《角色綁定技術》課件-第1章 角色綁定概述

三維動畫

Maya高級角色骨骼綁定技法三維動畫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，重點學習Maya角色骨骼綁定所用到的基礎知識，雖然基礎但這是綁定的精髓。萬丈高樓平地起，我們從綁定基礎知識開始學習。

本章簡介了解Maya軟件及應用領域

了解綁定概念及綁定原理掌握Maya綁定合理的標準掌握角色骨骼綁定基礎知識

本章學習目標第1章角色綁定概述1.1.1

三維軟件介紹1.1軟件概述隨著計算機技術的普及越來越多的動畫使用計算機技術來進行制作，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畫軟件，Maya功能完善，工作靈活，易學易用，制作效率極高，渲染真實感極強，是電影級高端制作軟件。該軟件曾獲得過奧斯卡科學技術貢獻獎。1.1軟件概述世界頂級三維動畫軟件

Maya1.1.2Maya軟件應用領域Maya主攻方向為高端影視特效和三維動畫。很多三維設計人應用Maya軟件，因為它可以提供完美的三維建模、游戲角色動畫、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)絡游戲和電視游戲等數(shù)碼特效創(chuàng)作行業(yè)，對應社會的就業(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》等等令人震撼的影片。學習角色骨骼綁定技術之前，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)涉及哪些知識領域，應該注意什么知識點，目標效果又如何，哪些是重要的，哪些是必要的，哪些是靈活的。作為動畫師或者綁定師，無論哪個環(huán)節(jié)，都必須一步一個腳印的打好基礎。1.2綁定概述1.2.1綁定是什么綁定，在三維動畫制作流程里又稱為角色設置或者裝配，在英文中稱作Rigging，我們通常說的骨骼設置也就是骨骼綁定。綁定即賦予角色動的能力，綁定是為模型添加控制系統(tǒng)，使模型能夠按照運動規(guī)律合理運動，方便動畫師制作動畫。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、設置IK、添加驅(qū)動和控制器的過程。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IK和骨骼，當我們調(diào)角色動畫的時候不再去動骨骼和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，三維動畫制作流程概括為1.2.2綁定處于整個制作的什么環(huán)節(jié)

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

綁定是CG領域里比較難的模塊，要求也比較多。綁定不僅要滿足動畫師的需求，更重要的是要對角色的運動力學和解剖結(jié)構非常了解，通過技術手段實現(xiàn)合理地變形。所以很多綁定師最后都成為了TD(技術支持)或R&D(研發(fā))。綁定工作涉及到運動解剖學，機械結(jié)構，物理力學，數(shù)學，計算機編程等等領域。因為我們可能會和任何物體打交道，所以可能需要去研究很多未知的領域，但是最重要的一點是，需要具備對結(jié)構和運動特征的理解概括能力，這是一個綁定工作從業(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)的工具主要包括動畫模塊10個菜單，其中綁定占有其中的7個，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)的復雜性，而且我們往往還會根據(jù)項目實際需要開發(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物體分組后移動分組，分組中的物體會隨之移動，但是只有分組的變換節(jié)點數(shù)值發(fā)生變化，分組內(nèi)物體的變換節(jié)點的數(shù)值不發(fā)生變化。在綁定的過程中有時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，其實分組的物體都是作為一個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父子關系

1.3角色綁定基礎在綁定中，父子關系的應用非常頻繁，父子關系的操作簡單，而且父子關系創(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）組和父子關系的區(qū)別成組后的物體，組的坐標在世界坐標中心，而父子關系的物體坐標就是父物體的坐標。（2）組和父子關系的繼承問題當子層級物體從父層級脫離出來會繼承父層級的變換節(jié)點的信息。1.3.3大綱視圖1.3角色綁定基礎大綱視圖會列出場景中所有類型對象的名稱和層級關系，相當于Windows中的資源管理器?？梢詫Υ缶V視圖中的對象進行父子關系、群組等操作。大綱視圖中列出的對象都有相應的圖標，圖標后面是對象的名稱，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、關節(jié)變形效果。在骨架菜單中，用戶可以創(chuàng)建骨骼設置的各種命令。骨骼是進行綁定操作中最基礎的知識。1.3.5FK與IK

1.3角色綁定基礎正向動力學（FK，forwardkinematics，也稱為前向動力學）運動方式：由父層級關節(jié)的旋轉(zhuǎn)帶動子層級關節(jié)的位移。例如籃球運動員運動中手握住球的動作。正向動力學是指完全遵循父子關系的層級，用父層級帶動子層級的運動。反向動力學(IK，Inversekinematics)運動方式：由子層級關節(jié)的位移帶動父層級關節(jié)的位移。例如籃球運動員運動中甩臂投球動作。IK，即反向動力學，利用IK控制骨骼動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角色綁定基礎線性IK即IK樣條線控制柄工具，它不是通過某一個控制柄對骨骼鏈產(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力學控制骨骼。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、腿它都能有效的進行控制。但當骨骼數(shù)較多時，IK控制柄工具只能對某一個方向的彎曲進行控制，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行控制1.3.6約束系統(tǒng)1.3角色綁定基礎約束是通過某些數(shù)學方式或者邏輯方式，對物體的動畫產(chǎn)生的一種控制或者形成的某種規(guī)則。通俗點講就是用一個物體限制另一個物體的運動。舉一個簡單的例子：如果要快速設置一個雪橇從崎嶇小山上滑下的動畫，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置關鍵幀。然后動畫就完成了。Maya中提供了很多種約束效果，例如:點約束(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角色綁定基礎蒙皮是設置角色的模型以便可通過骨架對角色進行變形的過程。通過將骨架綁定到模型，可對模型設置蒙皮?？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)生控制與被控制關系的命令。1.3.7蒙皮系統(tǒng)1.3角色綁定基礎2、權重編輯我們對角色進行平滑綁定蒙皮，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誤的問題，這就需要我們通過修改權重的方法來達到想要的效果。權重就是骨骼對模型點的影響力度。那么我們?nèi)绾蝸砜刂茩嘀啬?？我們通常可以使?）繪畫權重法（繪畫蒙皮權重工具）、2）精確編輯權重法（組件編輯器）精確編輯權重和添加影響物體方法來編輯平滑蒙皮的權重。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎

變形器是可用來操縱（建模時）或驅(qū)動（設置動畫時）目標幾何體的低級別組件的高級工具。在其他軟件包中，術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?？勺冃螌ο笫瞧浣Y(jié)構由控制點定義的任何對象?？刂泣c包括NURBS控制頂點(CV)、多邊形頂點、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1）BlendShape(融合變形)融合變形至少需要兩個結(jié)構相似、形狀不同的物體。使用融合變形后可以產(chǎn)生從一個形狀到另一個形狀的過渡效果。BlendShape融合變形的一種典型用法就是制作角色表情動畫，先制作出一系列有表情的頭部模型—稱為目標體，將融合變形添加到一個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2）Lattice晶格變形晶格變形有兩部分組成：影響晶格和基礎晶格。術語“晶格”一般指的是影響晶格。用戶可以通過編輯或動畫影響晶格來創(chuàng)建變形效果。晶格變形是基于基礎晶格的晶格點和影響晶格的晶格點之間的差別上的。在系統(tǒng)默認設置下，將基礎晶格隱藏，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晶格之間的關系。

基礎晶格

影響晶格1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎3）Cluster簇變形一個簇變形創(chuàng)建一個組，組中的元素是由選擇的點（Nurbs的CVS、多邊形頂點、細分面點或晶格點）組成。我們可以為每個點設置百分比權重，當使用“變換”工具（如移動、縮放、旋轉(zhuǎn)）變換簇變形時，簇變形組中的點，因權重的百分比不同，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4）CreateDeformers（創(chuàng)建變形）菜單下Nonlinear（非線性變形器）：（六個變形器），1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎4）CreateDeformers（創(chuàng)建變形）菜單下Nonlinear（非線性變形器）：（六個變形器），(詳細說明請參見書籍）。1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎5）Jiggle（抖動變形）抖動變形器可以讓運動物體在速度發(fā)生變化的同時產(chǎn)生變形效果。（摔跤手腹部的抖動；頭發(fā)的抖動；昆蟲觸角的振動。）1.3.8變形器系統(tǒng)1.3角色綁定基礎6)Sculpt（雕塑變形）使用Sculpt雕塑變形操作時，可使用內(nèi)置的線框球或任何Nurbs物體作為影響物體。這個內(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。例如設置角色的面部動畫時，使用雕塑變形控制人物下巴，眉毛或面頰的動作。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