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摘要：三维立体技术在社会各个平台以及领域中得到了广泛的应用,三维建模游戏角色蒙皮软件的使用也越来越多广泛。3D Max作为三维建模软件的一种,其应用的广度不断提升,后续考虑利用蒙皮技术对游戏进行建模,塑造真实的角色人物。
关键词：3D Max；建模；技巧
Application Technology and Research of Game Character Binding and Skin Based on 3D Max Software
CHEN Lijuan
(Suzhou Silk Specialized Secondary Professional School of Jiangsu Province,Suzhou Jiangsu 215228)
【Abstract】：3D stereo technology has been widely used in various social platforms andfields,and 3D modeling game character skin software has been more and more widely used.As a kind of 3D modeling software,3D Max has been widely used.Considering the modeling game,it is suggested that skin docking should be carried out to create real characters.
【Key words】：3D Max;modeling;techniques
0引言
时至今日,科技力量逐步强大起来,为三维技术的成熟奠定了扎实基础。3D Max属于三维建模软件的范畴,其功能非常强大,同时凭借自身高性价比、容易上手等优势服务于诸多领域,例如广告业、建筑设计业、影视业等。全面了解其建模过程中的技巧意义深远。
1 3D骨骼蒙皮技术介绍
3D动画角色,其表皮为虚拟皮肤,构成虚拟皮肤的是网格。结合层次特征,完成骨骼架构。正是由于骨骼有了层次,才使得骨架得以良好表现。关节作为骨骼间的连接,有了关节也就有了完成运动的基础。基于该情况,3D骨骼蒙皮技术使得骨骼间的相对距离、相对角度得以高效调节。动画表情的表现方式也变得丰富起来。对于皮肤上的顶点会受到骨骼的直接影响。由于骨骼和顶点间物理关系、几何关系的影响,从外表看来更像是肌肉在运动。提升其运转的自然程度,会存在两大相关改变点在骨骼上,存在于皮肤外面的物体扮演控制器的角色。物体控制器发生移动的时候,骨骼在骨架空间内的摆放状态也悄然转变[1],这就是3D骨骼蒙皮技术。
艺术与技术的完美结合是制作3D角色甚至3D动画的最终前提和目标。通过皮克斯公司对3D动画的研究,我们可以发现,无论是建模还是角色的形状,3D技术带来的新发现都是以往2D动画的所有动画作品无法比拟的。在角色建模方面,从简单的角色移动到细微的皱纹和关节,建模主体各部分的造型和运动更加美观流畅；就角色的纹理而言,例如飘逸的裙子和漂亮的头发,纹理变得越来越逼真。在光照效果上,从一开始感觉光很僵硬,到多源光,再到旋转阴影,也越来越细腻和丰富。这些视觉变化的每一个都是基于计算机技术的快速发展,计算机技术可以达到虚拟现实的这个水平。3D动画,不是简单的人或物的表现,而是由设计师在意识加工中形成的,对运动效果的模拟,它使人类对运动的想象力和创造力达到极限,它能表现艺术和表达美感的是现实生活不能表现美的运动。
2 3D骨骼蒙皮技术运用背景
纵观多领域,都很容易发现三维动画技术的身影,在影视制作方面其应用更是广泛。伴随着三维软件完善水平的提升,当代电影在设计方面以及创作方面的色彩更丰富,创意十足,从而为电影表现力的提升奠定了有力基础。在电影中,三维动画又可以进一步细分为关节、单一网格、骨骼蒙皮三类[2]。其中关节和单一网格动画结合起来构成骨骼蒙皮。骨骼蒙皮在三位角色动画中扮演着不可替代的角色。
对于3D骨骼蒙皮技术而言,其应用广度与深度逐步增强,尤其是教育、影视等领域其应用更为广泛。例如《最终幻想10》这部电影中的演员完全依托虚拟角色完成扮演。在这部影片中,动画捕捉以及骨骼蒙皮技术助力大部分动画动作的实现。我们熟悉的《剑侠情缘3》这款网络游戏也深受骨骼蒙皮动画技术的助力,带给人们震撼的游戏体验。
开展人体医学教学,充分利用医学动画使得教学的便捷程度进一步增强,对比传统口授式教学,医学动画的参与使得知识得以直观深入的传授。随着计算机技术成熟度的增强,3D骨骼蒙皮技术的应用广度及深度会进一步提升,为现代社会的发展提供更大助力。
3 3D骨骼蒙皮技术在表情动画中的运用及其优势
三维角色模型的骨架是由父子骨骼层次组成的骨架结构。人体由206块骨头组成。由于有限的设备条件和角色的动作需求,蒙皮的骨骼动画简化了骨骼。通常,16个关节用于连接18块骨骼以满足我们的需要。每个骨架都有一个与其关联的矩阵,通常是两个矩阵,一个是变换矩阵,另一个是组合变化矩阵。更改矩阵负责旋转子骨骼和父骨骼中的节点,以及将子骨骼转换为父骨骼进行的转换和更改。合成变换矩阵用于确定角色通过骨架的实际方向,并通过该矩阵构建角色的总体骨架。合成矩阵将骨骼空间完全更改为角色空间。
骨骼系统中的旋转、缩放和更改从父骨骼继承到子骨骼,因此骨骼组成的转换由两个步骤确定：首先,骨骼乘以其自身的更改矩阵,然后,依次将父骨架移动到根骨架的更改矩阵。
人们的内心活动、情绪等往往通过表情来展示出来。对比其他肢体语言,表情的说服力显然更强,留给他人的印象自然更为深刻。在表情的配合下,观众更容易触及剧中角色的情感以及内心世界。面部表情识别技术逐渐走进人们的生活,该技术在完成动画的时候需要以真人表情特征作为参考。显然参考留于表层,还应当考虑动画形象的面部表情将人物内心丰富的情感表现出来。得益于动画表情技术,角色面部表情在三维空间的助力下,得以更精细化的塑造。
对于人物面部表情而言,应该是动着的,是非常逼真的。这类运动镜头就是业内常讲的表情镜头。此外,我们还可以深入掌握更为丰富的面部表情形式,研究动画角色面部表情的基本特征以及具体类别。在符号的参与下完成丰富的表情特征的建立,动画技术符合和角色表情之间就有了相对应的关系,符号表情库也就此形成。为了更好的解决角色面部表情的各种特征,需要使用各种层次规划结构,这样才能将人物内心世界精准的表现。对于人物来讲,其面部肌肉发生运动受到心理活动的支配。人物的表情不单纯是静态的或者某个姿势,而是强调表情的灵动性。心理情绪通过面部肌肉的运动在展示,因此有必要促进活力充沛的形象的创造,将改形象同内心活动联系起来,再形成一系列的运动镜头,让人感觉是通过面部肌肉的运动产生的真实表情[3]。
4角色与蒙皮的应用
3D Max是当前应用最为广泛的三维建模软件,具有多种建模手段,能够大大提高建模效率,掌握3D Max制作中的建模技巧十分必要。因此,设计师要熟练掌握3D Max建模技巧,通过不断的实践探索,创新建模方法,不断提高自身的建模能力和专业知识,从而更好地适应社会的发展,提升自身的核心竞争力。
模型完成,分好UV搞好比例,比例很重要,就可以下一步建立骨骼,简单的就CS的Biped骨骼就可以了,因为Biped对引擎的流程是最简便的。通过蒙皮为模型添加Skin修改器,把Biped骨骼添加进去Skin的Bone里面,然后调整封套,权重,如图1所示。画贴图用什么软件并不局限一种或多种,如果你ZBrush熟悉的话是可以用ZB画的,把分好UV的模型导入ZB,UV底模加层级后投射到高模获得结构细节,之后你就可以打只打开RGB模式进行绘画了,同理,底模加层级后投射到高模获得结构细节这个步骤是可以生成Normal或Displacement贴图的。严格注意,高模拓扑出来的底模不要别直接导出成OBJ,要把它合并到高模的Subtool上看能否对上Size后才导出,不然投射高模的时候对不上Size就白费了。
5蒙皮的建造结构
骨骼架设：打开3D Max,同时打开一个3D人物DEMO,在命令面板中点击“创建”按钮中的“系统”按钮,然后选择“Biped”按钮,这样便可以在操作面板中拉出一个人物骨骼就如上图所示的那样我们需要通过这个权重工具进行对不同的关节进行调节,来尝试人物的动作是否自然。这个我列举几个例子,例如头部的骨骼就肯定控制整个头部,而像胳膊或者是腿部的关节处,就是例如膝盖处的皮肤肯定受大腿骨和小腿骨两根骨骼控制,这样都是需要我们一点一点进行调整,如图2所示。
在动画过程中,需要保存大量关键帧。每个关键帧决定此时骨骼信息的变化,包括位置和方向。动画序列中每个骨骼都有许多关键链。我们使用旋转数、缩放和平移等技术来表示骨骼转换信息,关键帧数量需要控制在一定范围内,我们不能只绘制关键帧,包括关键网格帧,否则动画屏幕中出现不连续现象,所以我们通常在开始和结束关键帧之间插入几个帧,根据两个关键帧之间的距离关系,计算骨矩阵中新变化的力矩值。
在完成关键帧的插值和插值后的骨架的构造,插值网格覆盖在骨架上。在这种情况下,应使用单个网格,因为可以将单个网格比率与一个个的动画进行比较。三维角色动画属于关节动画。一个复杂对象由多个关节和多个分段组成,分别用于定义角色的运动,完成复杂的人体运动。然而,还有一个更致命的缺点,角色身体的每一部分都有明显的关节,这些关节可以通过一些复杂的动作在这些部分之间断裂。在动画中使用骨骼蒙皮技术,因为蒙皮由单个网格组成,其形状可以通过其骨架进行更改和确定。该技术在任何情况下都能保持皮肤光滑生动,使皮肤保持弹性。
通常有四个或更多骨骼在渲染期间影响顶点,还有四根骨骼在定义顶点时影响顶点。调色板和骨骼矩阵调色板的骨骼矩阵的第一个定义是变换矩阵,其中包括每个空间信息骨骼中骨骼的变化,骨骼功能模型每个顶点分布的四个指标,顶点信息还包括其对四根骨骼的影响权重,并根据这些因素计算出顶点的最终位置信息。
6注意点
（1）在做这个骨骼蒙皮的过程中,一定要学会保存作品的好习惯,每做好一些步骤之后就要保存,不仅是简单的保存,可以另外的保存在好几个文件夹中,以备后用。
（2）网上关于3DMax高级教程骨骼蒙皮的视频教程确实比较多,但是说的较复杂,对于初学者很难在短时间内学会如何对人物模型进行骨骼蒙皮,骨骼的大小是有人物的大小确定下来的,一般要符合实际大小。这样在后来的游戏制作中会起到很大的作用。接下来就是繁琐的骨骼架设的步骤,即将骨骼放到人物模型中,尽量做到不要让骨骼裸露在皮肤外面。
（3）一定要学会快捷键的使用,由于每个人的3DMax版本不一样,快捷键也会有不同。经常用的快捷键就是移动、旋转、拉伸还有整个试图旋转,锁定选中对象等快捷键,这些快捷键的使用将大大提高你的工作效率,做骨骼蒙皮每次调好一部分骨骼后可以通过拉动骨骼来观看你的权重调节的是否合适,然后在进行做出微调。
7总结
综上所述,3D Max是当前应用最为广泛的三维建模软件,具有多种建模手段,能够大大提高建模效率,掌握3D Max制作中的建模技巧十分必要。因此,设计师要熟练掌握3D Max建模技巧,通过不断的实践探索,创新建模方法,不断提高自身的建模能力和专业知识,从而更好地适应社会的发展,提升自身的竞争力。
参考文献
[1]陈姣.基于遗传算法和3D Max在珠宝三维设计中的应用[J].现代电子技术,2020,43(7):114-117.
[2]李秀玲.计算机软件3DMax在室内设计中的作用研究[J].中国新通信,2020,22(6):117.
[3]顾天宇.基于3D Max的三维模型构建:以VR月球基地三维动画为例[J].数码世界,2020(6):7-8.
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