3D建模在三維動(dòng)畫宣傳片中的應(yīng)用研究

1、3D建模在三維動(dòng)畫宣傳片中的應(yīng)用研究【摘要】近年來信息科技技術(shù)與信息技術(shù)不斷開展，信息技術(shù)形式得到了不斷創(chuàng)新，3D建模這一技術(shù)在各行各業(yè)中都得到了廣泛的使用，這一技術(shù)通過軟件將不同的幾何體剔紅從而完成動(dòng)畫細(xì)節(jié)與形狀的進(jìn)一步加工，提高畫面質(zhì)量。文章主要以某工程為例，探討了3D建模技術(shù)在三維動(dòng)畫宣傳片中的應(yīng)用，分析了3DSMAX 建模軟件使用的關(guān)鍵技術(shù)以及骨架綁定技術(shù)，為從業(yè)者提供一定參考?！娟P(guān)鍵詞】三維建模;三維動(dòng)畫;3DSMAX;OpenGL;建模技術(shù)中圖分類號(hào)：TP391.41;J954文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2457202112-0216-002DOI：10.19694

2、/j ki.issn2095-2457.2021.12.104【Abstract】Inrecentyears，withthedevelopmentofinformationtechnologyandinformationtechnology，theformofinformationtechnologyhasbeenconstantlyinnovated，and3Dmodelingtechnologyhasbeenwidelyusedinallwalksoflife.Thistechnologycompletesthefurtherprocessingofanimationdetailsands

3、hapesthroughsoftware，andimprovesthequalityofthepicture.Takingaprojectasanexample，thispaperdiscussestheapplicationof3Dmodelingtechnologyinthree-dimensionalanimationpropagandafilm，andanalysesthekeytechnologiesandskeletonbindingtechnologyusedin3DSMAXmodelingsoftware，soastoprovidesomereferenceforpractit

4、ioners.【Keywords】Three-dimensionalmodeling;Three-dimensionalanimation;3DSMAX;OpenGL;Modelingtechnology0引言計(jì)算機(jī)硬件與軟件性能不斷提升，外加計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得三維動(dòng)畫得到了越來越廣泛地應(yīng)用，這一技術(shù)從3D游戲走向城市道路橋梁規(guī)劃、文物古跡復(fù)原、建筑表現(xiàn)、電影等多個(gè)行業(yè)，在虛擬動(dòng)畫、演示動(dòng)畫以及過程模擬動(dòng)畫中發(fā)揮著越來越重要的作用。當(dāng)前3D建模過程中，使用最多的軟件是3DSMAX，這一軟件的渲染能力、建模能力都極為強(qiáng)大，但是其缺陷在于交互能力缺乏，采用OpenGL的交互控制技術(shù)

5、那么恰好滿足了這一缺陷，二者之間具有相輔相成的作用1-2。1工程概況2021年3月，晨龍飛機(jī)荊門委托我司制作安琪飛機(jī)的三維動(dòng)畫宣傳片，宣傳片時(shí)長三分鐘，主要用于表達(dá)飛機(jī)的全生命周期管理方式，主要表達(dá)了客戶定義、自動(dòng)下料、制造零件、裝配部件、總裝對(duì)接、整機(jī)噴涂以及客戶效勞七個(gè)方便的效勞。我司既往未接受過該類似工程，因此缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以往積累的樹木、房子等素材無法調(diào)用，一切都需要從零開始。工程最大難點(diǎn)在于搭建模型，需要根據(jù)客戶提供的有限的資料尋找出可用的資料采用3DsMAX搭建出飛機(jī)零件制造、裝配部件等工作車間，建造出不同車間生產(chǎn)設(shè)備的模型，建造出不同機(jī)型的模型，特別是生產(chǎn)車間的機(jī)械手臂是工程的難

6、點(diǎn)之最，其資料最少、數(shù)量最多、難度最大。23DSMAX建模軟件和骨架綁定技術(shù)2.13DSMAX建模軟件2.1.1三維動(dòng)畫角色的設(shè)計(jì)與制作制作三維動(dòng)畫的過程中，首先需要完成建模。三維動(dòng)畫角色的制作與設(shè)計(jì)是3D建模工作中最為重要的局部，幕后制作的過程中，我們不使用動(dòng)作捕捉技術(shù)，而是采用了手繪的方法設(shè)計(jì)出任務(wù)的草圖，之后對(duì)人物的草圖進(jìn)行分析研究，選取最為適宜的建模方法，之后開始建模。人形角色的建模過程中，先采用細(xì)分建模法進(jìn)行建模，也就是先使用最為常見的幾何體將模型的大致外形描繪出來，之后采用對(duì)網(wǎng)格或者多邊形進(jìn)行編輯的方法來細(xì)化模型的細(xì)節(jié)局部，待細(xì)節(jié)處理完畢之后再開始渲染。這一過程中，需要注意的是創(chuàng)作

7、者需要具有較高的藝術(shù)水平來完成三維動(dòng)畫角色的制作與設(shè)計(jì)，否將3D角色創(chuàng)造完畢之后不具有形象、生動(dòng)的感覺，無法打動(dòng)人們的內(nèi)心。采用3D建模創(chuàng)造出來的角色的外觀十分精細(xì)，在動(dòng)態(tài)物理引擎的支持下以及環(huán)境粒子效果的支持下，角色與環(huán)境互動(dòng)、角色的表情與動(dòng)作等都十分逼真，進(jìn)而充分打動(dòng)觀眾的心靈，給他們帶來新穎、震撼的感覺。3D物體中的物體共包括兩種，其一為規(guī)那么的物體，其二為不規(guī)那么的物體，3D軟件中對(duì)物體形態(tài)進(jìn)行描述的過程中，主要是采用某種描述規(guī)那么來描述進(jìn)而展現(xiàn)其原有模樣。兼職之前，需要先將模型結(jié)構(gòu)分析工作做好，建模工作過程中，需要充分想象圖畫，對(duì)幾何體的組成方式做出判斷，之后采用軟件工具大致擺設(shè)出幾

8、何體的大致形狀，加工處理幾何體的細(xì)節(jié)部位，其實(shí)這種思路與繪畫之前先打稿勾畫出大致形狀是一樣的，加工處理完畢后才能升級(jí)畫面。建模初期，需要重視分析結(jié)構(gòu)線條的走向，這一技術(shù)對(duì)三維建模而言十分重要，結(jié)合個(gè)人習(xí)慣完成對(duì)細(xì)節(jié)的描繪，能夠以最快的速度完成刻畫細(xì)節(jié)的工作，但是整合網(wǎng)格的過程中存在一定不便，有時(shí)候可能需要返工。這就要求處理某些陌生對(duì)象時(shí)，要仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)，制作過程中不斷歸納并分析，從而確保建模工作的科學(xué)性。一個(gè)成功的建模師必然具有良好的總結(jié)歸納能力與分析能力，同時(shí)熟練掌握建模技術(shù)也是必不可少的，繪畫的過程中需要對(duì)對(duì)象進(jìn)行認(rèn)真觀察，同住準(zhǔn)確判斷，從而將建模過程變化簡(jiǎn)單的過程，表達(dá)出藝術(shù)的價(jià)值，建模

9、師也得以專心工作，從而為建模質(zhì)量提供保障【3】。2.1.2三維動(dòng)畫廣告3D建模已經(jīng)走向各行各業(yè)，這一技術(shù)正在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用，這一技術(shù)在商業(yè)廣告中發(fā)揮著更為顯著的優(yōu)勢(shì)。三維動(dòng)畫的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，使用這一技術(shù)制作商業(yè)廣告，能將原本較為復(fù)雜的概念、原理以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等采用三維動(dòng)畫的方式清晰、直觀地展現(xiàn)給消費(fèi)者觀看，這種廣告形式更加通俗易懂，因此群眾更加認(rèn)可這一新型廣告。例如，晨龍飛機(jī)的這次宣傳片主要表達(dá)飛機(jī)的全生命周期管理方式，但飛機(jī)制造需要一個(gè)長時(shí)間的周期和空間的制約性等特點(diǎn)，導(dǎo)致無法完整詳細(xì)的直接展示給消費(fèi)者，所以宣傳片就通過客戶定義、自動(dòng)下料、制造零件、裝配部件、總裝對(duì)接、整機(jī)噴

10、涂以及客戶效勞七個(gè)方便的效勞讓消費(fèi)者可以更清楚直接的了解到產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和用途等，從而到達(dá)推銷的目的。從這一案例中我們可以指導(dǎo)，采用三維動(dòng)畫這一形式制作商業(yè)廣告的優(yōu)勢(shì)在于能夠從形式與內(nèi)容方面為消費(fèi)者帶來最為真實(shí)的感受，也能更真實(shí)、更直觀地為消費(fèi)者呈現(xiàn)出產(chǎn)品的相關(guān)信息，消費(fèi)者更容易接受此類廣告進(jìn)而達(dá)成宣傳、促銷的目的【4】。2.1.3三維場(chǎng)景建模的搭建三維動(dòng)畫的制作過程中，三維動(dòng)畫場(chǎng)景的搭建是重中之重，場(chǎng)景設(shè)計(jì)的含義是三維動(dòng)畫中，除了角色造型之外的其它可以隨著時(shí)間的變化而變化的事物的造型設(shè)計(jì)。一個(gè)良好的場(chǎng)景設(shè)計(jì)能渲染并強(qiáng)化主題，有助于提高三維動(dòng)畫的美感，也能將三維動(dòng)畫的渲染效果渲染的更為飽滿。三維動(dòng)

11、畫的場(chǎng)景建模也是一項(xiàng)工作量非常大的工作，其工作量甚至可到達(dá)整個(gè)工作量的70%-80%。以采用虛擬技術(shù)建設(shè)“晨龍飛機(jī)為例，開始建模之前，需要通過對(duì)飛機(jī)的CAD平面、立面和剖面等方式完成對(duì)飛機(jī)大致情況的了解，同時(shí)還要完成相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取;之后，需要將整個(gè)飛機(jī)劃分為假設(shè)干個(gè)不同的區(qū)域，把每個(gè)區(qū)域都單獨(dú)分解出來并進(jìn)行逐個(gè)分析，完成對(duì)區(qū)域內(nèi)主要模型與次要模型的劃分;最后制作每個(gè)區(qū)域的模型，完成區(qū)域組合，將相應(yīng)材質(zhì)與相應(yīng)紋理貼在模型上，最終完成渲染成形【5】。三維動(dòng)畫中的場(chǎng)景設(shè)計(jì)能完成非常多的工作，既可以將不存在于現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景在三維動(dòng)畫中展現(xiàn)出來，也可以將顯示中存在的場(chǎng)景構(gòu)建為虛擬場(chǎng)景中的模型，通過這樣的3

12、D建模技術(shù)制作出來的虛擬校園能夠充分滿足人們?nèi)盀g覽、虛擬漫游以及可視化等諸多要求。2.2骨架綁定技術(shù)工程的另一個(gè)難點(diǎn)在于渲染過程中，機(jī)械手臂動(dòng)畫的渲染問題，以往我們都是使用常規(guī)方法，將機(jī)械臂綁定在Dummy上之后一點(diǎn)點(diǎn)地setkey移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)，但是這一工程中的機(jī)械手臂功能要求高，其關(guān)節(jié)多就像人體一樣，身體旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、前俯后仰的過程中，其手臂也一定會(huì)隨著身體儀器運(yùn)動(dòng)，否那么身體與手臂就分家，但是手動(dòng)之后，手臂卻不會(huì)動(dòng)，如果按照我們以往使用的方法進(jìn)行處理，處理過程中一旦出現(xiàn)少set其中哪怕一個(gè)非常小的關(guān)節(jié)的key，那么這個(gè)機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)，采用常規(guī)方法處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作量極大，

13、還容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，后續(xù)需要修改時(shí)修改難度也極大。對(duì)此我們對(duì)機(jī)械臂的工作原理進(jìn)行了深入的研究，結(jié)合既往關(guān)于綁定骨架bone的經(jīng)驗(yàn)，嘗試將機(jī)械手臂看作一個(gè)有著非常多關(guān)節(jié)的人，采用骨架綁定的方法，由一層層父級(jí)對(duì)子級(jí)進(jìn)行控制，為不同的父級(jí)設(shè)置不同的功能，同時(shí)對(duì)某個(gè)父級(jí)setkey，這個(gè)父級(jí)的子級(jí)也隨之自動(dòng)設(shè)置，這樣的分級(jí)setkey處理方法省時(shí)省力，后續(xù)改動(dòng)時(shí)也只需要將對(duì)應(yīng)父級(jí)進(jìn)行改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)子級(jí)的改動(dòng)。2.3模型描述與OpenGL控制2.3.1通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述模型采用3DSMAX將模型以3DS的格式導(dǎo)出，實(shí)際上具體的設(shè)計(jì)過程中可能使用了其它類型的三維圖形軟件，也可以將其格式儲(chǔ)存為BGJ、WRB等格

14、式，OpenGL均支持此類格式。3DSMAX軟件中制作三維圖形，將其以3DS的格式保存下來之后導(dǎo)出。導(dǎo)出后的文件中包含有法線、紋理、材質(zhì)以及面等內(nèi)容。使用的3DS格式文件從具體構(gòu)成上看來，主要包括相應(yīng)的塊，每個(gè)塊的頭部均存在ID以表示其信息樣式以便于與其它塊相互區(qū)分，從而為尋找下一塊信息創(chuàng)造條件。2.3.2OpenGL對(duì)3DMAX物體數(shù)據(jù)的支持作用OpenGL程序中，可以先轉(zhuǎn)入3DS格式文件并綜合運(yùn)用其中的三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別為多邊形列表、頂點(diǎn)集以及相關(guān)三角形列表。多邊形列表中主要包括相關(guān)數(shù)據(jù)，材質(zhì)包括漫反射顏色、紋理照射以及光照度等，材質(zhì)與三角形之間的關(guān)系是對(duì)應(yīng)的，三角形信息通過三元整數(shù)組來顯

15、示，三角形的頂點(diǎn)就是數(shù)組的位置信息;頂點(diǎn)集是具體頂點(diǎn)與相應(yīng)法向量之間的列表結(jié)合形式，對(duì)多邊形的頂點(diǎn)那么采用采用下標(biāo)方式來表現(xiàn)，形成的圖形樣式就是頂點(diǎn)數(shù)組。相關(guān)三角形列表的大小上與頂點(diǎn)集一致，結(jié)構(gòu)上是鏈表形式，其指向?yàn)槎噙呅螛邮剑簿褪歉鱾€(gè)頂點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。2.3.3OpenGL中的動(dòng)畫控制創(chuàng)立顯示列表glNewList時(shí)，OpenGL主要使用glBegin與glEnd函數(shù)，繪制每一個(gè)面時(shí)，都需要先完成材質(zhì)確實(shí)定，還需要渲染紋理、繪制各個(gè)頂點(diǎn)等，最終取得理想的繪制效果。3結(jié)論文章介紹了3DSMAX這一極為常用的3D建模軟件，同時(shí)介紹了3D建模技術(shù)OpenGL，以三維動(dòng)畫角色的制作與設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫商

16、業(yè)廣告以及三維場(chǎng)景建模設(shè)計(jì)為例，分析了3D建模技術(shù)在制作三維動(dòng)畫中的重要作用。將三維建模技術(shù)運(yùn)用于三維動(dòng)畫角色中的制作，能為三維動(dòng)畫帶來極為逼真的效果;將三維建模技術(shù)運(yùn)用于商業(yè)廣告中，能將原本枯燥無味的商業(yè)廣告帶來仿真性與生動(dòng)性，商業(yè)廣告由此變得真實(shí)、直觀，容易被人們接受;設(shè)計(jì)場(chǎng)景的過程中，采用三維建模技術(shù)能為三維動(dòng)畫帶來更大的美感。建模軟件的開發(fā)與應(yīng)用仍然需要進(jìn)一步的研究，這一軟件的開展趨勢(shì)是更高效率、更高質(zhì)量地模型處理、更人性化的實(shí)時(shí)互動(dòng)以及更簡(jiǎn)便的操作方法，這仍然需要我們不斷開掘與探討?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】梁鈺龍.3D建模在三維動(dòng)畫中的作用研究J.數(shù)字通信世界，202110：85+88.【2