3D建模在三維動畫中的作用研究

梁鈺龍

（貴港市江南中學，貴港 537100）

1 引言

隨著計算機圖形圖像技術和計算機軟硬件性能的飛速發展，三維動畫的應用領域變得越來越廣，從3D游戲逐漸走向了電影、建筑表現、文物古跡復原、城市道路橋梁規劃產品演示動畫、虛擬動畫、過程模擬動畫等等，由此可知三維動畫技術已迅速地延伸到了生活中的各行各業[1]。三維角色建模，可以創造出生動、形象、逼真的三維動畫角色，這些三維動畫角色可以更好地表達作品主題，帶給用戶良好的審美體驗和精神享受。同時三維動畫與廣告的結合也越來越普遍，近年來各種商業廣告都充滿諸多的創意，而其創意的表達更多的是以三維動畫為載體，同樣是運用三維動畫的生動性和仿真性。另外，三維場景建模的搭建可以使現實場景虛擬化，或虛擬場景具體化，同時三維場景建模能滿足用戶虛擬漫游、場景可視化、全景瀏覽等要求。

現代的3D建模通常采用3DS MAX軟件建模，通過OpenGL技術進行二次處理的方法來實現的。3DS MAX雖具有強大的建模能力和渲染能力，但其存在交互能力不高等問題卻不可忽略，而OpenGL的交互控制技術正好彌補了這一缺點，其模型處理能力與交互控制技術能與3DS MAX完美結合，由此可知二者之間的關系是相輔相成。

2 3DS MAX建模軟件和OpenGL技術

2.1 3DS MAX建模軟件

3DS MAX是Autodesk公司開發的以PC系統為基礎的三維動畫渲染和制作軟件。自Windows NT問世后，3DS MAX和Windows NT的組合將CG制作的門檻降低了，同時打破了長期以來SGI工作站壟斷工業級CG制作的局面[2]。3DS MAX的應用領域十分廣泛，包括影視、游戲、建筑、藝術等。另外，3DS MAX操作簡單，能使用戶較快地掌握基本的建模技巧。同時，3DS MAX還為用戶提供許多高級的三維建模指令，這些指令使得建模技術得以豐富，其中有3種核心建模方法：NURBS建模、多邊形建模、面片建模。然而這3種方法各有優劣：NURBS建模的編輯靈活性高，但渲染時復雜程度也高；多邊形建模適用于簡單的幾何圖形，如門、窗、家具等，但不適用于編輯復雜圖形；面片建模大多用于構建光滑表面。但這3種方法可以互補，應當盡量全部掌握。另外，3DS MAX也存在著無法實現實時控制、模型難以仿真的缺點，這就需要OpenGL技術來進行加工處理。

2.2 OpenGL技術

OpenGL是一個三維的計算機圖形開發包，同時也是是個與硬件無關的軟件接口。它是一個軟件圖形函數庫，具有功能強大、支持底層繪制和造型能力的特點，同時它獨立于硬件和窗口系統，適用于所有如Windows、Mac等主流操作平臺，有著廣泛的硬件支持，是為游戲、造型及CAD之類的圖形應用程序而設計[2]。在網絡環境下，OpenGL可以在客戶模式或服務器模式下工作，該技術主要應用于專業圖形處理等高端領域，是專業級的標準圖形庫。在功能方面，由于OpenGL支持粒子系統，所以它能夠模擬流水、飄雪、細沙等自然景物。但是OpenGL只是圖形的底層圖形庫，在沒有被提供幾何實體圖元的情況下，它無法被直接用以描述場景。當3DS MAX的模型制作結束后，利用Wcvt2pov或其他軟件將模型轉換為CC++格式，用OpenGL程序載入模型，進行二次處理。可以總結為：先用3DS MAX建造好模型，再用OpenGL讀取相關模型，利用OpenGL的交互控制技術實現實時控制，從而達到理想的模型效果。

3 3D建模在三維動畫中的作用實例

3.1 三維動畫角色的設計與制作

制作三維動畫，建模是首要步驟[3]。其中，三維動畫角色的設計與制作是3D建模當中重要的組成部分，以動畫《蒼藍鋼鐵的琶音》為例，該片堪稱電視動畫史上特例的賽璐璐風格CG動畫作品，在幕后制作中，所有人物均不采用動作捕捉技術，而是靠手繪將人物草圖設計出來，再分析研究其人物草圖，選擇適合的建模方法，最后開始建模。對于人形角色我們一般采用細分建模法（一種先用基本幾何體完成模型大致外形，再用編輯多邊形或網格的方法對模型的細節部分進行細分的方法）進行建模，最后完成渲染。使用3D建模技術進行三維動畫角色的設計與制作需要創作者有一定的藝術水平，否則創造出來的3D角色無法給人帶來生動形象的感覺。通過3D建模創作出來的角色在該片中擁有十分精細的外觀，在配合環境的粒子效果和動態物理引擎的支持下，這些角色的動作、表情、與環境的互動都顯得格外逼真，給觀眾十分震撼又新穎的感覺。

3.2 三維動畫廣告

在3D建模走向各行各業并且發揮的作用與日俱增的今天，商業廣告無疑是能很好體現3D建模優勢的領域之一。三維動畫廣告的作用顯而易見，它能以三維動畫的形式，將產品復雜的結構、原理、概念等以直觀的形式展現給消費者，使其化為通俗易懂、易于被大眾接受的事物。以伊利舒化奶的廣告為例，伊利舒化奶是國內第一款可有效解決“乳糖不耐癥”或乳糖酶缺乏問題的“低乳糖奶”，其產品的特點卻很難完整地展示給消費者，但是該廣告以虛擬主人公乳糖的視角，通過三維動畫的形式向消費者闡述人體吸收乳糖的過程以及“乳糖不耐癥”或乳糖酶缺乏問題的病理，使得消費者能更加直觀地了解其產品的優勢，并使產品的特點、用途等深入人心，從而無形中達到了廣告的推銷目的。可見，以三維動畫形式為基礎的商業廣告的最大優勢是：可以在內容、形式上給消費者真實的感受，同時能更直觀、真實地將產品的相關信息提供給消費者，總體上更易被消費者接受。

3.3 三維場景建模的搭建

三維場景設計是三維動畫當中的重要組成部分，場景設計是指三維動畫當中除了角色造型以外的隨著時間改變而變化的一切事物的造型設計。好的場景設計可以提升三維動畫的美感，強化渲染主題，使得三維動畫的渲染效果更佳飽滿。采用虛擬現實技術實現“虛擬校園”中，三維場景建模是一項很重要的工作，它占據的工程量達整體工作的70%～80%[4]。在建模前，我們需要通過校園平面圖、建筑平面圖、航拍甚至衛星遙感來獲取相關數據；其次，將校園分為若干區域，將每個區域單獨分解出來進行分析，主要是針對該區域的主要建筑和次要建筑；最后，將每個區域的模型制作并進行區域組合，再貼上相應紋理和材質，最終渲染成形。三維動畫中的場景建模可以是現實場景的虛擬化，也可以是虛構場景的具體化。這種以3D建模為基礎的“虛擬校園”場景可以滿足可視化、虛擬漫游、全景瀏覽等要求。

4 結束語

本文主要介紹了常用的3D建模軟件3DS MAX以及3D建模技術OpenGL，并以三維動畫角色的設計和制作、三維動畫、三維動畫廣告、三維場景建模設計為例討論了3D建模在三維動畫中的作用。3DS MAX軟件雖然擁有強大的建模功能，但依然需要OpenGL技術加以輔佐；三維動畫角色的設計與制作，給三維動畫帶來了逼真的效果；三維動畫對商業廣告的最大幫助，就是將三維動畫的生動性和仿真性賦予商業廣告，使得商業廣告具有直觀、真實、易于接受的特點；在場景設計中，3D建模讓三維動畫更具有美感。對于建模軟件的開發和應用，還有待進一步研究，未來的建模軟件應當擁有更簡便的操作、更人性化的實時互動、更高質量的模型處理與渲染以及更高效率等特點；關于3D建模在三維動畫中的作用，也仍需我們繼續深入探討和發掘。