毕业论文
摘 要
三维动画是指使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称3D动画，是近年来随着计算机技术迅猛发展而产生的一项新兴技术。在3D技术日趋成熟的今天，3D动画已广泛应用于日常生活中的各个行业，如建筑，室内设计，影视动画，游戏动画等。而因应这一技术而诞生的一款功能强大的3D制作软件，它就是3D Max，随着该软件的版本的不断更新升级，在软件内部和功能算法上有着显著的提高，使它成为了一个巨大的3D动画制作平台。
由于3D Max的出现，三维动画的制作已不再是大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利，三维平台的趋势已由高端过渡到低端。本文将通过对3D Max动画短片制作的介绍，其中主要介绍在3D Max中角色动画的制作，从而了解基本的动画制作知识，掌握运用3D Max进行动画创作的技巧。
ABSTRACT
Animation is the use of computer software to create three-dimensional virtual image, also known as3D animation, in recent years with the rapid development of computer technology and produce a new technology. In 3D technology is mature with each passing day today,3D animation has been widely used in daily life in various industries, such as architecture, interior design, film and television animation, game animation. And for this technology and the birth of a powerful 3D design software, it is 3D Max, along with the software version of the update, in software interior and function algorithm is significantly improved, making it a huge3D animation platform.
As 3D Max,3D animation production is no longer the film factory and professional film and television production company monopoly of the patent, the trend of high-end3D platform by the transition to low end. This article through to the3D Max animation production is introduced, which mainly introduced in the 3D Max character animation, to understand the basic animation knowledge, to master the use of3D Max animation techniques.
目 录
题目...................................................................................................................................1
内容摘要...........................................................................................................................1
关键词...............................................................................................................................1
前言...................................................................................................................................3
第一章 对于三维动画的认知
1.1 什么是三维动画...................................................................................
1.2 三维动画发展史.......................................................................................
1.3 使用3D Max制作3D动画的优势.....................................................
第二章 三维动画的具体制作方法
2.1 前期准备....................................................................................................4
2.2 片段的制作........................................................................................................
2.3 后期制作.............................................................................................
第三章 三维动画短片实例.......................................................
3.1 设计构思.............................................................................................
3.2 建模............................................................................................
3.3 制作动画效果...............................................................................
3.4 渲染..................................................................................
3.5 后期制作..........................................................................
第四章 总结...........................................................................
参考文献............................................................................................................
致谢...................................................................................................................
一、对于三维动画的认识
1.1 什么是三维动画
三维动画是指通过使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称之为3D动画，是随着近年来计算机软硬件技术发展而产生的一项新兴技术。它是摄影艺术、布景设计及舞台灯光布置等等的各种艺术与技术的集合体。三维动画的设计制作需要一定的艺术功底和创造力。一个好的三维动画，它除了要求制作者要有较好的空间感和艺术感外，还有就是必须能够很好地运用各种三维动画的制作软件。因此三维动画的设计与制作时一个涉及范围很广的技术，也可以说他就是一件艺术和技术紧密相结合的工作。所以在以前就只有专业的三维动画制作者才能做制作的出来。
1.2 三维动画发展史
综观三维动画的发展历程，其趋势已从最初的全盛时期发生转变，由高端过渡到低端，它的设备要求也再不断地降低，现今一般的家用电脑就可以用来制作三维作品。三维动画制作的收费也日趋合理，天价的三维动画已不复存在，三维建筑、室内效果图也都下降了很多。国内电影业不景气，外国大片的冲击，如何有效率地提高国人的创作、制作水平和规范制作准则是摆在我们面前的不容轻视的课题。
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对立新型的艺术形式。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始走上了迅猛发展之路。
《玩具总动员》一部由迪斯尼发行的纯三维制作的动画，一上映就效果非凡，帮助三维动画迅速上位，取代了传统动画，成为了最卖座的动画片种，可谓是取得了巨大的成功。之后，迪斯尼公司又陆续发行了《玩具总动员2》、《恐龙》、《怪物公司》每一部都非常之成功。而后的《终结者》更是把三维动画运用的神乎其技，简直可以说一部优秀的电影作品已经不能没有三维动画的参与了。
1.3 使用3Dmax 制作三维动画的趋势
现今三维动画的运用可以说无处不在，网页、建筑效果图、建筑浏览、影视片头、MTV、电视栏目、电影、科研、电脑游戏。在今天，电脑的功能愈来愈强大，以致我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技，更有不少电脑爱好者在自己的个人电脑上玩起了动画制作。由于3D动画被广泛应用在诸多领域中，因此制作软件也大量地涌现出来。
三维软件是利用电脑最左集合模型的软件。最先只能在专业图形工作站上使用，随着PC机的飞速发展和普及，三维动画软件业纷纷被移植到PC机上。在DOS时代，美国Auto desk公司的3DS三维动画制作软件几乎垄断了PC机三维动画的市场。
1994年Microsoft用1.3亿美元收购Soft image 公司，1995年推出基于NT 平台的SOFTIMAGE3.0版本，激荡了三维动画领域。迫于压力，为了维护3DS在三维动画领域的地位，1996年，Kinetix 公司推出3DS的Windows NT版本3DSMAX1.0。这个版本在操作界面、组织结构和功能上都有质的飞跃，获得了巨大的成功。
1998年，Maya.Alias.Houdini相继在NT平台上出现。同年，Autodesk公司奋起迎击，推出偏重于建筑设计的3DSMAXVIZ版本，该版本实际是3DSMAX的基础上进行一些增减，增加一些建筑有关的模块，删去一些动画功能。
随着三维软件应用的迅速普及，小型三维软件也如雨后春笋般涌现出来。
那么我们又该如何去选择制作软件呢？对于不同的软件它的使用方向，是有不同的侧重点的。就我们所知的最常用来制作三维动画的两款软件Maya和3Dsmax来说，在影视三维动画与角色动画的制作中Maya的功能比3Ds Max强大，但却还是有很多选择使用3Ds Max来制作动画。这是因为3Ds Max它除了能较好的制作影视方面的三维动画外，还在其它领域的三维动画制作中也有着一定的优势，如工业产品的演示动画、游戏动画、模拟动画等方面的动画都可以使用3Ds Max 来制作，而且其操作过程较为简单快捷。再加上3Ds Max2010的发布，取得了再三维动画制作方面的较大突破，3Ds Max 充分发挥了硬件的性能，新的石墨建模工具，新的多线程渲染引擎充分利用多核CPU的性能，以得到更快和更好的渲染速度和质量。这使得使用3Ds Max的用户将更加的多，学习资源也将更加的丰富，以至于很多热爱CG动画的爱好者们可以利用3Ds Max来制作自己的动画小短片。
二、三维动画的具体制作方法
3D动画的制作方法有很多种，但确定了使用某软件的话，其制作套路可以说就订下来了，制作步骤也不会有太大的偏差。
2.1 前期准备
在制作三维动画之前我们要先明确动画的主题，其次就是人物与场景的精美程度了。突出、鲜明的主题，就是吸引人的地方。
再来就是绘制分镜头草图了，绘制草图就是将构思进一步视觉化。这体现了制作者的创作设想和艺术风格，分镜头草图是由图画加文字组成的，其表达的内容包括镜头的类别和运动。建筑与场景的构图和光影、运动方式和事件、音乐与音效等。其中每个图画都代表着一个镜头，使用文字来说明镜头的长度及动作等内容。
在模具设计初期，需要先画出大概形态，包括外形与动作设计。其中场景是整个动画片总景物和环境的来源，在比较严谨的场景设计中要绘制的包括平面图、结构分解图、色彩气氛图等。
2.2 片段的制作
在准备工作都完成之后，接下来就是创建模型了。建模，是根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计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，需要出场的角色和在场景总会出现的物体都要建模。建模的灵魂是创意，核心是构思。但是在开始建模时，应该注意要在表现出必要细节的前提下尽量地减少场景的复杂度，这样才不会因为占用太多的系统资源而导致程序的崩溃。
灯光的设置，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。在三维软件中灯光一般有泛光灯和方向灯。灯光起着照明场景。投射阴影及增添氛围的作用。通常爱用三光源设置法：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，决定光线的方向，角色的阴影主要由主灯产生。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题角色及显现其轮廓，使主题角色从背景中突显出来。
材质贴图和灯光与渲染的好坏是紧密相连的，由于每种软件的技术与硬件配置需求不同，因此要根据自己计算机的软，硬件配置来对模型进行材质编辑。
再之后就是对动画进行调节了，动画的调节相对来说要难一些，我们要根据分镜头草图与动作设计，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，纵轴是动画值，可以从动画曲线上看出动画设置的快慢急缓、上下跳跃。如3Ds Max的动画曲线编辑器。三维动画的动是一门技术，其中各个动作都要符合自然规律，制作要尽可能细腻、逼真。
2.3 后期制作
最后就是特效的制作与动画的渲染了，进行动画的输出时，主要在渲染质量和渲染时间两者间平衡好。在3D动画中大部分的特技效果都是渲染之后再在合成软件中进行合成的，这样既节省时间和成本，又可以得到比较好的效果。
（三）三维动画短片实例
3.1 构思场景
下面我们来看一个动画的场景是如何进行构思的。又是如何根据场景的构思来制作三维动画。首先想好要制作的是怎样的一个的动画，然后对具体的场景进行细微的构想与描述。
场景一：游乐场大转盘介绍。首先，展现出一个转动中的大转盘，然后，摄像机开始从移动，从多角度进行展现。
场景二：游乐场碰碰车介绍。由远及近，多角度拍摄，将碰碰车场景的全貌很好的呈现出来。
3.2 建模
模型的创建方法一般分为2种，多边形建模与曲线建模。在制作复杂模型时从操作方式上不能很好地体现出其优点，因此使用3Ds Max建造复杂模型是多边形建模。由于模型常常具有对称性或者包含有同造型的部件，在建模时经常做出一半或者某些部分即可。如大转盘的座位，只需做出一个模型。
一转盘的制作
游乐场里的模型的创建是使用3Dsmax中长用的建模方法，就是使用多边形建模。那游乐场里的转盘是如何创建的？由于转盘都是圆形的，所以在建模时使用圆柱体工具，根据自己所需要的尺寸确定大，底座的制作如下图（1）所示
图（1）
这样转盘的底座就做好了，然后附上自己所需要的材质，在材质编制器里跟据实际情况做调整。中间的柱子按照上面的方法依次做出就给你，作出后的效果如图（2）所示
图（2）
这样转盘的主体就做出来了。这下就该做转盘的顶了，因为转盘的顶也是与底座类似的圆盘，所以按照底座的作法就可以做出。在顶棚上有一个圆球，这个可以用球体做出，大小自定。在转盘的顶棚上，并非只是一个圆形的带有厚度的棚子，在周围一圈还有上下起伏的花边做装饰，这个花边是怎样做出来的？在圆形工具里面有画弧的工具，之后我们在圆形的顶棚上依次画出我们所需要的花边样式，再画好之后，利用挤压工具使它具有一定的厚度，这样花边就做好了。
花边作法如下步骤：
1) 
2) 选择修改工具
3) 
4) 点击修改器列表
5) 在下拉菜单里找挤压然后点击
6) 
7) 然后输入挤压数值，这样花边就做出来了。
这样转盘的就做出来了，如图（3）所示
转盘的主体做出来后，再添加上椅子，这样一个转盘就做好了。
二 碰碰车场的制作
碰碰车场的模型主要是用几何体中的长方体做出来的。先用长方体工具把地面做出来，之后再用圆柱体把场子里的柱子都做好。
碰碰车场周边有一圈围栏，在转盘的制作过程中花边的制作是用线先画出，然后挤压生成的，围栏也可以这样做出，但是比较慢些。挤压工具不只针对线，还可以使面挤压，这样也可以做出栏杆的效果，还有一种更简单的方法，就是人们常用的方法，直接用长方体去画，之后复制，这样一圈栏杆就出来了，如图（4）
图（4）
这下碰碰车的模型，这个其实就是一个长方体，然后在上边修改成我们所需要的形状，在上面用线和长方体工具，两个工具相互用，最后做出碰碰车的形状，如图（5）所示
图（5）
剩下的碰碰车直接复制就可以了，然后贴上不同颜色的材质就变成了不同的碰碰车了。最后我们给碰碰车场做一个顶棚，也是用做地面的方法做出。这样碰碰车场就完成了如图（6）所示
图（6）
3.3 制作动画效果
模型设计好之后就可以开始制作动画了。在制作动画的过程中，使用到最多的就是关键帧设置。关键帧动画是指制作者设置出来的一组自动生成中间画的关键帧。关键帧动画的创作实现有两种方式:一是通过对关键帧三维形状进行插值计算而得到中间帧，第二种方法是对物体本身模型的参数进行插值计算。关键帧设置动画的方法比较简单，当要设计一个运动轨迹特别复杂的动画时就不宜使用这种方法了。因为关键帧设置对物体运动的调整以及关键帧间运动方式的确定都显得不太方便。
在动画短片中，主要的动画是转盘的旋转，我们通过对转盘的调整与关键帧的设置来实现转盘的动作，但是，在3DSMAX中要达到高度仿真很难。对于这个问题，我们的实现方法就是通过3DSMAX设置关键帧，从而实现过渡帧，即简化了中间过程和各种细节，同时动画效果也与现实相符。
下面就介绍在3DSMAX中怎么制作转盘的旋转。
（1）在静止时设置首个关键帧，再根据转盘在运动时的规律在下一个关键帧处，调整转盘及座椅的位置。
（2）由于转盘的旋转过程是重复着同一个动画，因此接着使用复制、粘贴动作就可以实现一系列旋转动作。
3.4 渲染输出
在完成了建模、设置材质、放置灯光和相机以及运动动作等动画场景之后，最后一步是准备渲染输出。由于3DSMAX的插件特性，我们可以选择使用除了系统默认的其他渲染器，例如V-Ray渲染器。
V-Ray渲染器是由专业的渲染器开发公司CHAOSGROUP开发的渲染软件，是目前业界最受欢迎的渲染引擎。在场景中使用该材质能够获得更加准确的物理照明（光能分布），更快的渲染，反射和折射参数调节更你可以应用不同的纹理贴图，控制其反射和折射，增加凹凸贴图和置换贴图，强制直接全局照明计算，选择用于材质的BRDF。V-Ray真实的光线能创建出专业的照片级效果。其特点是渲染速度快，目前很多制作公司在制作建筑动画和效果图选用它就是看中其速度快的优点。
渲染时要根据动画效果的不同需要以及硬件设施的级别的要求，在进行渲染前对必要的参数进行设置，如下图。
以转盘的旋转过程渲染为例，在渲染参数中设置模糊可以得到更具有真实感的画面效果，如下图。
3.5 后期制作
每个场景的渲染完成后，接下来就要进行后期合成的工作了。我们可以使用会声会影软件来对视频进行后期的处理。
会声会影是一套操作简单的剪辑软件，它借鉴了许多优秀软件的成功之处，将视频特效合成上升到了新的高度。
首先，利用会声会影制作一个片头，如下图。
接下来进行各个分镜头的衔接合并，使它成为连贯的动画。把所有的素材导入合成项目中，包括声音、视频等。在时间轴上，调整各片段的位置及效果，最终进行输出。
总 结
总的来说电脑动画短片中，重要的是深入研究运动控制、角色设定和渲染技术。物体的运动都是遵循一定的客观规律的，由电脑通过计算来完成，可以使得运动变得自然而逼真。一个成功的动画设计，体现了一个三维艺术家的才华、修养，以及他的审美观和价值观。
电脑三维动画的内容多，范围广，发展快，是一个很有前景的研究方向，许多技术层面的问题有待进一步探索。从上面的例子可以看出，往往一部好的三维动画，除了需要作者的软件操作能力、创新能力与优秀的空间感觉，更重要的事要有很强的团队合作意识。随着计算机技术在三维动画制作方面的日益成熟，三维动画的制作会更富有乐趣。同时，通过丰富的想象力和创造力创作出来的动画片既是对文化的传承，也是对传统的发展和创造。
参考文献：
（1）尖峰科技，《3Ds Max2010 宝典》，中国青年出版社，2010.1
（2）张瑞兰，《3Ds Max9三维动画创作实用教程》，清华大学出版社，2009.1
（3）罗进丰，《3D数字角色动画》，机械工业出版社，2005
（4）我要自学网，《3D Max2010视频教程》http://www.51zxw.net/list.aspx?cid=317