MAYA动画制作中的一些技法分析

贾晓东

摘 要：Maya与其他的三维软件有很多不同的地方，首先，Maya的操作平台基于Windows NT这样的操作更简便。同时，Maya独一无二的工作界面使操作更直观，利用了窗口的所有空间并将其发挥到极致，快捷键的合理组合使动画制作事半功倍。制作起来，Maya相对来说比较稳定，它对计算机的硬件利用率也比较高。Maya不仅有类似于其他三维软件的普通建模功能，还具备了高级建模的能力。Maya在灯光、摄像机、材质等方面的表现也不俗，模拟灯光更加真实，可调参数更突出；特技灯光种类更丰富更具有吸引力。摄像机的功能和参数更加专业，如镜头、焦距、景深等特殊功能是其他软件不具备的。

关键词：MAYA；建模；动画；灯光

MAYA在动画、电影方面的制作流程如下：

原图→故事版→建模→动画→3D绘图→渲染→后期声音→录音

首先，根据脚本、企划，用线把角色的线稿画出来，根据故事版确定的脚本，画出其场景，再在计算机上制作出其音响、场景、视频，最后在电脑上完成其建模、动画、渲染输出过程。

1 建模

建模就是在计算机上制作出虚拟的三维物体，环境，场面的空间表现。一般在电影中，可在计算机上用建模的方法制作一个都市或风景，这是普遍的方法，把脑中假象的事物在计算机上加工制作，形成一个完美的三维形象，让观察有一个形象的直观感受。制作者以线框图的形式来表现视觉界面，线框图以点、线、面为单位来实现复杂的形态变形，形成精密的模型。由点和点之间的距离形成的三角边，再构成三角面。表面的构成要素是参考线、片、CVS，参考线由参考曲线构成命名，物体表面U方向上构成的线，CV是指表面上可见的编辑点形成的交叉点。片是指由4个邻近的参考线围成的区域。CVS是指曲线和相似的NURBS表面的形态，调节而成的CV线，各个面根据曲线的角度，特定的CV数可以进行调节。如果想要增加CV的数量，可以插入参考线或者能增加表面的角度。表面建模的长处是内部不能填充，可以生成更加自由的曲面达到更精确的模型。曲面细分与多边形相似，对于形状有更加高的控制水准，只有模型的复杂区域里面能使用几何图形，曲面建模皱褶和四角形可以作为相同的空间模型来使用。曲面细分的连续性表现在曲面建模的表面做动画的时候，在接缝处可以解决各种各样的问题。然后通过骨骼可以绑定使用。曲线的构成要素有控制点、编辑点、外壳、跨度。CV的两个编辑点从连接的直线开始，来决定曲线的松紧程度。这种曲线形态的调节是非常基本、重要的手段。控制点数根据曲线的角度来决定。在MAYA里曲线开始和结束的差异，是通过充满控制点的区别来标示的，对于曲线的开始点，是由控制点的立方体形态来体现，从开始点开始，以U方向来增加点的数量，以小写字母u来标示，余下的点全部以小点来标示。通过若干的曲线跨度可看到许多的曲线编辑点，两个跨度间的连结点用编辑点来标示。MAYA里用小写x表示编辑点，在多种多样的二维手绘中使用的贝兹曲线上的调节点和曲面建模的编辑器都能用来编辑曲线。CV用来调节曲面建模曲线的形态，曲线上各种编辑点只能标示跨度。

为了表示CV间的相互关系，在MAYA里用线来连结CV，这些线叫作外壳，在复杂的场景中可以标示CV的顺序，可以变更模型的一部分，CV的一条线一次全部选中后可以挪动，编辑点之间的区间就叫跨度。三维建模的制作方法可以分为变形、合并，提供的基本形以点、线、面为单位来构成模型，其他建模方法还有放样、车削、变形球、弯曲、布尔、分形，用这些方法可以更便捷的得到模型。放样是对于封闭曲线或多角形，任意轴方向的高度来建模，把文字的外轮廓线来做成有厚度的LOGO，用同样的方法，倒角可以用厚度、高度把侧面的倾斜做出来。变形是指模型周围大多数的格子点按比例移动来形成模型的特定部位，选中一两个格子点来移动即可。

粒子是指物体的大小、位置等根据时间的流逝，用多樣化的变化物体做成雾气、云朵、火、烟雾气、树、森林、火花，或下面的场景。粒子系统把二维的元素集中起来，形成运动的物体，根据粒子的性质，特别是尺寸的设定，最终形成。随着时间流逝，根据设定粒子的位置变化、速度、色彩、消亡时间等的变化规则，呈现出的各种各样的形态。

2 动画

在三维图形中，动画是指物体的位置或属性恰当的变化，根据时间的变化，通过建模来生成虚拟的物体，赋予其生命形态。动画的基本原理就是，随着时间的变化，物体的位置、属性在关键帧上值的变化来自动生成中间值。

2.1 关键帧动画

关键帧是指动画的每个中间，具有明显特征和提示作用的一帧，中间的帧是由软件自动生成。关键帧补间法是指为了制作静止帧的序列，在计算机上制作的动画。这种动画其实就是在计算机上制作的动画，所包含的信息的平均值，即两帧的中间帧来计算。补间动画的方法不仅在空间内可以看到物体的外形、属性，还能计算位置信息。在模型上制作动画或使用摄像机动画，就可以使用关键帧动画，动画制作过程中在每一帧上可以用打关键点的方式来对模型或摄像机来做各种设定，通过关键帧之间的性质和速度等在帧上的变化来实现。在关键帧之间几个没有指定的普通帧上可以用线性插值补间法和样条曲线插值法。线性补间法是将关键帧中间帧的值开始持续到最后结束帧为止，根据一定比例变化成。曲线补间法是慢慢地开始变化到结束。所有的动画电影、计算机图形动画都要用这种方法制作。在动画制作中还要用到正反方向运动学，正向运动学是指根据几个物体的分级构造连接的模型，像其他一般动画在制作动画时，像调整物体的位置一样，从物体的上方接连点开始到下方，接连点下降的同时，每个物体通过手动来调节。上方连接点移动时，下方连接点也开始移动，但是下方连接点移动时，上方连接点不动。反向运动学是指分级构造末端的最下端物体受影响部位调整，到最上端固定点的低点连接的物体位置，施加力直到其在反方向产生影响，观察物体的运动可以做出理想的动画。

IK/FK混合是指制作者选择了结合链和IK手柄后，通过FK形成结合链，在MAYA中用蓝色标示，通过IK动画形成结合链用褐色标示，IK和FK动画混合的连接链用紫色标示。IK混合属性从0开始，FK动画的值从1开始。

2.2 动态动画

动态动画是指为了体现自然力来使用物理学的方法，对物体施加动作，使物体移动的一种方式。MAYA里固有的语法“MEL”是指将建模动画和动态效果的直接控制或补充。动态动画能实现基本的关键帧动画不能做的现实移动。例如，投掷的骰子，挥舞的彩旗，爆发的火焰。舞动的旗子是MAYA的柔体粒子中为了调节权重来使用的一种工具来制成的，比如风或湍流等类似的自然力，或是一些有弹性的植物的制作都可用这种方法。柔软权重为1时，软体的形态总是目标物体。柔体的个别粒子系统目标权重调节后，柔体和目标物体表现不一致，就要用笔刷来刷权重，结果挥动的旗子的动态动画是指MAYA的笔刷工具个别粒子系统目标权重值不同，这样才能做出自然形态的效果。

3 渲染

渲染是指将三维模型的线框，用光、摄像机、材质相结合的方法形成明暗交相变化的一种效果。渲染的过程是在建模和动画制作完成后，来设置物体的各种属性和质感，最终打印出来图片格式。渲染时要考虑的要素有照明、摄像机的调整、模型表面质感，和颜色的选定等，一般来说，渲染的过程是用三维图片系统的性能来决定的重要因素，同一个动画和模型通过不同的渲染有很大差异。渲染的结果通过光线投射、跟踪、辐射着色等各种渲染算法来使物体表面着色。

MAYA渲染的中心是由可见的材质球中的材质、灯光、渲染工具、特殊效果和相同的渲染节点来制作、编辑、连结而成，材质结点网来具体实现。

灯光：三维图形系统中，照明的效果一般是指实写摄像中所强调使用的一种重要技能，在MAYA中设置现实中的场景灯光比较难，特殊角度照明或特殊照明效果都较难实现。MAYA中的照明首先通过三个点可以得到，三个点光源是指主光、辅助光、逆光构成。主光是与普通辅助光相比，在人物附近位置形成的比辅助光更加亮的光，被照物体的明暗面可以表现出来，和其形态、表面的样子、质感也可体现。辅助光是通过主光来生成锐利或柔和的影子，或是通过光来实现各种效果。逆光是指从被照物体后面照射通过光来实现各种效果，可以清晰地看到物体轮廓线，通过背景可以柔和地看到被照射物体。环境光是指能使渲染的全体图像都能被照亮，全体明光或是暗光都能表现。需要将直接光线和非直射光线组合，使用时就可以用环境光。

平行光指地球上太阳光能达到的平行方向光，能够影响场景中全体点光源，其和在环境光中同一方向生成的影子是不同的。

点光源是从所有方向上发射的，在宇宙无限的小点上，排列个别使用的向四面八方发射光的点，在一个点上发射光是一种的放射型。侧面照明或后面照明常使用，可用来产生一种全局的效果。

聚光灯是一种特殊形态的光，由圆形、四边形来表现发出光，为了指定发射出的光线聚光灯可通过旋转来调节。聚光灯的范围是通过锥角来调整，光的强度减弱可以用“drop off”来实现。

区域光与其他光相比，渲染会花更长的时间，但是会产生高品质的灯光和影子，是一个二维的矩形光源，其角度和位置决定灯的亮度，区域光的大小可用来调节光的强度。

体积光最大的优势是能将灯光范围内的空间以外的部分视觉化，在MAYA中使用渐变属性可以控制光的淡化过程，不需要很多的减弱变化。体积光朝向的外面具有点光源的特征，下面有平行光的特征，使得灯光范围控制可以变得更容易。MAYA中的阴影是以物体的基本色和多样化后的形态来表现，阴影用黑色来变现，影子根据照明显现出的色彩可使得透明效果更有实体的效果。

参考文献：

[1] 赖义德.三维角色动画的艺术[M].清华大学出版社/北京交通大学出版社，2010.

[2] 史立新，闫英林.动画角色造型[M].遼宁美术出版社，2004.