Maya建模篇.doc

maya建模篇教学目的：在于培养学生的专业的动画3维软件制作能力，摆脱2维的思维方式，建立虚拟的3维空间模式。并逐步掌握maya的建模方式，最终制作出完美的三维模型。教学要点：正确理解maya软件基本知识、基本理论，了解maya在动画中的重要作用及优势；掌握三维动画的前期制作部分，学会运用所学知识并与结构学相联系，做出出色的模型。学习方法：理论与实践相结合。第一节 maya软件基础简述一、maya发展简史maya是一个强大的三维动画图形图像软件，她几乎提供了三维创作中要用到的所有工具，能使您创作出任何可以想象到的造型、特技效果、任何现实中无法完成的工程，小到显微镜才能看到的细胞，大到整个宇宙空间、超时空环境，换句话说您能想到的，她是完全可以办到的。追本溯源，maya是美国wavefront的the advanced visualizer、法国thomsondigitallmage(tdi)的explore和加拿大alias的power animator这3个软件的结晶。1983年，史蒂芬宾德汉姆(stephen bindham)、奈杰尔麦格拉思(nigel mcgrath)、苏珊麦肯娜(susan mckenna)和大卫斯普林格(david springer)在加拿大多伦多创办了一冢公司，主要业务是研发影视后期特技软件。出于该公司推出的第一个商业软件是有关anti_alias的，所以公司和软件都叫做alias。1984年，马克希尔韦斯特(mark sylvester)、拉里巴利斯(larry barels)和比尔考维斯(bill ko-vacs)在美国加利福尼亚成立了一家名为wavefront的数字图形公司。很快，十年过去了。1995年，正在与微软进行着激烈市场竞争的软件开发公司silicon graphics incorporated(sgi)在得知微软已经收购了softimage后，迫于竞争压力收购了alias和wavefront。而在此之前，wavefront刚刚于1993年完成对thomson digital image(tdi)的收购，整合了tdi在软件explore中的部分技术。被收购后的alias和wavefron合并在一起，即alias wavefron公司。此时alias开发完成了一套以苹果机为平台的软件alias sketch，把它移植到sgi平台，并加入了许多新的功能，这个项目的代称就是“maya”。第一个用maya做动画的场景是在迪士尼的动画阿拉丁中的“岩嘴”。在开发的早期，maya使用tcl作为它的脚本语言，合并以后，在支持tcl、perl和sophia中有了争议，由于sophia比其他两个脚本语言快，所以胜出。然而，加入了错误检查以后，它也变得慢了。经过多次讨论，公司决定采用alias的maya架构，再把wavefront的代码合并进来。90年代中期，在好莱坞电影中最流行的生产线是几个工具的组合：建模用alias studio，动画用softimage，渲染用photorealistic、renderman。这个组合应用在很多电影的制作中，比如侏罗纪公国、终结者2。1998年，经过长时间研发的三维制作软件maya终于面世。同时，aiias wavefront 停止继续开发以前所有的动画软件，包括曾经在永远的蝙蝠侠、阿甘正传、变相怪杰、生死时速、星际迷航和真实的谎言中大显身手的alias power animator，这样做的目的就是促使用户去升级到maya。随着顶级的视觉效果公司如工业光魔和tippett工作室把动画软件从softimage换成maya，alias wavefront成功地扩展了产品线，取得了巨大的市场份额。不久，从用户方面传来佳音，业内人士普遍认为maya在角色、动画和特技效果方面都处于业界领矢水平。这使得maya在影视特效行业中成为一种被普遍接受的工业标准。1999年，工业光魔使用mays软件参与制作的星战前传：幽灵的威胁、木乃伊等影片轰动全球。2000年，alias wavefront公司推出universal rendering，使各种平台的机器可以参加maya的渲染。同时开始对maya移植到mac osx和linux平台进行研发。2001年，alias wavefront发布了maya在mac osx和linux平台上的新版本。这时，maya已经在多个领域获得成功应用，如吏克威尔公司(square)用maya软件作为惟一的三维制作软件创作了全三维电影最终幻想(final fantasy)；weta digita屎用maya软件完成电影指环王(the load of the ring)第一部；任天堂公司用maya软件制作game cube游戏机平台(nintendo game cube即ngc)下的游戏星球大战： 流浪小队2(starwar rogue squadron等等。2003年，美国电影艺术与科学学院奖评选委员会授予alias wavefront公司奥斯卡科学与技术发展成就奖。同年，alias wavefront公司正式将商标名称换成为alias。尽管maya软件获得了相当大的成功，但是在2005年，alias被濒临破产的sgi公司卖给了安大略湖教师养老金基金会和一个私人的风险投资公司accel-kkr。在短短几个月后，alias再次被卖，这次的买主是欧特克(autodesk)。2006年1月10日，alias maya正式变成了autodesk maya。加入欧特克之后，maya陆续推出了maya8.0、maya8.5和mava 2008，软件版本的更新使用产的工作效率和工作流程得到最大的提升和优化。在2008年的siggraph大会上，欧特克推出tmaya产品的10周年纪念版autodesk maya 2009。新一代的maya 2009拥有对复杂性场景更强的操控功能，更快的建模工作流程，并且在协作、循环以及制作流程处理上也有上佳表现。其在建模、动画、渲染和效果方面有众多改进，能够最大化地实现生产力，优化工作流程，并提供了创新的可能性。maya这个宠大三维软件系统。maya从最早的版本到如今以的maya2008算得上飞速发展。可谓一日千里。用她创作出的三维影视作品已经举不胜举，相信由maya1.0制作的一个demo bingo给大家留有深刻的印象。maya自开始研发定位很高，也就注定她在初期的版本中就能完成如此优秀的作品1998年星战前传、骇客帝国、神鬼传奇、精灵鼠小弟等等，有如此优秀的作品，更值得称道的是全三维动画巨作恐龙的出现，使整个三维产业为之震撼，这其中部分作品都要归功于maya的鼎力“支持”。 对未来国内三维业的发展，需要人才、需要技术经验、需要生产管理流程、更需要附合国情的行业规范，逐步形成大型团队合作，达到产业规模化生产。二、maya工作区域这一个标准的四视图窗口，正（top）视图、前（front）视图、侧（side）视图和一个透视图（persp）。视图菜单中的view主要控制摄像机；shading控制视图中物体显示方面；lighting用来控制灯光在视图中的作用；show用来过滤物体在窗口是不显示；renderer用来控制渲染视图类型；panels控制显示窗口类型。三、操作界面对于初次接触maya的人而言，一看界面，也许会大吃一惊，但你只要曾经触过三维软件都应该知道界面上的那个图标按钮什么的大致的意思了。不过maya的属性菜单的确很吓人的，有人戏称随便拉出个属性菜单都有一公里长，尤其是maya动力学这部分更是这样。即便如此一旦你掌握了maya的框架也就不以为然了。复杂的界面体现出了maya设计极具科学性、严谨性和艺术性。1.标题栏它和大多数windows应该用程序一样，相信这个东东大家已经熟悉得不能再熟悉了，简单介绍一下就好，样题栏显示的是maya软件的名称、版本号和文件名。2.菜单栏菜单栏也是如此，maya的操作完全可以通过菜单来完成，图中的菜单是rendering(渲染)模块菜单。她会根据不同的模块有相应的变化。3、状态栏状态栏中第一个文字框显示当前模块。各模块快捷键：f2 animation f3 polygons f4surfaces f5 dynamics f6 rendering）文件操作：新建，打开，保存。物体级别选择项。物体选择遮罩，当按钮下陷即可以起作用，也就是说场景中同一类的物体可以被选择。物体子积选择遮罩，当按钮下陷即可以起作用，可显示物体的点、线、面、isoparms（nurbs物体）等。快捷键：f8 点 f9 线 f10面在场景复杂的情况下，可以通过物体名称进行快速的选择。 物体构造历史。在maya中物体构造历史就是物体的基本构成参数，如果使用构造历史将会在通道栏的显示，反之则不。图中显示的是一个nurbs sphere的基本参数，即它的构造历史。常用操作工具栏常用物体操作工具，依次为，选择、不规则选区选择、移动、旋转、缩放、操纵杆、当前使用工具等。视图切换，最下边的按钮是当前视图类型的布局，鼠标左键按住不放可以弹出视图类型选择菜单，从而达到快速改变视图类型。时间控制器时间刻度、播放器等设置在动画过程中是非常重要的。命令栏maya真是太周到了，命令栏整个就像一个向导，相信你很快就会熟练的操作它了。4 maya的视图操作旋转视图 alt+鼠标左键移动视图 alt+鼠标中键推拉视图 alt+鼠标左键和中键局部放大 ctrl+alt+鼠标左键由左上往右下拖动框选要放大的区域局部缩小 ctrl+alt+鼠标左键由右下往左上拖动框选要缩小的区域5创建一个新的工程目录相信大家都知道一个工程在管理时，分门别类的重要性。maya提供了一套完整的工程创建方案，它会自动把你的，场景、贴图、渲染输出、mel、材质、声音等等文件存放在相应的文件夹中，并且当你再次打开的时候它会自动去搜索这些文件。请大家记住管理好自己的项目是很有必要的。找到new project 命令 file/project/new在name中输入工程名称点击use defaults使用默认名称点击accept同意强调一点的是在maya中对文件以及任何有关于命名应该尽可能的不要用中文，最好不要用，以免带来不必要的麻烦。如何设置当前工程？设置当前工程好处就是使用打开命令时路会默认在当前工程场景目录下。file/project/set在弹出的窗口找到你创建工程的所在目录路径【实验项目】1.旋转视图2.制作关于“cat”的工程文件【实验要求】1.了解maya界面的炒作方法。2.了解制作工程文件的规则。第二节 nurbs一、关于nurbsnurbs建模技术在设计与动画行业中占有举足轻重的地位，一直以来是国外大型三维制作公司的标准建模方式，如pixar，pdi，工业光魔等，国内部分公司也在使用nurbs建模。他的优势是用较少的点控制较大面积的平滑曲面，以建造工业曲面和有组织的流线曲面见长。而且maya在特效，贴图方面对nurbs的支持比较充分，使用nurbs模型在后续工作中会很方便。不过nurbs对拓扑结构要求严格，在建立复杂模型时会比较麻烦，这需要我们耐心的学习。二、loft放样作画时，固有色和环境色是两个非常重要的概念。物体真正的固有色只有在没有任何环境影响，无投影的白色柔和光照下，才能被我们确定。而我们平常所看到的物体大多被随意放置在一定的环境中，loft是最常用的曲面工具之一，我们可以通过几条曲线描述物体的外形，然后放样生成表面。loft 放样。创建一系列的曲线定义物体的形状，然后一起放样这此曲线就象在一个框架上蒙上画布一样。这些曲线可以是表面上的曲线、表面等位结构线或剪切曲线。使用放样来建立表面时，应该保证所有参加放样的截面曲线的cv点的数目一样，下就是当你建立完曲线后进行一次surface/rebuild将曲线重建使cv点统一，这样生成的曲面就会显得整齐，而且很方便以后调整外形。 需要要注意一点就是在放样前,选择曲线的顺序,这个操作决定了你放样后形成的面。rebuild 前rebuild 后parameterization 改变放样参数，uniform 结点距离，用使轮廓曲线与v方向平等，结果表面u方向上的参数值等间距，第一条轮廓曲线和表面上的u（0，0）处的等位结构线对应，第二条和u（1，0）对应以次类推。chord length间距，结果表面u方向上的参数值会根据轮廓曲线起点间的距离而定。chord lengthuniformauto reverse 反转放样方向，当放样曲线的起点不一致，打开此参数自动反转。auto reverse=offauto reverse=onclose 选定此参数生成的表面在u方向上是否闭合。surface degree 设置生成的表面是一次或者三次。section spans 设置放样曲线的跨度数。section spans3surface degree=linearcloseattch surface 连接表面。选择两个面要衔接的等位线isoparm，通过连接两个面成为一个单独的面。attach method（连接类型）：connect 普通连接。只连接表面，不改变形状。可调整multiple kont（插入额外节点），选择remove会改变形状。blend 平滑连接。会改变连接处的形状。调整blend bias值决定靠近第一条isoparm还是第二条。缺省为0.5。insert knot(插入节点)选项，在两个表面衔接插入跨度，保持原曲率。这项在两个表面较远时作用明显。duplicate surface curves 复制表面曲线。选择曲面上一条或多条isoparm，从曲面上提取曲线。group with original 打开时复制曲线是原曲面的子物体，并且会影响原曲面的cv。visible surface isoparms 当选择整个表面时，选择复制所有的u方向、v方向或所有的等位线。detarch curves 分离曲线。选择曲线上一个或多个曲线点，从这些点断开曲线成为若干独立曲线。planar 创建平面。将连围成一个封闭的图案曲线创建成一个平面，需要特别注意的是这些线必须封闭且在同一平面上。degree 如果输出类型是nurbs表面可以选取 linear（一次）或者cubic（三次）表面。curve range complete 沿着整条曲线创建平面；partial 显示操纵杆，并可以使用操作器沿着部分输入曲线编辑结果平面。output geometry 输出物体，nurbs物体 或者polygons物体。insert knot 插入点，在绘制曲线过程中，很难一步到位，有时间为了制作一个外形比较复杂的轮廓线，但绘制的曲线点太少，很难控制外形，现在我们可以用这个工具，给想要加点的地方，插入一些点。insert location 插入位置。 at selection 在选择的位置插入。between selection 在选择点之间插入，这时knots to insert 才会有效，它控制着在两个点之间插入点的数量。multiplicity 多样性，选择set to 项，根据multiplicity参数值，插入点。increase by：根据multiplicity参数值，向点中添加额外值。三、汽艇实例制作1.首先在顶视图，用cv curve tool生成一条曲线，决定船舷的形状。复制一条曲线，z轴旋转-30度。在侧视图调整第二条曲线的前几个点。loft，生成曲面。选择曲面，复制，scale x为-1。选择这两个曲面，attach surfaces, attach method选择blend。这样连接部分会比较平滑。船舷板做出来了。2.船的底部制作从这个表面上选择最下缘的一条isoparm，duplicate surface curves, 提取曲线。 为了下一部操作方便，我们将这条曲线的轴心挪到曲线尾部。（insert键）接着我们将这条曲线复制两条，缩放调整后如下图。我们要将第二条曲线的x轴缩放为一条直线，为了精确，我们可以从script editor（界面右下角）中copy缩放的mel，将第一个值改为1，复制到command line（界面左下角输入栏）中，回车，这样我们就能确保曲线的x轴归为1。（用输入mel 的形式可以精确控制物体的位移、缩放等等，在建模中非常方便） 选择船底曲线，生成曲面。调整最下方曲线的第一个点的位置，直至平滑过渡。将这两个曲面attach surface 成一个曲面。船底板完成了。3.船的上半部分制作。从船舷曲面上提出最上缘曲线。（要将曲线的轴心放到船尾）复制，缩放两条，位置如下。选择这些曲线loft，生成曲面。船甲板完成了。4.挖出船舱。将最里圈曲线复制一条，并调整点如下图形状。选择两条曲线loft,生成表面。将最后那条曲线复制一条，选择曲线中部的两个curve piont，detarch curve,分离成三条曲线。选择两条段边，loft。在生成的表面上选择一条边缘isparm，提取曲线，并将该曲线与弧形曲线attach成一条曲线。（注意在attach method中选择connect） 选择这条曲线，复制，调整位置。选择这两条曲线，loft,生成船舱曲面。选择第二条曲线，planar，生成船舱底板曲面。可以看到该曲面以紫色结构线显示，表示该曲面是修剪曲面。有些时候修剪曲面看起来会有破损的地方，这是显示问题。选择属性编辑器，在nurbs surface display中的divison 值调高,就能精细显示。5.将生成船尾部的面。选择之前所有船板曲面，选择最边缘isparm,提取曲线，并将曲线attach。（在attach method中选择connect）选择这条曲线，planar,生成船尾板。如果有不能执行的情况，说明线上的点不在同一平面上，用缩放工具拉平。6制作船尾的引擎。生成一个nurbs cube,调整位置，拉点。（注意nurbs cube是由4个独立曲面构成的，选择一个曲面，按向上箭头键，可以选择到cube所在的group）用同样方式做出整个引擎和舵。 7. 制作船尾螺旋桨。生成一个nurbs cylinder,通过加isparm，拉点，调整形状。生成一个圆，通过insert knot，拉点等调整形状。复制该曲线，并调整位置到圆柱上，通过loft，planar，生成叶片。将这些曲面打组（group），将轴心移到圆柱中心，旋转复制另两个叶片，螺旋桨完成了。用基础物体和之前学过的命令，生成座位等。用loft生成仪表盘和方向盘。8.最后，用一个球体生成灯。9.整艘快艇到现在已基本完成，在未删除历史前，我们依然可以调整之前生成的曲线来调整-船的形状。【实验项目】1.台灯模型2用学过的工具进行其他物体的建模。【实验要求】1.充分了解并掌握nurbs的工具。2.观察物体在不同视图的结构变化。3.注意台灯的细节结构。第三节 polygon建模一、关于polygon多边形（polygon）建模从早期主要用于游戏，到现在被广泛应用（包括电影），多边形建模已经成为先在cg行业中与nurbs并驾齐驱的建模方式。在电影“最终幻想”中，多边形建模完全有能力把握复杂的角色结构，以及解决后续部门的相关问题（我们公司的电影“穿越莫比斯环”主要采用的也是polygon建模），现在没有人会说多边形只能用在游戏里了。多边形从技术角度来讲比较容易掌握，在创建复杂表面时，细节部分可以任意加线，在结构穿插关系很复杂的模型中就能体现出它的优势。另一方面，它不如nurbs有固定的uv，在贴图工作中需要对uv进行手动编辑，防止重叠、拉伸纹理（uv编辑将在材质部分讲到）。二、polygon的概念多边形就是由多条边围成的一个闭合的路径形成的一个面。顶点vertex：线段的端点，构成多边形的最基本元素。边edge: 就是一条连接两个多边形顶点的直线段。面face: 就是由多边形的边所围成的一个面。 maya允许由三条以上的边构成一个多边形面。（三角面是所有建模的基础。在渲染前每种几何表面都被转化为三角形面，这个过程称为镶嵌）一般原则，尽量使用三边或四边面。法线normal：表示面的方向。法线朝外的是正面，反之是背面。顶点也有法线，均匀和打散顶点法线可以控制多边形的平滑外观。（这点在之后的操作中会具体讲到）polygon的显示设置：在maya中，我们通过许多方式显示多边形的各种元素和数目等，为我们在建模过程中提供许多方便。displaypolygon components 显示选择的多边形的各种元素。displaypolygon display 提供更多的多边形显示选项。常用的选项：显示多边形的边界边：highlight border edges 对于缝合两个多边形及查找没有缝合的边界等非常方便。在建模中会遇到多边形无法转细分表面，边没有合并上是其中原因之一，用这个工具进行检查。背面显示选择：backface culling 在选择复杂模型的元素和检查面法线是非常有用。displayheads up dispiaypoly count 显示多边形的数目。使用多边形的基本物体：为建模初期的方便，maya提供了以下几个多边形物体。在channel box中的input栏，提供了尺寸和细分数目。第四节 飞机三维模型制作1. eatepolygon primitivescube建立一个polygon box，在通道栏里把subdivisions depth设为7。2.mask菜单进入vertex选择模式，框选所有的顶点，使用缩放和位移工具在侧视图调整形状。3.视图里使用缩放工具调整形状。4.edit polygonssplit polygon tool，在机翼的位置劈开。5.进入面选择模式，选中两侧机翼位置的面（4个面）。6.点击edit polygonsextrude face菜单命令，就会出现下面的操纵手柄：用鼠标拖动小方块对新挤出的面进行相应轴上的缩放（红色x轴