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浅析三维动画发展应用及动画制作Maya技术

专 业 名 称： 信息管理与信息系统专业
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摘 要
随着三维动画的迅速发展，整个世界都掀起了三维动画的热潮，中国也不例外。它已经渗透到人们生活的许多方面，比如说动画业、广告业和电影业。经常可以看到三维动画的出现。人们对物质文化需求越来越高，而三维动画是计算机图形学和艺术相结合的产物，从而给人们提供了一个充分展示自我想象力和艺术才能并满足人们休闲娱乐的数字科技。Maya是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，是当前三维动画业所关注的焦点之一，掌握了Maya这种新一代全新架构的动画软件会极大地提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画，渲染真实效果。Maya的两项关键技术建模与贴图。作为动画设计的佼佼者，以其强大的优势傲视群雄，其制作优势以及新技术的不断推出让更多的动画设计师所青睐。
关键词： 三维动画；Maya；动漫
Abstract
with the rapid development of the three dimensional animation, the whole world is raised a hot wave of 3 d animation, China is no exception. It has penetrated into many aspects of people's life, such as the animation industry, the advertising industry and the film industry. Often can see the emergence of 3 d animation. People's growing material and cultural needs more and more high, and the three dimensional animation is a combination of computer graphics and art, which provides people with a full display self imagination and artistic talent and meet people leisure entertainment digital technology Maya is the world's top three dimensional animation software, the application object is a professional film and television advertising, character animation, film special effects, etc., is the focus of the current 3 d animation industry, one of the mastery of the new generation of new architecture animation software Maya this will greatly improve production efficiency and quality, adjusting the simulation character animation, rendering the real effect. Maya two key technologies of the modeling and texturing. As animation design, with its powerful advantages the standings, make its advantages as well as new technology continuously introduce more animation designer.
Keywords: The three dimensional animation；Maya；anime

1 绪论
1.1论文研究背景与意义
在各类动画当中，最有魅力并动用最广的当属三维动画。二维动画可以看成三维动画的一个分支，三维动画软件功能愈来愈强大，操作起来也是愈来愈容易，这使得三维有更广泛的运用，毕竟我们的世界是立体的，只有三维才让我们感到更真实。
今天，电脑的功能愈来愈强大，以至我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技，更有不少电脑爱好者在自已的个人电脑上玩起了动画制作。
现今三维动画的运用可以说无处不在，网页、建筑效果图、建筑浏览、影视片头、MTV、电视栏目、电影、科研、电脑游戏等。
无论是影视特效制作还是动漫产业都是由专业人员利用电脑软件完成的，当今主流的制作软件是Maya，它在此领域中几乎形成了垄断地位。
Maya的诞生确实是一个新纪元，以往人们更多地使用3D MAX，这个软件也不错，只是它更多的效果制作依赖于外部插件．虽然Maya制作一个项目比3D MAX花更多时间和步骤，但在生成图像上比用3D MAX生成的图像具有更多的细节。
Alias／Wavefront推出的Maya可以说是当前三维动画业所关注的焦点之一．它是新一代的具有全新架构的动画软件。从Maya这个古老而又神秘的名字就可以看出，这个软件蕴涵着巨大的能量。
2三维动画艺术发展应用
2.1 三维动画艺术的概述
三维动画又称3D动画,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影视艺术。全电脑三维动画主要是指完全由计算机生成的三维动画,它通过三维动画软件首先建立一个虚拟的三维世界,设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现对象的形状、尺寸、位置建立模型,并对物体赋予颜色、肌理和材质,设置光源,然后根据要求设定模型的运动轨迹,最后通过模拟的摄像机镜头全方位的运动、漫游,输出生成最后的动态画面。简单来说,就是利用计算机进行动画的设计、创作与制作,产生真实的立体场景与动画[1]。
2.2 三维动画的发展史
三维动画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的独立新型的艺术形式。到目前为止，大概分为3个阶段：
第一阶段大概在1995年至2000年之间，这是三维动画的起步以及初步发展时期。在这一阶段，迪斯尼在三维动画影片市场占着行业领导的角色。
2001年至2003年为第二阶段，此阶段是三维动画的迅猛发展时期。在这一阶段，三维动画从“一个人的游戏”变成了皮克斯和梦工场的“两个人的撕咬”：你（梦工场）有怪物史瑞克，我（皮克斯）就开一家怪物公司；你（皮克斯）搞海底总动员，我梦工场）就发动鲨鱼黑帮。
从04年开始，三维动画影片步入其发展的第三阶段—全盛时期。在这一阶段，三维动画将演变成“多个人的游戏”：华纳兄弟电影公司推出圣诞气氛浓厚的《极地快车》；曾经成功推出《冰河世纪》的福克斯再次携手在三维动画领域与皮克斯、梦工场的PDI齐名的蓝天工作室，为人们带来《冰河世纪2》，而迪斯尼也将推出第一部独立制作的三维动画影片《小鸡》【2】。
2.3三维动画在影视制作中的应用
三维动画从制作流程上来看,属于影视后期制作的范畴。三维艺术创作主要应用在电影、电视节目的特技效果的后期制作中,可以说三维动画是影视后期制作的重要核心组成部分。三维艺术使特技制作有了更多的艺术表现手段,传统特技用化妆、机械模型等来模拟需要的形象,现在很多时候已采用三维动画来完成。从三维动画的效果来看,三维动画为影视后期合成提供了非常丰富的素材,其强大的功能可以逼真地模拟现实世界中的各类事物,让更多虚拟的元素进入作品,能轻松完成现实拍摄和制作中无法做到的工作,其超炫的特效为影视作品带来华美的包装,三维动画可大大节约节目制作成本,特别是大场面的模拟效果,如电影《赤壁》中火烧赤壁的场面[3]。
2.4 中国三维动画在其他行业的应用
三维动画在广告的设计、研究、包装和宣传方面有着重要的作用,使广告更具艺术性和欣赏性;音乐MTV是当今一种重要的音乐媒体,而后期的三维动画艺术设计使MTV更加唯美三维动画是艺术家表现艺术的新工具,可以表现出立体的、极具抽象的甚至荒诞离奇的艺术形象;电脑游戏在娱乐业中占据着巨大的市场份额,当电脑游戏引进大量的三维动画艺术时,其真实性和欣赏性大大加强,从而吸引更多客户;在装潢设计领域,三维动画可以使绘制的效果图和模型更加直观、精确,还可借助三维手段进入建筑物内部观察,全方位进行了解;在机械制造业,利用三维动画设计可以模拟新产品的运行,及时做出修正[4]。
3 Maya设计的优势
3.3.1 Maya概述
21世纪是信息革命的时代，也是文化艺术创新的时代。随着高科技数字影视编辑系统的不断发展，动态影视、动态图像及网络互动图形设计在影视广告、MTV 、电视片头乃至电影特技中的运用越来越频繁。与传统的静态图形为主的视觉传达设计相比，动画设计更满足人们寻求动、静、变，丰富视觉感官的多种要求。而Maya作为动画产业的主要软件工具之一，凭借其强大的动画创作功能，正在改变动画的历史面目[5-6]。
3.2角色动画的形象突破
Maya 在动画设计中凭借其表情的数字化技术，能达到栩栩如生的角色动画。例如在《魔比斯环》中，三维人物真实的表情、细微的人物心理刻画、以及灵活的人物动作都是 Maya 的功劳。在 Maya 所提供的直观工作环境中，可以把微妙的表情赋予数字角色，就好象是在执导一批真正的演员，可以把多种内嵌行为或高级控制加入到每一次的数字创作中，从而达到理想绚丽的动画效果[7]。
Maya的优势具有不可替代性，与3D MAX相比较，Maya的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，渲染真实感极强，能极大地提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画；其次Maya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[8]。
3.3强大的粒子系统和动力学的应用
粒子系统已经成为当今动画软件的重要组成部分，它的丰富程度也就成为动画软件功能强弱的集中体现。Maya有着非常强大的粒子系统，它拥有许多完备的参数设置，而且现在我们还可以任意地根据建模的形状定义粒子的形态，这样很大程度上增强了粒子系统的灵活性和艺术表现力，而这在以前的三维软件里是不可能做到的。
例如：小溪缓缓流下高山……，原子弹模拟爆炸……，遨游太空行走……，Maya 为实现上述种种效果提供了一个丰富的工具库，使得动画师可以简便地设置模型或粒子关系，来精确地模拟真实世界中存在的一些作用力（如摩擦、重力和风），而这在过去用二维Flash软件要花上几个小时的时间用关键帧方法才能实现。
又如用动力学做一个打高尔夫球的动画：先建一个高尔夫球的场景（有高尔夫球、球杆、球洞及地面）；然后定义球及球杆都是主动刚体，地面是被动刚体；同时定义球和地面发生碰撞；接着给球加一个拉力，给整个场景加一个重力，这时球受拉力的影响打向球洞，而这些球在受到一个外来力之后，Maya 会自动算出它们倒下的姿势和地面发生碰撞后的结果（球形态不一定躺在地面上）。而这一切都不用关键帧，而是通过动力学 Maya 能自动算出结果。和真实世界一样，在这个动画里，可以通过设定高尔夫球碰撞时的速度、角度和旋转来实现击球。
3.4 Maya的高级应用
Maya Artisan：Maya 中有一个 Artisan 工具，运用它能随意雕刻 NURBS 面，从而生成各式各样繁复的形象，如果有数字化的输入设备如数字笔，就更能随心所欲地制作出各种复杂的模型。
Maya Artisan 为动画师提供了创造性的控制方式和直观的现代画笔来修改模型，实现选择控制点或指定簇的权重等。采用 Artisan，我们甚至可以为柔体的不同部位“画上”不同的目标权重，或在 NURBS曲面上“画出”粒子发生器。我们可以像捏橡皮泥般地捏出一个造型，Maya Artisan 让艺术家们觉得原来计算机也这么友好，这么方便。
Maya F/X 以及相关的粒子插件运用：火苗升腾起的烟雾渐渐变成一个妖怪……泥地中的一串脚印……火海……喷气引擎尾气……曾几何时，要想惟妙惟肖地生成以上这些效果是那么的艰难，而现在有了 Maya F/X，我们可以简便地生成灵活的软性物体和复杂的粒子系统，使其与真实世界的物理运动相一致，并与场景中其它模型协调综合作用，达到出乎意料的动画效果。
Maya power Modeler：Maya power Modeler 是 Maya 人物建模工具的完美补充。它为动画师们提供了在设计真实世界机械装置时所必须的精确度，使得我们所要求的每个精确数值（如某个转角的半径）都不差分毫，动画师可借助Maya power Modeler 工具精确地完成动画制作过程中的细节计算和微调[9]。
3.5开创性的制作工具
Maya 作为强大的动画设计工具，有着很多独立的动画设计工具，这些工具让动画更加栩栩如生、人物形象更加逼真。
Maya 中 Maya Cloth 是一种布料模拟和仿真的软件工具。三维动画师可以利用它创建真实生动的布料。比如为动画中的三维形象制作各种上衣、裙子、裤子、飘带、披肩等布制或其它材料制作的柔性饰物。还可以应用动力学系统对布料对象的动态动作进行模拟和仿真，制作出现实世界中布制物品的运动效果。以前我们不得不面对这种令人尴尬的现实：给心爱的角色千篇一律地套上生硬无比的“铁衣钢裤子”，但现在我们可以借助 Maya Cloth 为心爱的角色独自制作衣服。
Fur 是 Maya8.5 版本的一个组件，利用 Fur 可以在多层面 NURBS 曲线模型上创建带有纹理和阴影的逼真的毛皮和短发，既可以设置毛皮的属性，如颜色、长度、宽度、秃度、透明度、凹凸，也可以利用 MayaArtisan，把大多数毛皮的属性直接画到表面上并且梳理毛皮。影片《狮子王》里的动物造型就充分利用牵引系统（Attractor System），定出毛皮的运动，或是毛皮对动力场的反应，创作出我们所需要的动画效果。
Maya live也是动画师们的一个常用工具，它能把非线性编辑及后期合成的部分内容加入三维制作过程中，解决了三维虚拟对象与视频图像对位合成的难题。Maya live 能自动进行并加速完成与移动匹配的这种耗时的处理任务。匹配移动是由计算机产生（CG）场景的活动电影胶片来匹配摄像机或物体的移动。为了做到这一点，必须重建活动场景中三维对象的复制品，它包括物体间的相对位置和场景中摄像机或物体的移动。由于与 Maya 集成，匹配移动过程与我们做的动画配合得天衣无缝，可以很容易地把 CG 物体载入到场景中去，进行对处理的检验[10]。
3.6 Maya的工作流程
01. 概念设计——业内通用的专业动画流程前期制作，
02. 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，
03. 给后面三维制作提供参考。
04. 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，
05. 手绘图画构筑出画面，
06. 解释镜头运动，
07. 讲述情节给后面三维制作提供参考。
08. 3D粗模—在三维软件中由建模人员制作出故事的场景、角色、道具的粗略模型。09. 为Layout做准备
10. 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、镜头时间定制等知识。
3D角色模型\3D场景\道具模型——根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，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”。
贴图材质——根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，对3D模型 “化妆”，进行色彩、纹理、质感等的设定工作，是动画制作流程中的必不可少的重要环节。
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，为动画师做好预备工作，提供动画解决方案。
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。
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。
3D特效——根据具体故事，由特效师制作。若干种水、烟、雾、火、光效在三维软件（maya）中的实际制作表现方法。
分层渲染/合成——动画、灯光制作完成后，由渲染人员根据后期合成师的意见把各镜头文件分层渲染，提供合成用的图层和通道。
配音配乐——由剧本设计需要，由专业配音师根据镜头配音，根据剧情配上合适背景音乐和各种音效
剪辑——用渲染的各图层影像，由后期人员合成完整成片，并根据客户及监制、导演意见剪辑成不同版本，以供不同需要用[11]。
结论
三维动画艺术是以多媒体计算机为工具,综合文学、美工美学、动力学、电影艺术等多学科的产物,在视觉艺术传达、媒体设计制作中的高效率、无可替代的技术优势及高度的娱乐性、欣赏性和独特的艺术效果越来越被公众所认知,并将成为新世纪最有发展前景的产业。
“数码艺术设计”是艺术设计体系中的一个重要组成部分，它是以数字化方式和概念进行创作的电脑辅助设计形式，它跨越“艺术学“和”电脑科学与技术“两个性质完全不同的一级学科，运用电脑技术进行创作设计，是科技与艺术的完美结合的体现。”数码艺术设计“在包豪斯时代倡导的”艺术与技术结合“中奠定了现代设计的基本框架结构。
参考文献
[1] 李洪.三维动画的发展前景［EB/OL］. 2010-03-09
[2]王立.三维动画的发展史以及应用前景 ［EB/OL］.
[3]刘甜雨.三维动画技术浅谈[J].计算机关盘软件与应用,2011（21）.
[4]赵云来.作为艺术的技术——三维动画发展概览[J].电视字幕特技与动画,2011.
[5] 孙立军.动画艺术辞典[M].北京：中国国际广播出版社，2010.
[6] 路盛章. 中国动画发展现状及其文化品味 [J].美术观察，2011(6);89-92
[7] 陈汗青，吕杰锋.数码设计艺术[M].上海：人民美术出版社, 2010.
[8] 靳埭强. 数码设计[M].上海:上海文艺出版社,2010.
[9]陈绍业，王凤翥.Maya基础与实例教程［M］.北京：高等教育出版社，1957;172-178
[10] 陈绿春. Maya8.5 从新手到高手[M].北京：清华大学出版社，2010.
[11]唐潇. Maya动画制作流［EB/OL］.