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浅析三维动画绑定技术


2019-09-09


褚冠超

[摘 要]随着社会的发展,影视动画片也随之飞速发展。但是我国动画片与美国等发达国家的动画影片仍然存在着很大的差距。绑定技术思维抽象,技术运用综合性强,方式方法纷杂,本文对绑定技术的原则及形式技巧进行分析,供广大读者参考。

[关键词]三维动画;绑定;技术

中图分类号:G708 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)30-0382-01

前言:骨骼绑定是三维动画制作中的一个环节,具体内容是给已经制作好了的动物,人物,机器的三维模型架设骨骼系统,使之能够按照动画师的意愿活动起来,为动作制作做好铺。垫绑定技术是制作三维角色动画的关键性技术,主要职能是对角色模型进行装配,使动画师可以象操纵木偶一样控制角色和惘节动画,工作方式由前期的感性思维转换为逻辑思维,具体内容涉及空间坐标、层级关系、对象旋转顺序、骨骼动力学、属性控制、表达式与脚本应用等等。

一、三维动画中骨骼的概述

骨骼是实现角色动画最主要的工具,各类主流三维动画软件的骨骼工作原理都大同小异,了解和认识骨骼是绑定的重要一环。骨骼在构成方式和属性调节上有一些特殊的地方。骨骼的本质是关节,关节以层级的方式进行连接就构成了骨骼链。关节是没有形态节点的独立对象,其运动方式与其他对象相同,我们可以把关节理解为运动的枢纽或轴承。

(一)骨骼的方向

关节具有独立的方向属性,调节关节方向并不会影响关节的变换属性。架设骨骼的时候尤其要注意关节的方向,应该根据角色的结构设性关节的方向,关节方向的准确直接影响到绑定的结果,只有正确的关节方向才能得到正确的运动方式。除此之外,应尽扯保持关节链中所有关节方向的相对一致性。绑定出现错误往往都和关节方向有关,是最容易被忽视的地方。

(二)骨骼绑定

一般动画工作者在进行三维动画制作过程中,骨骼绑定的问题一直存在骨骼怎样绑定,用几套骨骼进行绑定的争论;还有的人认为在骨骼绑定中用插件来进行制作会更加容易、省力。但是插件骨骼绑定会给动画片制作带来非常大的局限性,造成动画角色动作机械,没有生命力。在全身的骨骼绑定中我认为胳膊的绑定是最为复杂的,每个人的绑定方法也有所不同。

二、IK与FK

胳膊的绑定分IK、FK两种方式:IK是反向运动学,即根据末端关节(手腕关节)的位置移动来控制其父关节(胳膊关节)的旋转操作;FK是正向运动学,即根据父关节(胳膊关节)的旋转来控制其子关节的位置。角色绑定离不开IK,IK系统有力保证了锚点定位动画的调节,但不是所有的动作调节使用IK都合适呢?以人的胳膊为例,在支撑运动中使用IK,在自由的圆弧运动中需要使用FK。一般的做法是制作两套骨骼:IK与FK骨骼,用来约束蒙皮骨骼,制作动画时根据需要在两套骨骼中切换,只有让IK与FK配合起来才能制作出生动、准确的动画。IK与FK无缝转换要克服两套系统骨骼的位置匹配问题:既进行系统转换时,IK与FK骨骼在位置上是分离的,需要做到在角色下一动作发生时,将空闲骨骼顺利捕捉到当前使用骨骼上,且方向与位置完全一致。解决这个问题通常需要单独的脚本控制。

具体在动画调节时,在三套骨骼上做两套系统,然后依附于原始骨骼上,通过原始骨骼的控制器来切换两种动力系统,会更加稳定。当FK调节到一个合适的位置时如果想切换到IK则会回到初始状态,一般的调节方法是用SetDriven Key来跟随FK做关键帧,这给后期的动画调节带来很大的工作量。将IK和FK形成无缝切换,才能使动画师在调整动作时更加顺畅生动。这种切换方式虽然前期准备设置阶段较为复杂,但是会相对稳定,可调节性很强。

三、手动骨骼绑定与插件骨骼绑定

(一)手动绑定的优势

通常动画片中角色的表演需要夸张,才能显出动画这一艺术形式的幽默性和视觉张力,这就要求动画师在绑定的时候要做到全面的考虑,为后面动画师的工作做好铺垫。例如在动画片《猫和老鼠》中(见图1)。《猫和老鼠》中夸张动作表演为观众留下了比较深刻的印象,如身体的拉伸性、夸张的表情对于图1所示的两种情况,使用手动骨骼绑定就非常合适。

(二)骨骼插件绑定中的问题

现在越来越多的动画师在角色的骨骼绑定时,会利用插件来对角色进行绑定。这看起来使骨骼绑定很快。在我的动画短片创作过程中也尝试过用插件来绑定,通过制作的深入,发现几个比较严重的问题,动画师调试动作中受制于骨豁绑定系统,这也是现在很多动画片看起来动作比较僵硬的一个原因。这款插件主要问题有如下几个方面。

(1)插件的骨骼绑定K、FK切换不能做无缝切换的MALL语言,因为它的三套胳膊骨骼是基于一套手部骨骼系统,导致为它们写MALL语言时会出现错误。如果不用MALL语言就不能达到真正的无缝切换,两种系统切换时就会回到原始坐标点,无形中给动画师在动画调节中增加了很大的工作量。

(2)插件绑定的骨骼没有全身的拉伸乘除节点,也没有跟随控制器的设计,不能做夸张的拉伸性动作调试,所以一些特殊的动作就不能完全展现出来。综合这几方面的因素,我觉得根据个人角色的不同和



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