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新三維動畫概論

                                               發布時間:2011-8-14 11:01:57 【 字體: 】 【共閱2420次】

三維動畫概論
第一講
       就在幾年以前,我們還只能從中央視臺看到少量的電腦動畫鏡頭,因為當時的制作成本高,難度大。早先的計算機動畫系統的價格要花成百上千萬資金,而后在桌面工作站上制作動畫成本大大降低,到了今天,電腦的功能愈來愈強大,以至我們不僅可以看到地方電視臺的欄目包裝及廣告中充滿電腦動畫特技,更有不少電腦愛好者在自己的個人電腦上玩起了動畫制作。
       在各類動畫當中,最有魅力并動用最廣的當屬三維動畫。二維動畫可以看成三維動畫的一個分支,它的制作難度及對電腦性能的要求都遠遠低于三維動畫。過去制作三維動畫需要程序員的維護和操作,如今,計算機價格在不斷降低,性能則在不斷的增強,三維動畫軟件,則是功能愈來愈強大,操作起來也是愈來愈容易,這使得三維有更廣泛的運用。假如你喜歡訪問個人主頁,會很容易看到一些簡單的三維動畫,制作人也許剛剛學會用電腦,就急于顯示自己的動畫才能,畢竟我們的世界是立體的,只有三維才讓我們感到更真實。
制作三維動畫的步驟:
       制作三維動畫是一個涉及范圍很廣的話題,從某種角度來說,三維動畫的創作有點類似于雕刻,攝影、布景設計及舞臺燈光的使用,你可以在三維環境中控制各種組合。光線和三維對象,他們總是聽候你的調遣,你需要的除基本技能外,還要有更多的創造力。作為專業級的作品至少要經過三步:造型、動畫和繪圖。
第二講
       Infini-D 是用于制作3D動畫的高級工具。它把真實的自然的動畫融化在專業動畫特效中。所有高質量的特殊動畫和輸出效果,都可以在一個集成化、直觀化的環境中完成。此外,它還具有自動加速顯示,強勁的批處理顯示隊列,并且支持在Internet上的MetaStream技術。Infini-D支持3-D模組與動畫的 Real Time Geometry的技術,可最佳化模型中多邊形的數目而不用犧牲結構的完整性?;ザ緣腄-over-video的功能允許使用者預覽制作的動畫,不再需要預覽測試。分子系統可完整控制分子的生命周期與碰撞。這款軟件包括質量燈光、變形工具、新的掃描計算方式、攝影機與燈光的即時控制。
造型就是利用三維軟件在電腦上創造三維形體。一般來說,先要繪出基本的幾何形體,再將它們變成需要的形狀,然后通過不同的方法將它們組合在一起,從而建立復雜的形體。另一種常用的造型技術是先創造出二維輪廓,再將其拓展到三維空間?;褂幸恢旨際踅兇齜叛際?,就是先創造出一系列二維輪廓,用來定義形體的骨架,再將幾何表面附于其上,從而創造出立體圖形。由于造型有一定難度,工作量又大,因此,我們可以在市場上找到包羅萬象的三維造型庫,從自然界的小動物到宇宙飛船,應有盡有,直接調用它們可提高工作效率,也可為經驗不足的新手提供方便。
動畫就是使各種造型運動起來,由于電腦有非常強的運算能力,制作人員所要做的是定義關鍵幀,中間幀交給計算機去完成,這就使人們可做出與現實世界非常一致的動畫,如我們看見好萊塢大片,很多鏡頭是用電腦合成,我們卻無法分辨,不像傳統的動畫片,由于是手工繪制,幀與幀之間沒有過渡,我們看到的是畫面不斷跳躍的卡通片。
第三講
       繪圖包括貼圖和光線控制,當我們完成這一切要給動畫上色時,會發現電腦的性能對制作三維動畫有多么重要,動畫一秒鐘大約為30幀,合成一?。ň褪且桓齷媯┛贍苡眉該?,也可能要幾十分鐘,性能不佳的電腦將無法工作。
制作三維動畫需要大量時間,為了獲得更高的效率,通常將一個項目分為幾個部分,特別對于那些投資巨大的制作。這就使分工協助顯得非常重要,很少見到一個象樣的三維動畫由一位設計者獨立完成。
PC機上動畫
       十幾年以前,要做電腦動畫離不開圖形工作站,然后Mac機的加入使電腦動畫的影響力逐步擴大,近年來PC機在速度及存儲量上都有顯著的提高,已經在和傳統上做動畫的圖形工作站及Mac機一爭高低,這時電腦動畫才真正流行起來。不過,圖形工作站的性能比起PC電腦還是優越很多,由于工作站通常比臺式電腦貴十倍左右,所以國內一般電腦制作公司多配置性能較好的PC或Mac電腦,個人用戶幾乎都在使用PC機,實際上,PC與Mac 之間的性能差距已越來越小,而PC機的價格優勢仍很明顯,因此用PC機做電腦動畫必然成為主流。
第四講
       用電腦制作的動畫一般都很大,即使壓縮成VCD或DVD也包含巨大的數據量,通常我們把這類動畫稱為數字電影,并將其儲存在光盤上。近年因特網發展迅猛,枯燥無味的靜態頁面很難再引起人門的興趣,制作人員希望能使用引人入勝的動態效果來吸引用戶的注意,由于網絡帶寬的限制,在主頁上放置過大的動畫文件是不現實的。在這種背景下網頁動畫孕育而生并迅猛發展起來,先后產生了Java、Shockwave、SureStream、MetaStream 等網上動畫技術。Java腳本能夠將一個Applet(小程序)加在網頁上,這樣就能夠根據需要畫出圖形,甚至加載事先做好的動畫;
       Shockwave技術的運用可以實現在Internet上的交互多媒體;利用SureStream可在Internet上實現音頻及視頻的回放,而無須顧及帶寬;而MetaStream則是網上三維的新標準,通過它可以在Internet上呈現精彩的3D世界。為了觀看后三種動畫,需要在本地下載安裝插件(Plug-in),當然這并不困難,因為在瀏覽包含這幾類動畫的網頁時,電腦會提醒你,只要點OK,就會自動從網上下載這些插件并自動安裝到你的電腦上。
隨著Internet迅猛發展,我們生活中數字信息的數量正在急劇增加,質量上也將大大地改善。動畫特別是三維動畫被當作一種最佳的信息的包裝方式,CD-R中的三維游戲也非常熱門。無疑,三維技術能使人耳目一新。給人最好的視覺感受是所有信息傳播者共同的追求,因而三維動畫必將更多的出現在相關媒體特別是Internet上,三維制作軟件也將朝著功能更強,使用更容易,更具交互性等方向發展。未來,我們將生活在信息的海洋,而三維動畫將是一道隨處可見的風景。
第五講
軟件集錦
       在各種動畫軟件中,三維創作軟件所占的比重最大,相信看過三維動畫的人,都會被那迷人的動畫世界所吸引,希望有一天也可以遨游在想象的空間中,創造出屬于自己的動畫。隨著電腦科技的日新月異,各個軟件公司不斷推出新版本的軟件,將使電腦動畫技術更加普及,下面我就較為流行的動畫軟件作個介紹。
一、SoftImage公司(已被Microsoft收購)的SoftImage最初是一款歷史悠久、功能強大的工作站上應用的三維造型、繪圖、動畫軟件,它尤其擅長于動畫制作,能夠實現許多令人驚異的效果,大量的動畫輔助工具使SoftImage制作的作品栩栩如生,它的代表作之一就是《侏羅紀公園》里的恐龍,相信看過這部電影的朋友一定會有印象。SoftImage以其卓越的性能,更成為游戲開發者鐘愛的工具。近年Microsoft將SoftImage移植到Windows NT上,使其SoftImage影響力進一步擴展。
二、Lightwave 3D起初是NewTek公司為Amiga平臺設計的一款三維軟件。現在已能工作在Windows平臺。該軟件能夠實現粒子動畫、不同類型的圖象映射和圖象融合效果——也就是說一種效果能夠融入另一種效果之中。
三、Pixar公司的Renderman是一款可編程的三維創作軟件,它在三維電影的制作中取得了重大成功,《玩具總動員》中的三維造型全部是由Renderman繪制的。
四、Alias/Wavefront公司編制了大量的用于工作站的三維創作軟件,在專業三維制作領域占有明顯的優勢,如今為適應飛速發展的PC電腦,Alias/Wavefront 公司又推出了適用于Windows NT工作環境下的Maya,是一個功能強大的三維軟件,相信看過《星際戰隊》的朋友會感受到Maya強大的功能。目前最新版為Maya7,我們來看看Maya的一些特性;
采用節點框架,可即時修改和描述動畫并能記憶制作動程。
提供關鍵幀和程序動畫的制作工具,可以迅速而容易設定驅動鍵,提高工作效率。
用MEL代替傳統的Keyframing創造復雜動畫,可復合多層動畫路徑成單一結果,并以簡單曲線操控由Motion Capture產生的密集曲線。
提供理想的肌肉,皮膚和衣服動畫制作工具,同時可生成自然景觀。
支持復雜的動態互動功能。
在建造模型方面:提供完整的NURBS及Polygon制作模型工具、變形工具箱、編織曲面。
上色方面:選擇式光跡追蹤法、模擬各種透鏡、燈光效果,如閃光、云霧、逆光、昡光等。
Maya給三維設計者提供了優秀的制作工具來表達無比的創意。


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 第六講
五、Autodesk不僅有享譽全球的Autocad,也產生了著名的三維動畫制作工具3D Studio MAX及換代產品3DS MAX,另有Animate Pro為著名的平面動畫制作軟件。3D Studio,在古老的DOS時代就非常非常流行,現在國內仍有很多專業人員用它做建筑效果圖。其最新版本3D Studio 8對性能不高的電腦應是最佳的選擇。隨著視窗操作系統的流行,Autodesk公司推出了3D Studio MAX,由于它是在WindowsNT下運行(3D Studio MAX2 可運行于Windows98),并且性能遠超過3D Studio,因而迅速成為國內的主流產品。下面就3D Studio MAX做個介紹。
隨著制作設計工作的不斷復雜與龐大,在PC平臺上進行專業建模及三維動畫制作群體將更多地強調集體的協作,3D Studio MAX三維動畫制作軟件在整體協作工作流程方面作了很多改進,新增加的功能包括:
方便易用的外部參考,調用external references腳本語言和scripting 腳本宏記錄macro-recording、可定制的工作環境GUI、完全重新設計的渲染器及針對下一代三維游戲而設計的一些功能等。
界面新添圖解視圖,通過新的圖表面板和右擊快捷選單可以快速地訪問各個工具。命令可以按圖標的方式顯示在工具欄中,也可以按原來的方式顯示文字按鈕。用戶可以通過創建自己的工具和工具欄來重新安排用戶界面元素,被重新安排的界面還增加了圖解視圖,從而很容易地觀察視圖中所有對象的組織結構和層級及參考關系。
  Xrefs可作宏觀控制,Xrefs是外部參考文件,它允許多個動畫師和建模師同時在一個場景中工作,而不相互影響。它既可參考整個場景又可參考部分對象,并隨著參考對象的改變隨時變化,從根本上解決了原物整體協作工作的諸多不便。
增強了建模了功能:3D Studio MAX在可編輯網格和編輯網格(Editable Mesh)方面作了大量改進,用戶可直接在網格體上任何位置增加網格線,可對所選面進行拉伸和倒角操作,通過各種變形將簡單的幾何體創建成復雜的模型對象,將任何非網格對象附加到Editable Mesh上。新增的Auto-Grid 可基于表面法線在任何表面上創建臨時柵格,并在此柵格上創建對象。
擴展了著色方式:3DS MAX在材質編輯器中增加了許多新的著色方式,為了適應這個變化,用戶界面也作了適當的安排。擴展的著色方式可以直接給材質編輯器界面插入新的明暗模式,同時每個明暗模式有它自己的貼圖類型。材質編輯器中還有多種復合材質特性,如:Composite材質,可復合十種材料;Morpher材質,結合Morpher編輯器,對材質進行變形;Shellac 材質,可疊加不同的材質。
實時交互渲染的特色:用戶在渲染的時候可以選擇3DS提供的反走樣過濾器,在渲染過程可以產生類似的特效,以前只能使用應用鏡頭閃光、發光、顏色平衡、對比、增亮和模糊等操作,現在可以在渲染的過程中交互地調整它們。這些參數也可以設置動畫,該選項對計算機生成的圖形與存在的影片鏡頭混合非常有用,可以比以前更方便地瀏覽正確的路徑。
另外在功能性和易用性方面的改進還體現在增加了許多非常大的改進。由于3D Studio MAX功能強大,并較好的適應了國內PC機用戶眾多的特點,被廣泛運用于三維動畫設計、影視廣告設計、室內外裝飾設計等領域,業內有句話:只有你想不到的,沒有3DSMAX做不到的。也就是說,用3DSMAX搞三維創作,最大的局限便是作者本身的能力。
第七講
六、Macromedia 是全球多媒體業界的領導者,最出色的多媒體光盤大多是用Director及Authorware開發的。在Internet迅速流行的今天,Macromedia又成功的將其強大的多媒體技術移植到網站建設上,開發出系列網上多媒體制作工具。下面我將介紹Macromedia的Extreme 3D、Director及Flash。
  Extreme 3D提供完整3D動畫制作環境,由一開始的3D模型建立到動畫的控制與調整,至最后著色(Render)得到 3D 成品,可以一氣呵成。Extreme 3D 符合人性化界面的設計環境,所以常被運用于美術設計,多媒體制作以及合成3D動畫。Extreme 3D有淺顯易懂的操作界面和使用方式,特別是與Macromedia 的一系列影響巨大的多媒體產品,如FreeHand,Director和Authorware做完美的組合,使制作人員更易上手,應用領域得以不斷延伸。Extreme 3D 有 Windows 與Macintosh兩個版本,在這兩個平臺上有著完全相同的操作環境與文件格式,並允許具透明特性的文件交換運作在兩個平臺間,同時為了提高至最大的網絡效能,即使在Windows和Macintosh混合的平臺環境中,亦能執行分配上色(distributed rendering)的能力,因此Extreme 3D成為一個真正的跨平臺的軟件,這是很多三維軟件所不具有的功能。
  Director在光碟動畫的創作及多媒體編輯應用方面始終居領導地位,有Windows版和Macintosh版,最早的Director是平面動畫制作軟件,而后逐漸發展成具有強大的媒體編輯,動畫制作及交互控制功能的多媒體軟件,廣泛的運用于專業的企業簡報;娛樂性與教育性光碟;商品展示……等,運用Shockwave技術可創作引人注目的網頁。目前最新版本為Director 7。Director本身具有很強的二維動畫創作能力,你可以利用一些技巧產生一些三維視覺效果,也可以通過導入三維電影或三維圖片組來產生真正的三維動畫。另外,我們可利用Director的Xtra功能,將一些制作三維的外部程序嵌入Director中,如使用QD3D Xtra系統擴展,可以在Director演員表中加入全交互的三維對象。
  Macromedia 推出了Flash5,Flash是目前制作網絡交互動畫的最優秀工具:它支持動畫、聲音以及交互功能,具有強大的多媒體編輯能力,并可直接生成主頁代碼。Flash通過使用矢量圖形和流式播放技術克服了目前網絡傳輸速度慢的缺點?;謔噶客夾蔚腇lash動畫尺寸可以隨意調整縮放,而不會影響圖形文件的大小和質量,并且只要用少量向量數據就可以描述一個復雜的對象,占用的存儲空間只是位圖的幾千分之一,非常適合在網絡上使用。流式技術允許用戶在動畫文件全部下載完之前播放已下載的部分。Flash提供透明技術和物體變形技術使創建復雜的動畫更加容易,為Web動畫設計者的豐富想象提供了實現手段。交互設計可隨心所欲地控制動畫,賦予用戶更多的主動權;優化的界面設計和強大的工具使Flash更簡單實用。Flash也可制作出色的三維動畫,如果你經常上網就會注意到這類動畫,但要做好三維動畫更需要設計者的創造力,由于Flash本身沒有三維建模功能,為了做出更好的三維效果,可在Adobe Dimensions 3.0中創建三維動畫,再將其導入Flash中合成。用Flash制作的動畫非常小,一張普通軟盤通??勺叭氪蟀訓腇lash動畫,這與我們用其它軟件做的動畫需放入光盤形成強烈的對比,這正是Flash迅速流行的重要原因。要觀看Flash制作的網上動畫,需要在瀏覽器中安裝插件。
第八講
七、Metacreations 擁有許多非常著名的工具軟件,其應用遍布平面廣告制作、多媒體制作、二維、三維視頻處理、Web制作等領域。下面我將分別介Metacreations的Poser,Bryce,Carrara,Infini-D。
  Poser 是一個3D人物動畫和模型設計工具,它能使用戶在最短的時間內,建立效果驚人的電影,圖像和各種姿勢的3D造型。利用制作好的模型,可以生成用于Web的電影和2D圖片,打印件和視頻文件。Poser帶有非常多的庫,比如,頭發、臉部表情、手部動作都有細部的描述。外形適配使每件衣物都好像是貼身制作的一般。Poser造型可以通過彎曲、拉申、擠壓被改造。用戶可以生成morph目標物體或者動畫磁性變換生成反彈效果。Wave(波動變換):可以在表面產生波動。Turbulence(急速運動):生成諸如飛濺或者爆炸效果。先進的材質控制:在Poser材質中整合了透明和反射特性,可以附著于整個的身體或者單獨的身體部分上。Poser中增加了新的光照形式,固定的三盞球形光源,并在一個場景之中增加燈光的數量是沒有限制的,使用一個〝point at〞功能,燈光可以追蹤一個物體或者一個造型的動態。
  Bryce是創建三維場景的最佳工具,不論是專業創作人員或業余愛好者,Bryce4會讓你沉浸于3D影像編輯的樂趣之中。新的動畫控制允許將天空、海洋、山峰、巖石及建筑物等等你可以想到的東西導入的3D模組制作成動畫,并可以對其進行細微的編輯,如山峰的高度、陡峭的程度等。你可以用旋轉、曲線或飛躍等指令模擬攝影機的動作,並可編輯或儲存這些動作的路徑以便將來作為導入或導出之用。除了將制作好的三維以圖片及動畫的方式發布外,你還可將其輸出成MetaStream的格式在網上發布。
  Canoma是一個能將二維平面照片迅速變成三維模型的制作工具。Canoma提供完整的三維建模、投影場景、動畫、著色、特效解決方案。面向專業三維設計者,Canoma的開放體系允許用戶通過外掛插件自定義包來實現無限自由的創造。Canoma能夠載入并編輯有材質和動畫的標準3D文件。Canoma優化帶來高速性能,支持高速的著色并且支持Open GL,Canoma針對Web、多媒體和打印領域建立高質量的3D輸出。通過簡單輕松的工作流程、故事板、輸出成為MetaStream、開放的文件格式允許用戶在Internet上流式傳送3D,為Web世界增添動人畫面。
  Infini-D是用于制作3D動畫的高級工具。它把真實的自然的動畫融化在專業動畫特效中。所有高質量的特殊動畫和輸出效果,都可以在一個集成化、直觀化的環境中完成。此外,它還具有自動加速顯示,強勁的批處理顯示隊列,并且支持在Internet上的MetaStream技術。Infini-D支持3-D模組與動畫的 Real Time Geometry的技術,可最佳化模型中多邊形的數目而不用犧牲結構的完整性?;ザ緣腄-over-video的功能允許使用者預覽制作的動畫,不再需要預覽測試。分子系統可完整控制分子的生命周期與碰撞。這款軟件包括質量燈光,變形工具,新的掃描計算方式,攝影機與燈光的即時控制。
八、當前,在動畫家族中產生了一批非主流軟件,其特點是:操作簡便,并預設好了多種動畫效果,因而深受非專業人士的歡迎。如Ulead Cool 3D(一天之內可學會)和Xara 3D(一小時差不多會用)就可非常容易的產生三維文字動畫,甚至有燃燒和爆炸效果。Ulead Cool 360則像它的名字一樣,可將幾張平面圖拼成可旋轉360度的三維模型。Ulead GIF Animator可做出各種網上流行的gif動畫,并能實現gif,avi及圖片組之間的相互轉化。這類軟件群眾基礎好,并且一般可從網上免費下載試用,因而能迅速傳播。隨著個人主頁的不斷增多,越來越多的網頁制作者會用這類軟件裝修自己的Web門面。

 

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