基于maya技术南阳古镇景区三维展示动画的设计与实现文档格式.docx
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1.1.3三维展示动画的概念
多媒体和计算机技术在现代的迅猛发展，三维动画作为应运而生的新技术。
这是一种在传统二维动画和泥偶动画之后创建的新无纸动画。
在计算机平台的帮助下，它实现了动画形式的又一次大跃进，三维动画实现了创造梦幻王国的愿景。
伴随着计算机等新型技术的兴起，三维动画技术应运而生。
借助计算机技术实现构筑梦幻世界的愿景。
一般情况下，在虚无缥缈的世界中是无法看到的，通过虚拟世界勾勒、结合自身对事物的形状尺寸的描述，将心中所勾勒事物的大小纹理等显现出来。
将模型的运动规律按照自身的构思设计建立成型，再将纹理与素材如同外衣一样加诸于模型之上，并结合灯光的效果。
最终将任务通过电脑自动模式运算出自己内心所勾勒出来的世界。
设计师要设计出模型是三维动画制作的核心原理，将虚拟的三维世界勾勒为现实，进而在这个环境中，对所想象事物的所有数据都进行设定，实现画面的运动效果。
将序列图像输出之后，合成为视频。
这个创作过程不仅仅是步骤的罗列，而是一项繁琐复杂的工作，第一，必须根据自己的心中所想制作出三维框架，在此基础上导入人物模型，在软件中针对关键的帧设定模型的数值。
虚拟的灯光效果和其他特效也是必不可少的，要认真把控场景氛围。
设置模型材质的凹凸贴图、颜色贴图。
将渲染设置的效果输出为渲染序列帧。
序列帧的图片要通过后期的剪辑进行合成，最终输出一部完成的三维效果图。
1.1.4三维展示动画的意义
三维技术的出现，创造了一种二维动画无法向观众表达的新的视觉体验。
让动画中的人物和场景完全脱颖而出。
使得它们展示更美丽而真实的颜色，从而更加逼真，运动流畅。
无法用手工绘制的水，火和风等自然现象的质感和效果都能用三维技术表达出来。
三维技术的发展造就了新的表现形式和优势。
当今社会必不可少的艺术领域之一就是三维动画，是当今世界先进性的一个表现。
三维动画中最为特殊的动画设计是三维特效。
动画特效的设计能够使三维动画的效果更佳夺目，更佳吸引观众，给观众更丰富的代入感。
1.2三维展示动画的国内外现状
1.2.1三维展示动画的国外现状
相比国内的三维动画、国外的技术起步更早，特别是韩国和日本在三维动画方面取得的成果更加巨大。
同样，美国也是三维动画的领军人，引领着三维动画技术飞速的发展。
三维动画制作在制作成本和技术难度方面都高于制作电影。
三维动画具有无限性这一特征，使得三维动画在社会生产中的应用极其广泛。
通过动画电影就可以通过更加直观的效果展示，国外很早就在电影制作上运用了三维动画技术，比如，1986年，美国皮克斯动画室通过《LuxoJr.》（顽皮跳跳灯）这个电影成功点燃了三维动画的潮流。
接着，华特·
迪士尼也与皮克斯合作生产了一系列经典的三维动画系列影片，如《ToyStory》（玩具总动员），票房成绩令人满意，最重要的是极大的推动了三维动画在全世界的发展。
随后，众多的三维动画相继推出，如《FindingNemo》（海底总动员）、Shrek》系列（怪物史莱克）、《IceAge》系列（冰河世纪）等，这是美国在世界三维动画产业中最为鼎盛的时期，通过三维动画技术制作而成的动画影片的商业价值和可观性更强。
目前，日本、韩国和欧美国家的三维动画技术已经非常成熟，并形成了成熟完成的产业链和知识链，其产出和投入都形成了良性循环结构，为多媒体和动画产业的发展带来了可观的社会和经济效益。
1.2.2三维展示动画的国内现状
由于国内三维动画起步较晚，跟国外顶尖的三维动画存在着较大的差距。
当今时代的网络技术处于不断发展和运转中，三维建模已经被人们所熟知，在人们的生活中更加常见，其技术也在不断革新和完善中。
三维动画产业是朝着更好的方向发展的，传统的二维模型已经无法满足人们的需要，在全球范围内信息发展的过程中，获取资源和共享资源更加的便捷。
企业在对交互功能的需求上更加的苛求，比如，网上购物人们的生活中更加的广泛，企业通过为客户构建一个虚拟的购物空间来满足客户的购物需求。
再者，将建筑的显示效果通过三维技术显示出来必须经过二维数据的传递。
将想象中的世界通过三维技术虚拟的展示出来。
在二十世纪九十年代，世界各国都在逐步关注三维空间的扩展问题[6]。
目前，诸多的房地产企业也通过三维技术将楼盘信息通过三维技术展示出来，不再简单的依靠传统的二维技术，三维世界的效果图能给人更加真实，在二十世纪九十年代的初期，三维技术构造的模型在世界各国引起广泛关注。
当今世界中，虚拟银行、虚拟游览、虚拟学校和虚拟医院等三维技术构建的事物相继展示，该技术的核心就是通过三维数字构建的模型经由计算机技术展示在真实环境中的三维空间内，使用户视觉达到“沉浸式”的效果[7]。
最近几年，国内主推三维动画的影视公司相继成立，三维动画影片和人才也不断增加，虽然有不少作品的层次水平有待提高，但是也有更多优秀的三维动画效果的展示。
我国的三维动画产业的发展已经处于二度发展时期，前期由于日韩、欧美等大型三维动画影片的影响，我国的三维动画产业萎靡不振，《秦时明月》作为我国动画产业重拾信心的代表作，也表明我国的三维动画产业的发展必须结合中古元素走中国特色的设计路线，将剧情打造的更加封堵，从“受众低幼、内容俗气、画面滥造”的束缚中走出来。
在《大圣归来》的作品中，我们发现过我国的动画产业正在崛起中，我国对动画产业的发展从未停滞，在影片的创意和画面方面，逐渐与国际水平接轨。
目前，我国动画产业从业人员的薪酬水平和产业的热度在各行业中处于领先地位，其发展前景是光明的。
1.3研究目的和主要内容
1.3.1研究目的
三维动画在当今艺术领域处于必不可少的地位，是先进性的代表产物。
动画特效的设计能够使三维动画的效果更佳夺目，更佳吸引观众，给观众更丰富的代入感，我会用尽毕生的力量和知识打造一部完美的作品。
“碧瓦朱甍”这部三维动画作品的深入钻研和解剖发现，通过调节参数表达不同的氛围，更有甚者，通过对关键帧和粒子参数的设计实现关键帧的特殊效果。
在对诸多特效的掌控能力下，有望将作品发表在更多的平台中，让人们对古代建筑的雄伟有更深入的了解，激发人们自觉保护建筑文物的心态。
1.3.2研究内容
本文在研究背景和调查中发现，“南阳古镇”是本文的研究重点。
通过查阅书籍、文献对南阳古镇的发展历程有了更深刻的理解，对三维建模技术有了更丰富的认识，通过三维动画技术和贴图技术等实现南阳古镇的效果展示，对Maya、3dsMax等软件的使用有了更熟练的掌握，最终完成南阳古镇的搭建工作。
接着运用先进的Lumion平台完成调试优化，其中包括环境场景设计等。
而后在Premiere软件实现音频和视频的合成，用AfterEffects软件实现校色和片头的制作。
下面展示了南阳古镇景区制作三维动画展示的具体过程，并进行一系列的研究：
（一）“南阳古镇”历史人文价值及旅游发展等现状分析。
（二）三维展示动画设计，应用软件分析。
（三）“南阳古镇”景区三维展示动画前期准备：
1、南阳古镇主体建筑结构、材质和内部环境等细节的拍摄。
2、制作贴图和后期剪辑处理：
使用Photoshop软件处理图像的技术将拍摄素材进行处理加工后，制作贴图的模型、纹理等。
（四）利用南阳古镇平面图，在Maya软件中，进行三维模型的创建工作。
（五）然后导入Lumion软件进行调试，添加特效，导出分段视频。
而继续在Premiere软件实现音频和视频的合成，用AfterEffects软件实现校色和片头的制作。
项目的主要流程如图1-1所示：
图1-1项目流程图
2三维展示动画“南阳古镇”景区项目策划
2.1“南阳古镇”景区概述
“南阳古镇”坐落在山东济宁微山湖中的南阳岛上，位于微山县西北部。
至少有2200年的历史，在战国时期就已经成为军事重镇。
在元代南北运河通航后，南阳古镇逐渐繁荣兴盛起来。
它位于济宁南部，江苏丰沛北部，孔孟圣地、曲阜、邹城以西，牡丹之乡菏泽以东。
南阳古镇以宽阔的运河河面为“街面”显现出她独特的自然雄伟景观。
由于整个南阳镇的结构是一个狭长的分布，所以商业繁荣地段集中于大运河两岸，以运河河道为轴线分布。
由于时代比较相近，古镇大多都保留着明清时期的时代建筑，在各个方面都留下了一些影响深远的建筑风风格。
2.2剧本构思
翻阅书籍、文献，将具有代表性的古代建筑群体作为研究目标。
古代建筑群体代表着中华民族的文化历史，需要我们的学习和保护。
通过研究学习特效的处理、灯光的效果渲染和贴图技术等，对建筑类模型的建模更加的熟悉。
作品的布景主要源于南阳古镇建筑流派的特色，通过自身的优化与勾勒，在云雾和灯光效果的展示通过流体特效来实现。
整个场景通过航拍和第一主观视角的结合来实现，表达出建筑群体特有的宏伟与震撼效果。
建筑主要通过三维动画展示出来，从制作过程中设计处更加丰富多彩的建筑群体，其材质选用理石和木质为主，进行渲染和建模，在后期设计中通过光影特效展示建筑的真实性。
在构造完整体的结构之后，优化流水、天空和树木等景观，将动画效果的美感体现出来。
由于镜头语言所包含的元素众多，不同的画面所采用的镜头元素也存在很大的差异，如果在设计时没有详细的进行规划，将会束手无策。
所以在制作三维动画漫游中将会运用镜头语言。
分镜头作为动画制作的重要部分，特别是在三维动画制作中，更能展示出视屏的节奏感，将每个镜头设计完美是后期制作的基础。
所以在设计分镜头时候需要进行多次变动，这样方能使效果最佳。
因为在三维展示动画的过程中要有明确自己的展示目标，注重规划其中的镜头元素。
为了更好的完成三维动画的展示，笔者设计了如下的分镜头脚本，如表2-1。
表2-1分镜头脚本
镜号
景别
技巧
画面内容
音乐
长度（秒）
备注
1
全景
正面，由左向右成弧线移动
牌坊出现
起
7s
2
特写
由下往上推
“南阳古镇”特写
8s
3
近景
由上往下移
牌楼展示
4
中景
平移
进入古镇
9s
5
由左往右
石墩展示
6s
6
由右向左呈弧线
堂房映入眼帘
7
由右向左
堂房展示
8
穿梭在楼亭中
9
由下往上移
航拍视角
10
推
房屋楼顶细节
11
对称的美
12
拉
状元楼展示
13
展现南阳古镇的风貌
止
15s
2.3场景概念设计
前期准备工作在三维动画制过程中起着至关重要的作用，具体体现在要明确目标建筑物、场景模型等有大体的框架结构，这样才能对动画框架的思路有规划，才能了解建筑物的构架，设计好建筑场景的摆设和布局。
在建筑场景制作之前需要参照大量的视频、文献、图片各个类型的资料，再对南阳古镇景区进行设计和规划。
因此对南阳古镇进行了设计稿平面图的绘制，如图2-2。
图2-2南阳古镇平面图
2.4软硬件支持
2.4.1硬件配置
为了保证漫游和制作过程的顺利开展，计算机硬件配置必须有一定的要求，配置过低可能会导致电脑死机或者软件的崩溃，因此，在设计之前要检查电脑的配置。
硬件主要的配置如下：
2.4.1软件配置
本次“南阳古镇”三维建展示动画需要用Maya2015、3dsMax2014软件进行场景建模，主要使用的软件为Lumion6.0，PremiereCS6软件,AfterEffects2018软件,辅助的软件PhotoshopCC。
3“南阳古镇”景区建模的构建与材质的赋予
3.1软件概述
3.1.1Maya软件概述
是美国
公司在三维动画产业方面出品的世界顶级软件，常见用在角色动画、影视广告、影视特效等的设计中。
其具有功能完善、使用便捷灵活、制作效率高等特性，制作出的画面真实感更强，在电影制作中属于高端的制作软件。
3.1.2PhotoshopCC软件概述
是
公司在六年前退出的新产品，是在
功能的基础上上进行优化完善，
具有防相机抖动动能、
功能改进、提升了图像采样技术、其属性面板也进行了升级、
集成等功能，以及云功能。
特别是用户界面更加简洁、不易崩溃、版本更稳定、更强大的图像增强功能，在市场上所有的美工、广告摄影等需要美化图片的公司和员工在修改工具和平面图片制作时的首选工具是
[11]。
3.2“南阳古镇”模型制作
3.2.1状元楼模型制作
首先确定该状元楼建筑为一座古代宫殿建筑，并对它的结构进行分析，因为只有前期了解结构构成才能更好的建立模型。
主体建筑宫殿共分为4层，分为俩部分构成，为对称分布，如图3-1。
图3-1效果图
制作步骤：
首先确定做俩个对称中模型的一个进行制作，另外一个复制。
因为古代建筑最难的地方在屋顶，其建构也是最复杂的，并且为了更好的和模型衔接，故决定从上向下开始建立模型。
屋顶模型的制作：
切换到动画选项，创建一个高度分段为9，深度细分数为2的立方体，点击创建变形器-非线性-弯曲命令，如图3-2所示。
切换到曲线选项卡，点击EP曲线工具，在视图中完成曲线的建立，最后按住右键拖动到完成选项。
再选择”编辑曲线“-”开放/闭合曲线“，使得一个闭合的曲线，点击曲面选项卡，点击平面工具，再回到多边形视口下，点击修改-转换-NURBS到多边形，删除多余的边，点击网格工具-挤出工具，如图3-3所示。
新建一个细分宽度为12，深度细分数为9的立方体，右击进入面级别，按住shift键双击选中一圈面，点击编辑网格-挤出命令，挤出厚度，如图3-4所示。
右击进入点级别，调整点的位置，如图3-5所示。
按住“shift+d”键复制，旋转Y轴，如图3-6所示。
图3-2弯曲命令图3-3曲线工具
图3-4挤出命令图3-5编组
图3-6效果图
围栏模型的制作：
先建立一个立方体，再切换到曲线选项卡，点击EP曲线工具，在视图中完成曲线的建立，最后按住右键拖动到完成选项。
再选择编辑曲线-开放/闭合曲线命令，使得到一个闭合的曲线，点击曲面选项卡，点击平面工具，再回到多边形视口下，点击修改-转换-NURBS到多边形，删除多余的边，点击网格工具-挤出工具，选中两个物体，点击网格-布尔-交集，如图3-3。
然后再制作围栏支柱，进行复制，衔接，如图3-7。
图3-7围栏的制作
柱身模型的制作：
新建一个立方体，右击进入面级别，选择上方的面，点击编辑网格-面挤出命令，按下“R”快捷键，进行缩放，再按下“W”快捷键，拖动“Y”轴，再重复三次以上命令，得到如下图3-8所示：
图3-8柱身的制作
模型的合成：
选中围栏和柱身，点击网格-结合，按住“shift+d”进行复制，如图所示。
图3-4合成
因为古代建筑以对称为美，所以建筑多为重复性建筑，所以在建模时带来很多方便。
最终完成效果图，如图3-5。
图3-5建模完成
3.2.2牌楼模型制作
牌楼模型制作是南阳古镇漫游中的关键，因为它是南阳古镇的第一站，也是一个地标性的建筑。
这个模型通过Maya软件和PhotoshopCC软件再加Lumion软件来实现。
牌楼的基本构成和造型特点：
由基座、4根相同的立柱、夹枰石、坊额、楼顶组成。
楼顶模型的建立：
首先，新建一个立方体，选择网格工具-插入循环边工具，点击鼠标右键切换到面级别，选择需要挤出的面，选择编辑网格-面挤出工具，挤出厚度。
再次点击鼠标右键切换到对象模式，选择网格工具-插入循环边工具，挤出厚度，再次重复以上命令，如图3-6。
其次再新建一个立方体，选择网格工具-插入循环边工具，点击鼠标右键切换到面级别，选择需要挤出的面，选择编辑网格-面挤出工具，挤出厚度。
点击鼠标右键切换到变级别，选择右下角的边，选择编辑网格-倒角命令，进行参数设置。
再分别选择上方两条边选择倒角命令，如图3-7。
图3-6楼顶制作图3-7楼顶制作
再新建一个立方体，重复以上命令，最后将这三个立方体进行组合，如图3-8。
图3-8楼顶组合
瓦片模型的建立：
新建一个6边型圆柱体，端面细分数改为2，右击鼠标进入点级别，进行数值的调整，按下“E”快捷键进行旋转，选择编辑-特殊复制选项，进行参数调整，选择网格-结合命令，进行编组，再选择修改-居中枢纽命令调整中心点。
新建一个细分宽度为4的立方体，右击进入点级别，进行旋转，选择编辑-特殊复制选项，进行复制。
新建一个细分宽度为5、深度细分数为4的立方体，按住“shift+d”进行复制。
选择网格-结合进行编组，再选择编辑-特殊复制选项进行对称复制，如图3-9。
最后新建一个圆柱体，进行排列组合，如图3-10。
图3-9瓦片模型的建立
图3-10瓦片模型效果图
3.2.3石墩模型制作
首先确定了石墩的造型和特点，之后开始制作。
首先打开Maya2015，创建工程目录。
建立好项目工程目录后开始制作，因为石墩造型简单，是由俩部分构成，基本由俩个立方体组成，新建两个立方体，选择网格工具-插入循环边工具，在上下两端分别插入循环边工具，右击选择顶点开始进行缩放，如图3-11。
图3-11缩放
选择“再次插入循环边”工具，右击选择面，“网格工具”-“挤出工具”，按下“W”快捷键挤出面，如图3-12。
图3-12挤出
3.3“南阳古镇”模型材质贴图的制作与赋予
3.3.1状元楼模型材质贴图的制作与赋予
由于最终完成后面数很多，电脑负荷，在贴图时给我带来很大的麻烦，所以决定给模型材质球，后期贴图在Lumion中进行完成，如图3-13。
图3-13模型材质球
在给材质的时候选择把同一种材质的物体结合，给一个材质球。
这样方便在Lumion中进行后期贴图。
模型完成后并且赋予材质后应该导出Obj或Fbx格式，因为Lumion只可以识别这俩种模型文件。
模型制作好后点击“文件”-“导出”格式选择Obj之后选择一个储存位置，导出，如图3-14。
之后得到一个Obj文件，从Maya2015中导出obj格式文件后打开Lumion，这里用的Lumion是0.6版本，之后选择一个基础场景进入，单击左侧第三个大按钮，选择文件导入新模型，选择我们刚从Maya中导出的obj就可以完成导入。
导入后是白模状态，画面可能比较模糊，这个是因为电脑显卡配置比较低的缘故，如图3-15。
图3-15状元楼模型导入
这里用到的贴图有瓦片材质贴图，砖墙材质贴图，木纹材质贴图，石膏材质贴图。
首先打开PhotoshopCC，分别导入贴图整理，点击图像下的调整，再点击色相饱和度，将饱和度向左滑动，点击图像-调整-可选颜色，再黄色的滑块向右移动，图片的整体就会有些许的陈旧的感觉。
图3-16材质贴图
打开Lumion,单击材质编辑按钮，弹出材质对话框，指定材质贴图。
之后选择要贴图的物体进行赋予，如图3-17。
重复以上命令，分别对相同的材质物体统一赋予贴图，最终效果如图3-18。
图3-17赋予材质
图3-18贴图完成
3.3.2牌楼模型材质贴图的制作与赋予
在坊额位置有南阳古镇几个大字，所以需要到PhotoshopCC中把那一部分的贴图做出来。
打开PhotoshopCC后，导入贴图，我们在贴图上建立文字层，写南阳古镇几个大字我们选择黑色繁体。
并在混合选项中进行斜面浮雕。
完成后保存格式为Jpg格式。
之后在Lumion中进行贴图，如图3-21。
图3-21材质贴图
3.3.3石墩模型材质贴图的制作与赋予
模型制作好后点击“文件”-“导出”-格式选择Obj之后选择一个储存位置，导出，从Maya2015中导出Obj格式文件后打开Lumion6.0，然后需要到PhotoshopCC中把那一部分的贴图做出来。
打开PhotoshopCC后，导入贴图，我们在贴图上建立文字层，写南阳古镇几个大字选择黑色繁体。
完成后保存格式为Jpg格式，如图3-22。
图3-24贴图制作
打开Lumion60，单击材质编辑按钮，弹出材质对话框，指定材质贴图，如图3-25。
图3-25赋予贴图
4基于Lumion软件“南阳古镇”景区三维展示动画实现
4.1Lumion简介
4.1.1Lumion关键概念
Lumion是一种实时性非常高的的3D可视化工具，用于建筑、规划和设计等领域来制作电影和静帧动画。
它还可以传递现场演示。
Lumion可以提供出色的图像并结合快速高效的工作流程，很大程度的缩短的制作的时间，同时也加快了高清视频的渲染。
人们可以直接在自己的计算机上创建虚拟现实。
可以比以往更快的渲染高清视频，Lumion大大缩短了制作时间。
4.1.2
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