3D水墨动画 ——建筑场景部分-毕业论文

本科毕业论文本科毕业论文 (科研训练、毕业设计) 题题 目：目： 3D 水墨动画水墨动画 建筑场景部分建筑场景部分 姓 名： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 职称： 年 月 摘摘 要要 中国水墨动画片曾经在世界范围内享有盛誉，它成就了一代中国动画的辉煌。然而这样 一件艺术瑰宝却因其无法适应商业化道路而变得无以为继，乃至销声匿迹，中国动画也随之 进入了一个低龄化继而商业化的低潮。 本文从三维动画的概念，制作方法以及应用优势出发，一方面以三维动画技术实现中国 水墨动画优美轻灵的意境为目标；另一方面结合中国动画发展的现状，把“数字传媒技术与 传统艺术相结合”作为思路，分析了三维水墨动画的商业化优势及技术可行性。 文章描述了一部片长约 30 秒的三维水墨动画短片的场景部分包括设计、建模、材质、 灯光、摄影、渲染、后期在内的全部制作过程。介绍并实现了两种实现三维动画水墨化的方 法：材质渲染和后期制作。此外，通过具体的制作实例，文章还介绍了几种常用三维动画软 件的部分功能及其在动画制作中的应用。 关键词：三维动画；水墨；3ds Max Abstract Chinese ink-and-wash animation was world famous before. It has reached the high point of Chinese animation. However, such an art treasure is diminishing even fading away because it is difficult to combine with commerce. Thus Chinese animation is faced with a low-aged situation and hard to be commercialized. Based on the concept of 3D animation, design methods and application advantages, this paper includes two sides. First, the object is to display the beautiful and light scene of Chinese ink-and-wash animation by tridimensional animation. Second, according to the current situation of the development of Chinese animation, I analyze the commercial advantages and technological feasibility of 3D ink-and- wash animation under the frame “the combination of digital media technologies and traditional arts”. The scene of a 30-second-long 3D ink-and-wash animation short is described in this paper, including all the design procedures of modeling, material, light, photograph, render, after effects. Two methods to make 3D ink-and-wash animation are introduced: material rendering and after effects. Whats more, this paper simply introduces some commonly-used 3D animation software by detailed examples. Key words: 3D animation；ink-and- wash；3ds Max 目目 录录 引引 言言1 1 第一章第一章 三维动画概述三维动画概述2 2 1.11.1 三维动画的概念 .2 1.21.2 三维动画的形成与发展 .2 1.31.3 三维动画的优点及应用 .3 1.41.4 三维动画的制作流程 .4 第二章第二章 三维水墨动画设计三维水墨动画设计8 8 2.12.1 设计创意 .8 2.22.2 场景设计 .9 2.32.3 实现方案 10 2.42.4 工具介绍 10 第三章第三章 具体实现具体实现1414 3.13.1 建模 14 3.23.2 材质与贴图 22 3.33.3 灯光 29 3.43.4 摄影与动画 30 3.53.5 渲染 32 3.63.6 合成与后期 35 第四章第四章 结束语结束语4141 致谢语致谢语4242 参考文献参考文献4343 Contents INTRODUCTION1 1 CHAPTER 1 INTRODUCTION OF 3D ANIMATION2 2 1.1 THE OVERVIEW OF 3D ANIMATION2 1.2 THE FORMATION AND DEVELOPMENT OF 3D ANIMATION2 1.3 THE ADVANTAGES AND APPLICATION OF 3D ANIMATION3 1.4 THE PROCEDURE OF MAKING 3D ANIMATION4 CHAPTER 2 DESIGN 3D INK-AND-WASH ANIMATON8 8 2.1 THE ORIGINAL DESIGN IDEAS.8 2.2 SCENE DESIGN9 2.3 METHODS TO MAKE IT COME TURE.10 2.4 TOOLS INTRODUCTION.10 CHAPTER 3 THE DETAILED PROCEDURE1414 3.1 MODELING.14 3.2 MATERIAL AND MAPPING22 3.3 LIGHT29 3.4 PHOTOGRAPH AND ANIMATION30 3.5 RENDERING.32 3.6 COMBIMATION AND AFTER EFFECTS.35 CHAPTER 4 CONCLUSIONS 4141 ACKNOWLEDGEMENTS4242 REFERENCES4343 厦门大学本科毕业论文 1 引引 言言 随着我国经济与科技的稳步发展，人们的文化需求也日益增大，动画作为一种时尚消费 文化的主体之一，因其显著的经济效益和社会效益逐渐被社会所重视。 综观全球动漫产业发展现状，发达国家的动画产业无疑走在了我们前面。动漫产业是英 国的第一大产业；美国每年的动漫产品和衍生产品的产值高达 50 多亿美元，网络游戏的产 值已经连续 4 年超过好莱坞电影业，成为全美最大的娱乐产业；日本动漫业年产值在国民经 济中位列第六，动漫产品出口额甚至超过钢铁，它与娱乐业一起成为日本国内经济文化的主 流，并借此使日本成为全球产量最大的动漫大国。动漫及衍生产品的巨大产值及其迅猛的发 展速度，正日益受到世界各国的普遍关注。 在这股产业浪潮的推动下，近年来，我国政府也开始大力扶植动漫产业，有资料显示， 动漫产业有可能成为继 IT 产业之后的我国又一大经济增长点。令人遗憾的是，由于国内动 画原创性弱、产量不足，国外动画目前依然占据了中国动画市场的半壁江山。但是事实上， 从动画制作设备和技术应用的层面上来看，我国与美、日、韩等动画强国的差距正逐步缩小； 然而动画作品的创作方面，我们有影响力的自主创新品牌却很少，广受喜爱且具备市场购买 号召力的卡通明星不多。分析其原因，这里面关键问题在于本土动画缺少好的创意和原创造 型设计，我们没有找到自己民族造型语言与国际动画语言接轨的结合点。 缺乏原创动画形象，就无法形成自己的品牌；没有品牌，就无法延长产业链，就不可能 占有市场。目前我国动画产业所急需解决的问题就是塑造出一系列具有民族文化内涵的优秀 动画形象，寻求国民认同，占据国内市场，开拓国外市场。 毋庸置疑，中国有着丰富的动画造型资源和文化元素，那些历史遗存的壁画、石刻、画 像、雕塑、水墨画，以及生长在民间和百姓生活中的年画、剪纸、皮影、木偶、刺绣、印染 等传统艺术的造型，是中国本土动画发展取之不尽用之不竭的资源。 与此同时，电脑技术的发展可以为人们打造越来越丰富多彩、千变万化的视觉奇观，三 维电脑动画技术成熟以后获得了广泛的应用。众多功能日趋强大的三维软件给现代动画的设 计制作带来了极大方便，也为设计师开拓了更广阔的创意空间。 那么，把前沿的数字传媒技术与具有中国文化特色的素材结合起来，是否能够成为中国 动漫业发展的敲门砖，带领中国动画走出低潮？利用三维动画技术还原传统水墨动画就是这 样一种尝试。 厦门大学本科毕业论文 2 第一章 三维动画概述 1.11.1 三维动画的概念三维动画的概念1 三维动画又称 3D 动画，通俗地说就是“在虚拟三维空间中的动画” ，是近年来随着计 算机软硬件技术的发展而产生的一种新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟 的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景， 再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋 上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。 1.21.2 三维动画的形成与发展三维动画的形成与发展 上个世纪 70 年代，随着计算机技术的发展，美国开始利用电脑模拟数字人物，在影片 异形的制作中，运用了（CG，Computer Graphics）动画制作技术，使纯计算机动画的 创作得以运用于影片的制作中。此后，好莱坞导演乔治卢卡斯成立了著名的“ILM”公司， 专门为电影制作 CG 图形图像数字艺术的研究，使得三维数字动画开始涉足影视领域。随后 的几十年里，尤其是最近十年，三维动画技术逐渐成熟并发展起来，它的发展历程主要分为 三个阶段1： 1995 年至 2000 年是第一阶段，此阶段是三维动画的起步以及初步发展时期。在这一阶 段，皮克斯迪斯尼是三维动画影片市场上的主角。 2001 年至 2003 年为第二阶段，此阶段是三维动画的迅猛发展时期。在这一阶段，皮克 斯和梦工场进行了一场三维动画角逐， 。 从 04 年开始，三维动画影片步入其发展的第三阶段全盛时期。在这一阶段，三 维动画演变成“多人的游戏”：华纳兄弟电影公司推出圣诞气氛浓厚的极地快车 ；曾经 成功推出冰河世纪的福克斯再次携手在三维动画领域与皮克斯、梦工场的 PDI 齐名的蓝 天工作室，为人们带来冰河世纪 2此外，皮克斯推出自己的第一部独立影片蹩脚 炖菜 。而迪斯尼也推出第一部独立制作的三维动画影片小鸡 。至于梦工场，则制作了 厦门大学本科毕业论文 3 怪物史瑞克 3 。 国内数字电影是在上个世纪九十年代才开始尝试，真正起步是在 1996 年长沙全国电影 工作会议以后。而把动漫作为产业提出，则是在 2002 年。在此间几年，国内的动漫工作者 创作了不少优秀的三维影视作品，如环球数码科技（深圳）有限公司投入 5 年时间创作三维 动画电影魔比斯环 ；杭州玄机科技有限公司开发制作的大型古装史诗巨作秦时明月 ； 以及今夏即将上映的由云南缘成影视公司制作完成的中国首部三维木偶动画电影悟空 之大战二郎神等。 1.31.3 三维动画的优点及应用三维动画的优点及应用 （1）创作能力 计算机采用数学方法来实现动画设计与制作，它不受客观存在的限制，它不仅可以逼真 的模拟出现实存在的物体或景观，而且可以拟造出现实中不存在的物体或景观。 （2）材质表现能力 电脑动画能够通过材质的选择和灯光的设计，逼真的表现物体的质感。电脑动画还可以 让材质随时间变化，产生色彩变化、透明度变化和光亮度变化等视觉效果，使得动画表现出 夸张浪漫的色彩，产生精美的视觉效果。 （3）动画表现能力 在电脑动画中，物体的变化和运动同样不受客观存在的制约。我们可以任意指定物体的 运动方向、运动轨迹，掌握任意的拍摄角度、照明的特性，也可以让物体任意的变化。 （4）综合效益 三维动画产生的是数字动画文件，因此动画质量高，画面色彩鲜艳、颜色丰富；三维动 画可以渲染输出成多种格式的数字电影文件，这些数字电影文件不需要经过转换就可以直接 进行后期合成，不产生失真与信号的损失，因此合成成本低，质量高，效率高；另外，设置 动画初始帧和结束帧，计算机就回辅助生成中间帧，这样还能节省大量的制作成本，降低难 度。 基于以上几个有点，三维动画的主要应用领域有2： （1） 工业设计领域 现代的工业设计更注重人性化，与传统的二维工程图纸相比，三维创作的优越性是显而 易见的，它更符合人们观察与思维的习惯，更容易在初期发现潜在的缺陷，节省了设计成本， 厦门大学本科毕业论文 4 缩短了开发周期，在开拓市场方面有其独到的优势。另外，对于各种工程上的设计方案，一 般都要先经历大量配置、模拟以及测试，以消除潜在问题，3D 计算机图形无疑是最方便、 最灵活的一种测验手段，其原始模型易于发生变化，可以进行连续的修改。 （2） 建筑领域 使用 3D 软件制作建筑效果图已经成为建筑界最为重要的建筑表现方法。传统手绘效果 图是根据建筑的平面图、立面图和剖面图等资料，使用适当的工具在纸上将其表现出来。这 样不仅制作周期长、费用较高，而且修改建筑方案后，必须重新绘制效果图。相比较而言， 通过 3D 软件可以得到任意透视视角、不同质感的建筑效果图，具有高效快捷、制作效果逼 真、修改方便等优点。 （3） 影视领域 从最初的在科幻电影中加入有限的计算机特效或数字处理，到现在大量炫目的特技的添 加，三维动画在影视中正在扮演着越来越重要的角色。 侏罗纪公园 、 泰坦尼克号等大 制作影片都是计算机动画与真实场景完美糅合的典范，而最终幻想和冰河世纪等没 有真人演员、完全由计算机动画制作的动画电影的问世则更为数字电影开创了新纪元。 （4） 游戏领域 游戏业中电子游戏工业的异军突起令人瞩目。一方面，高画质的 CG 游戏动画的发展令 人惊讶。以最终幻想系列为例，其华美的动画效果给人们带来了前所未有的震撼，无论是人 物造型，还是场景烘托，都达到了完美的视觉效果。借助计算机硬件发展和不断开发更新更 快的三维实时渲染引擎，3D 动画技术更是把游戏带离了原始的方块模型时代，进入新的视 觉时代。 1.41.4 三维动画的制作流程三维动画的制作流程3 根据实际制作流程，一个完整的三维动画的制作总体上可分为前期制作、动画片段制作 与后期合成三个部分。 （1）前期制作。是指在使用计算机进行制作之前，对动画片进行总体的规划与设计， 它的主要工作如图 1-1 所示： 文学剧本创作 厦门大学本科毕业论文 5 图图 1-11-1 前期制作构成图前期制作构成图 文学剧本，是动画片的基础，要求将文字表述视觉化即剧本所描述的内容可以用画面来 表现，不具备视觉特点的描述（如抽象的心理描述等）是禁止的。动画片的文学剧本形式多 样，如神话、科幻、民间故事等，要求内容健康、积极向上、思路清晰、逻辑合理。 分镜头剧本，是把文字进一步视觉化的重要一步，是导演根据文学剧本进行的再创作， 体现导演的创作设想和艺术风格，分镜头剧本的结构：图画+文字，表达的内容包括镜头的 类别和运动、构图和光影、运动方式和时间、音乐与音效等。其中每个图画代表一个镜头， 文字用于说明如镜头长度、人物台词及动作等内容。 造型设计，包括人物造型、动物造型、器物造型等设计，设计内容包括角色的外型设计 与动作设计，造型的设计包括标准造型、转面图、结构图、道具服装分解图等，通过角色的 典型动作设计，并附以文字说明来实现。造型可适当夸张、要突出角色特征，运动合乎规律。 场景设计，是整个动画片中景物和环境的来源，比较严谨的场景设计包括平面图、结构 分解图、色彩气氛图等，通常用一幅图来表达。 （2）动画片段制作。根据前期设计，在计算机中通过相关制作软件制作出动画片段， 制作流程如图 1-2 所示： 图图 1-21-2 动画片制作构成图动画片制作构成图 建模，是动画师根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计算机中绘制出角色模型。 前期制作 分镜头剧本创作 造型设计 场景设计 动画片段制作 建模 材质贴图 灯光 摄影机控制 动画 渲染 厦门大学本科毕业论文 6 这是三维动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和场景中出现的物体都要建模。建模的 灵魂是创意，核心是构思，源泉是美术素养。通常使用的软件有 3DS Max、Auto CAD、Maya 等。建模常见方式有： 多边形建模把复杂的模型用一个个小三角面或四边形组接在一起表示（放大后不 光滑） ； 样条曲线建模用几条样条曲线共同定义一个光滑的曲面，特性是平滑过渡性，不 会产生陡边或皱纹。因此非常适合有机物体或角色的建模和动画； 细分建模结合多边形建模与样条曲线建模的优点开发的建模方式。建模不在于精 确性，而在于艺术性，如侏罗纪公园中的恐龙模型。 材质贴图，材质即材料的质地，就是把模型赋予生动的表面特性，具体体现在物体的颜 色、透明度、反光度、反光强度、自发光及粗糙程度等特性上。贴图是指把二维图片通过软 件的计算贴到三维模型上，形成表面细节和结构。对具体的图片要贴到特定的位置，三维软 件使用了贴图坐标的概念。一般有平面、柱体和球体等贴图方式，分别对应于不同的需求。 模型的材质与贴图要与现实生活中的对象属性相一致。 灯光，各种各样的场景中往往都要配以各式各样的特色灯光，以达到渲染场景气氛的作 用。灯光在很多场景中都是必不可少的，而灯光的应用几乎是场景中最重要也是最难解决的 问题，灯光没有处理好，再好的造型和材质都无法表现其应有的效果。除了照亮场景模型之 外，灯光还有一个重要的作用就是能将材质统一起来，光线的色彩是对材质的重要补充，调 节光线的色彩是一种快捷刻画物体的方式。 摄影机控制，依照摄影原理在三维动画软件中使用摄影机工具，实现分镜头剧本设计的 镜头效果。画面的稳定、流畅是使用摄影机的第一要素。摄影机功能只有情节需要才使用， 不是任何时候都使用。摄像机的位置变化也能使画面产生动态效果。 动画，根据分镜头剧本与动作设计，运用已设计的造型在三维动画制作软件中制作出一 个个动画片段。动作与画面的变化通过关键帧来实现，设定动画的主要画面为关键帧，关键 帧之间的过渡由计算机来完成。三维软件大都将动画信息以动画曲线来表示。动画曲线的横 轴是时间（帧） ，竖轴是动画值，可以从动画曲线上看出动画设置的快慢急缓、上下跳跃。 如 3DS Max 的动画曲线编辑器。三维动画的动是一门技术，其中人物说话的口型变化、喜怒 哀乐的表情、走路动作等，都要符合自然规律，制作要尽可能细腻、逼真，因此动画师要专 门研究各种事物的运动规律。如果需要，可参考声音的变化来制作动画，如根据讲话的声音 制作讲话的口型变化，使动作与声音协调。对于人的动作变化，系统提供了骨骼工具，通过 厦门大学本科毕业论文 7 蒙皮技术，将模型与骨骼绑定，易产生合乎人的运动规律的动作。 渲染，是指根据场景的设置、赋予物体的材质和贴图、灯光等，由程序绘出一幅完整的 画面或一段动画。三维动画必须渲染才能输出，造型的最终目的是得到静态或动画效果图， 而这些都需要渲染才能完成。渲染是由渲染器完成，渲染器有线扫描方式（Linescan 如 3ds MAX 内建的） 、光线跟踪方式（Raytracing）以及辐射度渲染方式（Radiosity 如 Lightscape 渲染软件）等，其渲染质量依次递增，但所需时间也相应增加。较好的渲染器 有 Softimage 公司的 MetalRay 和 Pixal 公司的 RenderMan（Maya 软件也支持 RenderMan 渲 染输出） 。通常输出为 AVI 类的视频文件。 （3） 后期合成。主要是将之前所做的动画片段、声音等素材，按照分镜头剧本的设计， 通过非线性编辑软件的编辑，最终生成动画影视文件。 虽然三维动画制作有一定的流程控制，但是具体制作时我们可以根据人员配置，时间以 及作品长度等实际情况对制作步骤做相应的调整，以实现配置最优化。 厦门大学本科毕业论文 8 第二章 三维水墨动画设计思路 2.12.1 设计创意设计创意 水墨动画片的出现是我国动画片在民族化道路进程中的一次飞跃，也是中国动画界为世 界做出的一大贡献。它突破了动画电影史上只有“单线平涂”一种形式的局面，可以说是一 项非凡的创举。 1961 年 7 月，上海美术电影制片厂摄制成功了中国第一部水墨动画片小蝌蚪找妈妈 ， 宣告了中国水墨动画片首创成功。该片为我国赢得了包括洛迦诺国际电影节短片银帆奖、安 纳西国际动画片电影节儿童片奖、戛纳国际电影节荣誉奖等奖项在内的诸多荣誉。 1963 年 12 月，作为我国水墨动画升华之作的牧笛由美影厂制作完成。 1982 年 12 月，经过十多年的沉淀，美影厂再度摄制了一部以童话为题材的水墨动画 鹿铃 。尽管时隔多年，该片还是获得了不少赞誉，充分向人们展示了水墨动画片不朽的 价值。 1988 年 10 月，美影厂摄制完成山水情 ，该片以趋近完美的制作水平被称为“中国 水墨动画的巅峰之作” ，然而，在此之后，美影厂乃至中国动画界再也没有新的水墨动画片 问世，该片也因此成为中国水墨动画的“绝唱” 4。 水墨动画的历史无疑是辉煌的，但随着时代发展的诸多因素制约，中国的水墨动画逐渐 走向衰败，究其原因，主要可以归结为两点： 第一，目前市场上的动画片商业性太强，而水墨动画片制作工艺复杂，耗时长、成本高、 投入惊人，过高的艺术追求注定了水墨动画无法走现行的商业化道路，而艺术价值同商业价 值的脱离成为水墨动画无以为继的硬伤。 第二，专业人才缺乏，敬业精神有所不足，呈现后继无人现象。 根据以上两点，再联系三维动画的优势，我们不难发现： （1）相对于一张张画在透明赛璐珞片上的水墨画，可以重复使用的三维模型可以有效 地节省制作时间，减少人力投入，从而整体上降低动画片的制作成本，使其商业化成为可能。 （2）先进的动画制作软件可以中和水墨动画对制作人员水平的苛求，不需要诸如特伟、 厦门大学本科毕业论文 9 钱家骏这样的动画大师级的水准，我们同样可以制作出高水平的水墨动画。 2.22.2 场景设计场景设计 水墨动画的特点在于它“似有似无，虚惚缥缈”的神韵，通常“寄情于山水，寓情于角 色” 。由此我们可以看出，与传统动画不同，水墨动画里的景不仅仅为了烘托剧情需要，更 重要的是要表现出自身的韵味。从这一点出发，山水无疑是最好的选择，然则山风水情，需 要庞大的建模基础，基于我们人员配置的考虑，制作这么宏大的场景显然是不切实际的，所 以我们收回目光，设计把“情”寄托于“小桥流水人家” 。 中国园林建筑艺术的要旨在于借景生情，就是把亭宇楼榭与自然环境完美地结合起来， 仿佛让人感受到自己置身于如诗如画般的回廊曲径中，这一点与水墨画的意境不谋而合。中 国园林建筑虽然规模亦不小，而且细节较多，制作繁琐，然而古来亦有借景一说“借者，园 虽别内外，得景则无拘远近。晴峦纵秀，绀宇凌空，极目所至，俗则屏之，嘉则收之，不分 町栋，尽为烟景，其所谓巧得体者也。 ”5由此可见，即使是园林一角，也能小中见大，给 人以水覆、园重的感觉，所以把故事背景设定在这样一个楼台水榭的地方，无疑是资源局限 下的最好选择。 另外，中国传统的建筑非常讲究虚实和层次关系，而凉亭则是虚实和层次的一个重要的 表现手段。它能够兼顾“看”与“被看” ，可以在场景中起到“点景”作用，如画龙点睛之 笔，为环境增色，正所谓“因景而生，得影随形” 5。因为凉亭在艺术表现上的优势，在进 一步细化场景时，确定园林一角的凉亭为背景。并且，因为凉亭的玲珑以及轻巧活泼的特征， 所以可以“或伫立于青岗之上，或泊于湖池之畔，或穿插于庭园之中，或依托于桥廊之端” 5，也就是说它可以和很多景物搭配，所以布景的自由度很大，这也是选择凉亭的另外一个 优势。 除此之外，有山必然有水，水的恬静闲适之美是不可或缺的艺术烘托。中国古典建筑的 另一特点就是园中必有水，且不说一片湖光山色是怎样一道风景，就是层层叠叠的楼宇在湖 水的倒影也能浑然天成，自成一景，所以在小型的布局中水的存在可以使场景看起来更有张 力。 最后，园林一角依廊傍水的凉亭被设定为本动画片的场景之一。 厦门大学本科毕业论文 10 2.32.3 实现方案实现方案 这个项目的重点与难点主要是水墨效果的实现，为此我设想了三个方案。 方案一，使用贴图来制作水墨效果。该方案的主要步骤是从建模软件里导出模型的 2D 平面图，然后利用 Photoshop 等图片编辑软件对平面图进行加工处理，制成水墨效果贴图， 最后再回到 3D 模型对其进行贴图。这个方法的优点是可以制作出相当逼真且具有艺术美感 的水墨效果，但同时对制作者的美术功底要求也比较高，需要具备一定专业素质的人员才能 完成。 方案二，从材质上调出水墨效果。这个方案相对比较简单，主要是利用 3D 建模软件里 的材质编辑器进行材质编辑，通过不同材质的融合与参数设置，使得模型渲染后能够得出水 墨化的视觉效果。该方法不要求制作人员有很深的美术功底，但是要十分熟悉建模软件，尤 其是材质编辑这部分功能。另外，因为可以针对不同模型采用不同的材质方案，所以尽管整 体质量比不上方案一，但还是可以保证一定的艺术效果。然而正因为是直接在模型上进行修 改，所以在不同灯光、角度下，不同模型呈现出的效果可能有所差异，因此在物体的运动过 程中需要对材质进行大量的重复劳动，才能达到最佳效果。 方案三，使用影视特效实现水墨效果。简单说来就是在动画片完成后再进行水墨化处理。 这个方案是三个方案里最简单，效率最高，以及对制作人员专业能力要求最低的，但它同时 也是艺术表现力最差的。用于后期的修饰可行，但是如果用于整篇动画的制作，对于追求精 致的水墨效果乃至艺术效果的制作是行不通的。 鉴于以上三种方案的不同特点及实现要求，在具体制作时我们会根据不同模型的特点采 用不同的方案来实现水墨化。 2.42.4 工具介绍工具介绍 目前常用的 3D 建模工具及后期合成工具多达数十种，工具的选择对于质量的追求与成 本的控制至关重要，以“易于掌握，效果显著”为准则，我对工具的选择是： （1）3ds Max 这是 Kinetix 公司于 1996 年开发一款著名 3D 动画软件，自面世以来，该软件几经周折 厦门大学本科毕业论文 11 最终被 Autodesk 公司收购，目前已经发布的最新版本有 Autodesk 3ds Max 2008。3ds Max 最大的特点是“操作简单，扩展性好” ，基于这一优点，我放弃了 Autodesk 公司旗下另外一 款同样功能强大的 3D 动画软件Maya。值得一提的是自 3ds max 7 开始，为了满足业内 对威力强大而且使用方便的非线性动画工具的需求而集成的工具套件，大大地方便了 3ds Max 在三维动画上的应用。3ds Max 界面如图 2-1 所示： 图图 2-12-1 3ds3ds MaxMax 界面界面 （2）Photoshop6 Photoshop 是 Adobe 公司旗下最为出名的图像处理软件之一。目前最新的版本是 Adobe Photoshop CS3。它的功能主要可分为图像编辑、图像合成、校色调色及特效制作部分。图 像编辑是图像处理的基础，可以对图像做各种变换如放大、缩小、旋转、倾斜、镜象、透视 等。也可进行复制、去除斑点、修补、修饰图像的残损等。图像合成则是将几幅图像通过图 层操作、工具应用合成完整的、传达明确意义的图像。Photoshop 提供的绘图工具让外来图 像与创意很好地融合。校色调色是 Photoshop 中深具威力的功能之一，可方便快捷地对图像 的颜色进行明暗、色编的调整和校正，也可在不同颜色进行切换以满足图像在不同领域如网 页设计、印刷、多媒体等方面应用。 特效制作在 Photoshop 中主要由滤镜、通道及工具综 合应用完成。包括图像的特效创意和特效字的制作，如油画、浮雕、石膏画、素描等常用的 厦门大学本科毕业论文 12 传统美术技巧都可藉由 Photoshop 特效完成。 图图 2-22-2 PhotoshopPhotoshop 界面界面 （3）After Effects After Effects 是 Adobe 公司推出的运行于 PC 和 MAC 机上的专业级影视合成软件，也 是目前最为流行的影视后期合成软件。它不但提供了合成特效、向量绘图工具、动画效果工 具，还增加了 3D 立体合成制作、键控、动态控制、变形、以及音乐等功能。After Effects 是一个前期的软件，使用它可以对采集的视频文件、三维软件生成的动画文件进行深入加工。 After Effects 界面如图 2-3 所示： 厦门大学本科毕业论文 13 图图 2-32-3 AfterAfter EffectsEffects 界面界面 （4）Premiere Pro Premiere Pro 和 After Effects 一样同为 Adobe 公司推出的产品，它是一款基于非线 性编辑设备的视音频编辑软件。Adobe Premiere Pro 提供了更强大、高效的增强功能和先 进的专业工具，包括尖端的色彩修正、强大的音频控制和多个嵌套的时间轴等。与 After Effects 相比，Premiere 更偏向于用作后期剪辑，它可以把 After Effects 处理过的多个 视频文件，使用多种蒙太奇的手法连接成一个视频文件；或者使用一定的抠像方法，将多个 视频文件叠加在一起，生成复杂的效果。 图图 2-42-4 PremierePremiere ProPro 界面界面 厦门大学本科毕业论文 14 第三章 具体实现 3.13.1 建模建模5 凉亭的造型虽然丰富多变，但是都遵循我国古典建筑对称的建筑风格，所以在凉亭的 建模过程中，首先要确立一个中心点以方便后续制作，这里我们选用亭中桌椅作为这个中心。 （1） “桌子”的制作。在命令面板选择“创建”“图形” ，使用线编辑在前视图画出 石桌的边缘曲线，如图 3-1 所示： 图图 3-13-1 绘制石桌的边缘曲线绘制石桌的边缘曲线 （2）在顶点级别使用 Bezier 角点对曲线进行编辑，得到平滑的曲线。 图图 3-23-2 BezierBezier 角点修改角点修改 （3）使用Lathe修改命令对曲线进行旋转，得到“石桌”模型，如图 3-3。重复以上步 厦门大学本科毕业论文 15 骤，完成“凳子”模型。 图图 3-33-3 车削后的形态车削后的形态 图图 3-43-4 凳子模型的顶视图和前视图凳子模型的顶视图和前视图 （4）使用旋转工具，选择“桌子”造型。使用 Pick 坐标系拾取“桌子”为旋转中 心，选择使用变换坐标系按钮，锁定 90 度角用旋转复制方式，关联复制 3 个。 图图 3-53-5 旋转复制的角度及参数旋转复制的角度及参数 厦门大学本科毕业论文 16 图图 3-63-6 调整位置后桌凳的顶视图、透视视图调整位置后桌凳的顶视图、透视视图 （5）利用“长方体” 、 “圆锥体” 、 “圆柱体”等标准基本体结合上述步骤，依次搭建 “台基” 、 “台面” 、 “柱基” 、 “柱子” 、 “檐枋” ，结果如图 3-7 所示。 图图 3-73-7 步骤（步骤（4 4）效果图）效果图 （6）再次使用创建命令面面板的 Line 命令，在正面视图中绘制“坊头”的侧面曲线， 选择修改命令面板的 Extrude 命令，通过拉伸把线变为面。 图图 3-83-8 坊头曲线的位置、形态以及拉伸后的效果坊头曲线的位置、形态以及拉伸后的效果 厦门大学本科毕业论文 17 （7）使用工具栏上的（Mirror）工具，对“坊头”进行 X 轴向的关联镜像复制， 该功能的好处在于可以更便捷地实现复制和旋转。 图图 3-93-9 镜像设置参数及效果镜像设置参数及效果 （8）重复步骤（6）和（7） ，分别制作“棂格” 、 “花栏杆” 、 “雀替” 。在这个过程中需 要注意的是“格框”必须先焊接在一起使之成为一个整体，方便“棂格”图案的编辑和变形。 图图 3-103-10 步骤（步骤（8 8）效果图）效果图 （9）使用创建命令面板的多边形命令绘制八边形。在 Spline 次物体级别进行编辑，设 置其 Geometry 卷展栏的轮廓值，并使用 Extrude 命令对二维多边形进行拉伸作成八边体形 状的“顶柱” ，具体参数设置如图 3-11。 图图 3-113-11 多边形参数卷展栏、多边形参数卷展栏、GeometryGeometry 卷展栏以及卷展栏以及 ExtrudeExtrude 命令卷展栏参数设置命令卷展栏参数设置 厦门大学本科毕业论文 18 图图 3-123-12 顶柱的位置及效果图顶柱的位置及效果图 （10）在顶视图沿“顶柱”边缘创建一个长方体作“角梁” ，对其进行移动及旋转变换 调整，最终位置及形态如图 3-13 所示。 图图 3-133-13 “角梁角梁”的形态及位置的形态及位置 厦门大学本科毕业论文 19 （11）拾取桌凳为旋转中心，选择变换坐标系中心按钮，使用（Array）对“角梁” 进行阵列。该命令与旋转复制命令相比的优点在于，它可以通过设定旋转角度及数量在空间 内均匀地排列物体。 3-143-14 ArrayArray 命令参数命令参数 3-153-15 步骤（步骤（1111）效果图）效果图 厦门大学本科毕业论文 20 （12） “连檐”的制作。在顶视图建立一个长方体，先使用 Bend 修改命令使其弯曲，再 使用修改命令面板中的 FFD（长方体）命令，设置其控制点的数目，选择“点”次级编辑， 在正面视图中框选长方体两侧的控制点沿 Y 轴向上移动，对其进行变形处理。 图图 3-163-16 连檐的位置及编辑后的效果图连檐的位置及编辑后的效果图 （13）在“角梁”和“连檐”所形成的三角区域创建长度不等的长方体，把它们作为 “檐缘” 、 “小檐缘”架设在“连檐”周围。制作完 1/8 份区域后通过旋转复制覆盖整个屋顶。 具体效果如图 3-17、3-18、3-19 所示。 3-173-17 单根檐缘、小檐缘的摆放位置单根檐缘、小檐缘的摆放位置 3-183-18 1/81/8 片檐缘、小檐缘的摆放效果片檐缘、小檐缘的摆放效果 厦门大学本科毕业论文 21 3-193-19 檐缘、小檐缘的整体摆放效果檐缘、小檐缘的整体摆放效果 （14）最后通过上述几种标准基本体的搭配以及修改器的灵活运用，凉亭的最后一个部 分“八角攒尖顶” 也可以制作出来了，把它跟以上几个部分合并到一起，凉亭的制作就基 本完成了。 图图 3-203-20 凉亭的整体效果凉亭的整体效果 厦门大学本科毕业论文 22 （15）为了整体的美观，另外给凉亭加上一条回廊，建筑部分的场景就完成了，最终效 果如图 3-22。 图图 3-213-21 回廊的位置及形态效果图回廊的位置及形态效果图 图图 3-223-22 建筑部分的效果图建筑部分的效果图 3.23.2 材质与贴图材质与贴图 因为该部分场景的主色调是黑白的，所以不需要对建筑模型进行实际效果的贴图，同时 基于美术水平的限制，要制作逼真的水墨效果贴图也有相当难度，针对这个问题我们的解决 方法就是采用原先设计的方案二通过调整材质以实现水墨效果。那么这个阶段的主要工 作有两项：一是调试建筑材质，赋予其水墨效果，二是湖水效果的制作。 在制作材质之前，对材质编辑器面板常用的几个窗口和面板做一下简要介绍。点击主工 厦门大学本科毕业论文 23 具栏的按钮，进入材质贴图编辑窗口： （1）示例窗口。主要是由许多材质球组成，这些材质球是进行材质编辑的参照物，每 个材质的制作首先在材质球上完成，然后再赋予模型。每个材质球只能代表一种材质效果， 所以要制作不同的效果需要在不同的材质球上进行编辑。 图图 3-233-23 材质球示例窗口材质球示例窗口 （2）明暗器基本参数卷栏。在这个卷栏中可以使用下拉列表指定材质的 8 种不同效果 配置，它们可以决定材质的质地和表面的现实情况。 图图 3-243-24 明暗器基本参数卷栏明暗器基本参数卷栏 （3）贴图卷栏。该卷栏主要用于导入贴图，同时可以设置其环境光颜色、漫反射颜色、 高光颜色、光泽度等等 12 种效果。 厦门大学本科毕业论文 24 图图 3-253-25 贴图卷栏贴图卷栏 （4）另外一点需要提的就是材质/贴图浏览器窗口，不同的渲染器会搭配不同的材质， 各种逼真的材质效果就是通过里面材质的灵活搭配制作出来的。 图图 3-263-26 材质材质/ /贴图浏览器贴图浏览器 （5）材质子卷展栏。该卷展栏定义了不同材质的参数，以位图为例，可以看到如下参 数： 图图 3-273-27 材质子卷展栏材质子卷展栏 厦门大学本科毕业论文 25 以上就是在材质与贴图阶段中常用的一些参数设置，虽然看似简单，但是通过不同参数 的组合我们甚至可以制作出诸如玻璃、木材这样截然相反效果的材质，材质编辑是 3ds Max 里的一门学问，这里主要就实践了水质效果以及水墨效果。 （1）水效果的制作。首先要建立一个长方体，然后导入一个水质的贴图，对贴图卷栏 里漫反射颜色、凹凸、反射和折射这几项参数进行设置，参数如图 3-28 所示。最后把得到 的材质赋予原先的长方体。为了更明显地查看效果，为图片添加背景进行渲染，效果如图 3-30 所示。 图图 3-283-28 水材质贴图卷展栏参数水材质贴图卷展栏参数 厦门大学本科毕业论文 26 图图 3-293-29 湖水效果图（湖水效果图（1 1） 图图 3-303-30 湖水效果图（湖水效果图（2 2） （2）水墨材质的制作7。首先新建材质球，在 Blinn 基本参数里把漫反射的颜色调深， 这一步的作用是使材质主要呈现黑白两种颜色。接着在贴图的不透明度选项里选择衰减，使 材质产生渐变的效果，同时把反射高光的的各项参数调低，如图 3-31 所示： 厦门大学本科毕业论文 27 图图 3-313-31 BlinnBlinn 参数设置参数设置 图图 3-323-32 材质球变化过程材质球变化过程 然后交换衰减颜色，颜色交换的作用是选择让模型外部透明还是内部透明，图 3-30 就 是交换衰减颜色后的材质球效果，左图是内部透明，右图是外部透明。把材质赋予模型的效 果如图 3-33 所示，左图为内部透明，右图为外部透明。 图图 3-333-33 内、外透明材质球内、外透明材质球 图图 3-343-34 内、外透明效果图内、外透明效果图 厦门大学本科毕业论文 28 最后通过混合曲线进行进一步调整颜色的融合度，为模型添加宣纸背景，得到如图 3- 36 的效果： 图图 3-353-35 混合曲线修改面板及效果材质图混合曲线修改面板及效果材质图 图图 3-363-36 赋予水墨材质的效果图赋予水墨材质的效果图 从最终效果可以看出，对于凉亭的宝顶，这种材质的作用相当明显，但是在其它地方则 存在很多瑕疵，造成这种结果的原因是，这种材质的特点是通过区分模型的中心与边缘，并 在中间形成过渡实现水墨化，因此中心和边缘的界限越明显，中间过渡部分的面越多，水墨 效果也就越好。但是凉亭的模型基本上都是利用面相当少的规则几何体搭建的，比起由许多 面连接在一起形成的球体，长方体简单的几个面无法很好地形成过渡，因而无法得到较好的 水墨效果。所以对于该模型还需要做进一步的修改，以美化它的效果。 厦门大学本科毕业论文 29 3.33.3 灯光灯光 灯光的设置是一个很重要的环节，对于模型而言，在光影效果下它可以使材质看起来更 逼真；对于场景而言，不同的灯光设置可以使场景更生动；对于摄影而言，它可以使整个动 画更精彩。3ds Max 有一个默认的灯光以有效的表现场景，但是除此之外，它还自带了以下 五种常用灯光： （1）泛光灯。泛光灯是最常用的一种灯光类型，它是一种点光源，可以向四面八方均 匀照射，而且照射范围可以自由调整，效果与白炽灯类似。 （2）目标聚光灯。目标聚光灯由投射点和目标点两部分组成，和泛光灯不同的，目标 聚光灯具有方向性，只能朝某一个方向照射，它的照射区域是由投射点和目标点组成的圆锥 形，除此区域外的其它物体将不受灯管影响，效果有点类似射灯。 （3）自由聚光灯。和目标聚光灯一样，自由聚光灯也会产生一个圆锥形的照射区域， 且具有方向；不同的是，自由聚光灯只有投射点而没有目标点。它主要应用于动画的制作。 （4）目标平行光。这是一种平行光束，会产生一个圆柱状的平行照射区域。它具有方 向，并且和目标聚光灯一样有投射点和目标点。主要用于产生阴影。 （5）自由平行光。和目标平行光相似的圆柱形照射区域，和自由聚光灯相似的没有目 标点。主要用于模拟阳光的照射。 出于材质的水墨化以及整个场景最后水墨效果的考虑， （2）到（4）这几种用途明确的 灯光就不适用于场景的制作，所以我选择更为自由的泛光灯为场景添加光照效果。 图图 3-373-37 添加泛光灯前后效果图添加泛光灯前后效果图 厦门大学本科毕业论文 30 3.43.4 摄影与动画摄影与动画 摄影，顾名思义，就是对模型进行拍摄。在三维动画中，摄像机是必不可少的组件，三 维场景和动画场景最终都得通过摄像机视图渲染完成，很多特效的处理也必须通过摄像机才 可以起作用。三维动画中的摄影机，其功能往往是超现实的，无论是焦距的范围、镜头的表 现，还是操作的灵活、控制的随意，都是现实生活中的真实摄像机无法比拟的。在 3ds Max 里有自带的摄影机，使用它与动画相结合，就能够制作出一部简单的动画片了。3ds Max 自 带的摄影机有两种，分别是自由摄影机和目标摄影机。 （1）自由摄像机就像一个真正的摄像机，它能够被推拉、倾斜及自由移动。自由摄像 机显示一个视点和一个锥形图标，它的一个用途是在建筑模型中沿着路径漫游。自由摄像机 没有目标点，摄像机是惟一的对象。 （2）目标摄像机的功能与自由摄像机类似，但是它有两个对象。第一个对象是摄像机， 第二个对象是目标点，摄像机总是盯着这个。目标点是一个非渲染对象，它用来确定摄像机 的观察方向，一旦确定了目标点，也就确定了摄像机的观察方向。目标点还有另外一个用途， 它可以决定目标距离，从而便于进行 DOF 渲染。 使用不同的摄影机可以摄制不同模型静态以及动态下的效果，同时还可以通过使用多个 摄影机来制作动画分镜。摄影对于场景的远近景变化以及推动故事的发展起着重要的作用。 架设好摄影机后就可以开始录制动画了。在 3ds Max 中有两种常用的动画制作方法。 （1）使用视图下方的动画制作工具来进行动画制作，如图 3-38 所示。上面包括时间轴 和动画制作按钮，其中时间轴主要用来显示整个动画的时间长度、关键帧状态