基于Maya的苏醒的森林场景仿真毕业论文.doc

基于Maya的苏醒的森林场景仿真毕业论文目 录第一章 绪 论1第二章 课题概述32.1项目背景及现状32.1.1中国动漫行业现状32.1.2中国动画的发展42.2动画场景设计的意义52.3课题的可行性分析5第三章 课题需求分析73.1课题设计需求73.2课题制作环境和工具73.2.1 MAYA73.2.2 MEL语言83.2.3 Photoshop83.2.4后期合成软件93.3课题实现的难点及关键技术9第四章 课题总体设计114.1课题设计思想114.2课题模块划分与制作流程124.2.1课题模块划分124.2.2课题制作流程13第五章 课题详细设计和实现155.1 课题设定155.1.1 剧本故事设计155.1.2 角色设定155.1.3 镜头设定165.1.4 场景设定175.2课题三维制作185.2.1模型制作185.2.2灯光材质265.2.3 动画制作305.3渲染序列帧355.3.1背景层渲染365.3.2螳螂角色层渲染365.3.3蜻蜓角色层渲染36第六章 课题后期制作386.1影像合成386.1.1 镜头合成386.1.2 片头合成396.1.3 片尾合成406.2剪辑与音效40第七章 总结42参考文献43附录I 文献翻译441、英文原文442、中文译文47谢 辞49天津工业大学2011届本科生毕业设计 (论文)第一章 绪 论动画诞生于1831年,它的发展已有将近180年的历程。时至今日,动画本身也由当初一个简单的物理现象发展成为一门万众瞩目的视觉影像艺术。在这段发展历程中,不断有美术、文学、哲学、音乐、戏剧、计算机技术等各门各类的艺术人才带着各式创作思维模式介入,从而推动了动画的迅速发展,并逐步形成了综合各类艺术思维的新的创作理念,建立了这门新艺术形式独特的审美意识。但伴随着后工业时代的来临,电影、电视、网络、手机,现代化的通讯工具造就了现代人新的审美消费,影视工业的出现与发展,较准的把握住了时代脉搏,满足了处于高度紧张状态的人们宣泄精神压力的心理欲求。三维动画则是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一项新兴技术。三维动画作为电脑美术的一个分支，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对独立的新型的艺术形式。早期主要应用于军事领域。直到70年代后期，随着PC机的出现，计算机图形学才逐步拓展到诸如平面设计、服装设计、建筑装潢等领域。80年代，随着电脑软硬件的进一步发展，计算机图形处理技术的应用得到了空前的进步，电脑美术作为一个独立学科真正开始走上了迅猛发展之路。三维动画软件在计算机中首先建立了一个虚拟的世界，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、尺寸创建模型，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。当这一切完成后再让计算机自动运算，生成最后的画面。三维仿真动画技术模拟真实物体的方式使其成为一个有用的工具。由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。在影视广告制作方面，这项新技术能够给人耳目一新的感觉，因此受到了众多客户的欢迎。三维动画可以用于广告和电影电视剧的特效制作（如爆炸、烟雾、下雨、光效等）、特技（撞车、变形、虚幻场景或角色等）、广告产品展示、片头飞字等等。今天,动画已不再是简单化、幼稚化的“小儿科”艺术,也不仅仅是电影加美术的二级艺术,而与电影、美术甚至文学、戏剧、诗歌、音乐等成熟的艺术一样，是一种语言，一种独立的艺术语言。一部好的动画片，应该具备什么独特的看点，应该如何抓住观众的眼球,值得从事动画创作、教学的工作者去探索和揣摩！作为动画编导，动画的叙事艺术无疑是需要必须掌握的，可以说，动画编导创作的核心即为动画的叙事。在动画的世界中，哪里才是梦想的边界？我们还不能肯定动画作为独立的电影门类，它能飞得多高多远？但是，毫无疑问的是，它的梦想世界，已为我们展开了一片瑰丽的天地，成为了一门人类寄于无限希望的艺术。 第二章 课题概述2.1项目背景及现状2.1.1中国动漫行业现状中国目前拥有3.67亿18岁以下青少年，其中影视动画节目的观众至少在1亿以上。到2005年底，全国47个省市少儿频道和3个卡通卫视频道开播，动画节目的需求量一年将达到100万分钟。相形于巨大的市场需求，2003年中国国产动画片产量却仅有2.9万分钟。2001年世界动画产值达310亿美元，其周边及衍生产品的产值大约为4000亿美元，然而这块大蛋糕却似乎和中国无关，目前的中国动漫业大多处于亏本的尴尬境遇。中国动漫业现在的发展很不成熟，还没有形成基本的产业链。国际动漫产业链基本上由三个层次组成：动漫产品本身；音像产品；动漫衍生品。目前，美国是全球最大的娱乐产品输出国。其动画产品和衍生产品年产值达50多亿美元。全球每年前10位票房的大片中，一般都有几部美国动画片。近10年来，日本的漫画，游戏，动画片的越来越受到世界各国的注目，动画市场在2002年总体规模达到2万亿日元。日本卡通产业的迅速发展，与历届政府把发展文化产业尤其是漫画，动画等作为一项基本国策十分不开的。中国动漫产业虽然近年来取得了长足的发展，但总体上发展比较缓慢，与日本、美国相比差距很大。其中内容是中国动漫发展的主要瓶颈所在，其中原因是首先是对青少年应试教育的偏重，导致缺乏有利于创作的宽松环境；其次是青少年作者自身的文化和社会经验积淀较少，难以创作高质量的剧本；另外是将漫画认为是低幼读物的长期误解，使作品题材受到局限。随着科技的发展，现今的动画可以通过计算机生成，从制作方式到观念都产生了革命性的变化。计算机动画不仅摆脱了繁重的手工制作，并以其简便高效的表现力得到了越来越广泛的应用。其中，三维动画是动画产业的骄傲。它主要依靠电脑图像技术，在虚拟的三维空间中，建造模型，设置材质与色彩，模拟真实的灯光，并使这些物体在三维空间中运动起来，通过虚拟摄像机设定拍摄整个运动过程，渲染和生成动画。与二维动画相比，大大减少了重复劳动。画面不仅真实生动，更能展现现实所无法模拟的魔幻等场景，深受观众的喜爱，它所带来的经济效益也是非常巨大的。因此，三维动画产业在中国的发展备受关注。在国际三维动画发展初期，改革开放虽已多年，但由于三维动画制作技术含量极高，大部分依赖于电脑制作，而当时中国的IT行业也处于起步阶段，中国的动画产业还是空白。20世纪90年代末，中国的产业红火起来。学术院校随即增设了相关专业，环境艺术专业成为报考热门。由于人才缺口很大，校外培训机构也如雨后春笋般林立。2.1.2中国动画的发展追溯动漫发展的历史，中国确实有着比较辉煌的一页。世界上第一部长篇动画电影白雪公主诞生于1937年，而早在80年前的1926年，中国就已推出了自己的动画片大闹画室。1941年由万籁鸣执导的亚洲第一部动画长片铁扇公主在日本更是轰动一时。据说日本故事漫画和电视动画片之父手塚治虫就是因为童年时代邂逅这部铁扇公主，决定放弃了成为医生的机会，走上了成为一位著名漫画家的道路。铁扇公主之后大闹天宫、哪吒闹海等片的出现也进一步引起全世界动漫界的瞩目，在各大国际电影节上为中国赢得了巨大的荣誉。直至1988年，由上海美术电影制片厂拍摄的山水情成了中国水墨动画片的绝唱，也成了中国动画彻底商业化之前的最后一部艺术精品。然而，在20世纪80年代后期，孙悟空的筋斗云被阿童木的十万马力远远甩在了后面，就这样作为动漫“鼻祖”的中国在这场游戏角逐中落伍了。而随着三维动画已成为全球性大型产业,它在我国的发展受到了极大的关注。但在发展过程中却遇到了很多困难，缺乏专业人才，人才培养也不够系统,剧本没有创新,缺少本土品牌等。成立于21世纪初的深圳环球数码公司是目前业内的领跑者，成立之初就聘请了国外专家来华培训员工，而后一边办学，一边转向生产。最初只是与国外公司合作，为国外的动画制作加工。随着实力的增强逐渐转向了原创，魔比斯环就是该公司出产的第一部动画片。历时四年制作，投入了大量的资金，但也存在了各种问题。首先故事情节老套，孩子们看了不够亲切，成人们看了空洞乏味。在技术方面，和国外制作相去甚远。在后期宣传上不够到位，致使国内大部分观众都不知道他的存在。环球数码公司也由此转向了培训、外包和加工电视动画的制作上。目前，有很多推进动画产业的提法所言极是，如提升内容、组建集团、加大投资、培养人才、请来国内顶级电影导演、使产业结构更为合理等等不一而足。但最关键的问题是尽快完善动画产业市场的充分竞争，尽快完善各类相关企业的现代企业法人治理，实现规则公正、竞争公平，使优胜劣汰机制正常发挥效能。如今，政府对中国动画产业的发展大力支持，为本土动画产业提供了更多的有利条件。我国三维动画的发展前景还是值得肯定的，但要成为世界一流的三维动画出产国，还有很多问题需要解决。相信，三维动画这个极富生命力的新兴产业会在我国发展壮大，迸发光彩。2.2动画场景设计的意义现代动画场景指的是影视动画角色活动与表演的场合与环境。这个场合与环境既有单个镜头空间与景物的设计，也包含多个相连镜头所形成的时间要素。动画艺术是时间与空间的艺术，是影视艺术的一个分支，动画场景的设计无不打上影视艺术的烙印。场景设计在动画影片中提供了角色表演的特定时间与空间的舞台。场景的设计对整部动画的设计风格、镜头画面、角色塑造、情绪氛围、社会空间以及物质空间都有很大的影响。在传统手绘动画艺术中，角色的表演场合与环境通常是手工绘制在平面的画纸上，拍摄镜头时将所画好的画稿衬在绘有角色原画、动画的画稿卜面进行拍摄合成，所以人们又习惯性地将绘有角色表演场合与环境的画面称为“背景”。但随着现代影视动画技术的发展，通过计算机制作的动画角色的表演场合与环境，无论在空间效果、制作技术、设计意识和创作理念上，都更加趋向于从二维的平面走向三维的空间与四维的时间的探索，更加关注对时间与空间的设计与塑造。因此，动画角色表演的场合与环境的“场景说”渐渐地取代了“背景说”。 在动画片的创作中，动画场景通常是为动画角色的表演提供服务的，动画场景的设计要符合要求，展现故事发生的历史背景、文化风貌、地理环境和时代特征。要明确地表达故事发生的时间、地点，结合核部影片的总体风格进行设计，给动画角色的表演提供合适的场合。在动画片中，动画角色是演绎故事情节的主体，动画场景则要紧紧围绕角色的表演进行设计。但是，在一些特殊情况下，场景也能成为演绎故事情节的主要“角色”。动画场景的设计与制作是艺术创作与表演技法的有机结合。场景的设计要依据故事情节的发展分设为若干个不同的镜头场景，如室内景、室外景、街市、乡村等等，场景设计师要在符合动画片总体风格的前提下针对每一个镜头的特定内容进行设计与制作。 2.3课题的可行性分析创作出各具特色的动画片，既是动画艺术家对个性化的追求，也是不同层面观众的多样化需求。动画场景的类型与风格的变化，深受民族、时代、地域、传统文化等多方面的影响，从关国早期以水粉绘制的写实风格的动画场景到欧洲极富表现力的现代抽象绘画风格的动画场景，从借鉴我国敦煌壁画艺术到用水墨画、剪纸、版画等风格的设计，不同时代美术思潮对动画场景设计的影响尤为突出。现今，三维技术已经逐渐取代了以往的旧传统，以高科技的方式将大家带入了一个全新的认知领域。古旧建筑物损毁了，可以在电脑上进行修复与重建。对于建筑设计类，工程师可以在图纸设计阶段完成之后，使用此技术把项目全方位立体展现出来，非常直观实用。广告公司制作的丰富绚丽的广告令观众眼前一亮。在科教方面，老师们对于地理、生态这种很难用语言描述的科目可以借助动态展示的方式授课，学生们可以很快的理解接受。无论是对于中国三维动画的发展还是娱乐科教等各个方面，三维场景仿真都有着重要的地位和意义。利用Maya等现代技术软件对真实景色进行三维动画再现，可以舍去繁复的拍摄手段而直接利用Maya等软件在电脑上重现，可以不受时间限制的将早晨、中午、晚上三种时间段景象效果展现出来，下雪、下雨等等各种天气也可以进行制作。可反复修改，难度较高的镜头也能轻松控制，这样就省去了大量的人力物力，不用等待天气转变等等各种因素就可以达到预期目标。在旅游观光业和文物修复方面具有很高的实用价值。对森林场景的仿真建模，利用MEL语言等制作出森林从寂静中苏醒的视频效果，就是对上述内容其中一部分的尝试与实践。第三章 课题需求分析3.1课题设计需求1.课题意义：通过电视或网络等媒介向观众展示森林从寂静中苏醒的仿真场景，给予观众美的享受，唤醒人们热爱自然、追求自然、亲近自然的美好愿望。2.课题内容：制作一个从寂静中苏醒过来的森林的场景，要求场景中要有树、花草、爬虫、飞鸟等森林中常见事物，并利用这些模型制作风吹草动、虫爬鸟飞等动画来表现森林的苏醒过程。3.场景建模：模型各个部分比例与实际相符。4.材质：材质可以从自己的材质文件中调用，但要符合场景的特征，效果必须与场景协调。5.场景灯光：创建灯光，模拟真实的场景灯光效果，要求灯光效果与动画效果相统一，画面中不可出现强烈的光斑和完全的暗面。6.细节体现：要着重体现森林中某一局部的细节。7.视频音效：有生命感，生活感，通过背景音乐体现森林苏醒后活力的景象。8.出片：最终结果渲染成MOV格式的动画。3.2课题制作环境和工具3.2.1 MAYAMaya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。课题制作中，它主要用于进行建模、材质灯光、动画及渲染等部分制作，是完成影片最重要的软件之一。它集成了Alias/Wavefront 最先进的动画及数字效果技术。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。Maya是目前世界上最为优秀的三维动画的制作软件之一，是相当高尖而且复杂的三维电脑动画软件，它被广泛用于电影、电视、广告、电脑游戏和电视游戏等的数位特效创作。曾获奥斯卡科学技术贡献奖等殊荣。2005年10月4日，生产3D Studio Max的Autodesk(欧特克)软件公司宣布正式以1.82亿美元收购生产Maya的Alias。Maya主要应用的商业领域有： 1、平面设计辅助、印刷出版、说明书：3D图像设计技术已经进入了我们生活的重要部分。这些都让无论是广告主、广告商和那些房地产项目开发商都转向利用3D技术来表现他们的产品。而使用Maya无疑是最好的选择。因为它是世界上被使用最广泛的一款三维制作软件。当设计师将自己的二维设计作品打印前他们比解决如何在传统的、众多竞争对手的设计作品中脱颖而出。Maya的特效技术加入到设计中的元素，大大的增进了平面设计产品的视觉效果。同时Maya的强大功能可以更好的开阔平面设计师的应用视野，让很多以前不可能实现的技术，能够更好的、出人意料的、不受限制的表现出来。2、电影特技：目前Maya更多的应用于电影特效方面。从今年来众多好莱坞大片对Maya的特别眷顾，可以看出Maya技术在电影领域的应用越来越趋于成熟。3.2.2 MEL语言MEL (Maya埋入式语言)是Maya内建个性化的，基于C+和Javascript的程序语言，为Maya提供了基础。Maya界面的几乎每一个要点都是在MEL指令和脚本程序上建立的。由于Maya给出了对于MEL自身的完全的访问，用户可以扩展和定制Maya。通过MEL，用户可以进一步开发Maya使它成为用户和其项目的独特而创新的环境。为了有效地使用Maya，熟悉MEL可以加深使用Maya的专业能力。使用MEL的许多方面可以由只有很少编程经验或者没有经验者所使用。有一些方法，可以获得MEL的好处而不必考虑编程的细节。MEL可以提供了可以想象到的最先进的数字化画图方式。为了获得Maya的输出，大部分可以使用MEL来做。例如，使用MEL指令脱开Maya的用户界面，快速地产生热键，访问更深的要点；给属性输入准确的值，脱开由界面强制引起的拘谨的限制；对特定的场景自定义界面，对一个特定的项目改变缺省设置；产生MEL程序和执行用户建模、动画、动态和渲染任务的脚本程序。3.2.3 Photoshop Photoshop是最为出名的图像处理软件之一，集图像扫描、编辑修改、图像制作、广告创意，图像输入与输出于一体的图形图像处理软件。主要用于本课题场景中各部分的材质绘制环节，在后期合成动画时用于背景图片修改拼接工作。Photoshop有很多版本可供选择，本课题采用了Photoshop CS3软件版本。从功能上看，Photoshop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、镜像、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。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。特效制作在Photoshop中主要由滤镜、通道及工具综合应用来完成。包括图像的特效创意和特效字的制作，如油画、浮雕、石膏画、素描等常用的传统美术技巧都可藉由Photoshop特效完成。3.2.4后期合成软件1.Adobe After Effects CS4：简称AE，是adobe公司开发的一个视频剪辑及设计软件，是制作动态影像设计不可或缺的辅助工具，是视频后期合成处理的专业非线性编辑软件。应用范围广泛，涵盖影片、电影、广告、多媒体以及网页等。当建模、材质和动画等工作完成之后，使用它进行课题的视频后期合成处理阶段，加以特效，将所有完成的素材整理出视频。2.Premiere Pro 2.0（或CS3）：是一款音乐编辑软件，基于非线性编辑设备的视音频编辑软件，可以在各种平台下和硬件配合使用，被广泛应用于各个领域。通过此软件为课题视频添加背景音乐以及各种音效等等，是完成课题的最后一步。3.3课题实现的难点及关键技术本课题的难点在于建模材质需要仿真，并且要求比例合理。所需要的关键技术有：1.建模材质：能够掌握Maya中的各类建模技术。要求模型的形体结构清晰准确，布线合理。在材质方面能够准确表现出不同材料的质感效果；合理地把模型的UV展开，为绘制贴图做准备；通过照片素材的组合以及独立的绘制贴图，将物体的色彩纹理包括污损等细节全部表现出来。而由于森林场景过大，材质贴图的制作过程过于繁复。2.灯光渲染：熟悉几种光源的使用方法。三维软件中的灯光与现实世界的很像，所以物体真实性很大一部分取决于灯光的照明。能够根据氛围的效果将场景渲染出来，画面基本色调要明确，所表现的时间段正确无误，对比度适中。3.动画调试：影片中包含一些动植物动画。大部分植物动画（如草丛，树叶）可以由笔刷自带动画中调试完成。而动物部分动画则需带骨骼绑定，在Animation模块中制作。并且和镜头动画一样，通过调节关键帧来完成。4.渲染合成：因为场景较大，受硬件设备限制，且追且理想效果，动画调试完成后需要进行分层渲染。如此，进行合理的分层即是一项很重要的工作。第四章 课题总体设计4.1课题设计思想Maya作为最优秀的动画制作软件之一，具有强大的令人称道的建模系统和材质模块。一方面它允许输入较少的命令来构建精细的模型，另外还可以和各种动画工具混合使用，例如与骨骼绑定、关键帧、表达式等结合起来使用；另一方面，Maya的材质渲染模块通过调控各种属性让模型渲染的最终效果能够高度仿真。森林是林木、伴生植物、动物及其与环境的综合体。森林群落学、地植物学、植被学称之为森林植物群落，生态学称之为森林生态系统。在林业建设上森林是保护、发展，并可再生的一种自然资源。具有经济、生态和社会三大效益。自然森林风貌众多，特色各异。作为地球上可再生自然资源及陆地生态系统的主体，森林在人类生存和发展的历史起着不可替代的作用。随着社会的发展，人们越来越认识到森林所具有吸收二氧化碳释放氧气、吸毒、除尘、杀菌、净化污水、降低噪音、防止风沙、调节气候以及对有毒物质的指示监测等作用。于是不少人开始到大自然中去感受大森林的乐趣，去领略大森林对人体的各种益处。影片中所表现的则是森林与草原交接的森林草原（Forest Steppe），它是温带落叶阔叶林与草原之间的过渡带，也就是这两个地带间的群落交错区（或称生态过渡带），它是一种较均匀的植被类型，属于落叶林和草甸草原的大型镶嵌体。在这个过渡带上，最初落叶林占优势，草原呈分散的岛屿，随着气候越趋干旱，情况就越相反，直到最后，岛屿森林只遗留在大片的草原上，课题就是这样的场景中实现的。普遍意义上，苏醒的森林是指清晨从阳光中恢复活力的自然景象。因此，画面以黑屏形式开始，然后逐渐展现清晨的草丛。故事情节随之由森林中的动物引领而展开。当所有场景展现后，镜头停驻在跑马身上，给观众以震撼的享受。 通过对场景的细致描绘，呼吁人们钟爱这些珍贵的自然，倍加悉心地呵护它们，为自己留一份静土。影片中可以看见白云的闲逸和阳光的明晰，寂静与活力的对比分外明显，充分展示森林中的勃勃生机，唤醒人们亲近自然的欲望。为了表现森林的苏醒，动画的第一个镜头定位在草丛中的蜻蜓上，让它带人们去领略一天中最清新的时光。从黑暗到黎明，从朦胧到清晰，从寂静中苏醒。跟随蜻蜓的身影来到错落有致的树枝中，在第二个镜头出现了一只螳螂。对在食物链中，处于蜻蜓上方的捕食者来说，眼前不失为一顿美味大餐，然而螳螂捕“蝉”，黄雀在后是亘古不变的真理，第三个镜头中飞出的黄雀则成为大赢家。第四个镜头跟随飞鸟穿越广袤的森林，翻越山川来到森林边缘的小溪旁，惊动了正在喝水的野马，受惊的野马从林中飞奔而出，穿入了草原，恣意奔跑，最后一个镜头则定格在腾空而起的跑马身下，刺眼的阳光喷洒而下。影片加以推、拉、摇、移这几种最基本的镜头展现方式，衔接各个场景动画，力求达到自然、清新的效果。4.2课题模块划分与制作流程4.2.1课题模块划分Maya中包含了6大模块，分别是Animation模块（F2）、Polygons模块（F3）、Surfaces模块（F4）、Rendering模块（F6）、Dynamics模块（F5）、nDynamics模块（F7），每个模块均包含了强大的功能。本设计中则主要用到前四个模块。1.构建模型 根据故事设定，影片中有四个角色模型与四个场景模型的展示，这些模型的构建主要有Maya的建模模块完成。它包括三种建模方式：POLYGON（多边形建模）、NURBS（曲面建模）、细分建模。它们存在于Polygons和Surfaces两个模块当中。多边形建模主要用于比较复杂的模型的构建，如影片中的马匹、蜻蜓等动物以及比较精细的花草树木。而曲面建模在影片中主要体现在眼球、毛发和一些片的构造。2.材质灯光在真实世界中，物体质感由两个方面的因素决定：一是它本身的外观显示；二是周围的环境及灯光。而影片中存在大部分的特写镜头，在这些镜头中不仅需要精细模型的体现，同样需要逼真的材质贴图，这就关系到Maya中的Rendering（渲染）模块。 其中的Materials材质节点只要是用来表现物体的表面质感，而经常用到的则是Surface Materials。贴图为达到仿真效果，多数用真实照片绘制而成，这部分是结合Photoshop完成的。最后最重要的一点是表现清晨森林的光线效果，这部分是将Maya中不同灯光节点结合，模仿出真实的日光。3.骨骼绑定为了完成角色设定的一些动作，如马奔跑、蜻蜓振翅等，角色模型必须绑定好骨骼，并刷好权重。在Maya里，这一部分是在Animation（动画）模块中进行的。按照角色真实的比例创建骨骼，使角色的各部分关节能够正常运动，接着与模型绑定，为皮肤绘制权重，避免产生扭曲的动画效果。这一过程中也牵涉到部分MEL语言的运用。4.动画制作场景和角色动画的制作也是在Animation模块中完成。对照设定好的动作,进行关键帧的调试，同时注意预备动作和连续动作的调试，力求动作得连贯顺畅。动作节奏和韵律也非常重要，需有快有慢，不能从头到尾都以同一节奏过渡，使影片失去真实性和趣味性。5.渲染合成图片渲染在影片的制作中非常重要，它的质量直接影响影片最终的合成效果。渲染属于Rendering模块的功能之一，在动画调试完成后，通过调节渲染设置中的各项属性，得到高质量的序列图片。Maya有多种渲染方式，而Maya Software与Mental ray是最常用的两种。本课题就是通过这两种渲染方式进行分层渲染之后，再将其导入后期合成软件中合成，并加以适当的特效，最终输出影片。4.2.2课题制作流程4.2.2.1前期规划1. 概念设计故事文字剧本定制。2. 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。3. 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。4.2.2.2中期制作1. 3D粗模制作出故事的场景、角色、道具的粗略模型，为Layout做准备。2. 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、粗略镜头时间定制等。3. 3D角色模型/3D场景/道具模型根据Layout的展示，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”。4贴图材质根据概念设计，对3D模型进行色彩、纹理、质感等的设定工作。5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。6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。7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。4.2.2.3后期制作1分层渲染/合成动画、灯光制作完成后，根据后期需要把各镜头文件分层渲染，提供合成用的图层。2配音配乐由剧本设计需要，根据剧情配上合适背景音乐和各种音效。3剪辑用渲染的各图层影像与音效，剪辑合成最后的影片并输出。在以上过程中，有许多部分是相互交替的，具体步骤如图4-1所示。剧 本场景设计角色设计道具设计分镜脚本道具模型场景模型角色模型角色、道具UV角色表情、角色、道具、场景骨骼设置角色、道具纹理摄像机动画动画测试动画灯光最终渲染特效合 成 剪 辑音 效最终输出图4-1 动画制作流程图第五章 课题详细设计和实现5.1 课题设定5.1.1 剧本故事设计剧本是一种文学形式，是戏剧艺术创作的文本基础，编导与演员根据剧本进行演出。与剧本类似的词汇还包括脚本、剧作等等。它以代言体方式为主，表现故事情节的文学样式。动画剧作属于影视剧作范围，它的理论基础也属于电影剧作的框架之内，但动画剧本创作有着区别于其他剧作的创作规律和思维方式，它更强调剧本创作与“动画”这种特殊形式的完美结合，营造一种富有视觉美感和心灵愉悦的幻想空间。根据课题要求，制作仿真的苏醒的森林场景，剧本设计如下：Stage01：（特写）清晨雾光朦胧，森林由黑暗中苏醒。幽幽草丛中停驻这一只蓝色的蜻蜓，随绿草在微风中拂动（虫鸣鸟叫声起）。（拉远）蜻蜓随风而起，在树丛中飞舞（背景音乐起），最后停驻与树枝上。Stage02：（正面特写）蜻蜓身后的树叶丛中，隐着一只螳螂在慢慢靠近，准备随时扑身而上。Stage03：（侧面近景）螳螂捕食，被蜻蜓侧身逃脱。螳螂立身不稳，从树枝上摔下去，适逢麻雀飞身而上。Stage04：（大远景）麻雀腾飞与森林上空，穿越山林来到溪边，在马头上环绕。正在喝水的马受惊而鸣。Stage05：（远景）野马从山林中奔着草原而来，在眼前腾空而起。5.1.2 角色设定在动画片剧本的创作，角色的形象塑造占有极其重要的位置，电视动画片每集的故事较之一般电视剧来讲要短，情节也相对简单，因此，一步动画片要打动观众不能单单依靠情节，很重要的一方面需要塑造角色的形象，使之具有独特的行为、语言以及鲜明的个性，从而在观众的脑海里留下深刻的印象。根据课题要求及剧本的描述，表现的森林要能给人一种清新朝气的感觉。所以在蜻蜓这第一个角色上，颜色的选择较为艳丽的湖蓝色，而隐于树叶丛中的螳螂则是同背景一样的绿色。艳丽的蓝，清新的绿，交织成为一幅清晨森林苏醒的美丽场景。麻雀的设定，则是根据镜头而定。镜头中几乎同时出现蜻蜓、螳螂和麻雀三者，且都是近景，而树林中，草地上飞翔的都是较小型的鸟类，再有中国的一句俗语“螳螂捕蝉，黄雀在后”，最后设定了小黄雀这一角色。课题在绿色这一大背景下，缺少暖色系的景物，所以马的形象设定为红枣马，深棕色皮毛，与金棕色鬃毛为影片增添一份亮彩。5.1.3 镜头设定镜头像语言一样去表达我们的意思,我们通常可经由摄影机所拍摄出来的画面看出拍摄者的意图，因为可从它拍摄的主题及画面的变化，去感受拍摄者透过镜头所要表达的内容，也就是一般所讲的“镜头语言”。在影像的世界里，虽然和平常讲话的表达方式不同，但目的是一样的，所以说镜头语言没有规律可言，只要用镜头表达作者的意思，不管用何种镜头方式，都可称为镜头语言。5.1.3.1景别的分类根据景距、视角的不同，景别一般分为： 1. 极远景：极端遥远的镜头景观，人物小如蚂蚁。2. 远景：深远的镜头景观，人物在画面中只占有很小位置。广义的远景基于景距的不同，又可分为大远景、远景、小远景三个层次。 3. 大全景：包含整个拍摄主体及周围大环境的画面，通常用来作影视作品的环境介绍，因此被叫做最广的镜头。4. 全景：摄取人物全身或较小场景全貌的影视画面，相当于话剧、歌舞剧场“舞台框”内的景观。在全景中可以看清人物动作和所处的环境。 5. 小全景：演员“顶天立地”，处于比全景小得多，又保持相对完整的规格。6. 中景：俗称“七分像”，指摄取人物小腿以上部分的镜头，或用来拍摄与此相当的场景的镜头，是表演性场面的常用景别。7. 半身景：俗称“半身像”，指从腰部到头的景致，也称为“中近景”。8. 近景：指摄胸部以上的影视画面，有时也用于表现景物的某一局部。9. 特写：指摄像机在很近距离内摄取对象。通常以人体肩部以上的头像为取景参照，突出强调人体的某个局部，或相应的物件细节、景物细节等。 10.大特写：又称“细部特写”，指突出头像的局部，或身体、物体的某一细部，如眉毛、眼睛、枪栓、板机等。5.1.3.2摄像机的拍摄方式摄像机的拍摄方式一般分为：1. 推：即推拍、推镜头，指被摄体不动，由拍摄机器作向前的运动拍摄，取景范围由大变小，分快推、慢推、猛推，与变焦距推拍存在本质的区别。 2. 拉：被摄体不动，由拍摄机器作向后的拉摄运动，取景范围由小变大，也可分为慢拉、快拉、猛拉。 3. 摇：摄像机位置不动，机身依托于三角架上的底盘作上下、左右、旋转等运动，使观众如同站在原地环顾、打量周围的人或事物。 4. 移：又称移动拍摄。从广义说，运动拍摄的各种方式都为移动拍摄。但在通常的意义上，移动拍摄专指把摄像机安放在运载工具上，沿水平面在移动中拍摄对象。移拍与摇拍结合可以形成摇移拍摄方式。5.1.3.3课题中的镜头设定本课题中主要用到特写、近景与远景几种镜头，分别拍摄森林某些角落的细节与部分面貌。五个镜头之间以多种方式交互，避免了单一性，从各个角度表现了森林的活力。制作动画之前，我们需要定下镜头动画，并利用简模设定出三位的Layout，来确定镜头的效果与基本时长，再跟据Layout的展示制作更精细，更具体的模型。镜头一、二和三分别是特写和近景，表现森林的局部细节，镜头四、五则是远景和中景，表现森林这一大背景。镜头的具体时长如表5-1所示。表5-1 镜头时长表镜头编号（场景）起始帧终止帧总帧长Stage01（Scene01）1530531Stage02（Scene02）500600101Stage03（Scene02）601850252Stage04（Scene03）8501130281Stage05（Scene04）11051065.1.4 场景设定动画中的场景即主体所处的环境，包括（内径和外景）和道具（场景中出现的物体）。场景不但是衬托主体、展现内容不可缺少的要素，根式营造气氛、增强节目的艺术效果和感染力、吸引观众注意的有效手段。根据分镜脚本，我将整个课题的场景分成四块，前两块主要表现森林中的细节，包括草地、树木、部分花草及树叶，加上周边背景，以营造自然美丽的勃勃生机。后面两个场景均是远景，有流淌于森林边缘的小溪，与森林衔接的草原，以及穿插与森林的中的山脉和山石等，来烘托大自然奔放的热情与连绵不绝的柔情。5.2课题三维制作5.2.1模型制作多边形建模，即Polygon建模，它是一种非常直观的建模方式。通过控制三维空间中物体的点、线、面来塑造物体的外形。 1.点：建模物体上边与边的交点，是多边形的基本元素构成点。2.线：它是多边形对象上的棱边。3.面：将三个或三个以上的点直接连接起来形成的闭合图形称为面。4.UV坐标系：将二维的纹理图案映射到三维模型的表面上，需要建立三维空间形状的描述体系与二维的纹理体系，将两者建立联系，在描述二维纹理平面的时候，所用的坐标系叫做UV坐标系。模型的建造要求符合动画要求的物体布线的基本规律，并且按照真实的比例进行各部分的塑形，以达到课题要求的仿真效果。5.2.1.1角色模型生物建模除了要注意模型的比例准确之外，还需要进行合理的布线，以确定后期动画绑定能够完成剧本角色要求的动作。为了能够简化建模过程，一般角色模型都只塑造模型的一半。在Maya中，先建立一个最简单的Box ，然后在前视图进行左右对称的划分，删除其中一半后，试用特殊的复制命令（在Edit菜单下的Duplicated Special命令），进行关联的对称复制，如图5-1所示。如此模型的塑造过程就简化了一半。 图5-1 模型的关联复制示意1.蜻蜓蜻蜓的建模是从头图开始塑形，然后使用Maya中的挤压命令（Extrude）慢慢塑造出蜻蜓的肢体和尾部。因为蜻蜓全身都有不规则的凹凸，布线时要注意细节的刻画，尤其在运动关节处需要三根及以上的布线，如图5-2所示。图5-2 蜻蜓尾部细节刻画蜻蜓的翅膀很轻薄，用一个Plane片制作即可。建立一个Plane片，进行曲面划分，形成足够多的曲面，再将其塑成蜻蜓翅膀的形状。蜻蜓的眼睛并不是一个规则的球形，没有直接用Polygon Sphere代替。而是将头部眼睛位置的面用Duplicate Face 命令进行了复制，再挤压成眼球的形状，对其慢慢进行修改，最终定型。蜻蜓最终造型如图5-3所示。图5-3 蜻蜓最终造型2.螳螂螳螂模型的建造过程与蜻蜓基本一致，不同的眼球直接用NURBS Sphere球完成。在螳螂腹部上方的两对翅膀，外面一对较为厚重，成绿色，是靠Extrude命令在身体上挤压而成，但翅膀都是非常薄的，所以需要将下面一层多余的面删掉，从而表现出螳螂真实翅膀的感觉，里面一对同蜻蜓翅膀一样用Plane片制作。腹部的轮廓要突显出来，需要用三条线在此处定型，如图5-4所示。图5-4 螳螂翅膀示意图因为是左右两片关联的模型，并没有合为一体，这时候需要用到Maya里的Combine（合并）命令，然后选中两部分相连接的所有点执行Merge（缝合）命令进行缝合。为了让模型表现看起来更平滑，除了添加布线之外，还要用到Maya的Smooth（光滑）命令，它将曲面在进行一次细分，减小了各个面之间的过渡，使模型不那么粗糙。螳螂的最终造型如图5-5所示。图5-5 螳螂最终造型3.黄雀黄雀因为大多是远景镜头，不必制作过于精细。它分成四部分完成：鸟喙、身体（包括翅膀）、尾羽以及爪子。鸟喙很坚硬，要制作出这种感觉，在嘴角边缘处需要较多较密的布线来定型，表现出鸟喙的尖锐，如图5-6所示。图5-6 鸟喙布线图根据黄雀眼部及嘴部的肌肉运动来看，这两部分的布线都应该是圈线。上下眼皮的中心店并不是轮廓形状的顶点，上眼皮的最高点会偏向内眼角，下眼皮的最低点离外眼角较近，而内眼角和外眼角的相对位置有差异。鸟类的眼睛不仅要观察两侧，还要观测的前方位置，这需要都一定的倾斜度。所以在建模的时候需要先建立内部眼球的模型，定好其角度和位置，然后在头部模型中布出上下眼睑的圈线造型，如图5-7所示。图5-7 黄雀眼部造型黄雀尾部有上下左右的摆动，因此布线规律同眼部是一样的。黄雀尾部长着尾羽，它是由一些Plane平面组合而成。最后是黄雀的爪子，它有四趾，前面三趾与侧旁的一趾能够形成抓握东西的状态，但因为动画中不需要，所以只用简单的塑形就能完成。而双翅呈展开状造型，便于后期骨骼绑定。制作完毕后执行Smooth命令，得到最后的模型，如图5-8所示。图5-8 黄雀最终造型4.野马野马的模型需要塑出马身上的肌肉，因为镜头设定中脸部拍摄较少，所以马头的制作可以稍微简化，但身体部分是由特写镜头的，所以需要制作出大体的肌肉分布，尽量布出四边形，在运动拉伸过程中，肌肉才不容易变形，如图5-9所示。图5-9 野马部分肌肉布线图马蹄部分需要密集的布线塑造其坚硬的形状和关节处得转化。最后用NURBS中的曲线编辑器（EP Curve Tool）绘出多条曲线，表现出马尾的曲线走势，在利用Maya中的Loft命令将其转化为Surface曲面，完成马尾的造型后再将所有的NURBS曲面转化成为Polygon的平面，鬃毛也以同样的方式进行制作。整个模型的布线较密，几乎看不出什么棱角，这里可以使用Soft Edge命令将模型的边软化，这样就可以省去Smooth这部分，节省许多空间。野马的最终造型如图5-10所示。图5-10 野马最终造型5.2.1.2场景模型制作场景很重要的一点就是要注意整体的方位和布局，尤其在制作一个大型场景的时候。本课题场景较大，模型分成了四部分制作 ，每部分场景均由两种方式构成：一种是Polygon建模，与角色建模一样。而另一种则是用Maya自带的笔刷工具在场景中直接绘制，这样绘制出的植物可自带动画，课题中大部分的场景动画都是这样完成的。在Visor（WindowsVisor ）视窗中，可以选择其他的预设笔刷进行绘画。 注意：在2D 空间中绘画的笔刷是不可编辑的。这意味着在绘画后，不可以修改任意的笔划属性来改变笔划的显示。Scene01：在这个场景中主要是拍摄蜻蜓在草丛和树林间飞舞，因此最主要的模型就是花、草、树和地面。首先，地面只需建立一个Plane的平面，并将其细分，然后用Sculpt Geometry Tool（雕刻工具）在平面上绘制出地面凹凸不平的感觉。周围的山体也用同样的方法制作。用于特写镜头的树必须要做出盘根错节和参差不齐的感觉，这其中用到很多挤压命令，而且树干部位凹凸不平的沧桑感制作中，更是要注意线圈的位置，在表示树干夹缝的地方多添几条线强调沟壑的形状。近处的几朵花都是用NURBS建模完成造型后再转化成Polygon模型。最后是草丛，这个模型是用笔刷绘制后，将其拆分成Polygon的曲面，在用挤压命令做出草叶的厚度，最后执行细分命令让草叶平滑。这些完成后，再使用笔刷添置一些较远的树木景观，让画面更丰满。场景一全景如图5-11所示。图5-11 场景一全景展示Scene02：相对于第一个场景来说，第二个场景的制作要容易许多，只需要在场景一的基础上将镜头拍摄不到的部分直接删掉，以减轻程序运行的负担。相应地，为了使内容丰满，需要在场景二中添加适当的景色，如树叶等。场景二模型如图5-12所示。图5-12 场景二部分展示Scene03：第三个场景也是在前两个场景的基础上改制而成，并添加了小溪，它的制作只用了一个简单的Plane片。并添置了一些溪边的景色，主要靠笔刷完成。场景三全景如图5-13所示。图5-13 场景三全景展示Scene04：最后一个场景主要是节点山脉的制作，Maya中包含了许多的2D和3D节点，课题中用到的是Height Field节点。在场景中创建Plane平面，接着在Hypershade滤光器中创建一个Height Field节点，将一个noise纹理节点赋予Height Field作为置换纹理贴图，调整noise属性直到满意为止。然后将noise连接到山脉平面的置换贴图（displacement map），执行Displacement to Polygons，再将noise与新建的黑白ramp节点的白色相连，得到最后的山脉，如图5-13所示。图5-13 场景四部分展示5.2.2灯光材质5.2.2.1灯光在CG工作流程中，灯光是非常重要的一环，通过灯光将场景中所有的元素有机地统一起来呈现给观众，并且起到烘托喜剧气氛，推动剧情等作用。灯光的布置主要包括以下几种：1.主光：这种光生成物体的主要光亮部分，是亮度最强的光，在场景中投射出最深、最清晰的阴影。2.辅助光：这种光使