三維動畫課程中項目教學法研究

鐘遠波

(成都大學美術學院，四川成都 610106）

三維動畫課程中項目教學法研究

鐘遠波

(成都大學美術學院，四川成都 610106）

項目教學法，就是通過采用實際項目或虛擬項目進行教學的一種新型的教學方法。多年來，由于三維動畫課程教學難度較高，新技術更新較快，兼具教學和產業雙重任務，教學中一直存在很多問題。現將項目教學法引入教學，能將教學與實踐充分結合，更能培養出三維動畫高素質應用型、復合型人才，適應我國動畫產業發展的需要。

三維動畫;項目教學法;研究

美國對于計算機數字虛擬化的研究源于上世紀60年代。三維動畫在上世紀90年代開始起步，由皮克斯唱獨角戲，新世紀初開始迅猛發展，皮克斯和夢工場瓜分三維動畫市場;從2004年開始進入了全盛時期，群雄崛起，華納兄弟、藍天工作室等與皮克斯、夢工場的PDI逐鹿三維動畫市場。三維數字動畫技術，由于其精確性、真實性和無限的可操作性，目前被廣泛應用于影視動畫及影視特效、教育、軍事、醫學等諸多領域，使眾多高校和企業紛紛加入研發和教育行列。目前國內對動畫人才的培養相對于美國、歐洲、日本等創作發達的國家而言，還非常滯后，國內對動畫人才的培養顯得不夠全面，往往只偏向一邊，有些人往往只是掌握了一些通用的工具和長時間所積累的一些應對經驗，而缺乏更高層次的技術開發和整合能力。究其原因，主要是高校動畫專業對于三維動畫培養定位不準，培養的學生缺少項目實踐經驗，與市場對動畫人才的期望嚴重錯位。對于上述原因，本文提出將項目教學法應用于教學中，選用MAYA三維軟件進行教學，并將課程教學與項目實踐相結合，以期培養出符合市場及產業所需的動畫專業人才。

一 項目教學的目的

人的眼睛會產生視覺暫留，對上一個畫面的感知還末消失，下一張畫面又出現，就會有動的感覺。我們在短時間內觀看一系列相關聯的靜止畫面時，就會將其視為連續的動作，動畫就是基于人的視覺暫留原理來創建的運動圖像。好像賦予角色以生命，稱之為“生命的幻象”。三維動畫是伴隨著計算機技術的高速發展而出現的一門動畫藝術形式，它是通過計算機創建出的一個三維數字虛擬世界，創作者在這個虛擬世界中根據設計要求建立一些角色、場景和道具等，并根據動畫基本規律，對運動與動畫參數進行調整，電腦自動記錄并生成中間幀，制作出角色的動態，最后進行渲染生成具有運動感的特定情境的畫面。

三維動畫制作是動畫專業的一門重要課程，也是對前期先修的視聽語言、角色造型設計、場景設計、劇本與分鏡頭創作、原動畫及運動規律、三維軟件基礎等課程的一次檢查和總結。教學團隊在教學之前要進行充分討論，確定是引入實際項目還是虛擬項目，然后根據學生的興趣和專業能力進行3－5人的編組，每個組最終要完成一個獨立的動畫項目。在先修的課程中，要完成動畫劇本、角色、道具及場景的設計。在動畫制作課程中，就是根據前期設計進行模型的創建，材質的制作，骨骼綁定和調節動畫等。項目教學法就是“通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論教學與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。”［1］使學生在實踐操作過程中，更加系統地熟悉三維動畫的制作，為以后的工作打下堅實的基礎。

二 三維動畫制作流程簡述

三維動畫制作是技術和藝術的結合，所以，學習者必須要了解并熟悉整個三維動畫制作的工作流程。高效率的工作流程不僅能充分發揮數字動畫的制作優勢和技術特點，還能夠提高制作效率。

三維動畫制作流程包括前期策劃、中期制作、后期特效及剪輯合成三個部分。前期制作主要根據劇本進行前期概念設計(角色、場景、道具等）、分鏡頭腳本設計。中期進行3D故事板(Layout），角色、場景、道具建模、材質及骨骼蒙皮動畫制作;后期進行燈光、攝影、分層渲染/合成;最后進行配音、配樂、剪輯合成出一部完整的動畫影片。三維動畫是以計算機軟件為制作工具，綜合文學、藝術學、動力學、電影藝術等多種學科;制作過程中需要團隊合作，大膽創新和艱苦的勞動。

三 項目教學的步驟及制作過程

當給學生確定制作項目后，就要要求學生制定一個詳細的工作計劃，因為整個項目的制作，不可能在教學課時內完成，學生必須利用課余時間完成每一階段的工作任務。

1．三維動畫中期工作

在先期課程中，分鏡頭劇本、角色、道具、場景的設定都已解決，本課程直接進入中期制作，中期主要包括3D故事板(Layout），角色、場景、道具建模，材質、骨骼蒙皮動畫制作四個部分。

(1）3D故事板(Layout）就是用三維粗模根據劇本和分鏡故事板制作出Layout(3D故事板）。其中包括軟件中攝像機機位運動及擺放安排、基本動畫、鏡頭內容及時間定制等。電影是由鏡頭組成的，動畫片同樣也由若干鏡頭組成，若干鏡頭組成一個情節片斷，若干情節片斷組成一個場景，若干場景組成一個段落，若干段落組成一部動畫片。3D故事板為后面動畫角色、場景及動畫提供參考或依據。

(2）模型的創建是三維動畫制作的基礎。創建模型時根據前期設定進行制作。MAYA軟件建模的方法有三種，即NURBS(曲線）建模、Subdivision Surface(細分曲面）建模、Polygon(多邊形）建模。NURBS曲線建模制作表面光滑有弧度的物體時比較方便。例如汽車、海洋生物、飛機、杯具等。缺點是uv問題，不好畫貼圖，但可以轉化為Polygon多邊形和Subdivision Surface細分曲面模型。Polygon多邊形建模制作表面有大塊平面、有棱角又有很多小細節的模型比較好。例如人物、動物、怪物、山、行星、樓房、軍艦、坦克等。缺點是表面不夠平滑，要想平滑必須增加面數，但又耗費資源影響速度。Subdivision Surface細分曲面建模效果很好，但由于層級過多，所以不常用。

在實際制作動畫的角色、場景、道具等模型時，常用NURBS曲線和Polygon多邊形進行建模。在建模時需注意幾點:首先要嚴格按照原設計進行模型制作;其次盡量用最少的線對模型進行合理的布線，并且為了調動畫盡量使用四邊面;最后就是在模型建好后，要刪除所有物體的歷史記錄，以提高電腦的運行速度。

(3）給模型賦材質有兩種方式，一種是在材質編輯器里給Polygon(多邊形）模型賦各種材質。可以對材質的顏色、高光、透明度、凹凸效果、自發光等屬性進行調節。另一種是把復雜的Polygon(多邊形）模型分UV，再將UV表面進行unfold展平，然后導入到Photoshop軟件中對展開生成的圖片進行繪制，形成貼圖材質，在繪制時根據要求描繪出對象的特征和細節，最后在材質編輯器里把繪制好的貼圖材質賦予模型。

(4）角色要運動，要達到生動、逼真的效果，就需要對它添加骨骼，然后進行綁定和蒙皮。骨骼技術是動畫制作較難的技術。在動畫制作、動態仿真等領域有著廣泛的應用。只有使用骨骼技術，才能制作出更高級別的動畫作品。當模型創建好后，使用Joint Tool(關節工具）為角色模型創建一套骨骼，然后對骨骼創建動力學(FK為前向動力學，是對每個關節旋轉的控制，IK為反向動力學，是控制關節旋轉的位置和方向），以對骨骼進行定位和設置動畫。最后建立一些控制器控制關節的運動和旋轉。當檢查無誤以后，就可以使用Skin(蒙皮工具）進行蒙皮綁定(柔性蒙皮、剛性蒙皮）。

當對骨骼進行蒙皮綁定后，骨骼就能夠控制角色模型的運動并設置動畫。但還需要對骨骼所影響的模型表面點進行權重調節，使骨骼能正確影響相應的模型表面。調節動畫時主要是設置動畫關鍵幀，是對控制器進行設置。當角色模型與骨骼綁定并刷好權重后，所有的移動或旋轉等修改都是由控制器來控制完成，所以在調節動畫時，在此環節中根據分鏡頭腳本設定好的鏡頭和時間，進行符合運動規律和時間的動畫調節，并在每一個關鍵幀時都要對控制器進行關鍵幀記錄。

2．三維動畫后期制作

三維動畫后期主要進行燈光、攝影及分層渲染/合成。

(1）燈光是為三維場景提供照明作用，表現場景的基調和氣氛。可以從物體內部、外部或采用其他方式照亮場景。燈光在動畫中的表現風格可分為寫實性動畫燈光和卡通類動畫燈光。寫實性動畫燈光，就是在人物造型、質感表現、角色動作、場景制作、燈光氣氛的處理等方面的燈光處理盡量接近實拍電影中光的處理方法。浪漫主義動畫燈光強調光色的對比、協調，營造的畫面色彩單純、唯美、透氣，忽略物體的真實受光情況。卡通類表現動畫源自于日本卡通漫畫的表現手法，燈光模式比較固定，強調畫面自身光的協調性，不太考慮光的來源。

燈光主要設置為主光源、輔助光和背景光。在場景中，主光源通常是主要的照明光源，應該首先放置，一般放在四分之三的位置。在場景中往往投射出最深、最清晰的陰影。輔助光用來填充場景的黑暗和陰影區域，并向不能被主光源直接照射的邊角光線進行一些補充。為場景提供景深和逼真的效果。補充光還可以放置在關鍵光相對的位置，用以柔化陰影。背景光通常作為“邊緣光”，通過照亮對象的邊緣將目標對象從背景中分開。它經常放置在四分之三主光源的正對面，它對物體的邊緣起作用，引起很小的反射高光區。場景中的燈光與真正的燈光不同，它需要在渲染時間上多花功夫，燈光設置越復雜，渲染所花費的時間越多，燈光管理也會變得越難。

(2）傳統攝影機有推、拉、搖、移、跟、升、降等，三維軟件的攝影機主要模擬鏡頭運動，在制作中可以為攝影機設置關鍵幀動畫，也可以把攝影機設置為路徑動畫或多機位攝影。也可以實現景深、運動模糊等效果。

(3）當動畫制作完成后，就要進行渲染輸出，以便其他軟件或媒介能夠接收或編輯。可以渲染輸出AVI視頻文件，也可渲染輸出序列圖片。在動畫制作時，分層渲染是我們常用的渲染方式，一方面是為后期合成提供更易控制畫面效果的素材，如減弱陰影、物體遮擋、高光特效等，另一方面是加快計算機渲染速度，提高工作效率。還可通過分層渲染設置，對場景中不同的物體選用不同的渲染器，如使用MayaSoftware(Maya軟件渲染器）渲染人物的頭發光影，使用MentalRay渲染器渲染人物3s材質特效的皮膚質感及具有反射折射類物體的逼真質感。

結 語

每個項目組在教學中完成自己的工作任務，在每個工作階段結束后，教師都要對工作情況進行評估和總結，檢查是否達到了階段性要求，每一階段任務要充分完成后，才能進行下一階段的制作，目的就是要給學生壓力，保證項目質量。通過項目教學法，讓學生積極地參與到教學中，能完成一個實實在在的動畫作品，不僅能提高學生的學習興趣，還能引導學生最大限度地掌握動畫所急需的行業知識和專業技能，提高我校動畫專業學生的就業競爭力。

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［1］徐沁．現代企業管理:理論與應用［M］．北京:清華大學出版社，2010．

［2］李煥翱，羅凱婷．項目教學法在三維動畫短片設計課程中的應用［J］．中國電力教育，2011(35）．

［3］何凡．三維動畫制作流程的重要性［J］．美術大觀，2012(12）．

J954

A

1004－342(2013）05－100－03

2013－07－03

鐘遠波(1972－），男，成都大學美術學院教授，美學碩士。