三維軟件3DS MAX中Cat角色制作舞蹈動作技術分析

侯自力

摘要：該文使用3DS MAX軟件中Cat骨骼人蒙皮方式制作舞者舞蹈動畫，分析了用Cat骨骼人系統制作男女舞者的骨骼搭建、舞步組合分解動作、單一分解動作集合的運動流動畫及連接動畫持續的時間控制問題，討論了解決這些問題的方法步驟和可行性。

關鍵詞：Cat骨骼人蒙皮;骨骼搭建;動作組合;運動流動畫

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0202-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1引言

利用計算機3DS MAX 、Unity3D等軟件模擬產生一個三維空間虛擬世界的舞臺場景，制作可共觀賞者在視覺、聽覺或觸覺等感官上來體會舞者的動作，通過虛擬舞臺中舞者的動作利用計算機圖形制作技術、虛擬現實技術、多媒體合成等技術實現舞者的運動仿真，達到學舞者可交互式、沉浸式、720度方向上反復研磨舞者舞姿技術的目的。使用3dsmax軟件制作CAT角色沿舞程線方向運動，通過腳印步伐的修改，每個舞步方向的調整，以及腳步離地面高度等動作的修改，完成蒙皮的舞者表演一連串分解動作的組合動畫，為將來完成舞者的各組動畫集制作奠定基礎，也為使用unity3d軟件設計鍵盤、鼠標、手柄可穿式佩戴設備來模擬控制舞者每個動作積累素材，為完成設計的模擬舞者舞姿的動作的動畫成為可能。下面重點講述使用3DS MAX軟件CAT角色系統制作模擬舞者組合動作的動畫主要技術步驟。

2給出舞蹈動作組合順序的名稱

學習舞者優雅的舞蹈動作，首先要模仿他們的舞姿舞步以及各種神態，舞姿舞步學習尤為重要，現以男者身體和腳步引導取各種舞姿名來歸納某種舞蹈組合順序的名稱，如桑巴舞常見組合花種，分原地動作和行進動作，胯部帶動大腿，以前后扭動臀部為主，一般每個動作表演完成2遍，常見動作共有15組。

1）原地基本步組（前后走步+左右掃步+左右側蹬腿+左腳向右墊步+右腳向左墊步）

2）行進開合碰手組（右側手腳同步合+左側的手腳同步開）

3）背式交叉步墊步組（拉女背身同步+左前側左右交叉步+左腳向右墊步+對稱再次做墊步）

4）背式后蹬腿退轉組（背身左腳后蹬右退轉+左手抬起帶女一圈/右腳原地蹬右轉）

5）背式桑巴梭步組（右側右走步梭步+左側左墊步）

6）推胸追步組（拉女正對+女右手推胸反身向前追/男右手搭女左手梭步走）

7）臂式滾追步組（女在男右手臂中回滾+反身向前追）

8）左右換手追步組（女拉回換手向右反身追步+女拉回換手向左反身追步）

9）快三轉側并墊步組（快三右轉+右側并墊步）

10）跑步換位組（男女搭手并排+男女左右繞跑換位轉）

11）女右側前后梭步組（拉女右側前面對梭步+再退回右側梭步）

12）切割步組（左單切+右單切+左雙切+右雙切）

13）原地推手轉（推女左右手美式轉）

14）圓形墊步組（男女面對基本步+左右交叉步+反向墊步）

15）背式女背手墊步組（女背式左右換背手/基本步+左右墊步）

3 使用三維軟件Cat骨骼系統搭建男女舞者模型

根據桑巴這種舞蹈組合順序的名稱，使用3DS MAX軟件模擬制作男女雙人舞動的動畫，涉及的各類技術問題，其中創建舞者的皮膚模型好壞依賴建模師的水平。研究開發舞者的舞步組合動作時，對舞者外形審美不需要做過多的要求，只要舞者模型制作出的動畫能夠準確表達出舞步組合順序就可以，模型的創建技術一般包括：皮膚、骨骼、骨骼蒙皮、蒙皮貼圖。

3.1 3dsMax軟件創建男女舞者皮膚、服裝、飾品外形

男女舞者模型創建是實施完成各舞種動作的主體，其外形皮膚創建分為：

1）美工師繪制或拍攝實體的前、頂、左視圖方向上的二維圖片;

2）將一組實體二維圖片導入軟件中凍結，為創建立體模型做臨摹背景;

3）根據圖片外形選擇接近實體外形的透明標準體或透明平面繪制實體邊線;

4）使用編輯多邊形、編輯面片、NURBS曲面編輯技術進行點、線、面逼近實體模型;

5）用實體對稱特點取其1/2或1/4，再通過切割、擠出、焊接、塌陷等修改技術逐步逼近立體模型。

3.2根據皮膚外形用3dsMax軟件Cat角色系統創建能控制男女舞蹈動作的骨骼軀干

根據外殼皮膚用Cat角色系統制作積木式的Cat骨架，同時修改積木骨骼軀干的長短大小。填滿皮膚的內空間為骨骼封套做好準備。

1）導入舞者皮膚，貼上透明材質并凍結;

2）創建輔助對象中的CAT三角骨骼，在面板中進入Cat父對象>倉庫>選無，頂視圖中拖出三角形圖標，見圖1;

3）從舞者皮膚中心創建矩形骨盆，見圖2;

4）再從矩形骨盆向外逐步創建左右邊腿、脊椎、左右手臂、頭部，見圖3。

3.3 男女骨骼蒙皮，皮膚封套調整技術

1）選擇皮膚，修改列表選擇蒙皮或physique修改器對角色骨骼進行綁定;

2）命令面板蒙皮欄下添加所有的骨骼（可以先集合所有骨骼）;

3）皮膚封套調整，避免穿幫，見圖4。

3.4 男女蒙皮貼圖技術

1）皮膚是有規律的多邊形可采用多維貼圖材質進行分塊貼圖，見圖5;

2）皮膚是沒有規律的外形往往采用修改列表中uvw展開貼圖，在uvw展開編輯器中制作局部對應的圖片，再采用漫反射、法線、高光等貼圖完成精準的表面多通道貼圖，見圖6。

4 舞者舞步組合動作分解創建一連串動畫技術

根據舞者舞步組成的各種桑巴腳步動作組合的順序名稱，一組一組分析腳步在地面上軌跡，調整舞者個體原地每幀腳步在移動及變向上的變換技術問題，逐幀修改舞者Cat骨骼人胯部帶動雙腿、雙肩和頭部轉到的運動方向。要求分析舞者動作滿足拉丁舞舞姿特點的運動動作。運用CAT角色沿舞程線方向運動，通過腳印的修改，調整每個舞步方向，以及腳步離地面高度。下面以Cat骨骼人分析舞者舞動時的地面腳步步幅、軀干曲線扭動、手臂伸與縮、頭部轉動等舞步組合中涉及的動畫技術進行描述。

4.1 制作舞者舞每幀初步舞姿動作的動畫并通過可用預設參數增加動作幅度

根據桑巴舞運動特點解決原地舞姿和行進中的腳步及舞姿搭配每個分解動作，參照上面給出的舞步名稱，男人牽引女舞者在地面留下一串舞步軌跡足跡的同時，舞者軀體又在原地表現各種扭動動作，兩手臂轉動動作及頭部變向動作，每一幀通過CAT系統的運動管理層分：添加層abs關鍵幀動畫和局部權重調整層、添加小人跑CATMotion層、+L調整層來調整舞者的腳步步幅、軀體扭動、手臂伸轉、頭部擺動等各種不同的舞姿。使用3dsmax軟件由系統CAT骨骼蒙皮人分解舞姿制作步驟有：

1）導入蒙皮后的舞者模型，隱藏皮膚;

2）任選軀體中骨塊，面板上點選運動，可見面板上出現--層管理器;

3）層管理器選Abs添加動畫層，單擊紅色按鈕，變成綠色播放按鈕，進入動畫設置模式，時間軸設置關鍵點動畫設置（紅軸），見圖7。

（1）選某個時間幀上個鎖制作腳的移動旋轉/選腳底的輔助物方框。

（2）軀干曲線扭動。

（3）手臂伸與縮。

（4）頭部轉動畫。

4）舞者各肢體動作協調通過權重調整，圖8 。

（1）層管理器中再次添加abs層。

（2）分別選不同骨骼肢體，面板上調整局部權重，100為不動，50為動一半。

4.2 舞者沿舞程線運動腳步軌跡及舞姿細節調整

CATMotion層設置的預設動作只能完成初步的角色動畫，在細節上還存在很多問題，使用Adjustment Layer層可以設置動畫增量，即在保持現有動畫的基礎上，增加新的數據，例如，我們可以保持臂膀擺動的動作，增加手指蘭花指的動作。雖然在CATMotion層也可以設置相關參數，但容易與預設動作原有數據相混淆或者發生沖突，產生錯誤的結果，而單獨在Adjustment Layer層進行編輯，可以單獨保留其數據，不會破壞對象原始的動畫參數。從而準確地控制舞者腳步步幅、軀體扭動、手臂伸轉、頭部擺動等各種不同的舞姿，制作其動畫制作步驟有：

1）可用預設參數調整來增加CAT骨骼人手臂、雙腿和頭部動作幅度，在層管理器選小人跑圖標添加動畫層，單擊紅色按鈕，變成綠色播放按鈕，進入動畫設置模式。見圖8。

（1） 層管理器下點擊熊掌圖標，打開CATMotion窗口。

（2） 在可用的預設處雙擊<2Legs>選項加載4個預設動作，選GameCharCreep單擊Load用新的動作覆蓋當前。

（3）Globals>修改最大步數時間=85，可以延長舞者每步時間。

（4） 展開PelvisGroup項中的Legs，再展開FootPlatform>OffsetPos參數可以增大兩腳間距。

（5）修改RicageGroup選項中Arm>Bend參數及曲線點，可以拉伸或降低舞者手臂Arm>Swin參數可以修改手臂的波動。

（6）還可以再HeadGroup選項中修改頭部扭動等參數增加改變頭轉動幅度。

2）進一步調整CAT骨骼人每幀手指腳趾舞姿細節動畫，見圖10。

（1）在視圖中選擇手腕，在層管理下創建+L調整層。

（2）面板上選參數，在手指修改器選拇指、中指、食指等進行參數修改。

（3）也可視圖中選手臂、大腿等骨骼進行協調，選參數按XYZ軸進行旋轉。

4.3 創建舞者各組動作集合動畫的運動流

舞者的表演由一組一組動作連續組成，每組動作由幾個分解動作制作的動畫，在Cat骨骼系統中，包含有多種預設動作，也可以將自定義的動畫存儲為預設動作，預設動作可以直接添加給對象，使其具有某種動畫效果，而不需要再進行復雜的設置。CAT骨骼人完成預設動作用于當前編輯的Cat對象時只是子動作，還沒有實現動作間的組合，在CATMotion對話框左側的顯示窗內選擇CATMotion Presets選項中，在Current Layers顯示窗內選擇某個動作層后，權重參數欄內的參數會控制其對角色模型動作間的影響，只要設置權重具體參數，即可完成復雜動畫動作間的組合。使用系統Cat對象人（舞者）制作完成一組多個動作集合的運動流動畫技術主要有：

1）用上面方法分別創建Cat對象人（舞者）制作每組動作動畫，如：背式交叉步墊步組、背式桑巴梭步組、推胸追步組，分別保存為.cmp格式，存入Administrator/AppData/Local/Autodesk/3dsMax/2020-64bit/CHS/plugcfg_ln/CAT/MotionPresets/Dancer預設庫中Dancer文件夾中 ;

2）選Cat對象人（舞者）三角架，選面板運動模式，層管理器下添加選小人跑圖標，即CATMotion層;

3）點選熊掌圖標，打開CATMotion Presets預設窗口;

4）在窗口下雙擊先前存儲各組舞步預設名稱，添加各組動畫在當前層中，見圖11;

5）選CAT對象全部動畫，分別設置關鍵幀（紅色時間軸），定義不同時間段及權重 ;

（1）CATMotion窗口中當前層>選對應名稱>背式交叉步墊步組，時間滑塊到80幀，設置權重=0;

（2）CATMotion窗口中當前層>選對應名稱>背式桑巴梭步組，時間滑塊到80幀，設置權重=0;

（3） CATMotion窗口中當前層>選對應名稱>推胸追步組>，時間滑塊到80幀，設置權重=0。

6）導出舞者三個舞步組合的運動流.FBX格式的動畫。

5 結束語

人們以體育鍛煉為目的跳舞活動在音樂中伸展身體展現歡樂的自我，成為一種不可或缺的社會風尚，借用技術輔助方法學習各舞種的風格及基本步成為必不可少的手段。以上研究了3dsmax軟件CAT角色系統在開發舞者舞蹈動作組合過程中遇到的幾個重要技術問題，利用三維軟件調整角色足跡、身體運動走向，很方便地描述和編排復雜的舞蹈時空關系，開發模擬新穎的分解動作及組合，為計算機專業人員開拓模擬體育運動類項目提供了一種方法，并為日后能在Unity3D等游戲引擎軟件開發交互式舞蹈動作學習應用軟件，編輯新穎的舞蹈動作等虛擬產品打下良好的基礎。

參考文獻：

[1] 左旭.信息技術在舞蹈教學中的運用[J].藝術評鑒，2019（13）：112-113.

[2] 王珂.全視頻3ds Max游戲設計與制作深度剖析[M].北京：清華大學出版社，2013.

【通聯編輯：朱寶貴】