三维技术的发展与应用.docx

1、三维技术的发展与应用三维技术的发展与应用唐强 数码艺术学院 影视动画90952Y班摘要：本文开篇以何为三维？三维技术又包含有哪些？这两问作为出发点，简述了三维的定义，并以三维技术中的三维动画为例简述三维动画在三维技术中的发展与应用。其中介绍了三维动画的定义、三维动画技术的应用与发展、三维动画设计与制作流程。并在最后探讨了中国三维动画的现状与未来，得出了中国三维动画产业发展潜力巨大，但技术的发展成熟仍然有很长的一段路要走。关键字：三维技术；发展；应用引言：何为三维？三维技术又包含有哪些？所谓三维，按大众理论来讲，只是人为规定的互相交错（垂直是一个很有特性的理解）的三个方向，用这个三维坐标，看起来

2、可以把整个世界任意一点的位置确定下来。【1】原来，三维是为了确定位置。现在，三维技术主要多运用于动漫产业，我国三维动画主要有探索地球村（据说是中国第一部三维动画），精灵世纪（中国首部原创高清晰全三维卡通巨片），魔比斯环等。下面我就以三维动画为例，简述三维动画在三维技术中的发展与应用。1、三维动画的发展1.1、什么是三维动画 三维动画又称3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋

3、上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。【2】就在几年以前，我们还只能从中央视台和有限的境外频道看到少量的电脑动画镜头，因为当时的制作成本高，难度大。早先的计算机动画系统的价格要花成百上千万资金，而后在桌面工作站上制作动画成本大大降低。使得动画被越来越多的应用于电视、广告和电影中，到了今天，电脑的功能愈来愈强大，以至我们不仅可以看到电视栏目包装、广告、电影中充满电脑动画技术，更有不少电脑爱好者在自己的个人电脑上玩起了电脑动画制作。在各类动画当中。最有魅力并运用最广的当属三维动画。二维动画可以看成三维动画的个分支，它的制作难度及对电脑性能的要求都远远低于三

4、维动画。过去制作三维动画需要程序员的维护和操作。如今，计算机价格在不断降低，性能则在不断的增强，三维动画软件，则是功能愈来愈强大，操作起来也是愈来愈容易，这使得三维动画有更广泛的运用，毕竟我们的世界是立体的，所以只有三维动画才让我们感到更真实。因此，三维动画（3D动画）其实是相对于二维动画（2D动画师）而言的。因其采用了立体空间的概念。所以更显真实，而且对空间操作的随意性也比较强，也更容易吸引人。三维动画就是通过计算机用特殊的三维软件建造物体模型，把模型放在这个三维空间的舞台上，从不同的角度用灯光照射，然后赋予每个部分动感和强烈的质感得到的效果。1.2、三维动画技术的应用与发展三维动画技术模拟

5、真实物体的方式使其成为一个有用的工具。由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。在影视广告制作方面，这项新技术能够给人耳目一新的感觉，因此受到了众多客户的欢迎。三维动画可以用于广告和电影电视剧的特效制作（如爆炸、烟雾、下雨、光效等）、特技（撞车、变形、虚幻场景或角色等）、广告产品展示、片头飞字等等。当侏罗纪公园、第五元素、泰坦尼克号些影片中逼真的恐龙、亦真亦幻的未来城市和巨大的“泰坦尼克号”让人沉浸在现代电影所营造的“真实”世界里时，你可知道创造了这些令人难以置信的视觉效果的幕后英雄是众多的三维动画制作软件和视频技术制作软件。好莱坞的电脑技术师们正

6、是借助这些非凡的软件，把他们的想像发挥到极限，也带给了我们无比的视觉享受。三维动画发展到目前为止可以分为3个阶段。 1995年至2000年是第一阶段，此阶段是三维动画的起步以及初步发展时期（1995年皮克斯的玩具总动员标志着动画进入三维时代）。在这一阶段，皮克斯迪斯尼是三维动画影片市场上的主要玩家。 2001年至2003年为第二阶段，此阶段是三维动画的迅猛发展时期。在这一阶段，三维动画从“一个人的游戏”变成了皮克斯和梦工厂的“两个人的撕咬”：你（梦工场）有怪物史瑞克，我（皮克斯）就开一家怪物公司；你（皮克斯）搞海底总动员，我（梦工场）就发动鲨鱼黑帮。从04年开始，三维动画影片步入其发展的第三阶

7、段全盛时期。在这一阶段，三维动画演变成了“多个人的游戏”：华纳兄弟电影公司推出圣诞气氛浓厚的极地快车；曾经成功推出冰河世纪的福克斯再次携手在三维动画领域与皮克斯、梦工场的PDI齐名的蓝天工作室，为人们带来冰河世纪2至于梦工场，则制作了怪物史瑞克3，并且将怪物史瑞克4的制作也纳入了日程之中。三维动画在电视片头和广告中的应用更是如鱼得水。在电视中，使用计算机动画技术最多的是电视广告。计算机动画能制做出精美神奇的视觉效果，给电视广告增添了一种奇妙无比、超越现实的夸张浪漫色彩。既让人感到计算机造型和其表现能力的极为惊人之处，叉使人自然地接受了商品的推销意图。当然重要的还在于创意，但是只要人们的头脑想得

8、出来的。计算机就能做出来。随着Internet迅猛发展，我们生活中数字信息的数量正在急剧增加，质量也将大大地改善。三维动画被当作一种最佳的信息的包装方式。无疑，三维技术能使人耳目新。给人最好的视觉感受是所有信息传播者共同的追求，因而三维动画必将更多的出现在相关媒体特别是Internet上，三维制作软件也将朝着功能更强，使用更容易，更具交互性等方向发展。【5】2、三维动画设计与制作流程 根据实际制作流程，一个完整的影视类三维动画的制作总体上可分为前期制作、动画片段制作与后期合成三个部分。（1）、前期制作 是指在使用计算机制作前，对动画片进行的规划与设计，主要包括：文学剧本创作、分镜头剧本创作、造

9、型设计、场景设计。 文学剧本，是动画片的基础，要求将文字表述视觉化即剧本所描述的内容可以用画面来表现，不具备视觉特点的描述(如抽象的心理描述等)是禁止的。动画片的文学剧本形式多样，如神话、科幻、民间故事等，要求内容健康、积极向上、思路清晰、逻辑合理。 分镜头剧本，是把文字进一步视觉化的重要一步，是导演根据文学剧本进行的再创作，体现导演的创作设想和艺术风格，分镜头剧本的结构：图画+文字，表达的内容包括镜头的类别和运动、构图和光影、运动方式和时间、音乐与音效等。其中每个图画代表一个镜头，文字用于说明如镜头长度、人物台词及动作等内容。 造型设计，包括人物造型、动物造型、器物造型等设计，设计内容包括角

10、色的外型设计与动作设计，造型设计的要求比较严格，包括标准造型、转面图、结构图、比例图、道具服装分解图等，通过角色的典型动作设计(如几幅带有情绪的角色动作体现角色的性格和典型动作)，并且附以文字说明来实现。超越建筑多媒体提示造型可适当夸张、要突出角色特征，运动合乎规律。 场景设计，是整个动画片中景物和环境的来源，比较严谨的场景设计包括平面图、结构分解图、色彩气氛图等，通常用一幅图来表达。（2)、动画片段制作 根据前期设计，在计算机中通过相关制作软件制作出动画片段，制作流程为建模、材质、灯光、动画、摄影机控制、渲染等，这是三维动画的制作特色。 建模，是动画师根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计

11、算机中绘制出角色模型。这是三维动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和场景中出现的物体都要建模。建模的灵魂是创意，核心是构思，源泉是美术素养。通常使用的软件有3DSMax、AutoCAD、Maya等。建模常见方式有：多边形建模把复杂的模型用一个个小三角面或四边形组接在一起表示(放大后不光滑)；样条曲线建模用几条样条曲线共同定义一个光滑的曲面，特性是平滑过渡性，不会产生陡边或皱纹。因此非常适合有机物体或角色的建模和动画。细分建模结合多边形建模与样条曲线建模的优点面开发的建模方式。建模不在于精确性，而在于艺术性，如侏罗纪公园中的恐龙模型。 材质贴图，材质即材料的质地，就是把模型赋予生动的表面特性，

12、具体体现在物体的颜色、透明度、反光度、反光强度、自发光及粗糙程度等特性上。贴图是指把二维图片通过软件的计算贴到三维模型上，形成表面细节和结构。对具体的图片要贴到特定的位置，三维软件使用了贴图坐标的概念。一般有平面、柱体和球体等贴图方式，分别对应于不同的需求。模型的材质与贴图要与现实生活中的对象属性相一致。 灯光，目的是最大限度地模拟自然界的光线类型和人工光线类型。三维软件中的灯光一般有泛光灯(如太阳、蜡烛等四面发射光线的光源)和方向灯(如探照灯、电筒等有照明方向的光源)。灯光起着照明场景、投射阴影及增添氛围的作用。通常采用三光源设置法：一个主灯，一个补灯和一个背灯。主灯是基本光源，其亮度最高，

13、主灯决定光线的方向，角色的阴影主要由主灯产生，通常放在正面的3/4处即角色正面左边或右面45度处。补灯的作用是柔和主灯产生的阴影，特别是面部区域，常放置在靠近摄影机的位置。背灯的作用是加强主体角色及显现其轮廓，使主体角色从背景中突显出来，背景灯通常放置在背面的3/4处。 摄影机控制，依照摄影原理在三维动画软件中使用摄影机工具，实现分镜头剧本设计的镜头效果。画面的稳定、流畅是使用摄影机的第一要素。摄影机功能只有情节需要才使用，不是任何时候都使用。摄像机的位置变化也能使画面产生动态效果。 动画，根据分镜头剧本与动作设计，运用已设计的造型在三维动画制作软件中制作出一个个动画片段。动作与画面的变化通过

14、关键帧来实现，设定动画的主要画面为关键帧，关键帧之间的过渡由计算机来完成。三维软件大都将动画信息以动画曲线来表示。动画曲线的横轴是时间(帧)，竖轴是动画值，可以从动画曲线上看出动画设置的快慢急缓、上下跳跃。如3DSMax的动画曲线编辑器。三维动画的动是一门技术，其中人物说话的口型变化、喜怒哀乐的表情、走路动作等，都要符合自然规律，制作要尽可能细腻、逼真，因此动画师要专门研究各种事物的运动规律。如果需要，可参考声音的变化来制作动画，如根据讲话的声音制作讲话的口型变化，使动作与声音协调。对于人的动作变化，系统提供了骨骼工具，通过蒙皮技术，将模型与骨骼绑定，易产生合乎人的运动规律的动作。 渲染，是指

15、根据场景的设置、赋予物体的材质和贴图、灯光等，由程序绘出一幅完整的画面或一段动画。三维动画必须渲染才能输出，造型的最终目的是得到静态或动画效果图，而这些都需要渲染才能完成。渲染是由渲染器完成，渲染器有线扫描方式(Linescan如3dsMAX内建的)、光线跟踪方式(Raytracing)以及辐射度渲染方式(Radiosity和Lightscape渲染软件)等，其渲染质量依次递增，但所需时间也相应增加。较好的渲染器有Softimage公司的MetalRay和皮克斯公司的RenderMan(Maya软件也支持RenderMan渲染输出)。通常输出为AVI类的视频文件。(3)、后期合成 影视类三维动

16、画的后期合成，主要是将之前所做的动画片段、声音等素材，按照分镜头剧本的设计，通过非线性编辑软件的编辑，最终生成动画影视文件。63、中国三维动画的现状与未来 就目前来说中国的三维动画正处于个新兴时期。随着改革开放的深入，越来越多的新思想和新技术进人中国，各大高校的艺术类专业也竞相开设了三维动画设计与制作的专业课程。无疑是为中国的三维动画产业注入了剂强心剂，而对于中国三维动画的发展来说，我们不仅要做出好的产品，更要个理论的指导，来指引我们的前进方向。有人说中国不缺少优秀的三维动画师，缺少的捏优秀的团体。这句话部分性的说出了中国目前三维动画与世界上，尤其是与美国的差距。我们都知道，迪斯尼的怪物史瑞克

17、、极地特快、战鸽快飞、汽车总动员等等，可以说是代表了目前三维动域的技术发展水平。我们需要有个优秀的组织。来研讨中国的动画业及三维动画的历史进程。并提出和引导其具有本民族特色的动画发展方向。2010年时我国上演的部大制作的三维动画魔比斯环，对外号称15亿制怍费用，几百人的制作团体。但目前的收益和效应却不甚理想。造成这样的结果，这里固然有许多因索在里面。可最重要也是最关建的个因素，却被忽略了，那就是文化，没有民族的文化也就喊能是个缺少灵魂的好看却不耐看的空虚的目绣体。结语：综上所述，三维动画发展作为电脑动画技术的个重要的趋势。理应成为我国动画事业努力方向。但我还应该认识到当前技术条件与人才的不足，

18、根据最新的研究报告，现今这两年内，游戏、动画行业人才缺口高达60万，“人才饥渴症”困惑着游戏、动画业。现在以月薪8000元的优厚条件却难找到合适的游戏、动画专才。因此要想发展起来不仅要依赖与各高等院校的人才培养，更需要国内影视制作体制的扶持，总而言之，中国的三维动画辉煌还有待时日，中国三维动画市场的潜力也是被普遍看好的。中国的三维动画师、三维动画制作团队和培养三维动画人才的高校任重而道远。三维动画的制作流程与运用1.构思任何一个CG作品都要有鲜明突出的主题，这样才能吸引人，所以在制作之前的构思就显得很重要，否则只靠出色的渲染效果是远远不够的，构思主要是确定作品所要表达的重点，对每一个作品我们都

19、将由专业的策划人员构思制作角本，给客户以创想的构思思路。2.绘制草图 绘制草图就是将构思先简单的表现出来，当然也不是一定要这样，如果只是制作一些简单的内容，那么只在头脑中形成大致的轮廓就可以了，如果要完成一些较大的、需要多领域合作的项目，那么我们将绘制出草图以互相沟通。3.建模 在准备工作完成后，我们就可以开始建模，将客户提供的楼盘资料以三维模型展现出来，建模不仅需要耐心，还要有一些技巧，原则是应该在表现出必要细节的前提下尽量地整体大气的反映项目的确立点和优势点。 4.材质灯光 材质和灯光应该是紧密相连的，我们将细致调节，使其画面更具有真实性。5.动画调节 动画的调节相对来说要难一些，特别是角

20、色动画的调节，更需要丰富的经验，角色动画的调节过程是相当枯燥和繁重的，如果想要得到惟妙惟肖的角色动画效果，可借助于动作捕捉系统。6.特效 在做完了上面的部分后，就要为作品添加特技效果了，用来烘托气氛，艺术效果，唯美画面，跨越时空表现动态领域等实拍无法达到的主体效果。7.渲染 最后的步骤是渲染，主要在渲染质量和渲染时间两者间平衡好 8.后期动画从三维软件里面渲染出来后，我们需要在后期软件里面调色以及增加特效，使画面更有冲击力。 9.剪辑配音这是动画中最后的一道工序，将镜头按原来设想好的顺序加上音乐配以节奏，输出成动画成品文件。1动画剧本创作1.1题材的选取任何影片生产的第一步都是创作剧本，但动画

21、片的剧本与真人表演的故事片剧本有很大不同。一般影片中的对话，对演员的表演是很重要的，而在动画影片中则应尽可能避免复杂的对话。在这里最重的是用画面表现视觉动作，最好的动画是通过滑稽的动作取得的，其中没有对话，而是由视觉创作激发人们的想象。在选材方面，我们运用了之前在课堂上给我们的剧本。以此来展开了多方面的扩展。在角色方面因为我们没有主要角色，主要是描述故事的。情节很丰富，我们运用了flash绘出角色，用maya进行镜头处理以及故事拼接。这个题材是反应青奥会的。我们把主题设定为“约会有木有”。剧本里，主要是以青奥会为主线，引出来现在现实社会上的许多问题联系了起来，给我们更多想象的空间。这个主题迎合

22、了现在社会很多的热点话题以及现在网络的流行语言，我们选择的这个主题的故事性强，无需主题人物。这个故事给单身的朋友们带来乐趣，让今年的11月11日不再孤单。有故事的陪伴。1.2人物形象的创造动画角色的形象设计是动画片创作的重要内容，因此，形象设计一定要准确定位，深入挖掘角色的个性，进行全方位的设计。动画角色的形象是运用美术的造型技法和手段创造出来的。包括平面的绘画形象和剪纸形象以及电脑生成的二维或三维的形象等。我们大多数是运用了简笔画的形式，没有过多复杂的东西，主要突出的是故事情节。所以在形象上面，我们注重生动，不注重繁复。以简单的形象，直入主题。2.角色制作与二维领域动画是非常奇妙的艺术形式，

23、是多种艺术形式的综合体，动画角色的设计过程实际就是影视作品中演员朔造角色的二度创作过程。动画设计师不仅要具有过硬的视觉表现的技艺和实战经验，更是需要涉猎解剖学、戏剧、服装设计、表演、心理学等各个学科的通才。角色动画制作涉及：平面动画人物设定，三维动画贴片。2.1制作步骤本动画制作片头的角色动画都是运用maya制作的其制作大致以下步骤完成：1. 根据创意剧本进行分镜头，绘制出画面分镜头运动，为三维制作做铺垫；2. 在maya中建立故事的场景、角色、道具的简单模型；3. maya简单模型根据剧本和分镜故事板制作出maya故事板；4. 角色模型、maya场景、maya道具模型在三维软件中进行模型的精

24、确制作；5. 根据剧本设计对maya模型进行色彩、纹理、质感等的设定工作；6. 根据分镜故事板的镜头和时间给角色或其它需要活动的对象制作出每个镜头的表演动画；7. 对动画场景进行灯光的设定来渲染气氛；8. 后期将配音、背景音乐、音效、字幕和动画一一匹配合成，最终成完整部角色动画片制作。本动画制作动画的角色动画都是运用falsh制作和maya镜头运用的其制作大致以下步骤完成：1.根据创意剧本进行分镜头、在flash中绘出想要的重点镜头人物、场景（多以单线为主要的形式）2在maya中建立故事的场景、角色简单贴片模型。3. 根据剧本的需要，把场景，空间做好详细的分层。4. 角色模型、maya场景、m

25、aya道具模型在三维软件中进行模型的精确制作。5. 根据剧本设计对maya模型进行色彩、纹理、质感等的设定工作；6. 根据分镜故事板的镜头和时间给角色或其它需要活动的对象制作出每个镜头的表演动画；7. 对动画场景进行灯光的设定来渲染气氛；8. 后期将配音、背景音乐、音效、字幕和动画一一匹配合成，最终成完整部角色动画片制作。2.2二维、三维动画应用领域2.2.1二维动画现在的电脑制作的二维动画是对手工传统动画的一个改进。通过输入和编辑关键帧；计算和生成中间帧；定义和显示运动路径；交互式给画面上色；产生一些特技效果；实现画面与声音的同步；控制运动系列的记录等等。二维动画的特点：传统的二维动画是由水

26、彩颜料画到赛璐璐片上，再由摄影机逐张拍摄记录而连贯起来的画面，计算机时代的来临，让二维动画得以升华，可将事先手工制作的原动画逐帧输入计算机，由计算机帮助完成绘线上色的工作，并且由计算机控制完成纪录工作。2.2.2 三维动画 三维动画，从简单的几何体模型如一般产品展示、艺术品展示，到复杂的人物模型；三维动画从静态、单个的模型展示，到动态、复杂的场景如房产酒店三维动画、三维漫游、三维虚拟城市，角色动画。所有这一切，动画都能依靠强大的技术实力为您实现。三维动画作为电脑美术的一个分支，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对的独立新型的艺术形式。早期主要应用于军事领域。直到70年代后

27、期，随着PC机的出现，计算机图形学才逐步拓展到诸如平面设计、服装设计、建筑装潢等领域。80年代，随着电脑软硬件的进一步发展，计算机图形处理技术的应用得到了空前的发展，电脑美术作为一个独立学科真正开走上了迅猛发展之路。随着计算机三维影像技术的不断发展，三维图形技术越来越被人们所看重。三维动画因为它比平面图更直观，更能给观赏者以身临其境的感觉，尤其适用于那些尚未实现或准备实施的项目，使观者提前领略实施后的精彩结果。三维动画，从简单的几何体模型如一般产品展示、艺术品展示，到复杂的人物模型；三维动画从静态、单个的模型展示，到动态、复杂的场景如房产酒店三维动画、三维漫游、三维虚拟城市，角色动画。所有这一

28、切，动画都能依靠强大的技术实力为您实现。3.三维软件与技术31三维动画软件Maya介绍Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。其售价高昂，声名显赫，是制作者梦寐以求的制作工具，掌握了Maya，会极大的提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画，渲染出电影一般的真实效果，向世界顶级动画师迈进。 Maya集成了Alias/Wavefront最先进的动画及数字效果技术。她不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布

29、料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合。Maya可在Windows NI与 SGI IRIX操作系统上运行。在目前市场上用来进行数字和三维制作的工具中，Maya是首选解决方案。Maya包括以下模块:Maya Complete所包含的模块Modeling业界技术领域的NURBS和 POLYGON工具。Artisan高度直觉化、用于数字雕塑的画笔，可以对NURBS和 POLYGON进行操作。AnimationTrax非线性动画编辑器，逆向动力学(IK)，强大的角色皮肤连接功能，高级的变形工具。Paint Effects独一无二的技术，让您非常容易产生最复杂、细致、真实的场景。Dynamics完整的粒

30、子系统加上快速的刚体、柔体动力学。Rendering具有胶片质量效果的交互式渲染，提供一流视觉效果。Mel个性化以及脚本化Maya的开放式界面。Maya Unlimited所包含模块Cloth最快、最精确地模拟多种衣服和其他布料。Advance Modeling附加的NURBS和细分建模工具加工建造精确、真实的模型。Match Moving用Maya制作的三维元素准确地匹配原始拍摄素材。Fur可用画笔超乎想象地完成短发及皮毛的写实造型及渲染。Maya Composer LE运行在SGI IRIX工作站上的版本，是Maya Composer的离线合成系统。Autodesk旗下的著名三维建模和动画

31、软件Maya和3ds Max近日同时升级到了最新的2012版。Autodesk称，Maya 2008可以大大提高电影、电视、游戏等领域开发、设计、创作的工作流效率，同时改善了多边形建模，通过新的运算法则提高了性能，多线程支持可以充分利用多核心处理器的优势，新的HLSL着色工具和硬件着色API则可以大大增强新一代主机游戏的外观，另外在角色建立和动画方面也更具弹性。Autodesk MotionBuilder 7.5扩展包2也将推出。作为Autodesk 3ds Max和 Autodesk Maya的完美伴随产品，Autodesk MotionBuilder软件是用于高容量3D角色动画和3D剧情制作的世界领先的生产力套装软件之一。MotionBuilder的重点是专业级角色动画制作和剪辑，为化解复杂的动画挑战提供了“创造性的”解决方案。最后，该版本包含众多的Biped改进，包括对角色动作进行分层并将其导出到游戏引擎的新方法以及在Biped骨架方面为动画师提供更高灵活性的工具。Autodesk的美国官网上有了Maya2009的新功能介绍，这是纪念Maya诞生十周年的产品。使用Autodesk Maya 2009软件可以创建出令人叹为观止的3D作品。新版本包括了许多在建模、动画、渲染和特效方面的改进，这些改进使得工作效率和工作流程