三維動(dòng)畫各個(gè)階段的制作步驟
三維動(dòng)畫各個(gè)階段的制作步驟。制作的流程是將一個(gè)想法轉(zhuǎn)化為成品的一系列過程，就三維制作流程而言，通常分為 9 個(gè)階段：前期制作、模型、UV 貼圖、紋理和著色、綁定、動(dòng)畫、燈光、渲染和合成等。每個(gè)階段的具體流程會(huì)因項(xiàng)目和工作室的不同而有所區(qū)別。
三維動(dòng)畫創(chuàng)作過程
前期制作
前期制作基本上是一個(gè)想法經(jīng)歷探索、角色設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)的階段。在這個(gè)階段，創(chuàng)意和概念會(huì)變得充實(shí)，產(chǎn)品、風(fēng)格、原型、故事、環(huán)境和美學(xué)能夠確立。
前期制作階段
前期制作由故事、腳本、故事板、動(dòng)態(tài)分鏡、角色設(shè)計(jì)組成，如果沒有完整的前期制作，任何三維動(dòng)畫的制作流程（甚至是其他項(xiàng)目的制作流程），都不可能成功。
分鏡腳本
簡而言之，在創(chuàng)建動(dòng)畫之前，團(tuán)隊(duì)必須知道要?jiǎng)?chuàng)建什么。動(dòng)畫師的愿景越詳細(xì)，就越容易將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。有一個(gè)可靠的計(jì)劃意味著每個(gè)參與者都確切地知道他們必須做什么，并將準(zhǔn)備好去做，從而使制作階段和后期制作階段變得更有效率。
更重要的是，詳細(xì)的愿景甚至可以讓后期的即興創(chuàng)作變得更容易。有了一個(gè)完善的、豐富的計(jì)劃，就會(huì)有更多的創(chuàng)意素材可供即興創(chuàng)作，并且更容易知道如何將其融入項(xiàng)目中。
模型
模型是三維制作流程中的一個(gè)重要階段，根據(jù)前期制作階段的概念化藝術(shù)創(chuàng)建視覺、三維對象（或模型），同時(shí)確保其符合既定的藝術(shù)方向。模型階段的資產(chǎn)包括角色、道具和環(huán)境。
模型
這些模型可以使用如 Maya 或 3D Studio Max C4D等不同的三維軟件創(chuàng)建，無論選擇哪種工具，它們都有一些三維建模的共同要素，包括點(diǎn)、邊、多邊形和 NURBS。
有 4 種通用類型的三維建模方法，如下所列。
多邊形建模：多邊形模型表示三維空間中由線段連接以形成多邊形網(wǎng)格的點(diǎn)。多邊形網(wǎng)格文件是平面的，這意味著它們由一系列平面表示。因此，曲線只能通過具有定義分辨率的曲面細(xì)分來近似。多邊形網(wǎng)格很方便，因?yàn)樗鼈兪禽p量級的，并且可以快速渲染可視化。
多邊形建模
曲線建模：另一種依賴曲線生成曲面幾何形狀的建模。曲線建模既可以是參數(shù)化的（基于幾何和函數(shù)關(guān)系）也可以是自由形式的，并且依靠 NURBS（非均勻有理 B 樣條）來描述曲面形狀。曲線由數(shù)學(xué)方程驅(qū)動(dòng)，這些方程受設(shè)計(jì)者使用加權(quán)控制點(diǎn)的影響。
曲線建模
數(shù)字雕刻：這是一種相對較新的三維建模類型，用戶與數(shù)字模型進(jìn)行交互，就像對粘土建模一樣。用戶可以推、拉、捏或扭曲虛擬粘土來生成他們的模型。
程序化建模：通過參數(shù)化物體，效果器，數(shù)學(xué)函數(shù)等，構(gòu)建一條非破壞性工作流，以此來構(gòu)建模型，該方法的優(yōu)點(diǎn)是方便來回修改，并且可以快速構(gòu)建大量相似的模型，但是對程序和數(shù)學(xué)方面的知識有較高的要求。
UV 貼圖
UV 貼圖是將現(xiàn)有三維模型的頂點(diǎn)組件信息轉(zhuǎn)化為二維貼圖的藝術(shù)，將二維貼圖存在于一個(gè)新的坐標(biāo)系中，稱為 UV 紋理空間。
字母 U 和 V 表示該二維空間的兩個(gè)軸，因?yàn)?X、Y 和 Z 已經(jīng)用于表示模型空間中三維對象的軸，而 W（除了 XYZ) 用于計(jì)算四元數(shù)旋轉(zhuǎn)，這是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的常見操作。
UV貼圖
UV 貼圖的過程類似于切開牛奶盒的側(cè)面，不同的是，UV 紋理圖上的扁平表面不需要與三維模型的對應(yīng)面有相同的比例和形狀。
運(yùn)用這個(gè)優(yōu)勢我們可以有的放矢地為重點(diǎn)表面分配更大面積的 UV，這樣我們就可以更容易地對需要刻畫的模型細(xì)節(jié)進(jìn)行紋理處理。反之，那些通常不被攝像機(jī)看到的次要卻面積較大的表面，我們可以縮小它的 UV 貼圖，以減輕電腦后期渲染的壓力。
UV貼圖
紋理和著色器
紋理貼圖（Texture）和著色器（Shader）是三維制作流程中的一個(gè)重要階段，在這個(gè)階段中，三維模型被賦予不同的材質(zhì)，這個(gè)過程一般是由著色器和紋理貼圖共同完成的。
著色器是由一組可以體現(xiàn)在表面的屬性組成，這些屬性決定了光線與該表面的互動(dòng)方式。當(dāng)下主流的 PBR 流程（Physically-Based Rendering）的著色器大致包括基礎(chǔ)色，金屬度，粗糙度，法線等屬性。
紋路貼圖
為了表現(xiàn)物體表面豐富的細(xì)節(jié)，我們需要?jiǎng)?chuàng)建紋理貼圖，一般來說 PBR 流程的貼圖大致包括：
法線貼圖（Normal Map）：一般為切線空間法線，利用 RGB 三種顏色在切線空間儲存復(fù)雜的細(xì)節(jié)。
顏色圖（Base Color Map）：包括一個(gè)表面原始的、均勻照明的顏色信息。
粗糙度圖（Roughness Map）：描述一個(gè)表面的粗糙度。
金屬度（Metallic Map）：描述一個(gè)表面的金屬性。
紋理貼圖效果圖
綁定
綁定最簡單的形式是為三維模型創(chuàng)建一個(gè)骨架，以便移動(dòng)模型。綁定不僅涉及到骨架的創(chuàng)建，還涉及到定義這個(gè)骨架/模型的控制器，這樣我們就可以用這些控制間接地操縱模型，它很像木偶師使用繩子移動(dòng)木偶的方式。
角色綁定
綁定過程中使用的一些關(guān)鍵術(shù)語包括：
關(guān)節(jié)（Joints）：與人體中的關(guān)節(jié)相似，關(guān)節(jié)是一個(gè)特定模型的支點(diǎn)或銜接點(diǎn)。例如，肩膀、肘部、膝蓋。
權(quán)重（Weight Painting）：權(quán)重是一個(gè)繪制關(guān)節(jié)對模型上任何給定頂點(diǎn)影響量的過程，它對于準(zhǔn)確模型在操縱時(shí)的變形方式非常重要。
蒙皮（Skinning）：蒙皮是將實(shí)際模型與骨骼關(guān)節(jié)綁定的過程。沒有蒙皮這個(gè)步驟，移動(dòng)骨架無法影響到實(shí)際模型的移動(dòng)。
FK（正向運(yùn)動(dòng)）：如果軀干的骨骼組被視為軀干單個(gè)骨骼的父級，而胸部是軀干骨骼組的父級，子級是手臂、腿和頭的骨骼鏈。在這個(gè)層次結(jié)構(gòu)中，每個(gè)關(guān)節(jié)下的子關(guān)節(jié)都繼承了父關(guān)節(jié)的空間屬性變化。正向運(yùn)動(dòng)是在影響方向上對這個(gè)骨架進(jìn)行操縱，即從父級部位影響到子級部位。
IK（逆向運(yùn)動(dòng)）：逆向運(yùn)動(dòng)是一種逆轉(zhuǎn)操縱影響骨骼的方法。例如我們將一只腳約束在地面上，對骨盆關(guān)節(jié)的操縱并不會(huì)影響到腳的位置。
動(dòng)畫
三維制作流程中的動(dòng)畫是利用現(xiàn)有的三維資產(chǎn)，通過運(yùn)動(dòng)使角色變得生動(dòng)的過程。除角色主體外，三維動(dòng)畫也包括三維場景中的其他物體，如攝像機(jī)、燈光，甚至效果。
動(dòng)畫是獲取三維對象并使其移動(dòng)的過程。動(dòng)畫有幾種不同的風(fēng)格，有關(guān)鍵幀動(dòng)畫，動(dòng)畫師逐幀操作對象，類似于舊的手繪卡通。
關(guān)鍵幀動(dòng)畫
其他動(dòng)畫方法包括將對象放置在樣條線上并將它們設(shè)置為遵循曲線路徑，或?qū)脒\(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)并將其應(yīng)用到角色裝備中。另一種制作動(dòng)畫的方法是使用三維應(yīng)用程序的內(nèi)置物理引擎。
三維軟件中的動(dòng)畫通常涉及沿時(shí)間軸設(shè)置關(guān)鍵幀，操縱軟件讓這些關(guān)鍵幀之間的畫面平滑過渡。三維軟件中的動(dòng)畫制作與傳統(tǒng) CG 動(dòng)畫沒有什么不同，主要區(qū)別在于三維軟件會(huì)計(jì)算出中間的幀，而不需要?jiǎng)赢嫀熓謩?dòng)繪制它們。動(dòng)畫的節(jié)奏是通過曲線來操作調(diào)節(jié)的。
燈光
三維制作流程接下來的這一階段是向三維場景中添加燈光。燈光的使用可以決定一個(gè)場景如何引導(dǎo)觀眾，以及如何設(shè)定一個(gè)場景或環(huán)境的情緒基調(diào)。
場景中的燈光效果
三維軟件包中常見的燈光包括：
點(diǎn)光源（Point/Omni lights）：從空間中的一個(gè)點(diǎn)向外發(fā)出的光，它通常用于模擬燈泡或蠟燭。
方向光（Directional lights）：光線方向在三維空間中平行，它通常用于模仿太陽光或遠(yuǎn)處的光源。
燈光效果測試圖
聚光燈（Spot lights）：在設(shè)定的邊界內(nèi)，從一個(gè)點(diǎn)向特定的方向發(fā)出圓錐形的光。
區(qū)域光（Area lights）：類似于點(diǎn)光源，它從一個(gè)源頭向所有方向發(fā)射，然而這個(gè)源頭不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)表面。
環(huán)境光（Ambient lights）：為場景添加一個(gè)基準(zhǔn)照明，它既不從任何特定的源頭向各個(gè)方向投射光線，也不投射陰影，通常用于柔化戲劇性的陰影或柔和地照亮場景中不受主光影響的區(qū)域。
燈光渲染效果圖
渲染
渲染是將場景中的所有信息（物體、材料、燈光、攝像機(jī)）結(jié)合起來產(chǎn)生單個(gè)或一系列的最終渲染圖像的過程。這通常是制作過程中計(jì)算密集的部分，根據(jù)場景的復(fù)雜性、所需的質(zhì)量水平和預(yù)期的平臺，可能需要從幾秒鐘到幾小時(shí)的時(shí)間來產(chǎn)生渲染圖像。
渲染效果圖
使用 C4D 軟件進(jìn)行渲染
通常有兩種類型的渲染：
實(shí)時(shí)渲染：主要用于交互式媒體，如游戲，每秒需要在屏幕上顯示多個(gè)渲染的圖像（要求每秒至少 24 個(gè)圖像/幀，以防止卡頓）并實(shí)時(shí)顯示。這對互動(dòng)媒體很重要，因?yàn)橛^眾對場景的操作是不可預(yù)測的。
預(yù)渲染：通常在渲染時(shí)間不是一個(gè)限制因素的情況下使用的，正因?yàn)槿绱?，它可以滿足視覺上極其復(fù)雜和計(jì)算上要求極高的場景。這在電影、商業(yè)廣告和其他基于圖像的媒體中最常見。
渲染對比效果圖
在三維制作流程中，渲染意味著導(dǎo)出視頻序列，但每個(gè)元素（環(huán)境、角色、道具等等）都是單獨(dú)渲染的，然后在后期制作中重新合成。
合成
合成是三維制作的最后階段，它是一個(gè)對渲染圖像進(jìn)行調(diào)整或與其他圖像或圖層相結(jié)合，以創(chuàng)建一個(gè)更復(fù)雜、更有凝聚力的構(gòu)圖的過程。
合成階段
使用 AE軟件進(jìn)行合成
合成中的一些關(guān)鍵概念包括：
遮罩（Mattes）：用于隔離圖像的特定部分，以便它們可以在其他作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行分層。
動(dòng)態(tài)遮罩（Rotoscoping）：是以動(dòng)畫遮罩的形式創(chuàng)建一個(gè)啞光的過程。當(dāng)一個(gè)物體在屏幕上移動(dòng)時(shí)，遮罩會(huì)跟蹤它，然后我們可以根據(jù)需要加上這個(gè)物體或刪除它。
合成中的操作
摳像（Keying）：它是在某種顏色的范圍內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)遮罩，通常是通過使用綠色或藍(lán)色屏幕來實(shí)現(xiàn)的。
混合模式（Blending modes）：允許一個(gè)圖層的像素與它下面的圖層互動(dòng)，并與它們進(jìn)行數(shù)學(xué)結(jié)合。
追蹤（Tracking）：通過追蹤你可以跟蹤場景中一個(gè)給定的點(diǎn)或物體的位置、比例和旋轉(zhuǎn)。
合成師負(fù)責(zé)通過組合特定鏡頭或圖像的所有元素來創(chuàng)建最終圖像。這需要對流程有深入的了解和廣泛的三維技能。
通常，合成師會(huì)將整個(gè)作品組合在一起。合成軟件還提供了豐富的效果，使合成師能夠添加粒子、光效和文本。一些合成軟件還可以獲取三維場景的原始構(gòu)建塊，并通過 Alembic 等格式將其導(dǎo)入為 3D 文件，這些格式可用于為現(xiàn)有素材創(chuàng)建新元素和蒙版。
合成師可以采用任何3D 建模軟件的元素，例如來自 Maya 的角色、來自 Houdini 的模擬以及來自 Cinema 4D 的運(yùn)動(dòng)圖形場景，并將它們組合成一個(gè)鏡頭。
后期合成
不論是為電影、廣告、動(dòng)畫劇集還是許多其他目的創(chuàng)建三維動(dòng)畫，都會(huì)涉及許多步驟和許多動(dòng)畫師一起工作，才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的項(xiàng)目。
任何制作都需要一個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)來確保流程盡可能高效，三維動(dòng)畫等高度復(fù)雜的工作通常需要由動(dòng)畫師和創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)按緊湊的時(shí)間表工作，因此有效的制作流程對于按時(shí)準(zhǔn)備好最終產(chǎn)品并達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量水平至關(guān)重要。
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