利用3dsMax實現群組動畫的研究

摘 要：大規模群組動畫是虛擬現實技術研究的熱點之一。CS群組是用來模擬大量人物、動物和植物，并對其行為進行控制的一種技術。結合群組動畫相關技術，詳細闡述群組動畫的實現方法及操作流程，研究基于代理對象的方法實現群組動畫，并對代理對象行為加以控制，以提高三維動畫制作效率。

關鍵詞：三維動畫軟件；CS群組；代理

隨著計算機硬件性能的提高及虛擬現實技術的發展，CS群組動畫技術廣泛應用在影視作品的特效制作當中。場景中那些對觀眾產生強烈視覺沖擊的宏大、生動的場面，都是由三維動畫軟件的群組動畫技術生成的。傳統的關鍵幀技術是由動畫師手工設定每個角色的具體路徑和動畫，因此需要大量的時間和人力，而隨著三維軟件功能的提升，使用群組動畫和粒子技術制作大規模的動畫場景不再是難題。本文研究使用CS群組實現動畫過程，探討CS的群組使用方法與操作技巧，與讀者交流，達到共同提高的目的。

一、前期準備

利用三維動畫軟件角色動畫系統中的群組功能可以在場景中創建大規模的角色運動，比如萬馬奔騰、人物聚集動畫。有些時候我們可以使用 3ds Max粒子系統模擬這樣的運動，但粒子系統會導致不穩定的運動，產生角色之間的交叉和不真實的轉向等問題。使用 CS的群組系統能很好地解決這些問題，因此我們這里著重講解利用群組實現大規模場景的方法。

群組動畫就是所有角色個體的集合，所以要完成群組動畫，先要使用三維軟件3ds Max制作角色個體及角色個體動畫。群體動畫技術的一個關鍵是角色模型簡化，另一個關鍵就是角色個體動畫。它制作的好壞與否直接影響后面的群組動畫，所以盡量讓動畫流暢合理，讓角色能在不同的動作模式間產生千變萬化的動作，也能避免群組動畫的機械性和重復性。動畫過渡效果可以使用 “變形器”修改器來完成，以實現角色不同動作之間的自然平滑過渡。

二、代理對象的創建

群組模塊中有兩個最主要的工具，即群組和代理。如果在場景中顯示大量的角色對象，那么對計算機系統配置有很高要求，也會給系統計算帶來麻煩。3ds Max 的 CS群組中代理的出現可以減輕計算機負荷。CS群組系統的仿真計算就是使用被稱為代理的不可渲染的輔助對象來進行的。可渲染對象以后將被鏈接到這些輔助對象上。在3ds Max中新建面板 “輔助對象”中創建代理對象，然后對默認的代理參數進行設置，可以修改角色運動的速度、轉彎的角度、轉向時的權重及傾斜角度，讓代理的運動符合角色的運動狀態。通過合理的參數設置能得到更精細的角色運動效果。

三、分布代理對象

目前場景中的代理對象只有一個，要創建成百上千的角色就需要先對代理進行復制。先創建群組輔助對象，確保群組處于選中狀態，在修改面板中找到設置，單擊 “散布”按鈕，在 “克隆”選項卡中單擊 “要克隆的對象”下面的按鈕，拾取場景中的代理對象delegate001，設置想要克隆的數量，這樣就會在場景中創建出多個代理對象。

接下來我們要設置代理對象分布位置和代理方向。將重疊在同一位置的代理隨機分布到場景中已經創建好的代理對象的表面上，也可以指定散布對象方向的選項，指定向前和向上的軸，指定一個對象作為指向的目標對象。

四、設置行為

群組是通過一系列的行為對代理進行控制。在群組中可以創建各種各樣的行為：墻排斥行為、墻搜索行為、定向行為、搜索行為、曲面到達行為、曲面跟隨行為、漫步行為、空間扭曲行為、腳本化行為、路徑跟隨行為、速度變化行為和避免行為。這些行為分別適應了代理所代表的人物、動物的多種行為，例如模擬魚群的動作，主要用到三個行為：第一尋找目標，用于找到并跟隨噪波控制器運動的幾何球體；第二尋找魚群，用于找到魚群的質心；第三魚群避讓，避免代理之間相互撞擊。此外還可以添加一個風空間扭曲來驅動魚群，呈現出魚受到大海涌浪的作用。添加的 “搜索行為”，可以將任何指定為代理的靜止或運動的目標，在群組模擬期間朝著目標移動，并在必要的時候進行翻轉。這樣動畫師就可以在干預較少的情況下生成復雜、流暢的群體動畫。

五、行為指定

有了行為設置后，需要指定它們到代理上，這樣群組對象才能控制代理，并生成指定的動作。因為代理將要指定相同的行為屬性，所以沒有必要分別為它們指定這些行為，可以將它們創建為一個組，然后統一指定行為。如果需要設定行為對代理影響的效果，就需要修改權重。在 “行為指定”列表的每個行為后面都有一個權重值，權重是指定的行為或認知控制器的相對效果，指定的權重值越高，它的相對效果越明顯。

在為代理指定了行為之后，如果拖動時間滑塊，代理并沒有任何的動作，是因為沒有對這些行為進行解算。解算后，單擊動畫播放按鈕，會發現所有的代理生成了跟隨目標的動畫。

六、角色與代理關聯

創建了新的代理，并且進行了模擬運算后，就可以為全部的代理指定模型了。回到散布來創建以前的克隆方向并使用 “對象/代理聯合”鏈接，綁定相關的模型到其代理上，這樣動畫屬性可以源自它們，隱藏代理和跟隨對象[3]。在同一個群組中，我們還可以為代理設置多個組，然后為每個組指定不同的行為，這樣就可以使場景中的代理對象分組執行不同的動作，形成更為復雜的群組聚集效果。

七、結語

在動畫教學中，首先應從心理上打破學生對群組動畫制作的距離感與恐懼感，從簡單的實例入手，讓學生學會對群體運動的編輯與控制，激發學生的學習興趣，讓學生能靈活應用群組工具，對不同規模和不同隊形的群體運動實現有效控制，從而提高動畫制作的效率。

參考文獻

[1]李健，毛天露，蔣浩，等。群組動畫中的隊形約束與控制方法 [J]計算機輔助設計與圖形學學報，2010，（7）：1158-1165。

[2]黃晟盛。群組動畫運動控制的研究及應用 [D]杭州：浙江大學，2006。

[3]詹振毅。三維軟件中實現群組動畫的開發與應用[J]影視技術，2004，（5）：36-38。