3D打印技術在三維動畫畢設中的應用初探

楊魯

摘要：伴隨3D打印技術的進步和日趨完美，耗材的多樣性，打印出的產品更加精致、質感豐富，周期縮短。該文探索將此項技術有機整合融入三維動畫畢業設計中;一方面增加動漫專業課程的趣味性，一方面提升動漫專業學生的造型能力。讓學生更好地鉆研和學習，激勵學生從事設計和科學等領域的工作，培養適應時代需求的多維度創新和創業人才。

關鍵詞：3D打印;三維動畫;有機整合

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0208-02

1 3D打印技術

3D打印技術屬于快速成型技術，這項技術是以三維模型文件為基礎，運用粉末狀態的塑料、尼龍、金屬等可黏合材料，采取逐層打印、層層堆疊最終構建出成品的技術。

目前3D打印均是采用數字技術材料打印機來實現的，常在工業設計、珠寶、模具制造等領域用來制造模具，隨后被逐漸用于少量產品和零、部件制造。此項技術應用在航空航天、軍工類、建筑模具、汽車設計、工業設計、醫療產業、教育、地理信息系統、玩具設計以及其他領域。相比傳統的制造業，3D打印具備以下優勢：保持成本的基礎下構建復雜物件，零、部件一次性成型率高，減少組裝工序;按需打印、降低物流成本;設計想象空間無限，技能要求低，便于攜帶，二次污染少，耗材重復利用率高，以及精確復制等。

3D打印的制作流程：先通過計算機三維建模軟件設計構建模型，再將三維模型縱向“分割”成一片片的橫截面，即切片處理，生成STL格式文件，導入3D打印機，選擇相應耗材，層層堆疊打印到3DP成品。示意圖如圖1。

STL是3D打印機與三維建模設計軟件協作的標準文件格式。STL文件采取三角面構成平面的方式來模擬物件的表面，三角面越小，構成數量級越多，其生成的分辨率越高。

2 國內外3D打印技術在教育教學領域中的探索

歐美國家的3D打印技術被推廣并較多的應用在教育領域，率先進入高等學校課堂，逐步向中小學課堂推廣。例如，新西蘭的一項新課程標準將會配備給基礎教育的每4名學生1臺3D打印機，以便提供他們打印獨立設計的國際象棋棋子。STEM研究院已經宣布與3D印刷公司Stratasys合作，將3D打印機整合到有編程課程的班級中。在英國克利文頓學校的STEM挑戰日，學生們進行設計、3D打印，并嘗試測試迷你型超音速汽車，并向來訪的3D系統公司的工程師進行展示。

在國內，得益于“互聯網+”環境下，信息傳遞的高速化和技術的迅速普及性。各地政府鼎力扶持并發展高新科技產業，3D打印技術是其中一項產業。3D打印熱潮在高校持續升溫，技術不斷推陳出新。以華中科技大學為代表的一批高校也在加大研發力度，山東省臨沂大學、青島職業技術學院等高校嘗試開辦3D打印課程乃至相關專業。國內眾多中小學紛紛開設以3D打印機應用為主的興趣班或者科學課程，一類以三維模型打印為基礎的課程：學生在初步學習了解3D打印技術后，利用網絡檢索熱門、趣味或有需求的模型，在模型下載后運用3D打印機將模型實體化，并進行表面渲染賦予材質的學習過程。一類以“傻瓜型”三維建模軟件為基礎的課程：學生利用不同類型的三維建模設計軟件，快速搭建簡易模型，利用3D打印機將設計模型實體化的過程。

在高職類院校中將3D打印技術納入動漫專業課程體系，再進行創新性研究方面目前尚屬于探索階段。

3 三維動畫畢業設計

五年制高職類院校的動漫專業學生，經過四年的系統學習素描基礎、色彩理論、人體結構剖析、二、三維動畫、影視后期制作等專業課程后。畢業實習前學生根據自身的專長和興趣選擇二維動畫、三維動畫、影視后期、手繪、室內平面設計等方向，再與導師進行雙向選擇后，在近四個月的時間內進行畢業作品的設計與制作。具體到三維動畫畢業設計方向，依據學生的學業情況和軟件操作水平，畢業設計指導老師有的放矢的框定設計范疇，大致分成以下幾類。

（1）武備、道具設計：要求模型結構合理，貼圖精美表現細節，以刀、槍、盾牌為藍本進行微創新設計;為戰士、法師及刺客類等不同角色服裝、道具設計。這一類別主要體現學生的模型制作能力，貼圖的繪制水平，裝飾性紋理的合理化處理能力，最終呈現作品有戰錘、次世代武器、道士裝備等。

（2）游戲場景設計：要求低面模型和高精模型結合，植被、植物、巖石等自然環境的搭建，符合游戲策劃的時空背景。這一類別主要體現學生合理利用各種技術建模的綜合運用能力，天空、地表等貼圖的繪制與無縫拼接;古典建筑的拆解和構建，結構部件的合理化重構，中式建筑的斗拱、榫卯結構的分拆與重現。低成本的實現建筑的數字化復原，虛擬化物體轉變成實體模型。

（3）靜幀藝術作品：要求模型結構布線均勻，合理的面數來表達模型細節，以角色造型為主，可以適當夸張，跨種族特征的生命體有機結合創造新的角色。這一類別主要體現學生高精模型的造型和實現能力，直觀地體現學生作品的可視性和合理性。比較多的作品是動漫類造型手辦，熱門游戲的周邊產品，影視作品中的科幻角色重現，如變形金剛、重型裝甲機器人、半獸人、科莫多巨型蜥蜴、植物大戰僵尸中的大噴菇等。

（4）定格實驗偶動畫：要求定格人偶模型布線精簡、關節合理、適合裝配、表情制作注重細節，歸類整理定格人偶用到的表情，將其整理成表情素材庫。人偶軀干和關節依據不同的需求進行無數次排列組合，合成各種身形體態。

4 有機整合

往屆學生制作完成三維動畫畢業設計作品，進行展覽時呈現方式比較單一，大部分采用數字影像化的方式進行展現，少部分作品的精彩細節開放給參觀者互動。本年度的三維動畫畢設作品設計與展現，嘗試采取數字媒體技術與3D打印技術有機整合，將電腦中設計出的虛擬化物件轉變成現實中的真實物件，數字化模型實體化展示呈現。流程圖如圖2。

三維模型：在MAYA、C4D、3DSMAX等三維軟件中進行模型的數字化創建，根據規范刪減多余面片。

格式轉換：創建好的數字模型導出為OBJ格式，導入3D打印軟件轉換為STL格式，檢查有無破面，細節丟失，面數精簡是否合理，有問題再回到三維軟件中修改直至無誤。

3D打印：選擇適合模型需求的打印耗材，將轉換好的模型文件設定好參數進行打印，打印周期長短由模型復雜，結構繁復程度決定。

素組模型：模型打印完成后，按照數字模型分解圖進行模型的重新拼接、粘連，打印后的水口和毛躁面進行拋光處理等，大部分3D打印模型為白色模型。

藝術處理：預處理完素組模型后，依據畢業設計作品的類別不同進行相應的藝術處理，例如模型分色、球形關節打磨、表情繪制、道具噴漆、旋轉站臺設計、燈光設置等。

三維動畫畢業設計作品通過3D打印技術呈現出來，對于注重造型設計的動漫專業學生極具吸引力。在短短的四個多月時間中，學生突破以往只能在屏幕上進行數字模型制作、動畫設計的桎梏，利用3D打印機實現模型實體化呈現和觸覺感知，牢記三維空間模型造型的核心概念，進一步消化吸收所學知識。在畢業設計周期中學生通過搜索整理素材、設計制作模型、打印模型小樣、修改設計缺陷，直至打印出畢業設計作品。這一套流程下來，學生的三維模型設計得更加具備可視性和合理性。

3D 打印技術應用在三維動畫畢業設計中初步改變傳統的“以教師為中心”的教學模式，將動漫學科中與造型設計相關的課程整合起來，如將“角色造型”“三維動畫”“攝影構圖”等造型課程用3D 打印教學有機結合起來，充分探索相關課程的學習活動方式，教學周期、方式及進度，并在此基礎上形成并確立“以學生為主體”的自主學習教學模式，讓學生從設計二維三視圖到制造數字化模型，打印出小樣到改良設計再到開發出周邊產品，有機地整合融入動漫學科中各課程知識點。在此背景之上學生設計出的畢業作品更加體現個性化、系列化、故事化。

3D打印耗材的多樣化，從初期的幾種材料，到現在的各類金屬、尼龍、PP粉末、有機化學物質等，打造出更富有質感的模型，充分表達作者的想法，促進各種美術風格呈現。3D打印技術的日趨完美和進步會促使模型道具更精致，制作流程提速等。將3D打印技術應用于三維動畫畢業設計，畢業設計作品展出后得到參觀者的一致好評，互動效果遠超以往。這一有機整合在畢業設計階段充分鍛煉了學生從多維度設計的立體思維，有助于學生提前適應創新型企業的產品開發設計過程，與工作崗位有效接軌。另一方面學生可以參與搭建3D 打印技術平臺，設計制作出三維模型、并制作成模型資料庫，方便師生實踐課使用和微創新設計;同時鼓勵學生利用3D打印平臺優勢自主創業，建立小型的個性化定制工作室，通過網絡模式進行營銷和推廣。

美中不足的目前3D打印技術有待改進和提高，并在使用過程中暴露出一些問題。例如中小型3D打印機受限于成本設計，打印周期過長、耗材種類不多;打印的質量與精度達不到要求，打印出來的材料表面粗糙，不夠光滑，需要二次加工等。高端和大型3D打印機打印雖然耗材選擇豐富，質感美觀，但成本過高，打印成品經濟性不夠，不利于推廣等。期待隨著3D打印市場的日趨成熟，網絡化打印的推廣，使得打印成本更加經濟，生產周期更加縮短，如此3D打印方能普及開來，應用領域才能更加寬泛。

5 結語

3D打印技術與三維動畫畢業設計有機整合為學生提供更好的教育背景，可以讓學生在校期間更好地鉆研和學習，更能激勵學生從事設計和科學領域的工作，培養適應時代需求的多維度創新和創業人才。

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