在线图文包装_Mariana5D Designer学习指南_001基础篇之空间变换属性.docx

空间变换属性 新奥特福建公司 林健 Mariana5D Designer(下文简称M5Designer)的插件管理器中有20多项属性插件(如图1)，其中的“空间变换”属性(下文简称“空变”属性)是这些属性插件中最基础的插件，也是使用最频繁的插件，所有新添加到场景中的元素，包括图片、视频、Tga序列、Gtx字幕、三维模型等均会自动获得一个“空变”属性，每新增一个组节点也会自动带有一个“空变”属性(如图2)。 图1：Mariana5D Designer物体属性一览 图2：添加图片、组对象、模型、Gtx字幕对象时自动获得的“空变”属性在M5Designer中有两处位置可以调整“空变”属性，一处是单击节点上的“空变”属性图标激活的“空间变换”属性窗口(如图3)，可以在此窗口中调整物体的平移、缩放、旋转、旋转中心等参数，除此之外系统还提供了另外一套名为“物体定位”的调整工具，连续双击节点上的“空变”属性图标即可激活 (如图4) 。“物体定位”工具里的调整选项比“空间变换”属性窗口里的更丰富一些，还能直接建立、删除、跳转关键帧，在制作动画时十分方便。两套工具可以互相配合使用，对其中一个工具窗口中数值的修改会自动更新到另外一个工具窗口，实际上两套工具中的一些参数存在一一对应关系，“空间变换”属性窗口中的平移属性对应于“物体定位”工具中位移的局部坐标属性，旋转属性对应于“物体定位”工具中旋转的欧拉角(局部)属性，缩放属性对应于“物体定位”工具中缩放的局部缩放属性，旋转中心属性对应于“物体定位”工具中锚点的局部坐标属性。 图3：“空间变换”属性窗口 图4：物体定位工具一、位移属性：位移用于记录物体在空间中的位置信息，在M5Designer中有三种类型的坐标系统用于位移操作，分别为世界坐标、物体(局部)坐标和屏幕坐标。世界坐标记录的是物体中心点与场景原点(0,0,0)之间的绝对距离差，物体(局部)坐标记录的则是物体中心点与其父一级物体中心点之间的相对距离差，屏幕坐标记录的则是物体中心点在当前屏幕上的投影位置。在“物体定位”工具栏中均能直观查看这三种坐标系统，三种坐标系统的数值可以互相转化，调整其中一个时另外两个参数也会发生相应变化，而真正在关键帧动画中起作用的是物体(局部)坐标，对世界坐标和屏幕坐标数值的修改都会自动更新到物体(局部)坐标上。世界坐标与物体(局部)坐标究竟有何差异？通常当一个物体为独立节点时，即该节点处于无父节点或有父节点但父节点中无“空变”属性状态，那么它的局部坐标与世界坐标的数值是完全一致的。图5实例中的五角星节点为独立节点，初始时世界和局部坐标均为(0,0,0)，如果将五角星的局部坐标改为(100,100,100)，世界坐标也会相应变为(100,100,100)，如果将五角星的世界坐标改为(150,150,150)，局部坐标也会相应变为(150,150,150)，实际上不论如何改变局部坐标或世界坐标的数值，两者的数值都始终保持一致。之所以世界坐标会保持同步是因为世界坐标记录的都是当前“空变”属性中心点与场景原点之间的距离差。 图5 五角星独立节点当改变局部或世界坐标数值后坐标数值仍然保持一致如果物体拥有带“空变”属性的父节点，当改变父节点上的“空变”属性时，子节点上的世界坐标也会随之产生变化，而子节点的局部坐标的数值则保持不变。图6实例中的五角星节点拥有一个带“空变”属性的父亲组，初始状态下五角星节点和其父亲组节点的全局和局部坐标均为(0,0,0)，我们将组节点的局部坐标修改为(100,100,100)，会发现组节点的世界坐标会随之变为(100,100,100)，再观察五角星节点上的世界坐标，发现世界坐标也已变为(100,100,100)，但局部坐标却仍然为(0,0,0)，之后不论如何修改组节点上的位移数值，五角星节点上局部坐标却始终为(0,0,0)，之所以会这样是由于五角星节点上的“空变”属性的中心点与其父亲组节“空变”属性的中心点始终处于相同的位置。 图6五角星节点改变父节点的局部坐标后子节点的局部坐标仍然保持不变 二、旋转属性：与位移属性类似，在M5Designer中旋转属性也分为欧拉角旋转、物体轴旋转和世界轴旋转三种类型。世界轴旋转是以当前物体中心点为中心，分别围绕着3个世界坐标轴方向进行旋转的模式，其特点是世界轴方向是永恒不变的，如图8的实例中不论如何旋转五角星模型，世界轴方向始终保持与原有方向(如图7)一致。物体轴旋转顾名思义就是以当前物体中心点为中心，围绕物体自身的XYZ三个轴向进行旋转的模式。物体的中心点的位置和轴方向在创建模型时会自动生成，默认位于物体的几何中心处，轴向与世界坐标相同，所不同的是物体轴的方向会随着物体旋转而相应发生旋转，如图9的实例中当对五角星执行了旋转操作，物体轴的方向也随之产生了变化。 图7世界坐标轴方向 图8旋转后世界轴方向不变 图9旋转后物体轴方向发生改变系统在制作旋转动画时真正使用的是欧拉角旋转，我们对物体轴和世界轴的旋转操作最终都会自动转换为欧拉角旋转，之所以不使用物体轴旋转是因其在产生过渡关键帧时会有一些问题，例如我们需要实现一个抬手的动作，将一只手臂从斜下方举到正前方，一般的做法只需在动作的开始和结束状态各打一个关键帧即可，但如果使用物体轴旋转来制作关键帧动画，会发现手臂的动作并不是直接从斜下方运动到正前方，而是绕了一个弯才运动到正前方，这个问题在很多三维制作软件中均存在，而使用欧拉角旋转就可轻松解决这个问题。欧拉角是由瑞士科学家莱昂哈德.欧拉提出而得名，简单的说欧拉角将物体的旋转分解为三个变量(章动角、进动角、自转角)来描述，在M5Designer中物体旋转的效果也可以分解为XYZ三个分量的数值，我们并不需要知道其计算公式和实现细节，将其当作物体轴使用即可。旋转工具栏中提供的“朝向屏幕”功能(如图10)非常实用，可以快速切换物体不同角度的状态。例如制作一个带纹理的地球，由于系统默认UV映射的问题，在球体应用纹理后默认的贴图方向是错误的，总是北极朝向屏幕(如图11)，正确的应该是北极朝上，此时只要点一下“朝向屏幕”中的“底面”，地球马上旋转到正确位置，使北极朝上，赤道朝向屏幕。当然也可以在根节点上的“空变”属性上使用“朝向屏幕”功能快速切换顶视图、前视图、右视图等6个方向的视图(如图12)。 图10 朝向屏幕功能 图11 球体默认纹理朝向以及修正后的纹理朝向 图12 飞船模型的 6视图显示三、缩放属性：缩放工具也有三种缩放模式，分别为局部缩放、物体尺寸和屏幕尺寸，屏幕尺寸是物体的边界框在屏幕上投影产生的长宽尺寸数值，长为X的数值，宽为Y的数值，一般只在物体的XY平面与世界坐标轴的XY平面平行时才处于激活状态。物体尺寸则是物体边界框的长宽高数值，长为X，高度为Y，深度为Z ，对物体尺寸和屏幕尺寸数值的修改最终都会转换为局部缩放属性来产生效果。局部缩放旁边的锁链标志表示XYZ三个轴向的缩放参数是否相互关联，可以根据实际需要选择开关状态。工具窗口中的“满屏”功能可快速实现视频或图片自动填充满屏效果，但只在屏幕尺寸处于激活状态时才可使用(即物体的XY平面与世界坐标轴的XY平面平行时，如图13)，满屏时非标准视频分辨率(SD 720X576 /HD 1920X1080)的素材会自动拉伸变形以适应满屏,制作满屏动画时可以在最后一帧使用“满屏”功能避免人为缩放的麻烦和纰漏。 图13 物体的XY平面与世界坐标轴的XY平面不平行时“满屏”按钮为灰色，平行时为黑色 四、参考点属性：参考点通常就是指物体的轴向中心点，在M5Designer中位移、旋转、缩放都有参考点，其中使用率较高的是旋转的参考点，一般也称为“锚点”，通常物体的锚点位于物体的几何中心处，并不需要改变，但当我们需要一些特殊动画效果时，例如制作公转动画时就需要通过调整锚点的位置来实现，如图14的实例中我们需要实现月球绕着地球转的同时地球和月球一起围绕着太阳转，此时就需要先将月球的旋转锚点放置在地球的中心处，再将地球和月球组的锚点放在太阳的中心处。 如图14 月球、地球、太阳公转场景及各自锚点位置 在制作场景时经常会遇到一些特殊的旋转轴向，此时如果模型是系统生成的，可以使用多个“空变”属性组合来改变旋转的轴向，如果是三维软件制作的模型，可以在三维软件中重新进行设置。例如图15中的直角三角板，我们想让其原地围绕着斜边进行旋转，由于默认状态下三角板的旋转轴方向与世界轴向相同，尽管可以使用“锚点”工具将“旋转轴”的锚点调整到场景的任何位置，但“锚点”工具只能改变“旋转轴”的位置却无法改变“旋转轴”的方向，想让三角板沿着斜边进行旋转还需要额外添加1个带有“空变”属性的组节点来完成：首先将直角三角形上的“空变”属性中的Z轴旋转-45度，使斜边处于垂直状态，与世界坐标的Y轴平行，调整组节点上的“空变”属性将Z轴旋转+45度，此时只要调整组节点上的Y轴旋转数值就可以实现三角板原地绕着斜边旋转的效果。 图15 直角三角板围绕斜边旋转效果在制作模板时我们经常需要导入3Dsmax、Maya、Softimage这些三维软件制作的模型，很多网络上现成的模型文件在制作时并不规范，导入到M5Designer后会带来很多问题，其中最突出的就是旋转轴问题，而且很多模型在导出时已经将各个部件合并为一个整体，各部件根本无法独立制作动画，像这一类型的模型就需要在三维软件中重新进行加工才能使用。图16为我们在网络上下载到的一个直升机模型，原始文件是3ds格式，导入M5Designer后发现整个模型已合并为一个多边形网格，这样的模型由于无法制作螺旋桨旋转动画是无法使用的，需要进行二次加工，我们将使用Softimage来进行修改：1.模块分离：将直升机模型使用Softimage打开，使用“快捷键U”(面选择工具)选中模型上主螺旋桨叶片上的一个面，然后连续按快捷键“Shift + =”激活Grow Selection(扩展选择工具)选中所有关联的面，由于制作模型时各个部件之间只是简单组合在一起，所以仍然会保持各部件之间的边界，使用扩展选择工具选择时不会跨界。反复使用上述三个工具选中所有主螺旋桨以及相关的连接部件，单击菜单Create-Poly.Mesh-Extract Polygons(delete)，将选中的多边形面提取出形成一个新的独立的多边形网格，而原来的多边形网格内的被选中部分将被删除，同理提取直升机尾部的螺旋桨部件，提取后模型分为三部分，直升机机身、主螺旋桨以及尾螺旋桨，三个模块使用不同颜色加以区分(如图17)。 图16 未加工的直升机模型 图17 模块分离后的直升机模型2.旋转轴校正：为了方便以后制作螺旋桨旋转动画,需要将主、尾螺旋桨模块的旋转中心点以及轴向进行校正，理想的旋转轴方向是螺旋桨的旋转平面与场景XZ轴平面平行，这样导入螺旋桨模型后只需编辑围绕Y轴旋转的关键帧就可实现螺旋桨不断旋转的动画效果。在Softimage中激活“Select”面板内的Center按钮即可进入中心点调整状态，此时可以很直观地在三视窗中调整物体的中心点以及坐标轴向,图18为调整好的状态。图18 主螺旋桨以及尾螺旋桨正确的旋转中心点以及轴向 图19 对齐处理后三个模块3.导出模型： Obj文件格式无法保存每个模型子模块的中心点以及坐标轴方向，模型如果选择导出为Obj格式，模型中所有模块的中心点都会自动设置到原点处，并以世界坐标轴作为轴向，而使用3DS格式则不会出现这个问题，导入3DS格式的模型后，原有各个模块仍然会保留其原先的中心点以及各自的坐标轴向，但由于3DS格式是3DS Max软件的私有格式，使用其它三维软件无法将模型直接保存为这种格式。此时有两种解决方法：一种做法是通过FBX这一类通用格式进行中转，先导出为FBX，再在3DS Max软件中打开再另存为3DS格式；还有一种方法也可以实现相同的目的,就是将模型的各个部件分别在场景原点处进行对齐后(如图19)再导出Obj模型，这样导出的Obj模型导入M5Designer后可以保证各个模块中心点和局部坐标轴方向是正确的(如图20)，缺点是还需要在M5Designer中重新调整各个部件的空间位置，完成后动画的效果如图21。 图20 M5Designer打开对齐处理后的Obj模型 图21 最终动画效果五、多空间变换属性的合成：在制作关键帧动画时我们通常会先给物体一个合适的初始值，调整物体方向、大小和位置，然后再将这个“空变”属性拖拽到事件时间线中进行关键帧编辑。如果只能使用一个“空变”属性，在制作动画时不仅操作起来麻烦，很多动作还无法实现。例如需要制作一个油桶从斜面滚落下来的动画，就至少需要使用两个“空变”属性配合才能产生效果，一个“空变”属性用于让油桶与斜面对齐，另外一个用于产生油桶从高处向低处滚落的效果。为了实现特定的动画效果，一个节点往往会被同时赋予多个的“空变”属性，使用时为了逻辑清晰尽可能避免同时在一个节点上添加多个“空变”属性，通常的做法是新建一个带有“空变”属性的组对象(默认新建的组对象均会自动获得一个“空变”属性)，然后拖拽组对象使之成为该节点的父节点，如果需要更多“空变”属性，则再多加一级组节点，系统在最终计算时会先计算层级中最高一级的“空变”属性，然后逐级往下计算。六、空间变换实例 “七图连看”场景制作： 制作思路：场景需要实现七张图片逐一浏览的效果，可以手动控制播放进度，每拍一次空格图片就往前进一张，直到结束。制作的主要思路是先编辑好一张图片在5个状态点下的空间变换，然后将编辑好的关键帧参数保存为动作模板并套用到其余的6张图片中去，再间隔开七张图片的入出动作时间，即可产生连续看图效果，具体步骤如下： Step1：制作运动辅助线，打开Gtx新建一个字幕，使用“椭圆”工具绘制一个正圆(需要按住Shift键)，点选“横向居中”和“纵向居中”将正圆置于屏幕居中位置(如图22)。选中正圆右键选择“线型”，将“实心填充”取消，“线条宽度”设置为3，最终形成一个细边圆圈(如图23)，调整圆圈在场景中的旋转角度和位移，只在视窗下方显露出圆圈的一角，形成一个运动曲线的轮廓，效果如图24。 图22 Gtx制作正圆 图23 正圆变为细边圆圈 图24 辅助线效果Step2：往场景中添加一个尺寸为400X300的“圆角矩形”作为图片的载体(如图25)，圆角矩形厚度设置为20，倒角设置为“斜边”，厚度为“8”，打开“各表面分离”选项，给正面添加一张普通图片纹理，侧面添加一张金属纹理，侧面纹理的纹理坐标产生方式设置为“反射”，呈现的效果如图26所示。 图25 圆角矩形属性设置 图26 圆角矩形贴上纹理后的效果 Step3：将圆角矩形上的空间变换属性添加到时间线上进行关键帧编辑，按照“左边隐藏-左倾斜小图-中间大图显示-右倾斜小图-右边隐藏”5个停留状态(如图27)编辑空间变换的属性关键帧，整个过程从入到出一共80帧，每个停留状态点之间间隔20帧，主要用到XY方向的位移、旋转Y轴、XY方向缩放共5个参数的变换，由于动作是左右对称的，所以相应的关键帧也是左右对称的(如图28)。使用Step1制作的辅助线，可以更快更好地完成圆角矩形定位，