三维动画短片《智能单车》设计与制作.doc
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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计三维动画短片智能自行车设计与制作学 院:专 业:姓 名:指导老师:计算机学院数字媒体技术雷恒权学 号:职 称:160503102199刘宁讲师中国珠海二一九年四月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计三维动画短片智能自行车是在刘宁教师的指导下,独立开展研究取得的成果,作品中如有引用他人的材料或观点,均会在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名: 日期: 年 月 日三维动画短片智能自行车设计与制作摘 要此课题为三维动画短片智能自行车的相关设计以及制作,该课题主要研究的是一部三维动画短片怎样从概念到成平的一个过程。在这个过程中
2、,运用了各种三维制作的软件,交叉使用下做出了一部相对完整的三维动画短片,让我了解到一部短片中的组成部分不仅要考虑场景的设计还有关于角色的设计,同时还要为人物骨骼的绑定,后期灯光渲染所作考虑。本毕业设计作品主要使用的制作软件有:Autodesk Maya2018、Substance Painter、Adobe After Effects CC2018、Nuke等等。适当的场景、角色制作以及后期的调试,再加上合成可以让三维短片在视觉上带给人良好的享受,制作流程的合理设计能让工作效率提升。关键词:三维动画;骨骼绑定;灯光渲染; Design and production of 3d animated
3、 short film AbstractThis project is about the design and production of the three-dimensional animated short film smart bike. The main research of this project is how to make a three-dimensional animated short film from concept to level. In this process, a relatively complete three-dimensional animat
4、ion short film was made by using various three-dimensional production software. I learned that the components of a short film should not only consider the design of the scene, but also the design of the characters, as well as the binding of the bones of the characters and the later lighting renderin
5、g. The main production software used in this graduation project are: Autodesk maya2018, substance painter, Adobe After Effects cc2018, nuke, etc. Proper scene, role production and later debugging, combined with synthesis, can make 3D short film bring good visual enjoyment, and reasonable design of p
6、roduction process can improve work efficiency.Keywords: three-dimensional animation; the skeleton binding; Light rendering;17目 录1绪论12前期制作12.1题材选取12.2故事背景12.3场景设计23中期制作43.1场景制作43.1.1场景建模43.1.2场景贴图93.2角色制作103.2.1角色建模103.2.2骨骼绑定133.3动画制作123.4灯光制作123.5特效制作133.6渲染144后期制作14参考文献15致谢16附录171 绪论人类社会发展到现在,各种文化
7、不断出现,也随着时间的过去不断地进步,在现代社会,动画作为人们一种表达故事的的一种载体,其中的文化到现在已经十分发达了,但是光光靠着二维手动绘制的创作来发展显然现在已经很难满足现代社会人的需求,因为二维手动绘制对于作者的绘画基本功底有着很高的要求。但是随着技术的进步,其中的计算机图形学领域也有了很大的发展,三维这个领域已经逐渐成熟,让原本许多放在二维动画创作成本巨大的画面,在三维动画里面能又快,又可以让它以更完美的方式展现出来。通过三维动画的手段可以让卡通动画文化以另一种更加良好的方式发展。但从今年爆发的这一个疫情来看,我国的卡通动画影视行业遭受了比较大的打击,许多公司在春节假期之前所制作的精
8、美良好的动画电影无法上市,接下来的日子也只能苦苦撑着,有些小公司甚至因此而倒闭,这同时也是因为国内的动画影视市场环境比较艰难从而导致的,三维动画短片智能自行车的设计与制作可以让我们了解到一部卡通广东话短片在制作上,有哪一些比较难实现的地方,比如动画制作,模型搭建和后期渲染,为什么一些看起来比较简单的特效反而需要花费更多的时间去制作。总体来说,我这次选题的意义是我觉得三维动画的这个方式更容易实现人们心中的想法,研究这个过程对于三维动画创作也有着很重要的作用并且,本题也有着对社会的价值。三维动画制作过程如果能对时间成本进行更加科学地把控,那么无论是对于国内三维动画行业的发展还是生存都有巨大的正面推
9、动作用。而究其本质,便是要对生产环节的每部分有一个清晰的认识,明白环节之间的相互联系,避免上头不接下头的尴尬情况发生。同时对于环节中的理解能够帮助到生产者运用工具时的思路正确。2前期制作2.1题材选取三维动画短片智能自行车灵感来源于我平时大学生活中的一项爱好:骑行,以及结合目前疫情的情况下所构思出来的的一个题材。2.2故事背景智能自行车讲述的是在当前疫情爆发的情景下,限制了一些户外爱好者们出去户外进行运动,但是随着时代在进步,生活上越来越智能,现在在室内也能进行一些户外运动了,故事讲述的是主人公在室内进行运动的一个故事。2.3场景设计 场景的透视布局参考的是一些日式室内居家场景的图片(如图2.
10、1图2. 1 场景透视布局参考图在结合了中国现代普通室内情况之下,三维动画短片智能自行车第一个场景设计如下(图2.2) 图2. 2 智能自行车场景一房间大体上分布了三块,一部分是书桌以及电脑,骑行的设备和自行车,还有旁边的床。书桌了我添加了书架和台灯以及一些小饰品来增加视觉的丰富感,旁边电脑连接了室内的骑行设备和自行车,桌子隔壁就是床,这些都结合了我房间的一些布局,窗外我还通过贴图,主要目的是增加画面的层次感。场景二的建模设计首要考虑的是画面不能繁杂,由于本题所有工作均由自己一人完成,因为考虑到可行性问题,所以控制了第二场景内容,参考的主要是网上的一些海岸骑行道路。图2.4 智能自行车场景二由
11、于场景是在室外,我在岸边添加了一些树木以及围栏,围栏后是大海,由于这个课题由我一个人单独完成,所以第二场景并没有添加过多地模型。3中期制作中期制作含括的内容有模型的制作以及贴图的制作,以及灯光的渲染3.1场景制作闹钟构思好场景的大致形体后,接下来就是将场景搭建起来,然后再根据情况修改。3.1.1场景建模场景一的建模的自行车,自行车的主体是车架和轮子,我首先将车价的大致形状搭建出来,然后根据人物模型的人体比例设计了车架的大小,再为其增加部件零件,比如脚踏板、齿轮和链条等,因为我现实生活中就有一台这样的自行车,所以想象以及结合上实物搭建这个模型并不难,有实物也让复杂的建模变得简单一点。 图3.1
12、石头参考图根据该场景的一个情景,我设计了房间的家具,如图3.2中的沙发 图3.2 场景沙发并且以此作为根据,搭建了一张床(如图3.3)图3.3 场景石头二床和沙发搭建完后还搭建了配套的桌子和椅子(如图3.4) 图3.4 场景桌子和椅子根据现有的模型对场景大致进行了摆放(如图3.5), 图3.5 大致上来看,场景还欠缺了一些装饰,例如窗户和一个点缀室内的小物件,例如盆栽、电脑、书本之类的东西,所以我们另外制作了一批这样的小物件图3.6 场景一物件场景以白天为主,所以根据场景合理性,利用给窗户添加了一张贴图再加上打灯来制作一种白天的效果,如图3.7所示。 图3.7 日光贴图创建完关键的模型后,利用
13、Arnold渲染器的代理功能。这一款渲染器是一款高级的、跨平台的渲染API。是基于物理算法的电影级别渲染引擎,目前由Solid Angle SL开发,并且被越来越多的好莱坞电影公司以及宫缩时作为首席渲染器使用场景二的建模风格为了匹配场景一以及人物的设定,进行了简单的搭建,主要是利用了模块化建模的方式,先建造了几颗不一样的树木,再根据摆放搭建出林子的场景,然后创建道路,再利用maya的boss系统创建海边的水面。最后的效果类似如图3.7所示。 图3.9 场景二类似图3.1.2场景贴图来到了场景贴图的绘制,贴图的绘制现在大致有两种风格。第一种风格是通过人工手绘来绘制贴图,第二种风格是依照真实物体的
14、贴图图片来创建贴图。简单来说,手工绘贴图的特点是难度较大但是自由度比较高,而且没有一定的手绘功底很难做到。所以,我使用了Substance Painter加上maya2018里面的Hypershade功能,先通过在Substance Painter里面绘制贴图,导出贴图后加上Hypershade中的各种通道相结合,做出一种偏向卡通风格的贴图(如图3.16)。 图3.10 使用Substance Painter制作材质贴图贴图我在场景中主要运用到的是Arnold渲染器的材质球,利用aiStandardSurfacel材质球,赋予在Substance Painter中所绘制出来的贴图,根据物品的U
15、V划分,在aiStandardSurface材质球的color属性中链接上一张.psd或者.jpg格式的贴图图3.12在材质球上赋予贴图3.2角色制作 在关于三维动画角色制作这一块,我们需要考虑的有两大块方面。第一方面,你精心制作出来的角色的性格要与角色外表相符合,例如不能你制作了一个可爱女角色反而让他演绎男子汉的橘色,这样不合适的人物创作会让人觉得不舒服甚至很有反感。另一方面,在制作三维角色模型的过程中,对于人物模型的结构,面数的控制,人物模型的布线,以及模块的划分需要有一个明确的思路,特别是人物的布线方面,会很大程度的影响到接下来的人物骨骼绑定这一块,人物的布线出现问题后,再好的绑定技巧也
16、会让模型生出瑕疵,导致后期需要返工修改角色模型的布线,这样不但降低了你的整体制作效率,而且还很有可能浪费许多宝贵的时间从而导致了你后期制作的时间不足。但是,无论是多么厉害的建模大师,都不可避免的会出现一些失误,有时候也有外界的原因,但是我们平时也要打起十二分精神,不放过一个错漏当然。就算发生了这种情况也不用慌张,任何麻烦都有他的解决办法,而我们要做的就是找出这个解决办法。建造模型的途中,例如你完成了头发的制作,因为头发都是由一片片的面片组成,分成了许多块模型,那就可以对这些模型打一个组,这样你将来制作头发材质的时候也方便,而且一个角色分成了几大部分,到时候分辨哪一部分的时候也会更加方便,更换某
17、些部位的时候也更加得心应手,不至于手忙脚乱,很快就可以完成在现金的三维动画生产中,动画制作环节也是利用这一种原理对模型仍未完善的角色进行优先的动画制作,这样就可以省去等待完整模型的时间,缩短整一个制作流程的时间,从而达到提升成品效率这样的一种结果。3.2.1角色建模根据我对于这个故事角色的性格这一方面以及后续人物骨骼绑定上的考虑,以及角色设计上青年的的造型,我的居家青年的模型如下图所示。整体的结构分为四大块,分别是手臂、腿,身躯以及面目表情。3.2.2骨骼绑定骨骼的绑定部分,我使用的是maya里面算得上功能最强大adv绑定插件,可以进行身体绑定、表情绑定,还能在多平台互导,现在的很多网络动漫剧
18、里面都存在着它的身影,我对他的动画操作有两种,分别是位移和旋转,对应的是translate和rotate,模型创建出来,我们却不能够对它们的某一个节点进行k关键帧从而导致角色可以动起来,因为如果我们不进行绑定的话,进行这些操作肯定都会导致模型面的扭曲,从而导致模型不美观,所以我们可以利用adv绑定插件来对我的人物角色进行绑定。在我的人物模型上,当他是一个单纯的模型的时候,我们就需要给他创建人物骨骼,但是人物得骨骼并不是一创建出来就会绑定到角色身上,我们需要对他进行蒙皮操作,顾名思义,蒙皮操作就是让人物模型和骨骼关联起来,从而把“皮”和“骨”连接起来。我首先会选择在正视图当中中进行最初的骨骼的创
19、建,骨骼是需要在正视图、侧视图这三个视角中进行创建的,在插件界面我首先选择了biped,创建了人类的骨骼,对骨骼进行缩放然后再移动骨骼来匹配我们的人物模型,我们要注意的是,如果我们在第三人称视角中来创建骨骼,那么这会导致我们匹配不到网格点从而导致失败。造成这个结果的原因是骨骼创建会默认捕捉到场景中的基础网格中,因为一般建模是会以sence中心为基准建造,所以在正视图、侧视图或者俯视图中进行骨骼的创建会十分的方便,另外如歌在第三人称视角中进行骨骼的创建一般会因为捕捉不到网格点而失败。我在不同视图中,对骨骼与角色模型进行对位,直到骨骼的位置与我的角色模型匹配,然后自动生成骨骼的控制器。骨骼的位置匹
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