基于Maya技術的24式太極拳三維教學動畫制作探討

張蕾 劉宏亮 蔡安琪

摘 要：24式太極拳作為一種傳統的中醫養身保健運動，內外俱練、神形雙修，深受廣大人民群眾的喜愛。為了方便太極拳課程的教學和學生們的自學，結合當前流行的三維動畫技術，進行了太極拳教學動畫視頻的制作探討，利用Maya與中國武術的結合，讓學生能夠更自主、更直觀的掌握太極拳各招式要領，同時也極大的豐富了太極拳的教學形式。

關鍵詞：24式太極拳；Maya；教學動畫；三維

太極始于無極，分兩儀。由兩儀分三才，由三才顯四象，演變八卦。太極拳是中華民族辯證的理論思維與武術、藝術、氣功引導術的完美結合，是高層次的人體文化。它的運動特點：中正安舒、輕靈圓活、松柔慢勻、開合有序、剛柔相濟，動如“行云流水，連綿不斷”這種運動即自然又高雅，可親身體會到音樂的韻律，哲學的內涵，美的造型，詩的意境。在高級的享受中，使疾病消失，使身心健康。

《24式太極拳》是南京中醫藥大學所有學生的公共必修課，由于陳舊的教學方式使學生感到枯燥無味，在24式太極拳教學過程中形成了一些教學死角：學生學習興趣不高，課堂教學過程較單一，技術動作容易遺忘。因而，筆者探討利用目前流行的三維動畫制作軟件Maya創造一個虛擬老師的角色來教授太極拳，它使得傳統與現代結合。在教學中，以老師身教為基礎，更豐富的傳遞信息，更方便的指導演示。三維動畫短片運用現代技術來彌補課堂教學時間短、不能顧及所有學生等不足點，這就是它的價值所在，用技術來方便人類。同時，這也是一種教學方式的變更和進步，增加了課堂的信息量和視聽的兼顧性，為更多的人學習太極拳提供了很好的途徑。所以，這套三維教學動畫有利于太極拳運動在世界各地的傳播和學習，讓更多的人群來了解這項運動，了解中國文化。

三維技術是當下炙手可熱的焦點技術。作為信息技術的衍生，三維技術將過去不能體驗到的轉變為現實。現如今，三維模擬仿真度越來越高，也吸引了大批人才向三維技術方向發展。隨著時間的推進，計算機硬件技術也是不斷在提升，三維技術依靠著強大的硬件支持，在廣闊的平臺上越走越遠、越走越寬，成為時下的一大熱點，而跨學科跨領域合作也是現下需要的，三維技術與其他方面的結合更突顯了優勢。Maya是Autodesk旗下的著名三維建模和動畫軟件。其在三維動畫的制作上較之其他軟件具有強大的優勢，它涵蓋了模型、材質、燈光、動畫、特效等動畫制作的一整套流程，其所呈現出的非凡的數字藝術效果以及其人性化的友好操作界面設置，為眾多的動畫人所青睞。

筆者根據24式太極拳的教學特點和教學需求，結合了maya技術的制作要求，制定出該動畫視頻的研究路線，如圖1所示。

1 前期概念設計

針對教學動畫的內容以及目的，輔助一些需求分析，前期主要進行整體規劃與設計，并進行角色造型設計、場景設計以及分鏡創作。選用適合教授太極拳的角色的原畫，以及比較平和易于表現太極拳的場景環境，可以有原畫的參考，也可以自行設計。筆者選用了自行設計場景的想法，而角色是采用了游戲模型的原畫。

分鏡頭設計可參考資料搜集階段找到的真人教學視頻以及相關教學書籍等，分鏡展示了畫面布局，以及一些可供角色設計、場景設計階段參考的意見，例如角色與場景的比例大小等。由于制作的是教學動畫視頻，在前期設計階段中也需要考慮到后期合成工作。例如，一些語音提示、背景音樂等等。整體設計建立在太極拳教學的基礎上，各個功能環節緊扣太極拳知識。

2 項目實現模塊

2.1 建模

建模是動畫制作的基礎，Maya提供的建模方法包括：NURBS建立角色、多邊形建立角色、細分建模和雕刻建模。對于人物角色來說，通常是以人體某點作為根基開始然后向外擴展。項目中采用多邊形建模方式建立人體模型及場景模型，從基本的polygon物體開始，通過擠壓、加線、減線、移動點線面等操作制作出。24式太極拳中的場景模型在采用多邊形建模后的線框圖展示如圖2所示。人物角色模型的布線要比場景模型的布線更為復雜，涉及到更多Move、Extrude等操作，當線的段數增加后，帶來的視覺效果就是曲線更加平滑，更符合人體的生理曲線。三維人體模型線框圖如圖3所示。

2.2 材質與燈光

材質擁有很多可視屬性，色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發光度等屬性能夠很大程度上模擬現實環境中任何材質，通過各個屬性的不同組合，形成形形色色的效果。項目中利用插件Unfold3D，對人體模型和場景模型進行UV的分離與整理，將三維模型上的構造拆解到二維上鋪平繪制貼圖進入到PhotoShop中繪制貼圖。

貼圖繪制好后，還要通過Maya中的材質球節點將貼圖與模型連接起來。人物角色材質大致是帶有高光的，主要為體現人體皮膚的質感，因此為角色模型添加一個Blinn材質球。人物模型圖如圖4所示。

場景材質中的木材、石壁、磚瓦均是不帶高光的，所以為場景模型添加一個Lambert材質球。場景外罩一個大的環境球，并為其添加一個Lambert材質，模擬天空的環境，在場景中部添加一個調好的水面材質，作為水面。另外，材質的重要輔助是光，離開光材質是無法體現的。燈光照明在動畫制作中是不可缺少的元素，在場景中打上平行光，將磚頭的凹凸紋理、墻壁的凹凸紋理很好的表現出來，水紋效果和透明效果也能看出，亭臺的窗欞還附加了鏤空效果。如圖10所示。場景展示圖如圖5所示。

2.3 骨骼的創建與綁定

要想讓模型“動起來”，在Maya中通過對模型創建骨骼與模型蒙皮來實現。讓模型依附于骨骼，且對各個點賦予權重，則可以控制模型的活動。通過對人體生理構造的研究，確定骨骼的創建與真實人體骨骼系統的關系，將真實人體骨骼系統簡化得出建立需要的骨骼系統。軀干處主要三塊骨頭支撐，肩處一塊，頸兩塊，頭與下巴兩塊，手臂兩塊，手指按照正常人體結構走，股骨一塊，腿兩塊，腳踝一塊腳掌兩塊。

骨骼創建好后，還需要對骨骼創建控制器以便進行控制，以及需要對模型進行蒙皮。由于人體是有些許拉伸的，所以角色是柔性蒙皮。蒙皮后，就要對模型進行權重的調整，通過調整權重盡量模擬真實人體運動時模型的形態。將權重強度值調整至適當的程度，以便接近人物動作展示的標準程度。

2.4 動畫制作

由于動畫視頻是通過在時間軸上不斷改變輸出圖像，利用人眼的延時來造成動起來的效果，從而形成“動畫”。于是制作動畫的主要思想是插入關鍵幀。

在Maya工作區域中，對時間軸上某一幀的動作進行設置關鍵幀，并且在連貫動作時通過調節動畫曲線使動作更加流暢。每個控制器有位移、旋轉等屬性，在動畫曲線編輯器里與時間結合即可構成相應的曲線。一幀圖像代表了時間節點中此刻將呈現什么樣的圖像，一秒鐘包含24幀圖像，連續播放起來就是動畫。動畫制作主要基于分鏡設計。動畫片段其實就是各個動作聚合而成，每個分鏡詳細創作則成為layout故事板。

2.5 渲染

渲染設置主要通過設置圖片大小、圖片幀數、渲染器選擇、品質這幾個參數。硬件條件決定了渲染速度。渲染之前必須要定位三維場景中的攝像機，透過已設置好的相機，將其中呈現的角色、場景、動畫，在時間軸上各個節點處形成相應的圖片。這些圖片就是在該相機中的呈現，通過后期合成制作為視頻，以每秒24幀圖片的播放速度動態呈現。

由于動畫片段由圖片序列構成，所以依靠Maya強大的渲染功能渲染成圖片幀，進行后期合成以及進一步操作。渲染過程能夠比較真實的展現在Maya中營造的效果，包括材質、燈光構成的一些效果，這些細節能夠在單獨幀中得以體現，并且也能在合成視頻時體現。圖6展示了動畫項目中的某幀渲染后的效果。

2.6 后期合成

后期合成是項目制作的最后一步。將項目工程中渲染出的圖片序列導入進AfterEffects中進行合成。按照每秒24幀的幀速率將圖片序列幀合成為視頻文件。在Composition Settings中選擇相關設置，另外也可在選取的背景音樂中添加聲音效果，利用Audition將各個聲音素材混縮到一個音軌上，導出成音頻素材，作為視頻的背景音樂。

24式太極拳的三維教學動畫制作是中國傳統保健學、計算機學科及動畫技術交叉整合的創新應用，運用時下比較熱門的三維動畫技術將古老傳統醫學中的養生拳法展現出來。在教學方式上，打破了由一名老師教授多名學生的現狀，使用教學動畫對學生進行較為系統、全面的太極拳教育，通過精美、細膩的三維動畫展現達到現實演示的效果。項目的開發過程是一個探索和實踐的過程，從對現實生活中的場景將其電子化，從收集資料學習到真正的開發實戰，無一不提高了我們的創新意識、激發了創新精神、鍛煉了創造能力，這是一次與時俱進、又傳承經典，利用現代流行的信息技術將傳統文化發揚光大的研究與應用。

[參考文獻]

[1]時代印象.中文版Maya 2012實用教程.人民郵電出版社，2012.

[2]鐵鐘.Maya 2012完全學習手冊.清華大學出版社，2012.

[3]完美動力.Maya模型.海洋出版社，2012.

[4]完美動力.Maya綁定.海洋出版社，2012.

[5]完美動力.Maya材質.海洋出版社，2012.

[6]完美動力.Maya動畫.海洋出版社，2012.

[7]童紅云.中華太極拳：國家標準競賽套路24式.成都時代出版社，2009.

[8]李德印.24式太極拳教與學.北京體育大學出版社，2009.