MAYA建模技术在三维动画场景开发中的应用---毕业论文

本 科 毕 业 论 文 MAYA建模技术在三维动画场景开发中的应用Application of Maya modeling technology in the three-dimensional animation scenes development姓 名：学 号：学院：软件学院系：软件工程专 业：软件工程年 级： 指导教师： 年 月摘要当今的动画是电脑工程师不断渐入的时代,一般媒体所展现的视觉效果已经无法满足人们寻求动、静、变、丰富视觉感官的多种要求。为了适应这种要求,数字动画应运而生,它是将人类的艺术创作以科技的手法呈现出动态的效果。没有什么是数字技术不能制造的。Maya动画强大的动画创作功能,正在彻底改变动画的历史面目。Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件，是制作者梦寐以求的制作工具。掌握了Maya，会极大的提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画，渲染出电影一般的真实效果，向世界顶级动画师迈进。 Maya的建模功能可谓无所不能，尤其是对NURBS和多边形建模技术的不断完善，使得其建模效率进一步提高，为当今众多的三维爱好者所青睐。多边形的建模方法是一种非常直观的建模技术。虽然目前并存有Nurbs曲面建模和细分曲面建模等高级建模方法，但多边形建模技术在许多游戏和动画公司，仍然是优先的建模和动画技术。事实上，掌握多边形建模方法也是掌握细分曲面建模方法的一个必然途径，而后者目前正快速取代Nurbs建模方法，成为复杂、可变形的角色模型的新标准。关键词：数字时代;动画;MAYA建模AbstractNowadays, more and more computer engineers enter into the cartoon making and those vision impression form the current media can not meet the various needs for human to seek fort he dynamic, static, and fluctuant visual feelings.In order to adapt to those needs, digital cartoon comes to being, which creates the dynamic effect upon human arts by means of hi-tech. Anything you can image can be created by digital technology. The powerful invention function of MAYA cartoon is entirely changing the original way of cartoon.Maya provides the users with abundant functions, such as flexibility, easy to learn and use, high efficiency and highly realistic rendering effect. Thus they make Maya not only to be the films high-end making software, but also to be a dream tool of the film producer. Once you master Maya, the production efficiency and quality will be greatly improved, and the role of the simulation animation will be more vivid. This true effect is rendered as if it is like a true film. With the help of Maya, you could become one of the worlds top animators.Maya is omnipotent in modeling. Especially with NURBS and polygon modeling techniques being improved continuously, Maya makes modeling more efficient and Maya itself has attracted many of todays preferred three-dimensional fans. Polygon modeling is a very intuitive method of modeling. Although there are Nurbs surface modeling and subdivision surface modeling and other high-level modeling at present, but polygon modeling and animation in a number of game companies remains a priority of the modeling and animation technology. In fact. Polygon modeling is necessary for the subdivision surface modeling method, which is being rapidly replaced by Nurbs modeling method, a complex and transformable model of new standards.Key words: digital times; cartoon; Maya modeling目录第一章 绪论11.1选题背景及项目意义11.2 本文的主要工作和论文结构1第二章 动画及其场景32.1 动画场景简介32.2 所需场景介绍5第三章 运用到的Maya技术93.1 多边形建模93.2 Nubrs建模103.3 细分建模103.4 雕刻建模11第四章 Maya建模技术研究124.1 多边形建模实例研究124.2 Nubrs建模实例研究254.3 细分建模实例研究28第五章 模型和场景展示325.1 多边形建模模型展示325.2 Nubrs建模模型展示335.3 场景建模模型展示34第六章 总结和展望37致谢38参考文献39ContentsChapter1 Introduction11.1 Research Topics Background and Significance11.2 The Main Work and Structure of This Thesis1Chapter2 Animation and scenes32.1 Animation Introduction32.2 Scenes required to introduce5Chapter3 Technology applied to the maya93.1 Polygons modeling93.2 Nubrs modeling103.3 Subdivide modeling103.4 Sculpture modeling11Chapter4 Maya modeling techniques124.1 Polygons modeling case study124.2 Nubrs modeling case study254.3 Subdivide modeling case study28Chapter5 Model and the scene show325.1 Polygon Modeling model show325.2 Nubrs Modeling model show335.3 Scene model show34Chapter6 Summary and Outlook37Acknowledgement38References39第一章 绪论第一章 绪论1.1选题背景及项目意义现今动画的飞速发展有赖于科技的进步,科技的进步为动画的创作提供了便利和更好的表现手段。也许,你已经感到数字动画的时代悄悄来临了,各种场合播放的动画影片、电视节目广告、节目片头等等,时时刻刻无不呈现出数字动画的身影。一点没错,一般媒体所展现的视觉效果已经无法满足人们寻求动、静、变、丰富视觉感官的多种要求。为了适应这种要求,数字动画应运而生,它是将人类的艺术创作以科技的手法呈现出动态的效果。可以说没有什么是数字技术不能制造的。Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。其售价高昂，声名显赫，是制作者梦寐以求的制作工具，掌握了Maya，会极大的提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画，渲染出电影一般的真实效果，向世界顶级动画师迈进。Maya 集成了Alias/Wavefront 最先进的动画及数字效果技术。她不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合。Maya 可在Windows NI 与 SGI IRIX 操作系统上运行。在目前市场上用来进行数字和三维制作的工具中，Maya 是首选解决方案。使用Maya来完成一个独立的动漫世界成为了我们整个动漫小组的设计方向。1.2 本文的主要工作和论文结构本文的主要内容是在分析使用多边形和Nurbs两种建模方式制作模型。论文主要研究以下4部分的内容：(1) 动画以及所需场景介绍（第二章）；(2) 运用到的Maya技术（第三章）；(3) Maya建模技术研究（第四章）；(4) 模型和场景展示（第五章）；(5) 总结与展望（第六章）；本文后继章节安排如下：这次毕业设计给我的感受及本论文中参考到的文献。39第二章 动画及其场景第二章 动画及其场景2.1 动画场景简介动画故事背景简介：又一批小朋友需要通过完成火星幼儿园毕业任务来取得毕业，在这些任务中孩子的勇气、毅力、智慧等都将受到考验，孩子们从而获得成长。主人翁纳金就是其中一员，被安排地球的海洋中，但并没有被告之需要完成什么任务。纳金带着先进技术和仪器来到地球海洋生活，与海豚娜娜、章鱼若琳、海星肯妮、龙虾艾伦、海螺耶克、海马艾玛六人结为好友，快乐地生活，发生了许多有趣的小故事，纳金也获得了成长。随着故事的发展，地球海洋的严峻问题慢慢显露，一种凶恶的鲨鱼繁殖过量，严重威胁着其他海洋生物的生存，纳金运用自己的智慧、勇气战胜了鲨鱼。此时，火星总部传来庆祝的消息，纳金成功解决了地球海洋面对的生存危机，顺利毕业。制作过程： 图2-1：动漫制作过程01. 概念设计业内通用的专业动画流程前期制作。02. 内容包括根据剧本绘制的动画场景、角色、道具等的二维设计以及整体动画风格定位工作, 给后面三维制作提供参考。03. 分镜故事板根据文字创意剧本进行的实际制作的分镜头工作；手绘图画构筑出画面； 解释镜头运动；讲述情节给后面三维制作提供参考。04.3D粗模在三维软件中由建模人员制作出故事的场景、角色、道具的粗略模型，为Layout做准备。05.3D故事板（Layout）用3D粗模根据剧本和分镜故事板制作出Layout（3D故事板）。其中包括软件中摄像机机位摆放安排、基本动画、镜头时间定制等知识。06. 3D角色模型3D场景道具模型根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，在三维软件中进行模型的精确制作，是最终动画成片中的全部“演员”。07.贴图材质根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，对3D模型 “化妆”，进行色彩、纹理、质感等的设定工作，是动画制作流程中的必不可少的重要环节。08.骨骼蒙皮根据故事情节分析，对3D中需要动画的模型（主要为角色）进行动画前的一些变形、动作驱动等相关设置，为动画师做好预备工作，提供动画解决方案。09.分镜动画参考剧本、分镜故事板，动画师会根据Layout的镜头和时间，给角色或其它需要活动的对象制作出每个镜头的表演动画。10.灯光根据前期概念设计的风格定位，由灯光师对动画场景进行照亮、细致的描绘、材质的精细调节，把握每个镜头的渲染气氛。11.3D特效根据具体故事，由特效师制作。若干种水、烟、雾、火、光效在三维软件（maya）中的实际制作表现方法。12.分层渲染/合成动画、灯光制作完成后，由渲染人员根据后期合成师的意见把各镜头文件分层渲染，提供合成用的图层和通道。13.配音配乐由剧本设计需要，由专业配音师根据镜头配音，根据剧情配上合适背景音乐和各种音效。14.剪辑用渲染的各图层影像，由后期人员合成完整成片，并根据客户及监制、导演意见剪辑成不同版本，以供不同需要用。2.2 所需场景介绍这次工作任务中我们组主要负责的是一下几个模型的建模：1. 哈哈镜（下图2-1）2. 海底游乐场（下图2-2）3. 纳金小博士空间（下图2-3）4. 耶克的家（海底）（下图2-4）5. 宇宙飞船操作台（下图2-5）6. 宇宙飞艇（下图2-6） 图2-2：哈哈镜图2-3：海底游乐场图2-4：纳金博士空间图2-5：耶克的家（海底）图2-6：宇宙飞船操作台图2-7：宇宙飞艇第三章 运用到的Maya技术第三章 运用到的Maya技术建模是动画制作的基础，现今的三维动画软件都有独立的建模系统，建模的方法很多，但归结起来大多有三大类型：NURBS建模，Polygon ( 多边形) 建模，面片建模方法。就Maya软件来说，它提供了大多数三维软件所拥有的建模方法包括:1)NURBS 建立角色;2)多边形建立角色;3)细分建模；4)雕刻建模。下面通过我所做的几个实际的建模例子来简单的阐述下各个建模。3.1 多边形建模多边形建模是历史最悠久的，也是应用最广泛的建模方法，它的传统可以上溯几十年，顾名思义，它是由三角形和四边形的拼接而成的，因为我们在屏幕上看到的三维模型都是由被称为“面”的相互连接的多边形组成。虽然多边形建模曾经是MAYA中功能最弱的部分，但是现在它已经发展成为功能强大的通用塑形命令集，让用户能够根据自己的想象随心所欲地进行建模。多边形模型还可以很容易得制作成动画。通过改变面的尺寸和方向，便可以制成弯曲，扭转等，简单的动画或更复杂的动画等。模型细节的原则也很明了，给定位置内的面数越多所表现的细节也就越多，通过增加更多的细节，会使模型更加具体化。在多边形建模中应该遵循一些原则，按照这个原则进行操作可能会花费更长的时间，但是它会避免很多问题的发生，原则如下：1：具体四条边的多边形是最适合使用的多边形。2：三角形在必须使用时也是可以的，但是如果能够找到把他们变成四边形的方法，那就使用四边形吧。3：永远不要使用超过四条边的多边形(N边形)。在渲染时，这种多边形几乎总是会产生像纹理扭曲这样的问题，甚至会导致渲染失败。4：在工作过程中，保持模型处于整洁的、基于四边形的布局，这样会节省最后的整理时间。5：总是在打开构造历史的情况下进行建模，这样可以让用户在完成建模之后用输入的方式完成一些有效的修改，而且调整Inputs列表里节点的属性，通常是学习新特性的最快方法。6：经常删除历史记录，这样可以防止建模操作由于不必要的节点计算而变慢。7：在需要时获取帮助。8：经常保存场景，并且使用增量保存方式。3.2 Nubrs建模在创建第一个多边形或者图元(生成多边形的基本形状)之前，我们需要把传统绘画转换成另一种形式，从而有效把表面、顶点和对象放到适当的位置。在传统工艺中，建模师把绘制的图形映射到图像平面或多边形，作为建模的指导。另一种更有效的方法是使用一次或线性NURBS曲线。NURBS建模，是目前最流行的建模技术是NURBS方法，它不仅擅长于光滑表面，也适合于尖锐的边。NURBS建模允许你创建可以可被渲染但并不一定必须在现实的复杂细节，这意味着NURBS表面的构造和编辑都是相当简单的。NURBS表面是由一系列曲线和控制点确定的。编辑能力根据使用的表面或曲线的类型而有所不同。NURBS曲线可以由定位点或CV确定，定位点和节点类似，它位于曲线上，并直接控制着曲线的形状。凡是可以想象出来的东西都可以使用NURBS 方法为其建模。NURBS方法最主要的好处是它具有多边形方法的建模及编辑的灵活性，但是不依赖于复杂的网格来细化表面。建模时你可以使用曲线来定义表面。这些表面在视口中看起来细节较少，但在渲染时却有更高层次的复杂度。许多动画设计者使用NURBS 来建立人物角色，这主要是因为NURBS方法可以为你提供光滑的更接近轮廓的表面，并使网格保持相对较低的细节。由于人物角色一般比较复杂，因此与多边形方法相比使用NURBS可以提高性能。3.3 细分建模细分曲面建模可以简化复杂物体的制作过程，他吸取了Polygon 和NURBS 两种建模方法的技术优势，不但拥有多边形建模的灵活多变的强大功能，而且还能象NURBS模型一样保持模型的圆滑。对多边形进行多次细分，从而达到光滑细腻的效果，也就是说可以对局部区域的多边形进行细分，并能通过控制模型的渲染精度，是多边形建模的强有力的升级。但是细分技术出现的较晚，虽然其功能强大，但现在角色建模中还是以多边形的方法居多。3.4 雕刻建模Maya软件还有独创的雕刻建模，直接使用雕刻建模，直接使用雕刻刀工具对表面进行雕刻，是建模过程更加形象化。Maya同时还独创了立体绘图技术，可在模型表面直接绘制三维物体，如羽毛，胡须等。这些都是角色动画的重要工具，目前立体绘图技术仅局限于NURBS 模型。第四章 Maya建模技术研究第四章 Maya建模技术研究4.1 多边形建模实例研究实例一：小屋的制作利用多边形调节点得到屋顶并复制一个，调整到合适位置(如图4-1)。图4-1：利用多边形调整得到小屋屋顶利用EP曲线画出另外一间小屋的形状(如图4-2)。图4-2：ER画线得到屋身SURFACEEXTRUDE挤压出多边形。EDIT POLYGONSFILL HOLE，自动封闭(如图4-3)。图4-3：利用挤压、封闭等得到闭合的屋身圆弧和方形曲线ATTACH（连接），将用它来做窗户(如图4-4)。图4-4：制作窗户选取窗户曲线，进入SURFACEBEVEL PLUS，选取BEVEL物体。选取墙体跟它们进行布尔运算(如图4-5)。图4-5：利用布尔运算得到房屋窗户用多边形立方和圆柱创建出窗棂，并复制2个放到适当位置(如图4-6)。图4-6：利用多边形调整位置、大小做窗棂立方体做阳台护栏，比对它们进行导角编辑，布尔运算，完善细节(如图4-7)。图4-7：制作出阳台赋予材质，完成小屋的制作(如图4-8)。图4-8：小屋完成图实例二：人物的创建 头部建模主要利用多边形中的圆柱体，调节点的位置，缩放，移动等调出头部的大概形状，这一步也需要一些对头部结构的理解，形状也是比较难掌握的(如图4-9)。图4-9：调整出头部 利用多边形加线，挤压面，调节点的位置做出耳朵，并SMOONTH下，看下初步的效果。脖子的做法也是类似(如图4-10)。图4-10：挤压出耳朵新建多边形立方体，调节出衣服的形状删除顶面，利用挤压面，不断调节挤压出袖子(如图4-11)。图4-11：挤压命令得到衣服同样用挤压面、调节点做出手臂和手。需要对手的结构有一些了解(如图4-12)。图4-12：挤压调整得到手臂复制刚制作的袖子的面，调节下形状作为中袖，镜像复制手臂和中袖。得到下图效果(如图4-13)。图4-13：复制调整出中袖创建Circle，调节点，复制出另外一条，Loft放样出曲面并作为披肩(如图4-14)。 图4-14：Circle调整出披肩用同样的方法制作出领子，复制领子的一条边，新建一个Circle挤压出项圈(如图4-15)。图4-15：制作项圈同样利用多边形制作出臀部的形状(如图4-16)。图4-16：利用多边形得到臀部和制作手臂一样挤压调节出腿(如图4-17)。图4-17：挤压出腿和前面的制作方法一样，制作出鞋子(如图4-18)。图4-18：调整得到鞋子Smooth下模型，检查下初步制作的模型(如图4-19)。图4-19：Smooth得到模型为头部指定一个lamber材质，选择Edit polygongs/planer mapping,为其指定一个平面平面贴图坐标。并在photoshop中制作脸的贴图(如图4-20和图4-21)。图4-20：Photoshop中制作脸部皮肤图4-21：脸部制作完成用同样的方法为衣服、披肩、袖子制作贴图(如图4-22和图4-23)。图4-22：制作衣服材质图4-23：制作袖子材质最终完成制作如图(如图4-24)。图4-24：人物完成图小结： 此例的制作，重复使用了多边形的点的调节，挤压面，复制面，还有用到一些Surface里的Loft放样，挤压等工具。此例在我做的过程中感觉制作最大的困难是对于人体结构的掌握不够，所以使得头部的结构比列不协调，对于头部的美观造成了一定的影响，可见，对结构的掌握在制作模型中的重要性。4.2 Nubrs建模实例研究实例三：自行车建模执行Creat/Circle，新建一个圆，调节成车胎的形状，在新建一个圆，使用Extude,得到车胎。并继续创建新的圆，调节位置，选择Lofe放样，得到里面的曲面。新建圆调节成椭圆状，这次用到映射到面的工具，和Trim tool工具(如图4-25)。图4-25：挤压、放样得到车轮继续利用挤压、放样等工具得到自行车的其他部分，不过这次需要用到CV曲线画出车子其他部分的形状。利用Nburs圆柱体调节得到链条，并复制360度(如图4-26、图4-27和图4-28)。图4-26：复制链条，制作细节部分 图4-27：继续制作细节部分 图4-28：完成自行车基本制作给完成的模型赋予一些Blinn、lambert等材质(如图4-29)。 图4-29：赋予材质得到最终效果(如图4-30)。图4-30：自行车完成图小结：这个例子主要是应用了NUBRS曲线建模，模型中主要应用了Surface中的Loft、Extrude、Revolve等，对于放样，挤压，旋转得到的面都是很平滑的，这个是和多边形建模不一样的。但是这个坐起来也是要很有耐心,对于细节的调节也要注意，而在做这个模型的时候感觉放样的时候路径有的时候掌握不准，总会有一些偏差。4.3 细分建模实例研究实例四：室内建模这个模型的制作，大部分还是运用的以前NURBS、POLYGONG的制作方法，对于初期的建模，主要是利用这两种，做出房间的基本结构，还有一些装饰品。这些的做法和前面所做的都是大同小异，在这就不说了，直接看下做出的效果图片(如图4-31)。图4-31：调整制作出房间大概形状而对于沙发的坐垫以及抱枕，则使用了简单的雕刻工具，对多边形立方体表面进行简单的雕刻，对其进行角和形状进行雕刻，从而得到更逼真的效果，这样做出的效果更理想。对于椅子坐垫和靠背的做法也是和坐垫的操作一样的，可以按照刚才的方法进行操作。椅子旁边的扶手，则是利用划线和挤压命令，这些前面也都有讲过和运用于实例(如图4-32)。图4-32：制作出椅子房中的其他装饰品，都是利用前面用过的NURBS、POLYGONG的制作方法。这些都不再一一给房间的物体赋予材质，简单的做一些贴图，得到最终效果图(如图4-33)。图4-33：赋予材质、室内建模完成图第五章 模型和场景效果展示第五章 模型和场景效果展示5.1 多边形建模模型展示 图5-1：房子模型 图5-2：人物模型 图5-3：室内模型5.2 Nubrs建模模型展示 图5-4：自行车模型5.3 场景建模模型展示目标1：哈哈镜及其模型：图5-5：哈哈镜完成图目标2：海底游乐场及其模型图：图5-6：海底游乐场完成效果图目标3：纳金博士空间及其模型：图5-7：纳金博士空间完成效果图目标4：海底耶克的家图5-8：耶克的家（海底）完成图目标5：宇宙飞船操作台图5-9：宇宙飞船操作台完成图目标6：宇宙飞艇图5-10：宇宙飞艇完成图第六章 总结和展望第六章 总结和展望这段时间我通过对MAYA的认识和学习，感觉MAYA这个软件的功能真的是很强大的，有点夸张的就可以说是无所不能了，通过MAYA可以做出任何你想做的，想表达的，但是这个软件的强大，也意味着不是很容易掌握的，每次学习都会感觉有很多新的东西还在等着你去学习，研究。就像做一个模型，单单是做法就可以有好几种，而且还有很多细节的地方都是需要在长期的学习研究，实例中慢慢的去发现以及理解，还有一些在工作和实际操作的时候可以避免和省略的错误，都是需要很多经验的积累。对于MAYA这个软件，还有很重要的感觉就是，每天都要去运用，不能停，每天去操作，这样可以避免产生生疏的现象。在学习MAYA学习的过程中，还发现如果要掌握好这个软件，还不能嫌麻烦，要非常有耐性，有的时候为了一个模型的准确程度，要不断地去调整点。当然，在学习中还有很多重要的事情要去做，比如对于物体的结构掌握，如果要做一个人物的模型，这就需要你对人体结构有一定得了解，而要做的非常准确，那对人体就要非常的了解，我对这些物体的理解掌握的不足，也在学习的过程中体现了出来，像前面做过的一个游戏人物模型。由于对结构掌握的不够，浪费了很多时间，而且最后作出的头部结构还是有一定缺陷。这些都是