基于MAYA技術對角色骨骼綁定的探究

馮裕良，有亞琴，馮裕林

（1.黃山學院，安徽黃山245041；2.滄州工貿學校，河北滄州061001）

基于MAYA技術對角色骨骼綁定的探究

馮裕良，有亞琴，馮裕林

（1.黃山學院，安徽黃山245041；2.滄州工貿學校，河北滄州061001）

角色骨骼綁定在三維動畫制作中是不可缺少的一個步驟,如何對三維模型進行合理綁定是需要探討的.本文利用短片中的角色綁定探索三維模型骨骼綁定的方法.

角色綁定；三維動畫；MAYA

角色骨骼綁定在三維動畫制作中是不可缺少的一個步驟,綁定的好壞不只是綁定師本身能力的好壞所決定，在角色綁定之前對模型進行相應的準備工作是非常必要的.

根據具體模型要求分析綁定方案，從中選擇一個最優方案進行設置.檢查模型的完整性，模型是否布線合理，模型布線需要根據模型結構的走向布線.

在《胡適兒時的點滴小事》中胡適作為本短片的主角，根據劇本及人物特點得出：人物動畫動作幅度較小、面部表情變化幅度較小、屬于一般正常人物特點等，在綁定時沒有必要把動畫幅度調節過大適中即可.接下來進行胡適角色骨骼綁定制作：

在MAYA軟件中導入模型，把角色位置置于場景正中間，正視圖、側視圖都要嚴格按照規定方式放置，坐標位置如圖1.1、圖1.2.

這樣有利于后續制作中骨骼進行對稱復制工作，提高工作效率.

對于MAYA骨骼綁定之前，要了解角色的狀況如：身體結構、動畫動作要求、劇情等等.

圖1.1　坐標圖

圖1.2　胡適（透視圖、正視圖、側視圖）

1　三維MAYA技術角色腿部綁定

第一，進入ANIMATION模塊，進入側視圖.利用skeleton選項下的join Tool工具（將屬性中的方向設定為None）從大腿根部從上向下依次創建骨骼：大腿、小腿、腳中、腳尖.如圖1.3進入正視圖，將腿部骨骼整體移動到左腿中部正確匹配腿部模型如圖1.4.

將腿部骨骼進行重新命名：leftHip-left-Knee-leftAnkle-leftFoot-leftToe如圖1.5.

圖1.3　左腿骨骼側視圖

圖1.4　左腿骨骼正視圖

圖1.5　骨骼命名

其次對腳部設定反轉角骨骼帶動腳步骨骼進行運動的設置.用join Tool工具在默認狀態下，從腳跟創建leftRLBase-leftRLToe-leftRLfoot-leftRLAnkle骨骼，四根骨骼盡量與原腳部骨骼進行相應重合，然后進入正視圖將骨骼移動到左腳中間與腿部骨骼重合如圖1.6.

圖1.6　腳步反轉角骨骼設定及命名

第二，對骨骼添加相應IK，在MAYA軟件中IK分為兩種：一種是IK Handle Tool第二種是IK Spline Handle Tool.第一種IK適用于一般關節骨骼設定，第二種IK為樣條IK，適用于軟性條狀物體的骨骼動畫設置如：魚、尾巴等等.因此在我們腿腳部的IK設置一般采用第一種IK.利用IK Handle Tool對腿腳部設置：（1）選擇工具后選擇骨骼left-Hip再選擇leftAnkle創建ikHandle_LeftLeg.（2）選擇工具后選擇骨骼leftAnkle再選擇leftFoot創建ikHandle_SC_LeftFoot.（3）選擇工具后選擇骨骼leftFoot再選擇leftToe創建ikHandle_SC_LeftToe如圖1.7.

圖1.7　腳部IK設置及命名

第三，設置翻轉角IK與腳部骨骼的P處理：（1）選擇ikHandle_LeftLeg，再選擇leftRLAnkle，按P鍵，進行父子級連接設置.（2）選擇ikHandle_SC_LeftFoot，再選擇leftRLfoot，按P鍵，進行父子級連接設置.（3）選擇ikHandle_SC_LeftToe，再選擇leftToe，按P鍵，進行父子級連接設置.

第四，對腳部骨骼制作線控設置.創建線圈命名為：LeftFootControl.放在左腳底部，最好調整為腳底的形狀利于識別.對線圈進行刪除歷史記錄和凍結為零的設置后選擇線圈添加屬性LeftFootroll、LeftToeroll、LeftBaseroll，其中最大值為10，最小值為-10，默認值為0的設置.在線圈上用同樣的方法添加腳尖屬性LeftRLToe和腳跟LeftRLBase.

第五，腳部的驅動設置.選擇LeftFootControl把它作為開關.進入動畫模塊的驅動關鍵幀設置，選擇LeftFootControl并點擊導入驅動，選擇LeftRLFoot、LeftRLToe、LeftRLBase并點擊導入被驅動.當LeftFootControl屬性中的LeftRLFoot為0時，那么LeftRLFoot的RotateZ為0.當LeftFootControl屬性中的LeftRLFoot為10時，那么LeftRLFoot的RotateZ為50.這樣就能利用LeftFootControl屬性中的LeftRLFoot對腳中部進行旋轉驅動做出墊腳的動作.

用同樣的方法驅動LeftRLToe、LeftRLBase骨骼，設定相應的動作幅度.選擇LeftFootControl，再選擇LeftRLBase骨骼進行父子級連接，使線圈隨時跟隨骨骼運動.

第六，對膝關節的控制.在膝關節前部創建一個線框，命名為leftKneeControl.選擇曲線，再選擇ikHandle_LeftLeg,利用設置約束中的極向量約束.選擇leftKneeControl曲線，再選擇LeftFootControl骨骼進行父子級連接，使線圈隨時跟隨運動.

第七，左腿設置基本完成，右腿利用鏡像復制等方法進行進一步制作如1.8.

圖1.8　腿部及腳部線控設置

圖1.9　身體設置

2　三維MAYA技術角色上身綁定

進入側視圖，從下往上創建身體骨骼，依次是root、Hip、back1、back2、back3、neck、basehead、skull骨骼.為骨骼添加樣條IK曲線，選擇Hip和neck骨骼設置樣條IK.進入IK曲線的點控制模式，在每個控制點上添加簇設置，并把簇的位置移動到身體外部易于選擇.在身體上創建控制曲線HipControl、HipSwayControl、absControl、chestControl、backControl并刪除歷史凍結為零.

設置控制方式：

選擇backControl和簇1進行point保持偏移狀態.

選擇chestControl和簇2進行point保持偏移狀態.

選擇absControl和簇3進行point保持偏移狀態.

選擇HipSwayControl和簇4進行point保持偏移狀態.

選擇HipControl和骨骼root進行Parent保持偏移狀態.HipSwayControl、absControl、chestControl、backControl分別與HipControl進行P父子級處理，同時四個簇分別作為root骨骼的子集P處理.左右腿與身體的連接應該先選擇腿部根關節leftHip和Hip進行父子級連接，rightHip和hip進行父子級連接.（如圖1.9）

3　三維MAYA技術角色胳膊及手部綁定

進入側視圖，從左往右創建身體骨骼，依次是leftClavicle、leftshouder、leftElbow、leftFoream、left Wrist骨骼.然后為骨骼添加IK HANDLE tool.選擇leftshouder和leftFoream，創建IK.進入超級連接面板，選擇ikHandle_left_Wrist,選擇effect8.點擊insert鍵，將骨骼leftFoream的中心點吸附到骨骼left-Wrist如圖1.10.選擇leftshouder和leftClavicle為骨骼添加IK曲線.進入頂視圖創建手部骨骼如圖1.11.

創建控制器從右往左分別為：leftWristControl、leftArmControl、leftElbowControl、leftClavicleControl，并在leftClavicle、leftshouder創建旋轉線圈控制器.（如圖1.12）

選擇eftArmControl和手部IK進行點連接，leftWristControl和leftWrist進行方向設置，

leftElbowControl和手部IK進行極向量設置，leftClavicleControl和肩部IK進行點約束設置.

剩余線圈與相應骨骼進行方向約束，骨骼與線圈進行點約束這樣骨骼帶動線圈移動.為手部設置關鍵驅動，在leftWristControl線圈添加fist屬性控最大值1，最小值-1，默認值0來制手部動畫.

當leftWristControl屬性中的fist為0時，那么手部骨骼的RotateZ為0，K關鍵幀；

當leftWristControl屬性中的fist為1時，那么手部骨骼的RotateZ為-70，K關鍵幀；

當leftWristControl屬性中的fist為-1時，那么手部骨骼的RotateZ為10，K關鍵幀；選擇leftClavicle和neck骨骼進行父子級連接.

模型的身體控制器基本上接近于完成，接下來對線圈控制器進行整理工作.所有線控進行打組，命名為ControlCurveGAP.創建腳底部大線圈作為模型的整體線控命名為globalControl,選擇線圈，再選擇ControlCurveGAP進行約束父子、縮放.選擇骨骼root,打組命名為rootGRP，選擇約束縮放.選擇所有IK命名為ikGRP,進行約束縮放.

圖1.10　手部IK中心設置

圖1.11　手部骨骼設置

圖1.12　胳膊與手部線控設置

4　三維MAYA技術角色蒙皮及權重設置

首先選擇模型，再選擇骨骼root進行bind skin中的smooth bind.接下來進行蒙皮權重的調整.在進行權重調整過程中把模型調整成相應的極限動作，并KEY關鍵幀后再刷權重，這樣有利于權重的設定.蒙皮權重的設定需要一定的制作經驗，需要反復對權重數字對比才能達到最佳效果.

通過對《胡適兒時的點滴小事》作品制作研究，總結了在動畫骨骼綁定中出現的問題，經過分析實踐找到了相應的解決方案.值得注意的是前期準備工作是相當重要，前期制作的好壞直接影響后期工作的效率和質量.對于MAYA骨骼綁定的研究得到的一些技巧經驗，今后需要進一步通過實踐進行驗證和總結.

〔1〕http//www.doc88.com/P-002904635341.html.

〔2〕王淑云.三維動畫技術的應用[J].中國有線電視, 2010（04）.

〔3〕張儲，楊絮.MAYA動畫制作時間技法[M].中國鐵道出版社,2010.10.

〔4〕沈浩，李文靜.透過三維動畫片解析三維動畫技術的發展[J].電影評介,2012（2）.

〔5〕光飛.三維動畫真實感角色的塑造[J].美與時代(中),2011（10）.

〔6〕李靜.淺析三維動畫軟件——Maya[J].硅谷,2011（07）.

〔7〕李想.骨骼皮膚綁定技術的研究及實現[D].浙江大學,2006.3.

〔8〕張凱.基于骨骼蒙皮的2D人體變形技術的設計與實現[D].大連理工大學,2011.9.

〔9〕郭奇青.三維動畫藝術的發展及應用[J].知識經濟,2011（7）.

TP391.41

A

1673-260X（2016）03-0152-03

2015-12-30

2016年高校領軍人才引進與培育計劃項目；2016年高校優秀中青年骨干人才國內外訪學研修重點項目；2015年度省高校人文社科一般研究項目立項徽州傳統家具中“禮”的設計思想研究（SKHS2015B02）階段性成果