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三维影视动画中3D建模技术的探讨[摘要]3D建模技术是三维影视动画中的关键部分，也是影视动画成功与否的基础，3D中的物体基本上有两种:规则物体和不规则物体。建模的过程开始于结构分析，当我们面对一个复合对象时，可以利用软件所提供的现有的几何体来摆出它的大致形状，细节部分可进行进一步加工，这种思路与绘画前期的打稿画出画面构成是差不多的。三维影视动画中的3D建模方法主要有多边形建模、非均匀有理B样条曲线建模，细分曲面技术建模。[关键词]影视动画3D建模技术1、引言谈3D建模之前，我们先来放眼一下我们时代生活的大环境，如同生活在电影黑客帝国中一样，没有什么东西不沾上数字化的痕迹，我们生活的周围事物，如:报纸杂志、影视光盘、电子游戏、甚至每一个电视广告，每一张海报招贴都是通过电脑图像处理加工出来的。虽然计算机图形经历了很长时间的发展，但看到大量三维视角的东西还是近十年的事情。在如今的电影中，3D也扮演着越来越重要的地位，国内的IDMT用了4年时间打造的纯三维电影《莫比斯环》就是一个成功的例子。影视动画方面更是如此，越来越多的电影或电影特技都采用三维动画技术完成，从《星球大战》和《指环王》中数千个镜头的特效制作，到《玩具总动员》《、鼠国流浪记》和《怪物史莱克》纯三维电影的诞生，3D的应用已经成为整个影视产业的票房利器，国产电影《英雄》就凭借其优秀的三维特效技术连续两周北美票房排名第一，这里可以罗列的大片数不胜数。建模(modeling)在3D中的位置无疑是重要的。模型是材质的载体，是灯光和渲染的对象，是3D世界的主人。但是，建模远远不是3D的全部，特别是在电影特技中，某些镜头画面根本看不到模型的痕迹，这对于电影是成功的，说明特效过了观众的眼睛，作为建模师也没有必要因此而感到失落，因为它的特效也是建立在正确模型的基础上的。[1]2、三维影视动画中的物体分类3D中的物体基本上有两种:规则物体和不规则物体。在3D软件中，物体的形态可以通过某种形态规则加以描述，在外观上有明显特征并能够精确再现的物体属于规则物体。比如:建筑、车船、家用电器等等，这些物体在规格上有明确的指标，因此可以批量生产，在3D中称之为克隆复制。从常理上说，两个模型一模一样的规则物体放在一起不会令人奇怪。不规则物体在细节上甚至大形上都具有任意性，山峦地貌、植物动物以及天象的变化，没有绝对一样的可能，在作为三维对象制作的时候，通过人为的修改使其有如自然天成的原则是不可能的。这样分类有什么实际意义呢？因为二者在动画模型的制作上差异很大。规则的物体可以按照标准制作，不同的人完全可以做出相同的结果，制作水平的差异完全在于作者制作时间的长短。不规则的物体没有唯一的标准，如何做到生动自然依赖于作者对三维物体的理解，依赖制作者的经验和悟性。所以这个类型的模型的制作特别考验人的能力。就拿生物建模中最典型的人物建模来说，最基本的要求是解剖学知识，不能在肌肉和骨骼上范基本原则性的错误。还要有美学基础，在人物形态上要比例合适，各部分要有整体感。这些要求本身又是不能量化的，因为它不是规则的物体，所以学习起来就更加困难了。植物比起我们熟悉的人类就更陌生，其规律看似有迹可寻，实则充满混沌。制作这类题材，还要把大量的观察研究计算到里面去，这已经不是简单的3D范畴的工作了。3、绘画结构分析与3D建模的联系建模的过程开始于结构分析，当我们面对一个复合对象时，可以先设想它是有哪些基本几何体构成的，也许我们可以利用软件所提供的现有的几何体来摆出它的大致形状，细节部分可进行进一步加工。这种思路与绘画前期的打稿画出画面构成是差不多的。素描结构线的走向是我们制作3D模型早期最应该注意的东西。然而对于一个经验丰富的建模师，他不必总是从头到脚按照这种方法去分析对象，而会根据自己的习惯以最快的速度涉入细节，但是，除了速度的优势外，这种做法可能很难保证网格布局的合理与整体结构的准确。这样，有时候会返工，有时候会停留在某一个棘手的环节，反而影响了速度。对于陌生的对象，不得不重新进行结构分析。所以，对于一个成功的建模师来说，具备过人的分析能力和总结归纳能力是十分关键的。当我们用绘画一样去审慎地观察对象并作出合理的判断，建模就变成一项简单而又有乐趣的工作了。4、三维影视动画中的3D建模方法三维影视动画中的3D建模方法主要有多边形(POLYGON)建模、非均匀有理B样条曲线建模(NURBS)，细分曲面技术建模(SubdivisionSurface)。通常建立一个模型可以分别通过几种方法得到，但有优劣、繁简之分。4.1多边形(POLYGON)建模多边形(POLYGON)建模适于创建形状规则、无曲面的对象。使用多边形建模，可先创建基本的几何体，再根据要求使用编辑修改器调整物体形状，或通过布尔运算、放样、曲面片造型组合物体来构建对象，多边形建模主要优点是简单、方便快捷，但难以生成光滑的曲面。对于用POLYGON创建好的模型，还可通过调整建模参数以获得不同分辩率的模型，以适应虚拟场景实时显示的需要。4.2NURBS建模NURBS是Non-Uniform RationalB-Splines(非均匀有理B样条曲线)的缩写，它纯粹是计算机图形学的一个数学概念。NURBS建模技术是最近几年来三维影视动画最主要的建模方法之一，特别适合于创建光滑的、复杂的模型，而且在应用的广泛性和模型的细节逼真性方面具有其它技术无可比拟的优势。但由于NURBS建模必须使用曲面片作为其基本的建模单元，所以它也有以下局限性:NURBS曲面只有有限的几种拓扑结构，导致它很难制作拓扑结构很复杂的物体(例如带空洞的物体)；NURBS曲面片的基本结构是网格状的，若模型比较复杂，会导致控制点急剧增加而难于控制，NURBS很难构造“带有分枝的”物体。4.3细分曲面技术细分曲面技术是1998年才引入的三维建模方法，它解决了NURBS技术在建立曲面时面临的困难，它使用任意多面体作为控制网格，然后自动根据控制网格来生成平滑的曲面。细分曲面技术的网格可以是任意形状，因而可以很容易地构造出各种拓扑结构，并始终保持整个曲面的光滑性，细分曲面技术的另一个重要特点是“细分”，就是只在物体的局部增加细节，而不必增加整个物体的复杂程度，同时还能维持增加了细节物体的光滑性。[2]