《角色綁定技術(shù)》課件-第1章 角色綁定概述

三維動(dòng)畫

Maya高級角色骨骼綁定技法三維動(dòng)畫Maya高級角色骨骼綁定技法第1章角色綁定概述“工欲善其事，必先利其器”，只有完全了解和掌握Maya的綁定原理，才會為我們在以后的Maya綁定角色中提高工作效率。本章我們先了解角色綁定的概念以及角色綁定流程，重點(diǎn)學(xué)習(xí)Maya角色骨骼綁定所用到的基礎(chǔ)知識，雖然基礎(chǔ)但這是綁定的精髓。萬丈高樓平地起，我們從綁定基礎(chǔ)知識開始學(xué)習(xí)。

本章簡介了解Maya軟件及應(yīng)用領(lǐng)域

了解綁定概念及綁定原理掌握Maya綁定合理的標(biāo)準(zhǔn)掌握角色骨骼綁定基礎(chǔ)知識

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)第1章角色綁定概述1.1.1

三維軟件介紹1.1軟件概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及越來越多的動(dòng)畫使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行制作，軟件的種類眾多。三維軟件主要包括Maya、SoftimageXSI、3dsmax、LightWave、Houdini、CINEMA4D等。1.1.1Maya軟件介紹Maya2013簡體中文正式版是美國Autodesk公司出品，是一款世界頂級三維動(dòng)畫軟件，Maya功能完善，工作靈活，易學(xué)易用，制作效率極高，渲染真實(shí)感極強(qiáng)，是電影級高端制作軟件。該軟件曾獲得過奧斯卡科學(xué)技術(shù)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。1.1軟件概述世界頂級三維動(dòng)畫軟件

Maya1.1.2Maya軟件應(yīng)用領(lǐng)域Maya主攻方向?yàn)楦叨擞耙曁匦Ш腿S動(dòng)畫。很多三維設(shè)計(jì)人應(yīng)用Maya軟件，因?yàn)樗梢蕴峁┩昝赖娜S建模、游戲角色動(dòng)畫、電影特效和高效的渲染功能。1.1軟件概述1.1.2Maya軟件就業(yè)崗位Maya軟件被廣泛用于電影、電視、廣告、網(wǎng)絡(luò)游戲和電視游戲等數(shù)碼特效創(chuàng)作行業(yè)，對應(yīng)社會的就業(yè)工作崗位主要有建模師、材質(zhì)貼圖師、綁定師、動(dòng)畫師、特效師、燈光渲染合成師。1.1軟件概述自90年代末，席卷了整個(gè)電影界，帶來了《變形金剛》、《星球大戰(zhàn)》、《功夫熊貓》、《指環(huán)王》、《蜘蛛俠》、《阿凡達(dá)》等等令人震撼的影片。學(xué)習(xí)角色骨骼綁定技術(shù)之前，首先我們需要了解綁定的概念，為什么要做綁定，什么樣的綁定是合理的綁定，綁定環(huán)節(jié)涉及哪些知識領(lǐng)域，應(yīng)該注意什么知識點(diǎn)，目標(biāo)效果又如何，哪些是重要的，哪些是必要的，哪些是靈活的。作為動(dòng)畫師或者綁定師，無論哪個(gè)環(huán)節(jié)，都必須一步一個(gè)腳印的打好基礎(chǔ)。1.2綁定概述1.2.1綁定是什么綁定，在三維動(dòng)畫制作流程里又稱為角色設(shè)置或者裝配，在英文中稱作Rigging，我們通常說的骨骼設(shè)置也就是骨骼綁定。綁定即賦予角色動(dòng)的能力，綁定是為模型添加控制系統(tǒng)，使模型能夠按照運(yùn)動(dòng)規(guī)律合理運(yùn)動(dòng)，方便動(dòng)畫師制作動(dòng)畫。1.2綁定概述1.2.1角色綁定角色綁定即給角色模型添加骨骼、設(shè)置IK、添加驅(qū)動(dòng)和控制器的過程。首先添加骨骼，然后給骨骼必要的部分加上IK，然后添加控制器，控制器的作用是驅(qū)動(dòng)IK和骨骼，當(dāng)我們調(diào)角色動(dòng)畫的時(shí)候不再去動(dòng)骨骼和IK，而是只調(diào)節(jié)控制器。1.2綁定概述1.2.2三維動(dòng)畫制作流程

1.2綁定概述例如：一只雄鷹在天空中翱翔，三維動(dòng)畫制作流程概括為1.2.2綁定處于整個(gè)制作的什么環(huán)節(jié)

1.2綁定概述三維動(dòng)畫的制作流程中，綁定環(huán)節(jié)基本屬于三維動(dòng)畫流程的中期環(huán)節(jié)，綁定在建模和動(dòng)畫之間起到了一個(gè)橋梁的作用。1.2.3綁定合理的標(biāo)準(zhǔn)1.2綁定概述合格的綁定工作必須保證模型實(shí)現(xiàn)合理的運(yùn)動(dòng)方式，合理的變形效果，能夠方便動(dòng)畫師做動(dòng)畫。那么，符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)該是評判綁定是否合格的首要標(biāo)準(zhǔn)，此外，還要檢查控制器、層級結(jié)構(gòu)、規(guī)范命名和權(quán)重編輯是否符合要求。1.2.4綁定涉及知識領(lǐng)域1.2綁定概述

綁定是CG領(lǐng)域里比較難的模塊，要求也比較多。綁定不僅要滿足動(dòng)畫師的需求，更重要的是要對角色的運(yùn)動(dòng)力學(xué)和解剖結(jié)構(gòu)非常了解，通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)合理地變形。所以很多綁定師最后都成為了TD(技術(shù)支持)或R&D(研發(fā))。綁定工作涉及到運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)，機(jī)械結(jié)構(gòu)，物理力學(xué)，數(shù)學(xué)，計(jì)算機(jī)編程等等領(lǐng)域。因?yàn)槲覀兛赡軙腿魏挝矬w打交道，所以可能需要去研究很多未知的領(lǐng)域，但是最重要的一點(diǎn)是，需要具備對結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特征的理解概括能力，這是一個(gè)綁定工作從業(yè)者的基本素質(zhì)。1.2.5Maya軟件綁定環(huán)節(jié)的工具概況1.2綁定概述Maya軟件綁定環(huán)節(jié)的工具主要包括動(dòng)畫模塊10個(gè)菜單，其中綁定占有其中的7個(gè)，分別是創(chuàng)建變形器，編輯變形器，骨骼系統(tǒng)，蒙皮系統(tǒng)，約束系統(tǒng)，角色組，肌肉系統(tǒng)，如圖所示。由此足以見得綁定環(huán)節(jié)的復(fù)雜性，而且我們往往還會根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要開發(fā)一些工具菜單來滿足更多的特殊需求。1.3.1組的概念

1.3角色綁定基礎(chǔ)組是一些物體的集合，其作用主要是有兩方面：一是整理數(shù)據(jù)以方便數(shù)據(jù)管理，二是物體分組后，可以使用組來控制組內(nèi)的物體。分組命令的菜單位置：編輯菜單下分組。創(chuàng)建分組的快捷鍵是Ctrl+G物體分組后移動(dòng)分組，分組中的物體會隨之移動(dòng)，但是只有分組的變換節(jié)點(diǎn)數(shù)值發(fā)生變化，分組內(nèi)物體的變換節(jié)點(diǎn)的數(shù)值不發(fā)生變化。在綁定的過程中有時(shí)候會用到空組的概念，所謂空組就是在不選擇任何物體的情況下創(chuàng)建的分組，其實(shí)分組的物體都是作為一個(gè)空組的子物體存在的，執(zhí)行創(chuàng)建菜單空組命令即可創(chuàng)建空組。1.3.2父子關(guān)系

1.3角色綁定基礎(chǔ)在綁定中，父子關(guān)系的應(yīng)用非常頻繁，父子關(guān)系的操作簡單，而且父子關(guān)系創(chuàng)建后，子物體既可以跟隨父物體變換，也可以隨意變換，這就為很多問題提供了解決的方法。（1）組和父子關(guān)系的區(qū)別成組后的物體，組的坐標(biāo)在世界坐標(biāo)中心，而父子關(guān)系的物體坐標(biāo)就是父物體的坐標(biāo)。（2）組和父子關(guān)系的繼承問題當(dāng)子層級物體從父層級脫離出來會繼承父層級的變換節(jié)點(diǎn)的信息。1.3.3大綱視圖1.3角色綁定基礎(chǔ)大綱視圖會列出場景中所有類型對象的名稱和層級關(guān)系，相當(dāng)于Windows中的資源管理器?？梢詫Υ缶V視圖中的對象進(jìn)行父子關(guān)系、群組等操作。大綱視圖中列出的對象都有相應(yīng)的圖標(biāo)，圖標(biāo)后面是對象的名稱，在名稱上雙擊可以重新修改對象的名稱。在綁定中通常使用大綱視圖進(jìn)行物體的選擇、查看、整理層級、為對象命名等操作。1.3.4骨骼系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)Maya提供的骨骼系統(tǒng)，類似人體的骨骼，可以通過骨骼對表層的模型（可以看成人的皮膚）進(jìn)行控制，通過旋轉(zhuǎn)骨骼來改變模型的形狀。骨骼能使用戶創(chuàng)建層級式的、關(guān)節(jié)變形效果。在骨架菜單中，用戶可以創(chuàng)建骨骼設(shè)置的各種命令。骨骼是進(jìn)行綁定操作中最基礎(chǔ)的知識。1.3.5FK與IK

1.3角色綁定基礎(chǔ)正向動(dòng)力學(xué)（FK，forwardkinematics，也稱為前向動(dòng)力學(xué)）運(yùn)動(dòng)方式：由父層級關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)子層級關(guān)節(jié)的位移。例如籃球運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)中手握住球的動(dòng)作。正向動(dòng)力學(xué)是指完全遵循父子關(guān)系的層級，用父層級帶動(dòng)子層級的運(yùn)動(dòng)。反向動(dòng)力學(xué)(IK，Inversekinematics)運(yùn)動(dòng)方式：由子層級關(guān)節(jié)的位移帶動(dòng)父層級關(guān)節(jié)的位移。例如籃球運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)中甩臂投球動(dòng)作。IK，即反向動(dòng)力學(xué)，利用IK控制骨骼動(dòng)畫就是通過定位下層骨骼的位置，由下而上影響上層骨骼。1.3.5線性IK（IKSplineHandle)

1.3角色綁定基礎(chǔ)線性IK即IK樣條線控制柄工具，它不是通過某一個(gè)控制柄對骨骼鏈產(chǎn)生影響，而是生成一條樣條線，通過調(diào)整曲線形狀來影響骨骼，因此也常將IK樣條線控制柄簡稱為“線性IK”。IK樣條線控制柄工具與IK控制柄工具同樣都是使用反向動(dòng)力學(xué)控制骨骼。不同的是IK控制柄工具一般是對兩節(jié)骨骼產(chǎn)生作用，例如手臂、腿它都能有效的進(jìn)行控制。但當(dāng)骨骼數(shù)較多時(shí)，IK控制柄工具只能對某一個(gè)方向的彎曲進(jìn)行控制，可控性就比較差，就不能滿足如尾巴、脊椎、鏈條等這類長鏈骨骼的控制要求?？铸埼舶偷慕壎ň托枰玫絀K樣條線控制柄工具進(jìn)行控制1.3.6約束系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)約束是通過某些數(shù)學(xué)方式或者邏輯方式，對物體的動(dòng)畫產(chǎn)生的一種控制或者形成的某種規(guī)則。通俗點(diǎn)講就是用一個(gè)物體限制另一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)。舉一個(gè)簡單的例子：如果要快速設(shè)置一個(gè)雪橇從崎嶇小山上滑下的動(dòng)畫，那么首先可能要使用幾何體約束將雪橇約束到曲面。然后，可使用法線約束將雪橇平置于曲面上。創(chuàng)建這些約束后，在山頂和山腳為雪橇的位置設(shè)置關(guān)鍵幀。然后動(dòng)畫就完成了。Maya中提供了很多種約束效果，例如:點(diǎn)約束(控制位移屬性)，方向約束(控制旋轉(zhuǎn)屬性)，縮放約束(控制縮放屬性)、父對象約束（既控制位移屬性又控制旋轉(zhuǎn)屬性）等，還有一些特殊的約束如目標(biāo)約束、法線約束、極向量約束等。1.3.7蒙皮系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)蒙皮是設(shè)置角色的模型以便可通過骨架對角色進(jìn)行變形的過程。通過將骨架綁定到模型，可對模型設(shè)置蒙皮?？赏ㄟ^各種蒙皮方法將模型綁定到骨架，包括平滑蒙皮和剛性蒙皮。平滑蒙皮和剛性蒙皮是直接蒙皮方法。您也可以使用間接蒙皮方法，即將晶格或包裹變形器與平滑或剛性蒙皮結(jié)合使用。蒙皮是使骨骼與模型產(chǎn)生控制與被控制關(guān)系的命令。1.3.7蒙皮系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)2、權(quán)重編輯我們對角色進(jìn)行平滑綁定蒙皮，可以使模型得到較為平滑的蒙皮效果，但是會存在模型變形過大或變形錯(cuò)誤的問題，這就需要我們通過修改權(quán)重的方法來達(dá)到想要的效果。權(quán)重就是骨骼對模型點(diǎn)的影響力度。那么我們?nèi)绾蝸砜刂茩?quán)重呢？我們通?？梢允褂?）繪畫權(quán)重法（繪畫蒙皮權(quán)重工具）、2）精確編輯權(quán)重法（組件編輯器）精確編輯權(quán)重和添加影響物體方法來編輯平滑蒙皮的權(quán)重。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)

變形器是可用來操縱（建模時(shí)）或驅(qū)動(dòng)（設(shè)置動(dòng)畫時(shí)）目標(biāo)幾何體的低級別組件的高級工具。在其他軟件包中，術(shù)語為修改器或者空間扭曲。變形器可以在任何可變形對象上創(chuàng)建變形效果。可變形對象是其結(jié)構(gòu)由控制點(diǎn)定義的任何對象?？刂泣c(diǎn)包括NURBS控制頂點(diǎn)(CV)、多邊形頂點(diǎn)、NURBS曲線、NURBS曲面、多邊形網(wǎng)格和晶格全部都是可變形對象。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)1）BlendShape(融合變形)融合變形至少需要兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似、形狀不同的物體。使用融合變形后可以產(chǎn)生從一個(gè)形狀到另一個(gè)形狀的過渡效果。BlendShape融合變形的一種典型用法就是制作角色表情動(dòng)畫，先制作出一系列有表情的頭部模型—稱為目標(biāo)體，將融合變形添加到一個(gè)沒有表情的頭部模型上—稱為變形體。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)2）Lattice晶格變形晶格變形有兩部分組成：影響晶格和基礎(chǔ)晶格。術(shù)語“晶格”一般指的是影響晶格。用戶可以通過編輯或動(dòng)畫影響晶格來創(chuàng)建變形效果。晶格變形是基于基礎(chǔ)晶格的晶格點(diǎn)和影響晶格的晶格點(diǎn)之間的差別上的。在系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置下，將基礎(chǔ)晶格隱藏，以便用戶把注意力放在影響晶格的操作上。但是，要記住，變形效果取決于影響晶格和基礎(chǔ)晶格之間的關(guān)系。

基礎(chǔ)晶格

影響晶格1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)3）Cluster簇變形一個(gè)簇變形創(chuàng)建一個(gè)組，組中的元素是由選擇的點(diǎn)（Nurbs的CVS、多邊形頂點(diǎn)、細(xì)分面點(diǎn)或晶格點(diǎn)）組成。我們可以為每個(gè)點(diǎn)設(shè)置百分比權(quán)重，當(dāng)使用“變換”工具（如移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)）變換簇變形時(shí)，簇變形組中的點(diǎn)，因權(quán)重的百分比不同，而發(fā)生不同程度的改變。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)4）CreateDeformers（創(chuàng)建變形）菜單下Nonlinear（非線性變形器）：（六個(gè)變形器），1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)4）CreateDeformers（創(chuàng)建變形）菜單下Nonlinear（非線性變形器）：（六個(gè)變形器），(詳細(xì)說明請參見書籍）。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)5）Jiggle（抖動(dòng)變形）抖動(dòng)變形器可以讓運(yùn)動(dòng)物體在速度發(fā)生變化的同時(shí)產(chǎn)生變形效果。（摔跤手腹部的抖動(dòng)；頭發(fā)的抖動(dòng)；昆蟲觸角的振動(dòng)。）1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎(chǔ)6)Sculpt（雕塑變形）使用Sculpt雕塑變形操作時(shí)，可使用內(nèi)置的線框球或任何Nurbs物體作為影響物體。這個(gè)內(nèi)置球形影響物被稱為造型球，通過操縱影響物體可以修改變形對象的外形。雕塑變形可以創(chuàng)建各種類型的圓形變形效果。例如設(shè)置角色的面部動(dòng)畫時(shí)，使用雕塑變形控制人物下巴，眉毛或面頰的動(dòng)作。雕塑變形模式包括：Flip（翻轉(zhuǎn)）Project（投影）Stretch（拉伸），如1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁