時間：2022-07-10 11:39:43
序論：在您撰寫三維動畫設計論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
一部完美的三維動畫作品是一項復雜的系統工程，動畫的場景設計需要的不僅僅是繪景，同樣為三維動畫設計而服務，并且將故事情節有效的展現出來，從而完成戲劇漫畫的沖突。同時還會對人物性格動作造型進行有效的刻畫。設計者不僅要投入到動畫場景設計實踐過程中，而且還要努力去克服技術上的難題，同時還要對其理論進行全面的研究，尤其是探討造型設計形式、空間的設計形式以及色彩設計形式。在對三維動畫進行設計時，要加入人性化關懷，只有這樣才能更好的吸引觀眾的興趣，滿足觀眾的要求。其一，促使鏡頭的表現力得以提高。三維動畫最開始主要應用于科技領域，并且其最大的用途還是對真實情況的仿真，目前三維動畫更多的應用于藝術領域，特別是影視行業，并且已經出現了很多優秀的作用，創造了巨大的經濟財富。在三維動畫中，攝影機一般是虛擬的，它能夠順利實現現實電影中攝影機所不能完成的工作，并且獲得比較生動的圖畫。以前，很難拍攝到極近鏡頭或者長距離的鳥瞰鏡頭，但是現在利用三維虛擬攝影機都能夠輕松的完成。其二，提高角色運動與空間的表現力。在進行三維動畫設計時，虛擬的立體空間就是我們一直追求的空間效果，角色在其中可以實現任何方式以及任意角度的運動，除了三維軟件自身所具備的動力學系統外，還可以順利的實現與動捕儀相配合起來，最終帶給觀眾一種逼真的、激烈的視覺運動畫面。
二、三維動畫設計中的視覺形式的構成規律
計算機三維動畫的視覺設計主要是利用造型的手段來進行傳達信息。視覺上的美感是視覺語言的一大特征。與普通的語言相比較，視覺語言具有明顯的區別。視覺語言本身具有獨特的規律，只有遵循這些規律才可以將視覺語言的表現優勢發揮出來。
（一）對稱
美學形式的原理之一就是指對稱。自然界中的葉子、花瓣以及魚鱗的排列中都可以遇到線、面對稱的多種多樣規律性。在建筑物上，對稱也是非常重要的。然而在繪畫中也會將對稱作為藝術表現組成的因素而出現，比如達芬奇的《最后的晚餐》其實就是一個對稱構圖的范例，對稱給人一種安定、嚴肅的感覺。在古典主義作品中，對稱成為構成藝術形式的最重要的規則。
（二）比例與分割
比率其實比例或者相互分割的意思。在希臘羅馬時代，比例幾乎與對稱做間義語而使用。希臘語中“類似”的意思應該是“依照比例”。其中所說的比例或者相互分割是指長度。比如：美麗的人體具有某一種比例。比例成為美學史上最早提出的法則之一。在文藝復興時期，比例美成了神圣的法則。達芬奇認為美是完全建立在各部分之間的神圣比例關系上，這實際是說比例法是美感的基礎。在古希臘的雕塑中也經常可以看到這種黃金分割的比例。達芬奇的代表作《蒙娜麗莎》就是按照黃金分割的比例來構圖的，現代畫家也將黃金分割的比例運用到他們的創作構圖中。在創作構圖中，恰當的運用比例原理是非常有意義的，但是僅僅具備嚴密的數理邏輯性的繪畫并不一定是佳作。如果不考慮到內容，過于追求化，這就會影響到創造性的發揮。
（三）節奏與韻律
節奏是一個有秩序的過程，其可以提供著可靠的步調以及格局。如果構建起了節奏，我們就能夠預見到它的連續性。通過保持節奏，可以感受到其中的愉悅。節奏是一種有次序和有規律的變化，其中可以被理解為在形式結構上所形成的視覺效果。秩序規律的模式影響著造型的節奏。人的每一個活動都與某種節奏形式有著非常密切的聯系。走路的步態、雙膀的擺動都有明顯的節奏，不同年齡的人、不同性別的人，其走起路來的節奏也是不相同的。節奏一詞本有規律地重復出現的意思。比如：在音樂中曾經被定義為“相互連接的音所經實踐的秩序”。對于音樂而言，節奏是非常重要的一個因素。在不具備時間要素的創造作品中，有不少情況都會將節奏作為反復的形態以及構造，比如連續的線等。雖然有時候是靜止的作品，觀察的視線應該要追求其中所說的線、形與形態要素之間的排列。節奏是一種較為特殊的表現手段，有時候具有直接描繪意義，并且節奏在某種藝術中起著非常重要的作用。如：節奏的視覺、重復形成的節奏、交替形成的節奏以及漸變形成的節奏，所以要合理的控制好節奏。
三、結語
一、角色造型分類
在對三維動畫當中的人物進行設計的時候，不僅僅是要考慮到人物所表現在外部的形體，更為重要的是應注重塑造的角色內在的氣質以及性格。在角色造型的設計中，運用最為廣泛、最多的是實物類的造型，像動畫中的寫實類則可以劃分為兩種：一種是純寫實，如《小蛾蚌找媽媽》、《花木蘭》等，這種都是依據人物的原型，加上少部分的藝術修飾；第二種形體式的造型，如《大鬧天宮》、《人猿泰山》等等，對于這些角色的設計，與現實就有很大的差異。
二、造型要素符號化分析
作為將多項藝術綜合在一起的動畫藝術，它所使用的表現手段有動作、繪畫、聲音、性格等方面。在動畫形象的塑造中，這些動畫藝術的表現手段都御用不同的形式集于一體，表現形式的融合才將動畫藝術獨特的審美價值表現了出來。在互動化、動態化飛速發展的新時代，塑造出來的具有獨特視覺的的形象，已經逐步的被人們所認可；動畫形象也用它獨特的“語言”，已經影響了世界文化。從本身來講，動畫形象也屬于一個國家的文化，從另一個面講，也代表著民族應有的精神。所以，筆者認為，可以將三維動畫中所表現出來的角色視為對傳統文化傳承的系統符號的組成。作為三維動畫角色造型，是從人、社會以及自然中逐漸衍生出來的，并且分為了若干小系統，在配合上有機的結合，輸出一個完成的模型系統，最終讓人們來評價起功能性。
三、角色內涵設計要素
（一）性格要素
19世紀英國的著名演員麥克雷蒂曾經說過：想要測定出性格的深度，則需要探索他潛在的動機，真實的去感受他心中最細致的、精細的情緒變化，挖掘出字面下所隱藏的思想，從而真正的掌握住一個具有鮮明個性的人的內心真髓。其中最關鍵的是要去了解角色、抓住基調，即角色最為本質、最為核心的方面、思想以及個性特點。動畫角色的創造是否能夠得到成功，關鍵取決于設計者對角色的實際理解以及感受的多少。實際上，想要準確的抓住人物性格的基調，主要是從動畫電影的劇本中、角色行為以及對話語言中進行摸索。高爾基曾經說過這么一句話“情節是性格的歷史?！闭怯捎诿恳粋€動畫形象都具有自身獨特的特點，動畫里面的角色才能夠有血有肉；只有角色之間進行相互的比較，才能夠真正的構建出屬于這一部動畫真正的靈魂。所以，筆者認為將角色的性格塑造完美，對動畫的影響是巨大的，設計人員必須要重視這一點。
（二）形體要素
在《符號形式的哲學》這一文當中，卡西爾表示：“各種符號形象集合在一起，就形成了人類的文化?！倍已鸥鞑忌舱f過：“人類以視覺、聽覺要素作為基礎，就形成了人類社會中最社會化、最為貼切以及具有豐富意味的符號系統?！倍谌S動畫的設計中，角色造型就成為了最主要的符號。也可以說成，在動畫作品中，角色所具有的視覺符號、聽覺符號的意旨與設定的表現都是運用的造型符號的整體集中性。
（三）表情要素
對于表情的研究，所選取的參照物基本上都是在現實中實際存在，或者是在以現實為基礎，加以中和或者擴展得來的。（無論是人物，還是動物需要塑造的角色都如此。）在動畫表情的設計中，首先考慮的是角色的真實性（大量的參考現實實物），然后還需要考慮是否符合動畫表演的特殊性。動畫角色的表情設計必須符合角色的本身特征。這樣設計出來的角色才能符合所要求的表情。俗話說：“相由心生，而心靈的窗戶則是眼睛?！痹趧赢嬓蜗蟮谋砬檠芯恐?，需要充分的研究真人眼睛，在其中，我們發現了眼睛之所以不同的關鍵。試想一下，一個動畫人物的眼睛沒有任何的變化，那它就算不上三維動畫中一個鮮明的形象，最多能算做一個模型，或者是玩具。迪斯尼曾經說過：“觀眾喜歡關注動畫角色的眼睛，因為眼睛能夠傳播心靈的呼喊，所以想要讓形象具有說服力，必須在這方面的技術上投入時間和資金?！?/p>
（四）動作要素
理查德·威廉姆斯有這么一段話：“傳統的動畫作為繪畫藝術的發展，那三維動畫設計則可以作為木偶戲的發展，換句話將，既是具有高科技的木偶戲。但是兩者包含的角色塑造的動作、重量等方面，則是都需要解決的問題?！崩纾?/p>
在福建泉州有聞名于耳的提線木偶戲，強調的表演概念則是——傀儡意念。其中的傀儡意念指的是以專門的舞臺表現的語言作為其特點，運用準確的把握，作為傀儡戲自身具有藝術規律一種依據的獨特創作思維方式。而我們則可以借鑒這一種理念方式，從“角色的性格思維”這點出發，設計出角色的動作，這樣才能夠讓三維角色更富有生氣，并且貼切劇情需要。
（五）聲音要素
動畫形象的配音在三維動畫的創作中，是角色造型設計中不可或缺的部分，配音與視覺形象的完美結合，才能構造出生動的形象。不論是哪一部經典的動作作品，除了讓人們眼前一亮的絢麗畫面，還需要貼切的聲音與之相配合，而且聲音也能夠留給人們深刻的印象。隨著三維動畫的發展，配音的重要性也逐漸的顯現出來，不再是以往的無聲電影了。
隨著我國的數字電子技術的深入發展，為了適應動畫市場的需求，在數字電子技術的基礎上加強了三維動畫技術的運用。在三維動畫設計中，主要是靜與動的結合，將動畫生動形象化，運動賦予動畫更多的藝術感染力是動畫設計的本質，而動畫是運動的一個基礎，是運動藝術表現的一種形式。動畫設計的本質就是將畫面以動態的形式表現出來。簡而言之，動畫設計包括兩個方面，動態的畫面以及動與靜相結合的畫面。隨著動畫設計技術的提高，改變了傳統的動畫設計形式，將每一副畫面以動態的形式表現出來，真正意義上賦予畫面動態感和形象感，提高動畫的藝術表現力。隨著三維動畫設計技術的逐漸成熟，數字藝術設計中的動畫設計采用和傳統的動畫設計相同的原理，運用計算機技術和相關的設計技術，實現動畫的設計與制作，在基本原理相同的情況下，加強技術的改革與完善，從本質上提高了動畫設計的表現效果。數字藝術電子技術的利用為動畫設計提供了一個新的發展方向和表現形式，滿足了設計者對動畫的更多的主觀思想的表達，提高了動畫設計的光影、畫面、紋理、運動等各個方面的表達效果，實現動畫設計一個新的飛躍。在三維動畫設計的過程中，運用數字電子技術建立一個真實的三維空間場景，使動畫設計更加的形象化和生動化。在數字電子技術日趨成熟的今天，很多先進的運動原理被引入了三維動畫設計軟件，這些設計者在設計三維動畫時，根本不需要設計每一幀畫面。只需要設計好動畫之間的連接點，滿足動畫的自動轉化，從而形成動態的畫面。這種技術方法有效的提高了設計效率，并且使畫面之間的銜接自然、流暢，形成一個整體動態畫面的感覺。通過三維動畫設計軟件，將靜態的畫面先設計出來，然后運用運動學的理論，設計出關鍵轉折點的畫面，最后從整體的畫面表達出發，達到三維動畫效果。
二、數字藝術設計中三維動畫設計的應用分析
1．廣告三維動畫設計三維動畫設計最主要的一種類型就是廣告三維動畫設計，以商業化廣告為目的，利用多媒體技術，豐富廣告內涵，提高廣告的表現力，從而吸引消費者，引導購物。廣告三維動畫設計具有很強的目的性，時間短，但是所要展示的內容卻要有針對性，能夠吸引人、感染人，實現商業化廣告效果。所以在廣告三維動畫設計中一般為了將廣告內容更加的形象化、生動化、具體化，往往采用多種特效技術，如:粒子效果、濾鏡效果等，將廣告動畫美化，提高廣告動畫的表現力和吸引力，達到引導消費者消費的目的。
2．影視三維動畫設計影視三維動畫設計主要是與影視相結合，將影視作品殊的鏡頭和畫面通過三維動畫設計合并成影片需要的特效。隨著影視制作技術和設備不斷提高和完善，人們對影視動畫的要求也越來越高。在影視作品中為了能夠有效的提高特殊鏡頭的感染力，給人以更大的視覺沖擊和巨大的視覺震撼，提高影視作品的藝術性。在影視作品制作中采用三維動畫設計，結合多種多媒體軟件，使影片發揮最大的表現力，以達到特殊的影視效果。利用三維動畫設計，影視動畫的展現將更加的真實，更能夠促動觀眾的情感，為影視作品提供更多的展示平臺，實現影視作品的真實化，給人以更廣闊的視覺享受空間。
3．游戲三維動畫設計游戲本身就是一個絢爛的，跳躍的，豐富的場景和畫面，游戲不同于一般的影視作品，具有真實存在的人，而是一個完全虛擬的平臺。三維動畫設計在游戲的開發設計中起著關鍵性的作用。游戲中的場景、人物、活動等都是通過三維設計制作的。利用三維技術，將游戲中的人物、場景生動形象化，利用環境效果，運動效果等特效，構成一個虛擬卻真實的世界，從而使游戲更加的吸引人，使游戲者在游戲中感受到樂趣。
4．工業三維動畫設計三維設計運用在每一個所需要的行業中都發揮著巨大的作用，在工業設計領域，三維動畫仍然起著十分重要的作用。利用三維動畫技術將工業的設計以立體的、空間的形式表現出來，能夠完整的、真實的模擬工業設計的流程和布局，這樣就能更加簡單的觀察設計中存在的不合理的地方，能夠有效的調整方案規劃設計，使工業設計流程布局更加的合理化和科學化，這樣就有效的減少了工業施工過程中存在的問題，提高了工業的成功率，有效的節約了時間。
5．建筑三維動畫設計建筑三維動畫設計與上述工業三維動畫設計類似，都是利用三維動畫技術，將建筑進行全方位的展示，提高建筑設計的效果。三維動畫設計技術將想象變為現實，以有限的視覺設計效果展示無限的設計空間。在未來建筑設計要求不斷增加的前提下，為了節約建筑成本，減少建筑施工過程中存在的問題，就必須將三維動畫設計具體的應用在建筑設計中，以三維動畫技術展示建筑設計的空間效果圖，使人們能夠更加全面的、立體的感受整個建筑的整體效果，提高建筑價值。
6．機械設計中的三維動畫機械設計中的三維動畫能夠有效的將機械的各個部分以及各個零件的運動關系，通過電腦真實的、客觀的表現出來，使其能夠從整體上把握機械設計，還能較快發現機械在細微之處存在的不足，并加以更正，避免了生產出產品后再進行更正，節省了大量的原料和時間，提高了生產效率。在機械設計中運用的三維動畫，要掌握相關的軟件，電腦系統配置要高，要滿足軟件的運行。在機械設計中的三維動畫的創造是有步驟，分過程進行的，一般而言主要分為三個部分:第一，動畫編導。它是機械設計的一個前期的準備工作。首先，設計人員對產品進行大致的一個三維模擬，將回路中的線路設計成場景，展示產品流程原理。其次，最重要的，單個的裝置可以按照準備好的路徑運行，在電腦上面放大檢測，觀察其運行情況。最后，合理的配置相關的配件，掌握好它們之間的工作原理，使整個流程更加的快速、順暢。動畫編導需要掌握相應的知識和技術，能夠靈活的運用軟件設備，有效的減少機械設計中的錯誤和偏差，提高機械設計的合理性。第二，資料收集。資料收集的途徑有很多種，如:網上查閱、圖書館等。主要收集的都是機械設計相關的內容和設備，如:收集路徑、機械設備，基本流程、三維幾何尺寸等。提高機械設計的效率。第三，建立模型。一般而言建立模型也分為設計水平不高的產品和設計難度系數大的產品。前者建立模型的方法有很多種，并且都簡單易操作。但是對于后者模型的建立就必須貼近原產品，模型建立難度大、時間長。下面主要就設計難度大的產品模型建立提出集中方法:第一種方法:創建實體模型，通過微調相關的比例修改產品尺寸，準確的把握好尺寸大小，抓住關鍵點建立基礎模型。第二種方法:通過函數程序在客戶端應用程序中創建對象，然后再分別創建一些子對象，最后通過這些子對象來完成實體的構建和編輯。編輯完成后再保存結果與原模型進行對比。在創建子對象以及對于實體的構建和編輯都可以通過軟件內部的宏功能輕松的實現。這種方法相對比較省時省力，適合創建一些結構單一、建模步驟較多的零部件。但是如果所需要創建的模型需要很多宏的時候，就比較容易出現差錯。
三、數字藝術設計中三維動畫設計過程
在數字藝術設計中設計三維動畫，第一步要先確定動畫腳本，建立模型;第二步要制定出三維動畫的材質貼圖，設定好光源和攝像機后，加入一些三維動畫的特用效果，進行調試;第三步是輸出三維動畫設計，進行后期合成。數字藝術設計中的三維動畫設計過程和傳統的動畫設計方法有著很大的區別，數字藝術設計中的三維動畫設計主要以數字電子技術為基礎，利用多種設計軟件，實現三維動畫設計的快捷化、科技化發展，極大地改變了我們的工作方式。隨著數字電子技術的快速發展，三維動畫設計在各個領域的作用顯得越來越重要。三維動畫設計主要利用數字電子技術，以多種設計軟件為平臺，讓文字、圖像、音頻等藝術元素進行完美結合，為不同的行業提供或虛擬或真實的三維動畫場景，衍生了數字藝術設計產業。
早在2007年，全國各類高職院校就在教育部“以工作過程為導向的課程開發”精神指導下開始了以工作過程為導向的課程建設研究；而在《教育部2012年工作要點》第三點第18條“大力發展職業教育”和第19條“促進高等教育特色發展”中明確指出“要深化校企合作、產教結合，加強行業指導。深入實施國家示范性職業學校數字化資源共建共享計劃?！被诠ぷ鬟^程導向的系統化課程資源建設已經成為高職院校課程建設的重中之重。近年來，高職院校的課程建設雖然有了較大的突破，但仍有不足。就“三維動畫設計”這門課程來說，目前開發基于工作過程導向的三維動畫設計課程資源的高職院校還是很少，高職院校三維動畫設計課程資源建設尚處于起步階段。三維動畫課程教學與企業崗位需求不能直接對接，導致職業院校培養的學生不能迅速適應企業的要求。
2基于工作過程導向的“三維動畫設計”課程資源開發的研究目的
基于工作過程導向的課程資源建設將理論學習和實踐學習融為一體，它能夠滿足高職院校培養技能型、實用型專門人才的目標；它使學生認知能力發展和建立職業認同感相結合；科學性與實用性相結合，符合職業能力發展規律與遵循技術、社會規范相結合；學校教育與企業實踐相結合”，學生通過對工作任務化的學習資源進行學習和體驗，實現知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀學習的統一，為培養學生的實際工作能力奠定堅實基礎?；诠ぷ鬟^程導向的“三維動畫設計”課程資源開發就是以推進基于工作過程導向的課程建設為綜旨,以培養學生職業能力為目標將企業生產項目部分引入課堂,提供全套的“生產型”課程教學資源，加強對學生職業能力的培養，提高學生的創新能力、就業能力、工作能力和人際和諧能力，以適應企業對三維動畫設計人才的需求。
3基于工作過程導向的“三維動畫設計”課程資源開發的研究意義
3.1理論意義
基于工作過程導向的課程資源開發，是職業院校深化課程建設的重要內容，是推進職業教育的重要途徑，是培養技術應用性人才的重要途徑。
3.2實踐意義
基于工作過程導向的課程資源開發有助于更好的與企業生產相結合，增加課程面向職業教育的適應性?；诠ぷ鬟^程的課程資源開發立足于行動導向體系課程，以工作過程作為課程資源開發的參照系，為改進教學行為提供了新思路。與生產過程配套的課程資源能夠將原來的線性教學模式轉變成一個動態學習的過程，能夠使課堂變得富有生機和活力，有利于培養師生的應變能力與創意思維，有助于提高學生的就業能力和適應職業變化的能力。
4基于工作過程導向的“三維動畫設計”課程資源開發的研究內容
基于工作過程導向的“三維動畫設計”課程資源開發應包括：課程標準、.校內講義、項目庫、學習工作頁、多媒體課件、教學演示錄像、測試題庫、實訓包等內容。通過基于工作過程導向的“三維動畫設計”課程資源的開發，推進教學改革，以滿足職業能力培養為最終目標。建立與三維動畫設計工作過程一致的學習情境，借鑒三維動畫產品生產標準制定三維動畫設計課程標準，引入企業的典型項目，構建集生產型、仿真型、創意型三大類型于一體的項目庫、編輯能夠將教學與工作融為一體的學習工作頁、教學課件和電子書。編寫適應三維動畫設計師資格鑒定的職業知識測試題庫與滿足三維動畫設計師上崗標準的職業技能訓練題庫，以有效實現學生職業技能的培養，保證校內硬資源與校外軟資源有機結合，學習技能與仿真生產同步進行，真正實現所學與所用無縫對接并達到零距上崗。
5基于工作過程導向的“三維動畫設計”課程資源開發的研究方案
5.1研究主線社會調研。調研分析三維動畫師崗位的工作要求、任務與職責從而確定三維動畫師崗位的職業能力標準，為確定基于工作過程導向的課程開發標準提供依據。生產觀摩。觀摩企業生產設計過程，分析動畫產品的開發流程，研究其普遍規律和行業規則，確定動畫設計的基本工作過程，為基于工作過程導向的課程教學過程設計提供參考。項目提煉。研究企業以往工作項目，認真分析并整理出適合用于課堂訓練的，流程清晰且有代表性的優秀項目，為基于工作過程導向的課程資源開發做出項目準備。資源設計?；诠ぷ鬟^程導向的課程資源設計。分析其他基于工作過程導向的課程的資源，根據本課程的特點設計出三維動畫師工作過程的講義和配套課件。參考三維動畫設計師職業資格考試的大綱，設計出與職業資格考試相配套的試題庫。
5.2具體步驟制定課程標準：組織團隊人員研究確定三維動畫課程的課程標準。編寫校內講義：根據課程標準精選合作企業的優秀項目，并組織團隊人員對校內講義版式及內容進行討論。建立項目庫：根據企業項目整理集貼圖、效果圖、工程原文件全部在內的項目庫。開發學習工作頁：根據課程標準與校內講義按學習進程編寫不同學習情境所對應的學習工作頁（包括技術單、資料單、計劃單、考查單）。制作教學課件：根據校內講義制作特色項目教學課件。編寫技能題庫：組織團隊人員完成本項目的試題庫的整理與編輯。錄制教學錄像：根據項目庫內容錄制項目制作的教學演示錄像。編輯測試題庫：借鑒三維動畫設計師職業認證標準創建知識測試題庫。整理實訓包：根據三維動畫設計課程實訓要求編寫實訓計劃、動員報告、實訓指導書，并整理所需圖片與工程素材。
6結語
在骨架提取方面，已經有很多自動生成骨架的方法。①②③Baran等的Pinocchio系統創造性地提出了骨架嵌入的方法。在自動角色動畫方面，骨架嵌入比骨架提取要好的原因是對于復雜骨架的角色，骨架提取可能會產生不同的拓撲結構，這就讓使用者很難將原來有的骨架運動數據運用到其中來。雖然可以通過附屬肢體模板來鑒別復雜的附屬肢體，但是由于拓撲結構的復雜性，自動生成時也會產生各種不同的誤差。骨架嵌入相對于骨架提取的另一個優勢就是它能夠在骨架中定義角色所需要的很多的結構信息，這是在提取的純幾何骨架圖中難以得到的。
幾乎所有的網格變形技術，無論是基于表面的還是基于體積的，都可以用來作為基于骨架運動動畫中的對表面進行蒙皮。④⑤不幸的是，到目前為止，這些方法都不能實現實時的動畫。Baran等的線性混合蒙皮（LBS）具有簡單高效并且能夠利用GPU進行運算，并可以根據骨架進行子空間變形等優點。雖然在質量上的不能夠達到很好的效果，但是它仍然成為在實踐應用中最常用的方法。所以我們的系統采用該方法。⑥
二、原型系統設計設計過程
對于輸入的三維角色模型，我們首先嵌入骨架，然后通過定義骨骼運動對表面網格上每個頂點的變化的影響權值，將表面皮膚依附在骨骼上。對于不同的角色，我們建立不同的罰函數去懲罰那些我們不期望的骨架嵌入方式?；跇颖居弥С窒蛄繖C的方法求得最大邊緣解，然后對不同罰函數賦予不同的權值。用人工智能中A*啟發式的方法在指數級的搜索空間里加速尋找最優的骨架嵌入方式。在蒙皮階段用熱擴散方程的方法去計算骨架運動時每一塊骨骼對表面網格上頂點的影響權值。據骨架的變化情況，插值計算出骨架的“蒙皮”模型的各個頂點的位置變化。對于某個特定骨骼，“蒙皮”模型的頂點變換矩陣＝初始姿勢的變換矩陣的逆×姿勢變換后的矩陣。另外還要考慮到一個頂點可能受多個骨骼運動的共同影響。
1.骨架嵌入
由于骨架嵌入需要將骨架重新定義大小和定位使得它能夠正確的嵌入到模型當中，所以它能公式化為一個優化的過程：計算關節點的位置和朝向使它能夠更好的適合于給定的模型。但是這個優化是一個三維空間的問題，所以連續優化的方法是不可行的。因此可以建立一個用頂點表示潛在關節點，用邊表示獨立的骨骼的圖來簡化優化問題。建立這樣一個圖是具有一定挑戰的，因為我們可以用未知數量的頂點和邊來表示相同模型的關節和骨架。我們在近似模型垂直等分的平面上建立中軸面，并且建立圓心在中軸面上的圓的一個特定的集合，將這些圖的圓心連接起來形成一個圖。然后使用自定義的離散的罰函數來最優化的骨架嵌入這個圖。為了幫助優化，在給定的骨架中可以包括一些關節點的額外的信息。比如說對稱的部位應該以相同的名稱命名，又比如如果一個關節被命名為腳，那么就表示它應該事在模型中位置最低的一個關節。由于定義的罰函數是獨立于具體的模型的，所以并沒有減弱它的通用性。
2.簡化骨架
前面的步驟建立了幾何圖G=(V,E)來表示骨架，我們需要將它嵌入到我們給定的骨架當中。給定骨架原先是以有s個節點的樹的形式給出(在一般人形的骨架上會取s=18)，但是如果這s個節點沒有經過簡化，嵌入的優化過程是很難處理的。因此我們需要一個簡單的骨架，所以在嵌入骨架之前，需要將骨架簡化。所有的自由度為2的關節都將被除去(比如說膝關節）,關節兩端的骨骼塊被連在一起。簡化后的骨架將會只有r個連接點。那么骨架嵌入以后缺少某些必要關節的骨架怎么讓角色動起來呢？我們根據未簡化骨架上關節在整條邊上的比例，重新計算出該關節在簡化骨架上的位置，然后插入到骨架中。在我們的系統中，簡化的骨架中r＝7。簡化后的結果就是我們可以將簡化的骨架嵌入到系統中以最小化罰函數懲罰的對象。否則這樣的工作是很難實現的。
3.離散的嵌入骨架和優化
一般不可能計算離散的嵌入方式時使罰函數最小，因為嵌入的數量是指數級的。但是可以用類似分支定界的方法在問題的解空間樹T上搜索問題解。我們使用這樣一種方法：首先根據部分嵌入的下界估計保存優先級隊列。然后在每一步，取出在隊列中最好的部分嵌入，將它展開，與下一個關節進行計算，然后將結果保存在隊列中。所以，第一個被完整展開的嵌入就是最好的嵌入。為了加速算法并且盡可能少的占用內存，如果部分嵌入有一個很高的下界，那么它將被立即拒絕并不在嵌入到隊列中。雖然這種算法在最壞的情況下依然是指數級的，但是在我們測試實際情況它都是很快的。
在骨架嵌入前將骨架進行了簡化，省略了很多的關節，比如說膝關節，但簡單骨架嵌入以后，要讓角色真正的動起來，還是需要重新插入這些關節。在這里可以通過按比列分割骨架圖中路徑最短的邊來得到。我們希望嵌入后的骨架能夠很好的滿足角色的形態比列，但是，有時候骨架并不能很好的適應我們的角色。同時，一些小的被忽略的骨骼塊并沒有被賦予正確的朝向。骨架優化的過程就是為了解決這些問題的提出的。
4.蒙皮
我們的角色和嵌入的骨架在將皮膚依附到骨架上之前是沒有任何關聯的。骨架并不能夠驅動角色運動。因此我們需要指定骨架運動與角色表面網格變化之間的聯系。雖然在這里我們可以用很多的網格編輯技術來進行網格變形，但是我們選擇標準的LBS方法：假設表示網格頂點j的坐標，表示第i塊骨骼的變形矩陣，表示第i塊骨骼對第j個網格頂點的變形權值。LBS把j變形后的位置表示為。我們的目標就是找到每一塊骨骼變化對所有頂點的影響權值。我們所期望權值有以下幾個特性：首先它應該與網格的大小無關，其次權值的變化應該平滑，最后關節間兩塊骨骼的移動寬度必須與關節到表面網格的距離成一定的比例。即使有一個方案能夠得到權值使得骨骼能夠滿足這些特性，但是它們很可能失敗因為他們忽略了角色的的幾何學特性。作為代替，我們用熱平衡原理來尋找權值。假設我們把角色的體積認為是一個不占容積的熱導體，然后我們強迫骨骼i的溫度為1，而其他骨骼的溫度為0。當熱平衡以后，我們就可以把表面上每個頂點的溫度值作為該骨骼對它影響的權值。
三、實驗結果
盼盼動畫系統設計時主要依照三個標準：①廣泛性。適應于盡可能多的模型。對一些結構比較特殊，或者會產生歧義的模型能夠盡可能的正確嵌入骨架。②質量。關鍵在于蒙皮的技術，讓表面皮膚能根據骨架運動驅動正確的位和形變，以期與視頻游戲中的模型相媲美。③性能。運行在大多數的家用計算機上。在盼盼動畫系統里對采用的模型進行了一些簡單的限制：模型必須是全封閉的，并且是以最自然的姿勢站立，這樣能大幅度的提高骨架嵌入的準確性。當然模型需要是一個有四肢能被嵌入人體骨架的。
圖3為盼盼三維角色動畫系統的一張截圖畫面。系統主要包括模型選取、BVH運動數據選取、運行、視圖操作、工具條等功能。該系統的運行環境為英特爾酷睿雙核CPU，主頻為1.73Mhz，內存為1GB。因為盼盼動畫系統是單線程的，所以雙核的CPU幾乎沒有什么影響。測試發現，計算的主要消耗花費在分離過程中距離場的計算上。
4、展望
雖然盼盼動畫系統在人體動畫領域取得了一定的進展，但是它依然存在著不足，限制著它的應用范圍。在技術方面，建立骨架圖的時候可以用橢圓來建立初始骨架圖。在應用方面，首先它的蒙皮質量在某些地方還可以改進，可以通過在骨架上自動蒙皮的技術來提高質量；其次，它的骨架中的關節與一般人體的關節有出入，不能由一般人體骨架運動的數據來驅動，這樣就不能很好地利用網絡上大量的表現復雜運動的運動數據。另外，盼盼動畫系統依然不能夠表現手部動畫、臉部動畫這些需要細節的動作。如果能在后期中加入這些方面的應用，一定能夠得到更為廣泛的應用，并且大大減少人體動畫開發的整個周期。
注釋
①LiuP,WuF,MaW,LiangR,OuhyoungM,“Automaticanimationskeletonusingrepulsiveforcefield”,Proc.ofPacificGraphics’2003,pp.309-413.
②TeichmannM,TellerS.“Assistedarticulationofclosedpolygonalmodels.”Proc.ofComputerAnimationandSimulation’98,pp.87-102.
③KatzS,TalA,“Hierarchicalmeshdecompositionusingfuzzyclusteringandcuts”,ACMTransactionsonGraphics,2003,22(3):954-961.
④WadeL.Automatedgenerationofcontrolskeletonsforuseinanimation.PhDthesis,TheOhioStateUniversity,2000.
⑤BaranI,Popovi?J,“Automaticriggingandanimationof3Dcharacters”,ACMTransactionsonGraphics,2007,26(3):72.
⑥KryP,JamesD,PaiD,“EigenSkin:Realtimelargedeformationcharacterskinninginhardware”,Proc.ofSymposiumonComputerAnimation(SCA)’2003,pp.153-160.
水利工程建設是一項復雜的系統工程，設計周期長、投資大、主體結構復雜，具有標準化程度低、協同配合要求高等特點，并且專業涉及面廣，包括測繪、地質、土木、建筑、機械、給排水等多個專業，各專業之間存在著相互聯系又相互制約的關系，且各專業的二維圖紙表達抽象，其他專業參照非本專業圖紙較難理解。因此，在水利工程展示中采用三維動畫表達設計意圖具有以下3點現實意義：
1）清晰展示工程建筑物主體結構
三維動畫可從多視角將工程建筑的結構、材質、布置準確地表達出來，在模型基礎上，能夠任意觀察壩工、廠房等專業建筑結構。相較于用工程圖紙加上說明的表達形式，更能直觀地讓人感受到工程建筑的形態，突破了二維的局限性。
2）明確展示各專業的設備布置
水利工程廠房專業中布置了電氣、暖通、水機等各專業設備，一般二維展示只能根據各個專業的相關圖紙作基本位置的介紹，通過數字標高識別各設備布置的高程。通過三維動畫展示，能清楚地表達各個專業在真實場景中相互交錯的關系，一些本身具有運動工作性質的設備，還能模擬其工作過程并真實地表達出來。
3）直觀展示水利樞紐的工作原理及施工過程
通常為了說明重要的技術點，用簡單的、示意性的平面圖形來反映復雜的原理過程，不容易表達清楚三維空間上的真實內容，而且還要求工作人員具備良好的抽象理解能力和很強的專業知識。用三維動畫表現動態的水利樞紐、展示水利工程的工作原理及施工過程等則非常直觀而清晰，也是對重點工程項目技術、工藝闡釋的深化和重要延伸。
2.三維動畫制作流程
三維動畫借助計算機對所表現對象的形狀、尺寸建立模型以及場景，為模型賦予特定材質，設置模擬燈光，再根據要求設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其他動畫參數，通過計算機的自動運算生成一組靜態圖片，將這些靜態圖像高速播放，從而產生動態效果，之后添加字幕、圖像、音頻等效果，最后得到工程演示動畫，。實現三維動畫流程的Bentley軟件模塊主要有Architecture、Structural、GEOPAK、MicroStation的渲染模塊以及后期處理軟件AfterEffects等，可根據需要，結合各軟件的優勢綜合利用。
2.1模型的建造
基于筆者所在單位三維可視化協同設計平臺，利用MicroStation基礎軟件和包括測繪、地質、建筑、結構、管路、電氣、暖通、給排水、校審和全生命周期數據管理等涵蓋水電設計所有專業的專業模塊的強大功能，各個專業能夠同時進行模型建造并實時協同。相較于傳統建模軟件，如Sketchup、3DMAX等更能精準、快速地完成模型建造。利用MicroStation軟件的優勢，最終能得到尺寸精確、細致、仿真度極高的壩區地形、擋水建筑物、通航建筑物、地下廠房模型、施工場地、公路等工程模型。
2.2材質及燈光的選擇
材質的處理，可在MicroStation中的渲染模塊用軟件自帶的材質，也可根據需求，替換任意其他材質，操作簡單便捷。三維動畫與水利工程建筑物相關的材質種類不多，主要有混凝土、鋼筋、石頭等。由于水工建筑物的結構較為復雜，但真實場景中材質的同一種色調在三維展示中運用略顯單調，并且難以清晰地表現建筑物各部分的銜接情況。為此，對同一種材質也需收集多種顏色或紋理不同的樣本。燈光方面，可利用MicroStation中的渲染模塊功能可以模擬室內、室外多種光源，表達形式也多樣化，如點光源、線光源、片面光源、太陽光源等。各專業結構及布置情況展示的三維動畫對燈光的要求并不高，只需確保所展示的建筑物清晰可見，具有少量陰影即可。外部場景則需要對燈光的色彩、強度、衰減、陰影等方面進行詳細考慮，以達到仿真效果。
三維動畫的最大優點，就是能夠多角度查看工程場景，在現實中無法拍攝的角度，在三維動畫中能輕松展現，只需在場景中設置好行進路徑，并設置相機位置及目標點位置。在水利工程建筑中，室內展示受到建筑布局及結構的影響，可能出現視角被遮蓋、行進過程中遇到專業設備阻攔等情況，為了能使建筑及專業設備能更專題研究Special Research好地被觀看，有時會根據場景需要，對建筑物進行剖切、隱藏墻體或半透明化處理以達到最佳的展示效果。
2.4渲染輸出及后期合成
渲染輸出時根據三維動畫場景的時間長短，單張圖片為一幀，以每秒25幀形成動態效果。MicroStation能進行渲染輸出連續的靜態圖片，渲染則由計算機自動操作。后期合成是將渲染輸出的圖片素材進行加工處理，添加文字、標注、顏色顯示框甚至聲音效果等，之后合成AVI、MOV等視頻格式的動畫，這一步驟主要在AfterEffects后期處理軟件及AdobePremiere視頻編輯軟件中完成。后期合成是水利工程三維動畫制作較為重要的一部分，能在三維動態展示的基礎上，添加更為清楚的解說及標識。
3.三維動畫在水利工程中的實際應用
筆者所在單位根據勘測設計技術市場及業主的需求，于2010年底成立了數字工程中心，其中，三維室主要推廣三維可視化協同設計，以托巴水電站、蟠龍抽水蓄能電站等各水利工程項目為依托，在協同平臺上利用三維建模，成功地將工程項目從二維轉化為三維，模擬出真實、精確的現實工程。在此基礎上，將模型以三維動畫的形式展示出來，更直觀地闡述工程技術原理，促進科研開發與成果推廣工作水平進一步提升。
4.結語
經過現下計算機軟硬件技術的不斷更新，有關三度空間內部立體形象以及運動創作活動開始緊鑼密鼓地運作，其始終向外傳輸某種虛擬世界體系信息，設計主體的中心任務就是依照既定模型運動軌跡以及虛擬攝影器械進行異質化動畫參數設定，最后配合方案指令賦予模型相關材質并照上燈光；所有后期的激烈情節當然需要計算機自動調試完成。而動畫角色定義剛好就是整個藝術規劃體系中的特殊要訣，其秉承一系列夸張、擬人藝術表現手段進行可視形象搭設，動機標準其實就是賦予各個動畫角色比較特別的生命力、藝術感染效果?？梢哉f，角色設計工作已經成為整部影視作品中的主導元素，單位腳本都必須圍繞其實施科學掌控。尤其在創作前期階段，依據劇本延展條件審視，系統地整合各類視覺形象，使得設計師的核心價值觀能夠清楚得傳輸到受眾人群之中。這部分想象、個性內容基本源自于生活考究經驗，能夠側面烘托人們的現實生活狀況與理想認知標準。優秀的作品架構內部，角色形象以及性格特征會得到一定程度地放大化處理，設計主體長期維持童心狀態，盡可能地拓展創造力跟想象力。整個動畫中幾乎包攬萬象，其與電影一樣能夠刺激人們創作的火花，區別的是三維動畫中的角色大部分是為了迎合劇本需求被創造出來，透過形態比例、動作流程以及語言特征觀察，都或多或少隱藏著設計主體的性格特征。創作流程中，規劃人員有必要聯合故事時代背景以及內容疏導格式進行角色設計，包括身高、服裝樣式、發型以及配件等；另外，影片整體藝術表現風格也將深入影響動畫造型結果，具化要素就是美術設計與動畫語言，總結為角色造型一直維持與動畫風格相輔相成的交互關系。
2三維動畫角色造型分類標準陳列
造型設計工作需要針對外在形體與潛在氣質做出疊加改造，卡通賦予角色一種特別的造型基礎，使其能夠盡量規避生活中混亂認知跡象，充分彰顯獨到的藝術風格。所謂的角色設計類別基本呈現為：（1）擬人化造型。三維動畫場景之中大多采用擬人手法實施造型梳理。例如，《獅子王》中的辛巴、《海底總動員》中的尼莫等，因為孩子比較喜歡動物，涉及生命化、擬人化的處理結果將會令我們發現截然不同的世界奇景，這種夸張式工藝在動畫作品中可說是隨處可見。因此，擬人化造型調試工藝主要呈現以下細化特征：首先，外型要基本符合動植物顯性特征。其次，關于人化的手部、面部特寫要足夠精細，全面迎合人們正常的審美習慣。（2）寫意類造型?；緩娬{部分個性化特征顯著的角色造型，這類動畫作品基本被定義為藝術片，其造型處理結果不會出現過多要求，只要透過影片反映活動中能夠適當激發觀影人群的聯想思路便足以。其在造型設計工作上往往散發出一種隨意性色彩，但對于影片整體風格把握能效上的確精良。
3三維動畫角色造型設計的細化流程分析
（1）整體風格確認。針對動畫劇本內部角色實施設計活動中，需要首先掌握內容表述風格，異質化類型動畫角色表現手段幾乎是天差地別的，必須保證設計過程中進行整體考察、驗證。（2）角色性格搭配。動畫里應該全程傳遞著多角色交流的活躍氛圍，經過細致化的對比、映襯能夠進一步彰顯動畫核心靈魂，針對這類性格特征做出有機鋪陳便對影片整體收視成果產生巨大影響。當然，除了在表演活動上，造型基本承攬全篇章疏通的職責，單純拿《亞瑟和他的迷你王國》為例，在迷你王國中的小矮人就在人們心中留下難以磨滅的印記，其對神幻王國探險的氣魄以及天真的童心都博得大眾的喜好。（3）從自然、傳統藝術資源中挖掘靈感。三維動畫角色設計本就該結合自然、人文情感環境實施長期調研，從中掌握無限的素材資料，經過設計主體科學鑒定與提煉、挖掘之后，使得一些看似丑陋的事物也能變得活潑可愛。傳統藝術經過長時期的錘煉已經蘊藏著深厚的文化價值，針對其進行有機吸收、改造將為作品自身內涵灌輸更多活力因子，不計較地域、民族差異特性，無論任何藝術審美觀念都將得到充分融合。因此，能夠使影視作品滲透出一種傳統繪畫氣息，引起更多愛好主體的審視。例如，中國傳統雕塑工藝具備豐厚的裝飾趣味，比較迎合我國民族個性和審美心理標準，我國在三維動畫角色定義上就應該廣泛吸納更多傳統風格，使得材質彰顯成果充斥著我們自己的角色韻味。（4）夸張與變形處理模式。在進行角色設計時我們一般要考慮所設計的角色主要特征在那里，這些特征往往是吸引觀眾的地方，抓住它并對它進行夸張強化處理，動態上亦是如此。實施夸張變形處理環節中應該注意以下細節：首先，對形體要進行歸納，強化幾何形體。其次，注意對比，包括體量上的大小對比，細節的煩瑣與簡潔的對比等。最后，掌握好適度與整體協調，注意平衡。例如，在二維環境中一個碩大腦袋可能比較可愛，但將他放入三維中就顯得特別怪異，因為在三維中除了考慮形還應該考慮到體積的因素。
4結語
