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建筑三维动画实现的工作重点及思路

 三维动画是一种用计算机模拟空间造型和运动的动画形式,是纯粹的计算机技术的产物。三维动画的本质,即通过计算机的运算和处理,建立三维物体造型,并使该物体在三维空间运动。三维动画已经发展了很多年,从最初的三维物体造型,发展到目前的虚拟现实技术,在三维模拟的建立手段、计算方法以及三维真实效果等方面,具备了很高的技术水平。用三维动画表现内容主题,具有概念清晰、直观性强、视觉效果真实等特点,特别适用于学校教学、科研、产品介绍、广告设计以及军事领域。三维动画同时也是多媒体产品中比较常见的媒体形式。  


    在三维动画技术的实现过程中,需要对整个动画方案形成一套完整的思路,并且在三维技术的具体实现过程中要有不同的工作侧重点,下面就以目前国内在三维技术应用方面比较热门的建筑三维动画为例,谈一谈其工作重点及思路。


    建筑动画不是单帧的效果图表现,它是一个动态的表现。在制作方面,要求熟练使用三维软件,灵活运用多种软件。从制作流程来讲,包括创建模型、贴图、特殊材质绘画、动画设计与实现、灯光与材质调、建立环境、渲染输出、后期处理、特效加工和最终的作品打包整合。从思路来说,建筑动画里需要有较强的摄影艺术打底,是一种导演指挥全局的制作思想,也是一种整体艺术的表现。 


    一、构思


    任何一个电脑图形(Computer Graphics,CG)作品都要有鲜明突出的主题,这样才能吸引人,所以在制作之前的构思就显得很重要,否则只靠出色的渲染效果是远远不够的。构思主要是确定作品所要表达的重点,对每一个作品都将由专业的策划人员构思制作脚本,给客户以创新的构思思路。


    制作建筑动画很讲究制作思路、制作方向等,作者的制作水平和技巧都会在动画中表现出来。建筑动画在制作前要充分设计好动画脚本,即动画剧本,需要制定好所表现的主体,设计好分镜头及每个镜头的表现手法,制定好特效的制作方案,这样有利于后期制作,也有利于团队的分工合作。在建筑物或是城市的漫游动画中,至少有两种思路存在:


    其一,为整个大场景的制作和动画设计,想要得到流畅、高质量、高清的画面效果,必须保证画面中的构筑物和自然景观模型的总面数不超过5万个左右。在这种思路的引导下,建筑物的单体模型将会由面数极简的几何体构成,这就需要通过尺寸合适、比例合理、画面逼真的贴图来实现该建筑单体模型的制作。另外,自然景观也建议尽可能使用插件进行制作,一方面其后期效果较好,制作的模型已经进行了优化,并且其参数功能利于动画制作;另一方面也比在三维动画开发软件中进行制作的效率高。


    其二,在强调细部特征的表现时,在设定好一个动画漫游线路之后,按照该线路所要表现的建筑单体的具体形象,进行科学的建筑单体的建模工作。在构思表现手法时,还要突出三维技术优异于实景拍摄的特点,可以利用在实景拍摄中无法完成的,以建筑物结构线框表现的画面实现方法。 


    总体来说,在构思上一定要多参考影视作品中大制作画面,既要做到突出主题,又要在画面的镜头处理上强调视觉效果。


    二、绘制草图


    绘制草图就是将构思先简单地表现出来,当然也不是一定要这样,尤其是一些强调电脑制作技术的项目中,如果只是制作一些简单的内容,那么只要在头脑中形成大致的轮廓就可以了,如果要完成一些较大的、需要多领域合作的项目,那么最好是将绘制出的不同领域的表现草图互相沟通,完成复杂的动画制作。


    在建筑漫游动画中,绘制草图的过程实际上就是制作故事板的过程,镜头如何处理、画面中需要有哪些元素、最终这些镜头如果进行剪辑、后期数字合成过程中需要添加哪些效果等等。


    当然,对于强调技术实现的三维动画制作过程,由于设计和制作者多为计算机工作人员,可能会缺乏扎实的绘图基础,因此绘制草图不是一项在三维动画技术实现过程中的重点部分,甚至是在动画的调试过程中,由系统开发平台所提供的动画功能,就能实现最初设计过程中所想象不到的画面效果。


    三、建模


    在准备工作完成后,就可以开始建模了。将客户提供的建筑物平面资料或是城市规划图纸等以三维模型展现出来,建模不仅需要耐心,还要有一些技巧,原则是应该在表现出必要细节的前提下,尽量整体大气地反映项目的确立点和优势点。


    在创建三维模型时,传统的做法是首先按照平面图中标注的尺寸,通过建筑CAD软件进行平面图的绘制,然后再将文件导入到三维动画制作软件中,通过参数化编辑器生成三维模型,以确保模型能够科学、准确地反映目标实体。但是随着三维动画开发工具软件的不断改进和升级,现在一个比较快速而且准确的做法是:直接通过扫描设备将建筑物平面图转化为数字化图像文件,在三维动画开发软件中,将其调用为工作区域的背景,按照图上的线条进行三维锁定后直接描出可编辑的二维样条,此二维样条通过参数化编辑修改器直接转化为三维模型,同时保留堆栈,以便修改。这种方法既快捷又能根据客户的变更而随意进行模型的改动,其方便性及灵活性都是传统方法所不能比拟的。


    在建模的过程中,应依据整体和个体统一原则。总体上讲,建筑动画可分为室外建筑动画、室内建筑动画、环境规划动画三种形式,而在要表现大场景的环境建筑规划动画中主要的建模工作会围绕着制作外墙壁模型、玻璃及玻璃门模型、窗台模型、动态人物模型、喷泉模型、流水瀑布模型、远景树林模型、中景树木模型、灌木群体植物模型、土丘模型、山体模型、流动车辆群体模型等进行。建模的过程是动画实现的最基本保障,模型的合理性、准确性直接反映着动画的制作水平。这部分工作是整个动画制作过程中的重点部分,其工作量约占整个动画制作过程的一半以上,需要由许多动画制作师共同协作完成。


    四、材质灯光


    在制作建筑动画时,材质与灯光对整个动画的效果至关重要,会直接影响到整个动画的真实效果和视觉效果,这也是一个相当复杂的制作和调整过程。在材质与灯光的关系中,不同属性的光源照射到物体上会产生不同的变化,如灯光的颜色、灯光的强度、灯光的照射角度、灯光的距离等都会对物体材质产生较大的影响,而不同的物体材质属性也会影响到灯光照射物体的亮度、高光区、过渡色、反射等。 


    为使整个建筑动画场景更加真实,场景材质的颜色和属性应与实际的物体相似。在调整材质时除了要考虑个别物体的特殊性外,还要注意材质色调的整体协调。要控制好材质的反射和折射数量,否则会在最终渲染时耗费大量的时间。要充分利用好材质贴图的特性对整个场景和物体表面的控制,如远近物体的表现,物体表面的凹凸属性等。


    建筑动画的灯光控制相对静帧效果图的制作要复杂一些,建筑效果图只是单一方向的视觉表现,对整个场景可任意调整灯光的位置、角度、强弱等来达到单一方向灯光的光感效果,对建筑动画而言,则要进行多角度的调整和观察。建筑动画的室外和室内场景有较明显的灯光差别,室外场景除了一些特殊环境,如夜景、舞台布景等需要有很强的照明效果和光感反差外,通常都是高强度的单一光线照射,具有充足的日照效果。在进行后期渲染时往往需要将灯光替换为日光型,以达到阴影细节部位的室外真实效果。当然这需要付出时间的代价,通过将多台计算机网联为工作站,通过网络渲染可以提高渲染工作效率。


    总之,材质和灯光应该是紧密相连的,制作者应将其各种技术参数进行细致调节,反复比对静帧效果,以达到动画画面更具有真实性和艺术性。


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