软件技术的要求比前两种都要高。,3D工业产品,4.电影电视特技,电影特技如今越来越多地开始使用三维动画和合成特技，像星球大战前传都使用了大量的三维动画镜头。很多电视剧越都要求加入特技来制造更刺激的场面效果，例如烟雾、雨雪、爆炸等，尤其是武侠片，需要辅以三维动
6、画的光效、气效等。,5三维卡通动画,3D动漫形象,3D游戏界面,三维动画制作过程与示例,一个完整的三维动画设计与制作过程包括：三维建模与造型；材质贴图；灯光布局与摄像机使用；场景渲染；后期合成。下面以3d max制作茶壶为例，介绍一下制作过程。,1.建模,建模是计算机动画的初始步骤，把将要会在场景中出现的3D物体模型预先制作出来。3Ds Max的建模方式包括型建模、体块建模以及复合物体建模等。型建模就是使用二维形体开始建模，如直/曲线、多边形、文字等，还包括放样。型建模是建立复杂模型的有效手段。体块建模是用集成体块建模。如方块、圆柱等，或对其略做修改变换。复合物体要用到布尔运算，主要是体块间的
7、相并、相交、相减操作，可用于在墙面上挖门洞、窗洞等操作。,图 茶壶的三维动画的建模（造形）,2.材质贴图,材质，简单说就是物体看起来是什么质地。材质可以看成材料和质感的结合。在渲染程序中，它是物体表面各可视属性的结合，这些可视属性是指物体表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些属性，计算机中三维虚拟世界才会和真实世界一样缤纷多彩。指定到材质上的图形称为贴图。贴图是物体材质表面的纹理，利用贴图可以不用增加模型的复杂程度就可突出表现对象的细节，并且可以创建反射、折射、凹凸、镂空等多种效果。,图 3DS MAX作品-茶壶的材质与贴图,3.灯光和摄像机,在三维设计中要制
8、作出真实感的场景，除了精美的造型和逼真的材质外，如果没有灯光照射，一切都将在黑暗之中。再好的三维场景都离不开灯光的照射，灯光的作用并不仅仅是用来照亮物体，还可以使场景具有层次感和纵深感，使物体看起来非常真实，灯光是三维设计中非常重要的一个环节。3ds max提供了不同类型的灯光，如聚光灯、平行光和泛光灯。,当一个场景的模型、材质、灯光均完成后就需要渲染，而摄像机的应用是必不可少的。摄像机就像人眼一样，将外界看到的物体反射到人的眼睛，以表现人的目光随物体移动的动画效果。摄像机决定一个作品的表现方式，各种焦距、随意的角度以及其他各种特殊效果的运用，使动画设计者能够创作出各种随场景漫游的精彩的画面。
9、例如，摄像机跟踪功能可以轻松地捕捉实拍时摄像机的运动轨迹，这样虚拟摄像机就可以将三维造型逼真地放置在实景中。,图 茶壶在不同灯光与摄像机角度下的运动的效果,4.渲染,三维模型能否给人一种真实感，关键就在于渲染技术。所谓渲染，就是根据为模型指定的材质和灯光布局来计算物体的明暗程度和阴影，最后将场景中创建的模型实体化显示。3ds max提供了3中渲染方式：渲染场景、快速渲染和实时渲染。快速渲染是对渲染场景的简化操作，不适用于太复杂的模型；实时渲染提供预览渲染，可以帮助用户查看场景中更改照明或材质后的渲染效果。,图 3DS MAX中茶壶对象的的渲染效果,5.后期制作和合成,设计者就是一位导演或编辑，
10、其工作就是将制作好的作品素材收集在一起，包括最后场景所需的各种资料，通过使用视频合成软件将一段动画与另一段动画合成、相接，根据需要加入各种文字字幕、静止画面、真实场景画面、合成器或淡入淡出效果。在3ds max中，videopost是内嵌的视频合成器，相当于一个视频后期处理功能。它提供了各种图像和动画合成的手段。,图 利用3DS MAX中的 Video Post对茶壶与茶盖对象的后期合成,Cool 3D软件讲解,3ds max软件讲解,3ds max 9各部分功能,（1）菜单栏用户界面的最上面是菜单栏，栏集中了3ds max 9的主要功能，如文件管理、编辑、渲染及帮助等。（2）主工具栏菜单栏下
11、面便是主工具栏，它由一个个方形按钮组成。要想查看主工具栏上的其他按钮，可以将鼠标光标置于工具栏空白位置，待光标变成形时，按住鼠标左键并在水平方向拖动，即可显示更多的工具按钮。,（3）“层”工具栏“层”工具栏简化了3ds max 9中与层系统的交互，从而更易于组织场景中的层。（4）Reactor工具栏默认情况下，Reactor工具栏位于界面的左侧。使用Reactor工具栏可以快速访问reactor动力学功能的一些对象和命令。（5）命令面板操作界面的右边是命令面板，这是一个十分重要的工作区，它是3ds max 9的核心，集中了绝大多数的命令和工具。,（6）视图显示和控制区视图显示区是观察对象的主要
12、工作场所，系统默认有4个视图：顶视图、前视图、左视图和透视图，分别从不同的角度观察对象。透视图用于从任意角度观察对象，而其他3个视图只能从某一个方向（前面、左面、上面）来观察对象。每个工作视图都可以变化为其他视图，除上述4种视图外，还可以使用以下视图：底视图、右视图、后视图、用户视图、相机视图（只有在建立相机后才可使用）、聚光灯视图（只有在建立聚光灯后才可使用）、轨迹视图（用于动画编辑）。,（7）状态栏和操作提示栏状态栏与提示栏位于屏幕的最下端，用于显示当前系统状况，如选中对象、坐标方式、位置等（8）动画控制区 位于屏幕的右下端，用于完成动画的设置、播放、制作（9）视图控制区 在屏幕的右下角，
13、有8个控制视图的工具按钮（有些按钮中还包含多重按钮），用来提供对视图的各种操作。,3ds max 9的文件及文件菜单部分功能,文件菜单用于对文件进行打开、保存、合并操作、导入和导出不同格式的其他三维存档格式，以及动画的摘要信息、参数变量等命令的应用。（1）“打开”命令和“保存”命令在3ds max 9中，一次只能打开一个场景。打开和保存文件是所有Windows应用程序的基本命令。（2）合并命令该命令是3ds max 9中用来合并文件的，它可以把对象从其他场景加载到当前场景中。（3）导入命令导入命令是用于将其他的图形图像软件中的对象导入到3ds max 9中，可导入的文件格式有AutoCAD图形
14、（*.DWG,*.DXF）、VRML（*.WRL,*.WRZ）、Adobe Illustrator(*.AI)、3D Studio网格（*.3DS,*.PRJ）等。,（4）导出命令导出命令与导入命令的作用相反，用于将3ds max 9的对象导出，用于其他的图形图像等软件中，可导出的文件格式有AutoCAD(*.DWG,*.DXF)、3D Studio(*.3DS)、ASCII场景导出（*.ASE）等。（5）外部参照命令3ds max 9支持一个小组通过网络使用一个场景文件工作。通过使用xref命令，可以实现该工作流程。在“文件”菜单中与外部参照有关的命令有两个，它们是“外部参照对象”命令和“外
15、部参照场景”命令。,新闻联播动画制作实例,（1）创建地球模型单击“创建”命令面板中的“几何体”按钮，在“对象类型”卷展栏中单击“球体”按钮。在顶视图的中心位置单击并拖动鼠标，创建一个半径为30的球体作为地球。（2）创建文字 单击“创建”命令面板中的“图形”按钮，在“对象类型”卷展栏中单击“文本”按钮，在“大小”文本框中输入60，“文本”文本框中输入“新闻联播”。在“前视图”靠近球体下方的合适位置单击放置文本，如下图所示。,（3）在“修改器列表”中单击右端的下拉按钮，在弹出的修改器下拉列表中选择“倒角”编辑修改器，设置倒角修改器参数，将文字变成三维文字。（4）赋予材质与贴图 单击选中球体，单击主
16、工具栏中的“材质编辑器”按钮，打开“材质编辑器”窗口。单击材质示例窗口下方的“将材质指定给选定对象”按钮，将材质赋予球体。单击“BLinn基本参数”卷展栏中的“漫反射”标签右侧的空白按钮，打开“材质/贴图浏览器”窗口。在“材质/贴图浏览器”窗口的材质列表中单击“位图”，再单击“确定”按钮，系统打开“选择位图图像文件”对话框，选择一幅“世界地图”的位图作为贴图材质，单击“打开”按钮。,在“材质编辑器”窗口中单击材质效果区下方的“在视口中显示贴图”按钮，在视图中可以观察到球体呈现出地球的效果，如下图所示。,3添加灯光与设置环境,（1）单击“创建”命令面板中的“灯光”按钮，在“对象类型”卷展栏中单击
17、“泛光灯”按钮，在透视图中分别放置两盏泛光灯，并调整灯光的位置。（2）单击主工具栏中的“快速渲染”按钮，观察效果，如果效果不满意，可以使用“选择并移动”按钮，调整泛光灯的位置来得到令人满意的效果。（3）执行菜单栏中的“渲染环境”命令，打开“环境和效果”对话框，单击“公用参数”卷展栏中“背景”设置区中的“无”按钮，打开“材质/贴图浏览器”窗口，在“材质/贴图浏览器”窗口的材质列表中双击“位图”选项，在打开的“选择位图图像文件”对话框中选择一幅风景画作为背景。,4设置动画,（1）制作动画1）单击主工具栏中的“选择并移动”按钮，在透视图中单击选中文字，然后单击动画设置区中的“自动关键点”按钮，进入关
18、键帧记录状态。此时，透视图被套上一个红色边框，表示进入动画记录模式。2）制作文字动画。首先，在顶视图使用轴向约束将文字拖出透视图直到看不到为止，然后拖动图下方的滚动条到第30帧，将文字拖到地球的前方，再将滚动条拖动到第100帧，将文字推向前方，直到充满透视图。3）制作球体旋转效果。单击主工具栏中的“选择并旋转”按钮，在顶视图中单击选中地球，拖动视图下方的滚动条到第100帧，将球体按Z轴旋转一周。4）再次单击“自动关键点”按钮，退出动画设置状态，单击“播放动画”按钮观看效果。,（2）将动画转录成视频格式,1）单击主工具栏中的“渲染场景对话框”按钮，打开“渲染场景”对话框。2）单击“时间输出”设置
19、区中的“活动时间段”单选按钮，对动画的第0100帧进行渲染。3）在“输出大小”设置区中设置AVI视频的输出长度与宽度，可以单击“640480”按钮来确定动画的输出尺寸。4）单击“渲染输出”设置区中的“文件”按钮，在弹出的“渲染输出文件”对话框中设置动画的保存类型为“AVI文件（*.avi）”，并输入文件的文件名和保存路径，单击“保存”按钮。5）在随后弹出的“AVI文件压缩设置”对话框中保持默认值，单击“确定”按钮。6）单击“渲染场景”对话框右下角的“渲染”按钮，系统便开始渲染。,运动捕捉技术与三维计算机动画,在以往计算机动画制作中，通常都是使用三维动画制作软件（如3ds max、maya）来制
20、作三维角色的形象并调制角色动作。整个角色动作都是由操作人员诸帧调整的，动作的制作工作十分繁琐、复杂，容易出现误差，效率很低。随着计算机技术高速发展与视频行业对计算机动画制作需求的不断增加，用户对高效率的计算机动画制作手段的需求变得越来越强烈。传统意义上人工调整虚拟角色的工作方式已经成为计算机动画制作过程中的最大瓶颈，近来流行的运动捕捉技术是解决上述问题的最佳方案。,运动捕捉技术与三维计算机动画,1运动捕捉技术概述 Motion capture技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motion capture系统捕
21、捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向用户通过可以在动画制作中应用的数据。当数据被计算机识别后，动画设计师即可以在计算机产生的镜头中调整、控制运动的物体。,图 Motion Capture技术在三维计算机动画设计中得到广泛地应用,2 Motion capture系统的组成 1.传感器2.信号捕捉设备3.数据传输设备4.数据处理设备,图 光学式(左图)和电磁式(中图和右图)信号捕捉设备,本 章 小 结,本章介绍了三维动画的基本知识，3ds max 9的界面及部分命令的作用，主要学习三维动画的应用及3ds max 9界面的组成，以及常用命令的作用，在最后还学习了使用3ds max 9制作动画的一般过程。,习 题,一、思考题1三维动画主要应用在哪些行业？2主工具栏中各工具的作用是什么？3简述使用3ds max 9制作动画的一般步骤。二、动画制作题1制作一个茶壶从左到右移动的动画。2制作一个球在草地上滚动的动画，同时显示三维文字“我喜爱足球”。,
