基于3ds max的人物角色动画短片《虐丧尸》的制作本科论文.docx

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基于3dsmax的人物角色动画短片《虐丧尸》的制作本科论文

学号：

常州大学

毕业设计（论文）

（2012届）

题目

学生

学院专业班级

校内指导教师专业技术职务

校外指导老师专业技术职务

二○一二年六月

基于3dsmax的人物角色动画短片——《虐丧尸》的制作

摘要：

3D动画是近年来新兴的产业，发展势头强劲，已经越来越多的应用到电影、游戏、广告、建筑等产业中。

人物角色动画短片《虐丧尸》讲述战士和丧尸战斗的情景。

创意来源于之前的电影《生化危机》，电影让人感受到了尽管到了末世，人们还拥有美好的希望。

本文主要是研究动画角色的运动，包括人物的走动、打斗、手臂运动等。

着重研究的是帧动画的关键点设计，足迹的设计等。

《虐丧尸》动画短片主要是运用3dsmax、Premierepro等软件制作的，设计步骤包括草图设计、故事情景设计、人物角色建模、蒙皮、贴图、灯光特效、摄影机、渲染、视频剪辑、视频合成、配乐的设计等。

本论文的章节包括：

第一章作为绪论，介绍了这个动画设计的研究背景。

第二章主要讲述动画相关软件。

第三章则是介绍角色动画理论。

第四章是这篇文章的主要内容，主要地介绍了这部动画短片的制作过程和一些细节问题。

还介绍了后期制作的相关软件和后期制作的过程。

第五章是通过对这个人物角色动画短片的制作回顾，分析了这个短片的制作方面的不足之处，和做出了最后总结。

关键字：

3DSMAX；角色动画；动画短片

AnimationProductionof“AbuseDead”Basedon3DSMAX

Abstract:

Inrecentyears3Danimationisthenewindustry,whichhasastrongmomentumofdevelopmentandhasbeenincreasinglyappliedtomovies,games,advertising,constructionandotherindustries.Thecharacteranimation"AbuseDead"tellsthefightingstorybetweenasoldierandaDead.Thisideacomesfromthefilm"ResidentEvil".Themoviemakespeoplefeelsthatthoughpeoplecometotheendoftheworld,theystillhaveawonderfulhope.Thisanimationismainlyresearchthemovementofcharacters,includingwalking,fighting,armmovement.Itfocusonthekeypointoftheframeanimationdesign,footprintdesignandsoon.

“AbuseDead”isproducedby3dsmax,Premiereproandothersoftware.Designstepsincludedraftplandesigning,storyscenedesigning,charactermodeling,andthedesigningofskinning,textures,lightingeffects,camera,rendering,videoediting,videocompositing,music.

Thechaptersofthisthesisareasfollow:

thefirstchapterisanintroductionoftheresearchbackgroundofthisanimation.Thesecondchapterfocusesonintroducingtheanimationsoftware.Thethirdchapterintroducesthetheoryofcharacteranimation.Thefourthchapteristhemaincontentofthispaper,whichnotonlytellsustheproductionprocessofthisanimationandsomeimplementationdetailsbutalsointroducesthepost-productionsoftwareandpost-productionprocess.Thefifthchapterreviewstheproductionprocessofthisanimationinordertoanalyzetheinadequaciesandmakesthefinalsummary.

Keywords:

3DSMAX;characteranimation;AnimatedShortFilm

目录

摘要..........................................................................................................................................Ⅰ

目录..........................................................................................................................................Ⅲ

1绪论1

1.1动画制作背景1

1.2三维动画应用原理2

1.3研究目的3

1.4本章小结3

2相关软件概述.........................................................................................................................4

2.13dsmax2010简介4

2.2premiere系统要求7

2.3本章小结7

3角色动画理论知识8

3.1角色动画简介8

3.2角色动画基础8

3.3本章小结10

4角色动画制作与实现11

4.1动画制作流程11

4.2创作前期准备11

4.3剧情设计13

4.4建模13

4.4.13D模型的用途13

4.4.2建筑建模14

4.4.3人物建模15

4.5人物贴图19

4.6人物添加骨骼19

4.7骨骼蒙皮21

5动画制作24

5.1建筑动画24

5.2制作角色动画26

5.3渲染输出28

6后期制作30

6.1影视后期制作30

6.2本章小结32

7总结33

参考文献34

致谢35

1绪论

三维角色动画，虽然在国内动画产业国家大力扶持但是动画产业仍然难以突破。

国外很多成功的经典案例揭示，国内三维动画发展的突破口于在三维动画形象的创意、制作和开发上。

因为动画产业的本质就是形象产业，其竞争力的决定性因素是角色造型。

计算机动画具有制作相对方便，制作成本低、对制作和运行的硬件环境要求较低等优点。

但是由于传统的动画是二维显示，所以有一些技术性问题还难以解决。

国内三维动画多数都偏重于技术，而且国内三维制作现在又在往艺术性偏移。

三维动画有众多软件例如3DSMax、Maya、Softimage等。

虽说三维制作软件很多但是他们各有不同，3dsMAX它的功能强大，扩展性好、操作简单容易上手，并且和其他相关软件配合流畅，所以选择3dsmax进行动画短片制作[1]。

本文对动画短片的制作过程中所需要的知识如了解人物的建模、蒙皮、贴图、人的运动。

从人物的建模到他的走动，特别是手臂、手指的动作、角色设定与三维技术进行了研究，详细讲述了人物动画制作，同时介绍了渲染与合成的制作过程[2]。

1.1动画制作背景

（1）3D动画发展史

3D动画也叫三维动画。

三维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上特定材质，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。

三维动画技术模拟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。

1983年，麻省理工的Ginsberg和Maxwell发展了一套系统（GraphicaMarionette），利用计算机语言控制卡通的动作。

但受到当时计算机硬件速度的限制，一个简单的电脑动画往往需要花费很长的时间。

随着计算机硬件及动画软件的迅速发展，以及越来越多的研究机构及商业机构加入到电脑动画领域，电脑动画的制作水平也随之日新月异。

动画日益形成一个重要的产业，在美国、日本、英国和荷兰这些动画片的制作强国，动画产业在国民生产总值中占有非常重要的地位，日本的动画产业更是国民经济六大支柱产业之一。

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[4]。

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”。

梦工场有怪物史瑞克，皮克斯就开一家怪物公司；皮克斯搞海底总动员，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[5]。

（2）3D动画现状

中国国内的3D虽然也在迅速地发展，但是，目前与国际上顶尖的技术仍有较大的差距。

中国也曾有着一大批优秀的动画作品，为大众所喜闻乐见。

有《神笔马良》、《阿凡提》为代表的木偶剧类型；有《牧童短笛》、《小蝌蚪找妈妈》为代表的水墨画类型；有《海螺姑娘》、《红军桥》为代表的剪纸画类型等等。

中国动画业呈现着一片百花齐放，争奇斗艳的繁荣景象。

《大闹天宫》、《哪吒闹海》还曾受到世界瞩目，为中国动画赢得国际声誉。

国外的3D技术代表了当今3D的发展水平，其中日本的动画作品以题材丰富，画面唯美赢得了众多青少年的喜爱。

但是日本的动画主要以2D为主，其中最具代表性的要数宫崎骏的动画长片，在国际上也享有极高的威望。

如《千与千寻》就获得了奥斯卡青睐，其它的大作如《幽灵公主》、《天空之城》、《龙猫》等等都大受欢迎。

日本的动画产业也极其发达，它的2D技术可以说已经达到了一个顶峰。

而美国则可以说是3D界的霸主，引领着3D技术快速发展，代表着世界的3D顶尖水平。

美国以大制作、大投入以及本身的高科技优势生产的CG作品引人入胜。

全世界至今仅有十来部全CG动画电影，基本都是美国制作，包括梦工厂在内的好莱坞大公司几乎垄断了这一领域了[6]。

（3）3d动画发展趋势

计算机动画发展到今天，无论在理论上还是在应用上都已取得了巨大的成功，但离人们的期望还有一定的距离，采用计算机动画模拟许多自然界的现象还有困难。

动画追求的新奇性和创新性推动了这一方向的发展。

物体的造型与动画通常有密切的联系，造型的某些新方法往往同时提供了新的动画控制方法。

由以上可以看出，计算机动画在现实生活中的应用越来越广泛了，相信计算机动画的未来必将十分美好！

未来的计算机动画领域必将以更加迅猛的步伐前进，未来的生活将更加离不开计算机动画了。

计算机动画技术的发展正在趋向于规模化、标准化、网络化。

首先，规模化是指应用范围广而应用水平和产生的效益高。

其次，现在动画制作软件和动画技术呈现出一种百家争鸣的形势，各有特色但相互间的兼容则做得不够，不便于交流与合作，因此，随着技术的日益成熟，标准化是大势所趋。

第三，网络化表现为网络技术和电脑动画技术间的相互促进。

从技术的发展方向看，体视动画会是未来的热点。

现在一些通过立体眼镜能够呈现立体效果的游戏就是体视动画的应用，目前人们正在研究降低立体眼镜的成本、提高图像质量的方法和有关的替代技术，未来很可能不用立体眼镜的帮助也能欣赏逼真的立体效果。

另一个热点会是虚拟现实（VR）技术，与一般的动画相比，VR的特点在于实时、交互[8]。

VR中的场景会随参观者的位置、视点变化而实时动态生成，并具有人机交互的能力，这种技术在未来将大有可为。

1.2三维动画应用原理

三维动画技术又称为三维预渲染回放技术，即先进行三维预渲染，得到完整的三维

动画视频，然后再利用播放器将三维动画视频播放出来。

这种传统的计算机动画，是采用关键帧（对于在运动过程中出现的主要画面，称为关键帧）的方式制作的，所以也叫关键帧动画或帧动画。

帧动画是由若干幅连续的画面组成图像或图形序列，即物体的运动路径需被人为的指定。

三维动画技术原理主要包含四个部分：

造型、动画、绘图和着色输出：

（1）造型（三维建模）就是利用三维造型软件在电脑上绘制二维物体。

在造型之前需要设计好各个三维物体的形状以及它们在整个场景中的位置。

造型分两个步骤：

首先先要绘出基本的几何形体，再将它们变成需要的形状，然后通过不同的方法将它们组合在一起，从而建立复杂的形体；其次，制作完各个三维物体后，再将建立好的三维物体放置到合适的位置，最后组成一个完整的场景。

（2）所谓的动画就是使各种造型（即各个三维物体）运动起来。

首先定义关键帧，对于这些画面，制作人员需要在计算机上一幅一幅地绘制，这样需要制作人员具有很强的绘画水平才能够将这些画面设计得栩栩如生；然后为了将这些画面按顺序播放出来时，能够连续、连贯，需要在这些画面中间再插入一些画面，这些画面成为中间帧，为减轻制作人员的劳动，中间帧可以交给计算机去完成。

这就使人们可做出与现实世界非常一致的动画。

（3）绘图动画的重点是非交互的美学和视觉效果。

绘图包括贴图和光线控制等。

目的是保证制作的动画逼真。

（4）着色输出所指的是现在的动画制作软件都直接提供动画的生成过程，即将上述的那些连续的若干画面连接起来。

形成一个类似电影一样的东西，称之为动画视频．这就是一个文件，需要的时候播放这个文件就行了[10]。

1.3研究目的

《虐丧尸》动画短片人物角色是动画片的灵魂，动画人物角色的价值判断不单纯停留在其外在的造型层面，还包括对角色性格内涵的认同。

《虐丧尸》动画短片通过对动画角色的形象设计、标准造型设计和动作设计等多种要素综合体现角色的性格魅力。

由于动画艺术的高度假定性的特点，动画角色造型可以充分运用夸张、神似、变形的手法来表现角色的性格特征，又可以借助幻想、想象和象征来表达创作者的理想和愿望

《虐丧尸》动画短片表达了即使在看不到未来时，也要保持希望，只有勇往直前才能活出未来。

《虐丧尸》动画短片所要研究的问题是如何在3dsmax中模拟人的运动。

创建动画是一件复杂的工作，人在运动的过程中他都是有规律的。

就是发现他其中的规律并掌握使他运用到制作过程中。

希望通过这次的动画制作，可以更加熟悉这个先进的技术，发现自身的不足，希望能对3D动画制作有进一步的了解，并进行深入的研究学习。

1.4本章小结

本章节主要是介绍3d动画制作背景、研究目的这两部分。

《虐丧尸》这部动画短片，独立构思一个简单情节。

在掌握基本知识的情况下，按照制作动画的步骤进行创作。

同时，为了能更好地完成任务，侧重点放在了角色动画的制作上。

2相关软件概述

2.13dsmax2010简介

3DStudioMax，常简称为3dsMax或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。

其前身是基于DOS操作系统的3DStudio系列软件。

在WindowsNT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。

3DStudioMax+WindowsNT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等[11]。

（1）3dsmax强大功能介绍

①建模

丰富的2D及3D基本物体可以保留其参数或者转化成其他的基本几何体。

完整的工具直接或参数化完成创建曲线，多边形，多边形网格物体，贝斯曲线面片或相关的NURBS表面。

快速网格物体建模。

可直接或过程化建模，包括剪切，斜切，导角，分割，切片，平整，交互法线翻转和本地网格化。

相关的NURBS建模方法创建曲线和表面并通过调节和动画点，CV曲线及表面达到设计的意图。

NURBS表面包括点和CV，u-放样，uv-放样，融合，n面融合，位移，挤出，切片，旋转，Ruled，加顶，1rail，2rai，修剪和多曲线修剪。

NURBS曲线包括点，CV，匹配，位移，斜切，切线和表面间交线，表面边界，ISO，面上曲线和投影曲线。

②灯光

灯光类型包括发散光，自由方向及目标方向点光源，自由及目标方向平行光。

并支持阴影，阴影颜色，密度，投影图像，对比度，边界柔度，范围和衰减插件。

独立的Ambient/Diffuse/Specular，太阳方向的体积照亮。

交互的发光，光斑，条纹及高光点。

③摄影机

无限数量的采用业界标准的摄像机类型，并可自定义关系。

交互的剪切表面，推拉摇移及安全区显示。

优秀的水平，垂直对齐或者对角线测量并支持直角投影。

④粒子特效

3dsmax有着非常强大的粒子系统，它拥有许多完备的参数设置，可以根据建模的形状任意地定义粒子的形态，这样很大程度上增强了粒子系统的灵活性和艺术表现力。

像瀑布、雪花的飘落、雨水的滴溅、爆炸的碎片等等这样的效果，3dsmax为实现上述种种效果提供了个丰富的工具库，使得动画师可以简便的设置模型或粒子关系，来精确地模拟真实世界中存在的一些作用力。

⑤动画

控制器可分层，混合，脚本化，参考化或实例化。

高级动画控制器包括：

反应器（reactors）提供了事件驱动的动画，块控制可以以非线性方式重复使用动画。

脚本可以用来计算参数间动态的关系。

自定义关系和运动捕捉来控制动画。

轨迹视窗可以使用一些过滤器来分离，控制每一个动画参数。

在轨迹条上直接显示音频波形。

关键帧管理，包括贝斯功能曲线来控制可分层的松弛及延长曲线，区域外循环，减少关键帧，声音对齐，恒定速度，文本注释，时间标示，基于时间的编辑，随机关键帧和关键帧缩放与滑动。

角色工具包括用骨骼或曲线进行体积蒙皮，基于弹性的次级动画，权重变形，FFD网格修改器，软选择和基于点的簇控制器。

IK的结果可以由末段控制器（EndEffecter）或者旋转角度操作器（Swivelanglemanipulator）来计算或控制。

⑥渲染

提供高速电影质量，每通道16位色的A缓冲扫描线，并具有gamma控制，最高每帧（或场）可渲染32000线分辨率。

灵活的多线程及自由配置的网络渲染。

可选的光线跟踪提供更快的，更准确的反射与折射并可达到非常高的递归层次。

高级渲染选项包括照片质量景深，为几何体优化的displacement，2D/3D运动模糊，3D体积光，火，爆炸，烟和雾。

使用丰富的背景平面工具来和实拍场景结合，包括摄影机投影贴图，摄影机匹配及3D运动跟踪。

渲染效果可近似实时地得到照片级渲染，包括模糊，景深，发光，电影颗粒，镜头光斑和色彩校正。

可从环境中排除对象但对象仍然影响环境。

与mentalray的连接可以得到超乎想象的渲染图像质量，符合物理特性的真实光线跟踪，漫反射及聚焦效果。

有多种反锯齿过滤效果可以选择，包括Area、Blackman、Catmull-Rom、Soften等等。

提供对关键渲染过程控制的插件支持，包括反锯齿，着色效果。

（2）3dsmax2010运行环境

每个应用程序都会对计算机的配置有一些最基本的要求。

因此在安装3Dmax2010之前，必须对所需的计算机基本配置有所了解。

3Dmax在运行时都会消耗较多的系统资源，该版本支持32位和64位操作系统架构。

①软件要求

基于32位系统架构安装3Dmax2010时要求操作系统为WindowsXPProfessional、WindowsXPHomeEdition或Windows2000基于64位系统架构安装3Dmax2010要求操作系统为WindowsXPProfessionalx64。

②硬件要求

CPU的性能和运行速度是计算机整体性能最主要的指标之一。

基于32位系统架构，要求CPU至少是Intel的Pentinum4处理器或AMD的AthlonXP处理器基于64位系统的系统架构，要求CPU是基于64位架构的Intel或AMD处理器。

内存：

内存是CPU与硬盘等设备进行数据交换的主要场所。

基于32位系统架构使用3Dmax2010时，要求内存至少为512MB基于64位系统架构使用3Dmax时要求内存至少为1GB。

③硬盘：

用于安装3Dmax2010的磁盘分区至少要具有1GB的可用硬盘空间用于运行3Dsmax2010交换文件磁盘分区至少要具有500MB的可用磁盘空间。

④显示卡：

要求显示卡至少具有32MB显存并且支持1024x768分辨率、16位真彩色、OpenGL和Direct3D硬件加速。

（3）3dsmax2010应用领域

作为性能卓越的三维动画软件，3DSMAX被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是3DSMAX的杰作。

在影视特效方面也有一定的应用。

而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中，3DSMAX的使用率更是占据了绝对的优势。

根据不同行业的应用特点对3DSMAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相

对来说要局限性大一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大，特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些；影视特效方面的应用则把3DSMAX的功能发挥到了极至[12]。

2.2premiere简介

一款常用的视频编辑软件，由Adobe公司推出。

现在常用的有6.5、Pro1.5、2.0等版本。

是一款编辑画面质量比较好的软件，有较好的兼容性，且可以与adobe公司推出的其他软件相互协作。

目前这款软件广泛应用于广告制作和电视节目制作中。

其最新版本为AdobePremiereProCS5.5。

（1）premiere的强大功能

①输入素材

输入素材到Project窗口的同时也就是将素材输入到影片项目中。

具体的操作方法很简单。

②素材的剪辑处理

执行Windo