3D动画制作过程详细分析(一)

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    本文分享的是《3D动画制作过程详细分析》，原文标题是“深度剖析3D动画制作过程”，文章内容来自火星时代。全文摘录如下：

　　

　　(1)脚色数量制定、频频运用的可能性以及四肢含头的分列组合考量，比方点景人物的设按时，可依据体型大小予以分红几个类别，比方分成胖、中、瘦或高、中、矮等，然後再以贴图和妆束判袂彼此，切忌一五一十的造出所有的人民，模块化你的模子成材料库，以後在制造时也可互换头手身躯。

　　(2)脚色的步履极限制定，影响到配件的标题问题，比方：裙子、盔优等标题以及头发，这些在手绘用意人物造型的时刻就要思索到，譬喻不要操持出很是贴身的盔甲，应当让它和身体有一个缓冲的空间，以提防行动太大时盔甲刺穿入身体中。

　　(3)【前制】建模时身体和头的stand姿式的拟订，每个脚色必须遵照制定的比例建构，并且要有对抗姿式做为setup的规范。头部的神采必需设定好，悉数的抗衡神彩(喜、怒、哀、乐、嘴型…等)分辨出各个脚色的特点与发音的本色。(参考角色设定稿)

　　比如说在架骨架时，全部工作职员必需约定好一个标准姿态以对立打造规格，以防御每一个新的模型都要从头架构一副新骨架，如此可减速setup的速率，异样的骨架也可以模块化，比喻次要人物与首要人物所需的行动细腻度不尽不异，而且特写镜头所需的骨架也不雷同，要寄望以镜头呈现方式来抉择你的模子和步履细腻度，要记着一个准则，看不到之处不做，不要把整团体物都设定完成後终归只不过要展示某部分的特写罢了。

　　(4)【前制】手的根蒂模子架构，依照storyboard的剧情须要打扮手型可以是可调节的手。

　　譬如在次要人物上，咱们会设定他的手部骨架与身体是团圆的，意便是可以随时拆组大小不同的手以合适步履需求，然而在首要人物上可能就没法如斯，因为重要细腻的手部行动来转达心情，这里所说的首要人物和次要人物并不是戏
剧中的男主角或女主角的意思，而是指在storyboard中单一镜头里最突出最近镜头的人物，因为他们所占的视觉面积比最大，相对的背景人物所占的视觉面积小，所以可以省略细节。

　　(5)眼睛、衣服、头发的制作依照技术力，与剧情修改弹性，去使用较合效能的制作方式，如果头发及衣服需飘动，必须要专案评估处理。例如开启光迹追踪、热辐射、cloth模拟运算、Fur等都十分耗损CUP，在专案制作中制作时间的延长都会直接的扩大制作成本，有限度的使用或用传统补光方法都是可考虑的替代方案。

　　(6)减少配件的产生，可用贴图的方法减去不必要的模型、建构。能使用凹凸贴图的方式就不使用精细建模，能用photoshop绘出背景则不用模型建构。

　　(7)头部建构时必须注意shape与shape转换时角色的变形，必须注意其协调性及变化性控制喜、怒、哀、乐的极限程度。意即是角色的个性不能跑掉，一个拘谨的人不可能撕牙裂嘴得笑，而且过度的夸张会不会使得表情前後判若两人也是重点。

　　(8)Camera与model的精致度问题。越靠近镜头前的人物越细腻，越远的人物越粗糙。

　　(9)Model与Texture的问题，线的走向与贴图座标形成的拉错问题。建模时要注意布线，而不是单纯的把模型建好就算了，布线混乱就会影响贴图的拉扯或平顺。

2. Setup 人物----头：

　　头部的setup种类有shape Animator、shape + cluster Animator及motion capture等setup，各种都有不同的特性，且工作负担与各部门有直接关系：

　　shape Animator、model team： 必须建构各种脸型的

　　shape setup team：将所有shape串连起来，制作一个控制面板，随者shape数量的多寡，setup与model的工作量更悬殊。

　　Cluster、animation：此种制作方法对setup是个很大的工作挑战，随者个人对脚部肌肉的了解，所制作出来的setup有著很大的影响，而且制作难度很高。

　　例如：weight的设定，虽然cluster Animation所制作出来的脸部动作较生动，但是难度许多在TV。Production上不建议使用。

　　Cluster + shape：主要是结合cluster与shape animation的优点而衍生的技术，cluster用在脸部上半部的动作，shape Animation主要用在嘴部的动作，结合此方法可达到较好、较有效率的结果。Shape Animation 用在嘴部时，当Animator在调整对话时可专注在嘴部的动作与timing完成後再复制Animator data至头部Animator再依照嘴部变化，去调整脸部上半部的动作去制作表情。

　　Motion capture： Motion capture 的脸部setup可分为shape与cluster，其动作来源都是motion capture data，只是mo-cap data套用在shaper上或者是cluster上，其结果cluster较好且编辑性也较强，对shape而言，必须撰写一些运算式去让mo-cap data去办（判）断该读取哪一个shape，或者是该如何淤（于）mix哪几个shape达到需要的表情,不管是shape或是cluster，其结果对model team or setup team 都一样，但是因软体的便利性，cluster的mo-cap占较优势，且对setup team而言，工作量并不会大增，但对model team而言，减轻了制作shape的工作量，是所有制作脸部动画方案中较好的选择，但是在技术难度上较高且在抓取data时要有time list去控制脸部与身体的互动。

　　身体的setup 分为mo-cap及keyframe setup的建构必须以简单，然後多功。其中多工可分为：组合式的setup、整体的setup。

　　组合式的好处：

　　(1)减少调整weight point的时间

　　(2)身体各部份可自由替代

　　组合式的缺点：

　　(1)loading较重、骨架较多

　　(2)技术难度较高

　　整体式的好处：

　　(1)简单的架构组织

　　(2)可弹性的制作分离替代 如：头和手

　　(3)scale骨架较简单

　　整体式的缺点：

　　(1)调整weight point的时间较长

　　(2)变化弹性较小

　　以简单及效率考量而言：主角使用整体式而配角使用组合式，以及keyframe的使用整体式、mo-cap的使用组合式。

　　以效率而言其关键会在调整weight point，而组合式的setup加上scale骨架的方法，效率超过整体式的setup。令人头痛的是组合式的setup过度复杂，如果再将之精简，效率将更高，但是精简的多少与model的复杂度有著成正比的关系。

　　动物的setup 动物的setup其注意的如下：

　　(1 )四肢与身体的联结使用插入式或著式缝合式及线的走向。

　　(2)动物的骨架分析，如果有结合人物的情形则考虑更多。

　　(3)控制点的规划。

　　(4)Bind pose的订定。

　　(5)极张的订定、可动关节的移动及转动范围。

　　(6)动物脸部变化的设定

　　model使用插入式或缝合式及线的走向订定将影响到setup时，制作的难易度以TV.的解析度而言，插入式的建构效率较好。

　　Setup的问题分析将影响著model与animation及texture的制作，所以每一个问题的考量将牵连著相关部门的影响，有时带来某个部门的便利，却造成某个部门的工作增加，但是如果有良好的衡量、协调的话其效能将可发挥最大。

　　Animation Team

　　(1) 脸部animation

　　(2) keyframe的设定例如：动物

　　(3) 组合场景的规划

　　(4) motion capture的套用

　　(5) motion library的建立(keyframe及mo-cap 含animation) Animator主要的专长相关的工作只有脸部animation及keyframe的设定，而组合场景的规划(必须有time list的依据) 较复杂，必须整合相关来源资料，motion capture的套用。较属於技术性。Motion library的建立是将资源有效的利用及规划，避免同样的工作反覆的进行，或者是只需编辑部份资料而不需重新建立。

　　脸部的animation与身体的motion结合时必须要有精确的time list，所以为了维持精确的控制time list animator 必须实际的演一遍，抓住应有的感觉，如果有必要更改time list达到较好的戏剧效果时，都可提出来讨论，日後制作animation时能有更精确的掌控，避免不必要的错误发生。animation team必须对setup有者（着）完全控制的能力，且必须对每个控制点有掌握的能力，具备有对某个特定角色，判断出该有的动作细节对setup team提出所需要的要求，与setup team讨论出最有效率的控制模式。

animation与mo-cap使用的时机判断，判断考量如下：

　　(1) 武术动作建议使用roto-capture再加上timewarp或者是Editing的功能去完成。因为武术动作困难度较高，一般animator效率较难发挥。

　　(2) 骑在动物上时因为必须考量与动物的互动性，因keyframe弹性较高易编辑，而mo-cap的使用上，不稳定的因素较高且编辑度较难。

　　(3) 三人以上的动作抓取时要有精确的time list去做参考，才能达到较好的互动效果。

　　(4) 演员较难表现的动作(例如：楼、从桥上摔落，marker点较易被挡住的动作例如：拥抱)整体而论，一般所有的动作，mo-cap都可代劳，再加上适度的Editing可接近完美，但是mo-cap令人头痛就是mo-cap data的除错修正,因为data 的抖动是因为mocap摄影机对mark误判不正常的位移以及Fit时产生的误差，其所花费的时间与keyframe一个角色所花的时间，其关键会在於时间的长短与动作的难度，其判断mo-cap与keyframe的使用唯有参考storyboard的内容才可能做初步的判断，再者mo-cap的编辑能力弹性很大，但是其效率必须考量，如果mo-cap的编辑时间与keyframe的时间差距不大时，那mo-cap将不打算使用，但是mo-cap的编辑用在动作特效或者是特殊动作编辑时，(例如：武打动作)其效果与产值将是最有利的，替keyframe人员免除掉基础的timing设定，因mo-cap的编辑与data的修正应分开讨论。

　　但是另一个考量点是在於mo-cap 的套用，至编辑除错其过程较复杂，除非用在专业上如：武打动作，否则越单纯越好，可能的话避除编辑的部份最好将除错减至最低。至於mo-cap与keyframe的结合，方法有但避免去使用(使用分镜去避免)，而mo-cap与keyframe的结合建构在Layer编辑之上(制作动作特效)，其mo-cap的弹性会更高。

　　组合场景：image plane, low-res与high-res model, texture的精简；mo-cap与keyframe的结合、layer-setup, light。

　　Image plane：

　　动态适用：(等速移动)行进的路线保持直线或小弧度曲线避免转弯。

　　静态适用：background的搭配使用如：植物。

　　使用注意：camera的角度与灯光的方向与角度地形的起伏必须定义好。

　　Low-res与high_res的应用

　　u 当image plane无法使用时，low_res model可替代使用以减少render的时间。

　　u 镜头在定义时避免掉人物由远而近的情形发生。

　　u 一般而言除非特写画面，否则low-res model www.idmt.cn都可应付，如果不行middle-res model可使用，或者控制high-res model的精致度，当作middle model使用，必要时再建构真正的high-res model。

　　Texture的精简：

　　依照low-res middle-res及high-res的程度去控制精致度，render的影像必须符合影片的精致度。

　　Mo-cap与keyframe的结合使用

　　Mo-cap与keyframe的动作会依animator的素质不同而有差异，所以当要结合两个不同的动作时尽量避免mo-cap与keyframe混合使用，如果要混合使用时避免同类形角色去套用,(例如:同一个画面两个角色,一个keyframe另一个mo-cap)。

　　Background build

　　(1) 实景

　　(2) CG 实景：

　　使用上很方便，但是必须注意解析度、灯光、 camera角度、动态或静态等问题。

　　C G：建构上较复杂，但是camera与light动态，解析度都较好控制。

　　实景与CG的搭配使用与各layer camera息息相关，所以一个场景必须讨论其复杂度、camera path、灯光，CG与实景结合，分layer…等细节取其轻重讨论出最有效率的制作方案。

　　Light control

　　Light control影响者（着）当所有layer结合时呈现出的整体气氛感觉，重点在於light direction。至於灯光的强弱只要layer 正确，composite可以解决制作出景深或色彩调整filter等细部微调，在TV.的production中灯光的sit要符合量产的效能，灯光的设定尽量去模组化，(例如：早、中、晚的设定 )除非有必要再适度的补光，补光时要注意每个layer的变化，以免破坏整体性。

　　Layer camera setup：

Layer与camera的关系是密不可分的，layer的setup是参考camera的方向去做纵深分层，但是一但camera的移动旋转超过90?时layer的setup将会出问题，所以layer 的分层必须改成区块分层，而composite的layer结合时就必须注意layer的over顺序必要时要分开render或者sit key在layer的over上,最好在分镜时解决此问题。

　　Motion Library

Motion library是属於资源的反覆（复）利用部分及编辑重组新的动作资料，有时motion library的排列组合可在群体动作或其他可利用的范围内作出多种变化，而且极富效率，资料处理的方式如下：

　　(1)套用：motion library能完整的套用在每一个角色上，其关键因素在比例的相同，所以一部影片中角色的比例最好类型不要太多，这必须事先规划清楚，否则motion data 将无法套用，setup部分也必须注意到个个角色的setup系统都必须相同，包含控制点数量、名称、阶层…等细节。 Motion capture与keyframe data的套用情形不尽相同，但是流程都一样，不同的是motion capture可套用在不同类型的角色上，但是Fit的过程较麻烦，不过比keyframe data套用来的有效率些。

　　(2)motion library的编辑，编辑的种类有：

　　motion data的editing：主要的概念是将motion data分layer处理，设定各layer的比重，做出不同的motion data所以motion library可编辑出不同的资料，例如：work cycle可编辑出老人、小孩、大人、女人…等不同型态出来。
Motion library 的Blending

　　Motion blending 的原理是将两段motion data做结合，组成一段motion data而blending的重点是在两个motion data 连结的部分，如何让连结的部分自然的动作，其关键如下：

　　步伐与步伐间必须是同一只脚著地，也就是说A段data是左脚踏地结束，那B段data就必须是左脚踏地开始,重点在重叠避免抖动。 -

　　如果角色与角色间有互动例如：握手，那就避免在握手时设为blending点；如果避免不了，那就必须花时间在编辑上，把blending点的data杀掉，blending区块的timing重key较稳定。

　　?二段motion data尽量出自同一角色的动作，非同一角色亦可。但是，最好是基於mo-cap data的编辑上，如果是keyframe的data结合就最好是同类型角色的data为基准。

　　结合的data其blending的起始和结束，最初均设key点，因为mo-cap全部都是key点到还好，keyframe的就必须注意key点在motion blending所造成的影响。

　　Texture Lighting Composite Texture texture的精致度控制(high-res low-res middle-res) -model 与texture的拉扯变形 ?bump displacement贴图的运用----texture与lighting的问题 。

　　texture的精致度预算必须与model的精致度做互补的控制，以使render在TV.或movie的quality中达到较好的效率。

　　-model在建构时会因点线面的分布，开口的位置与变形等细节而造成贴图的拉扯，所以当拉扯无法避免时camera的控制将会是重点，如何避开拉扯必须在事先规划清楚，所以model的点线面走向与贴图的精致度与贴图方法及camera的路线必须计划清楚。

　　?bump与displacement的贴图运用

　　当角色设定的配件过多时，bump与displacement可适时的运用，利用贴图代替物件以减轻model的复杂，且必须依照拉扯的程度、范围运用displacement与bump 所以分析一个角色的可动关节、少动关节与不动关节，有助於贴图与model的分析。再依照分析结果在可行的情况下适时的利用贴图代替model。

　　texture与lighting的问题

　　主要问题会在色样的定义部分，（1）当贴图的material的special or reflection设定过高时易产生过高的反差或者是对比常在眼睛部分发生此问题。（2）texture定义的颜色，有时因为lighting的颜色问题造成颜色的差异，所以色样的定义以及灯光颜色的影响必须设定好，避免不连景的颜色问题发生。

　　有时可能会因为打上lighting之後造成某颜色的不明显，或者是偏色，所以当要对颜色修正时，应从贴图著手，因为贴图修正的话，只需修正一次(图库)，如果修正special、ambient、 diffuse等颜色则必须从每个cut的material著手较麻烦，所以尽量避免此一类的问题修正，如果从灯光著手时，将造成修正的部分偏色与色标的颜色不同造成不连景,所以灯光与材质设定由同一个team会较好。

　　Texture与Camera的距离问题

问题的发生主要在於贴图的精致度问题Camera太近且贴图的精致度不足时，即发生模糊的贴图影像，但是贴图过大又亦造成档案过大的情形发生，所以较好的处理方法如下：

1. 使用Shader不管Camera是近或远都有著良好的细致度，是最佳的解决方法。但是要找到适用甚至制造,其难度都很高，可说是艺术与技术的结合。

2.处理，避免一镜到底的画面出现，在不影响剧情的结果去做分镜的改变。

3.制作高精致度与低精致度的贴图做切换,切换时机要设定好,

　　Light：

　　1. Light的effect

　　2. Light的实景结合

　　3.Light render与Composite的互动

　　4.Light与Background , image plane的互动

　 1). Light的effect

　　其内容包含质量光，raytrace , shadow光斑。Light 只要加上effect的参数其，Render的时间将增加，所以在效果与Render时间中必须取得平衡，当Render成本不足但又想达到其效果时，fake(做假)即随之产生，所以如何做假达到效果才是Light effect的高阶部份。因为做假之前必须掌握其原理，其做假的部份才能说服人。以下是一些做假的探讨：

　　质量光：其render的Loading相当吃重。

　　其faking的方法如下：

　　1. 制作一个质量光一样形状的物件

　　2. 设定ramp贴图并将透明度调高，且质感设些许亮光

　　3. Render时最好将质量光分成另一个layer，合成时其调整度更高并可加上Blur效果更好

　　raytrace的faking

　　raytrace包含折射和反射，常用在金属、玻璃及一些会反射的质感，一般而言如果使用raytrace去运算将会使用很多render时间，所以利用环境贴图去模拟raytrace是一个节省render时间很好的方法，但是如何制作一张很好的环境贴图并不是一件简单的事，其注意的细节如下：

　　1. 周遭景物的画面撷取

　　2. 光线与camera的相对位置，光线折射的角度

　　3. 环境贴图的方式，以及贴图的拉扯、扭曲的处理

　　4. 质感与灯光的调整包含specular、diffuse、ambient、translate….等


Shadow的faking

　　一般CG计算影子的方式有二种，一种是raytrace，一种是depth map shadow的方式，raytrace只要调整些许的参数即可达到逼真影子效果，包含影子的渐层锐利与模糊，但是Render的时间较长。

　　而depth map的shadow所制造出来的影子效果较差缺乏层次感，不是太锐利就是太模糊，而如何改善depth map的render效果其方法如下：

　　1. 计算camera light element的相对位置，做出影子的锐利与模糊的变化。

　　2. 至於处理影子全影与半影的效果，可用Blending将被投射影子的物件质感与影子做调整，将灯光的强度做为调整的依据.

　　3. 有时可加少数几盏的raytace shadow的灯光增加效果。

　　光环、闪光、强光的faking

　　虽然很多的CG软体都提供这些功能，但是Render时间太长所以建议用合成的特效去制作较佳。

　　Light与实景的结合

　　CG的灯光与实景灯光的结合其关键如下：

　　1. 光的颜色与强度，影响著色温差异及shadow的浓度

　　2. 光的方向性与shadow的大小形状

　　3. shadow的全影、半影及角落中产生的阴影效果

　　4. 被照射物体，其表面产生的层次变化，这也是CG与实景间最大的差异，及diffuse和ambient的处理

　　5. 质感与灯光的互动设定

　　以上几项，其难度较高的会在3.4.5项，也是CG与实景间的关键问题。

　　☆ Shadow 的全影、半影处理，以及离灯源越近所产生的Blur效果，可参考Shadow faking的部份。

　　☆ 而diffuse的处理，因为有radiosity及out door illumination的方法处理，但是二者的Render的时间都很长，但是效果都很好，out door illumination的light setup方法是较折衷的方式，其方法是建立一个半球体的灯光群，然後将环境的灯光色彩当作是半球体的贴图，然後以每盏灯最靠近球体的贴图颜色设为灯光颜色，做为环境光。而shadow是采用depth map shadow以减少Render时间，一般使用out door illumination的照明方式其灯光数都在40~50以上，所以Render时间也加长，但相较radiosity的无限折射运算其Render时间扔可接受。

　　☆ 质感与灯光的互动设定

　　在Light与实景的结合部份，要CG物件的质感如何在实景中表现出来是很重要的，例如：CG的物件其质感是木头而实景中也有木头出现，那在CG中木头质感的设定越接近实景的木头其结果就越令人信服，而灯光的设定必须与质感的设定产生互动，当一个画面中质感不同的物件越多其互动就越重要。但是互动中，尽量以灯光的设定去配合质感的设定,所以当一群物件质感设定好之後,在（再）设定灯光。

　　Light render与composite的互动

　　1. specular的layer matte

　　2. diffuse的layer matte

　　3. Ambient的layer matte

　　4. shadow的layer matte

　　5. 被照物件的补色部份

　　specular. diffuse. Ambient.都可经由composite的color correction及Filter.(example : Blur…)去做细部的调整，所以灯光与被照物之间其互动中，被照物的specular. diffuse. Ambient.的方向与面积必须掌握好，而composite时才能发挥细部的调节。

　　Lighting background. image plane的互动

　　一个组合场景中包含许多的source例如：main character layer… image plane、Background layer、ground layer、effect….等。如何将这些source结合，其关键在camera、Light及color以及景深处理，以Lighting而言保有每一个layer的key light方向性、色温一致是必须的，而其余的补光部份将其被照物的层次，shadow部份处理完善即可。至於景深的处理可在composite去修正其中的不足。

　　至於image plane的制作过程中其Lighting的方向必须与主场景的key Light一致，但必须注意image plane在主场景中与camera Lighting的位置必须符合，其画面才会协调。

　　如果key Light不明显或著camera移动较大，则image plane的光源性就不必强调。 Composite Layering将所有的layer依照前、中、後以及effect layer组合成最终画面。

　　Color correction 颜色调整

　　Filter 2d特效

　　Render 最终输出

　　以下是前制部分与合成的探讨

　　1.分镜间的连续问题:

　　2.色样的重要性

　　3.背景的处理

　　4.景深的运用

　　5.组合场景的规划

　　6.模型与贴图的简化


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