3Dmax角色动画设计毕业设计

目录

引言 (1)

一项目分析 (1)

1.1需求分析 (1)

1.2 研究目的 (2)

1.3总体方案的设计 (2)

二相关软件概述 (3)

2.1 3D max 9简介 (3)

2.1.1 3D max 9的应用领域 (3)

2.1.2 3D max 9的运行要求 (3)

2.2 Authorware概述 (4)

2.2.1 Authorware简介 (4)

2.2.2 Authorware特点 (4)

2.2.3 Authorware核心技术 (4)

三角色动画理论 (5)

3.1 角色动画简介 (5)

3.2 制作角色动画基础 (6)

3.2.1 层级与运动的关系 (6)

3.2.2 如何创建层级关系 (7)

3.3 正向运动原理及应用 (7)

3.4 反向运动原理及应用 (7)

3.5 骨骼与IK解算器 (7)

3.6骨骼蒙皮 (8)

3.7有关角色动画的Character Studio插件简介 (8)

3.7.1 Biped[两足角色]系统 (8)

3.7.2 Physique[体格]修改器 (9)

3.7. 3 Crowd[群集]动画 (9)

四典型角色动画制作与实现 (9)

4.1Biped骨骼动画设计 (10)

4.1.1动画分析 (10)

4.1.2 Biped人物走动动画操作步骤 (11)

4.1.3 Biped_综合动画主要步骤 (13)

4.1.4 Biped_上楼梯动画操作步骤 (14)

4.2手臂手指动画 (18)

4.2.1动画分析 (18)

4.2.2主要操作步骤如下： (20)

4.3人物动画实现 (25)

4.3.1人物造型poser8简介及特性 (26)

4.3.2动画分析 (27)

4.3.3主要操作步骤如下： (27)

五课件制作与实现 (30)

5.1 素材准备 (30)

5.2 制作要点 (31)

5.2.1流程图展示 (31)

5.2.2核心知识点的运用 (32)

5.2.3函数的应用 (33)

5.3 界面设置 (34)

结论 (39)

参考文献 (41)

致谢.................................... 错误！未定义书签。

引言

随着计算机图形学的不断发展,使用计算机进行艺术创作或者辅助设计已成为了一种最方便的表现形式.三维动画软件又是其中最为高端的表现形式，和二维的平面设计不同，三维设计能够以立体的方式表达更多的信息，并且可以得到更为真实的效果。3D max集众多软件之长，提供了非常丰富的造型建模方法及更好的材质渲染功能。它是目前Windows 平台上最为流行的三维动画软件之一。随着软件在日常生活中的运行，各种动画作品层出不穷，推其根本，最终离不开角色动画的基础技巧的实现与延伸。固然可见角色动画在动画产业中的重要地位。本毕业设计，主要是研究角色动画，主要设计的动画内容如下：Biped骨骼动画、人物运动动画、摆臂运动动画。在这些动画中我们注重的是自由的设计理念，如胳膊的设计，足迹的关键点的设定。当然，还运用到Character Studio这一基于3D平台的重要角色动画设计的组件等。在作品上，我们除了理论详述外还以多种方式展示给大家，如利用视屏录制，更直观的展示了角色动画的制作过程；以图文结合的文档形式进行说明，最后利用Authorware这一集成软件，给予整合、发布，从而使得观看者得到更为方便的观看方式。从而以最快的方式接受。

一项目分析

1.1需求分析

三维角色动画，在国内动画发展的现状虽然国家大力扶持但是动画产业仍然难以突破。国外很多经典的成功案例揭示国内三维动画发展的突破口在三维动画形象的创意、制作和开发上。因为动画产业本质上来说就是形象产业，而角色造型尤为重要直接决定了其竞争力。

分析了解到多年来国内三维动画多数都偏重于技术，而国内三维制作的中心又在想艺术性偏移。本文以三维角色动画的简单建模、偏重于了解人的运动从人物的建模到他的走动细致到手臂、手指的动作。带领大家探寻三维动画制作的精髓与奥秘，同时再为造型设计理论与发展提出新的思维与新的视角与途径。

在三维动画众多软件中3DSMax、Maya、Softimage等。虽说三维制作软件众多但是他们各有不同，3dsMAX它的功能强大，扩展性好、操作简单容易上手并且和其他相关软件配合流畅，相对于MAY A高端的3d软件它的操作太过复杂,3dsmax是中端软件更易学易用。但又相对与Softimage他经常运用在电影和电视交互的市场。而3dsmax则在游戏动画方面更胜一筹，尤其在我们本章中重点使用的biped方面做出的新改进将让我们轻松构建两足动

作。

了解分析了国内外大市场不同，在国内市场上现如今很多的行业都使用角色动画。例如：国家为了保留国粹京剧的流逝就利用科技手段模拟真实场景中的人物动画，显然我们也可以利用3dmax保留并复制出完美的行云流水。对青年人来说游戏更具挑战性而本文中研究的角色动画这让你从易到难的实现了角色画的创建于运动，利用关键帧的不同位置的设置时你的模型达到预想效果，使更多的人了解并深层次的知道游戏中可远观不可接近的游戏人物动作的精髓。因而随着市场化的扩大,越来越多的人开始探索3D动画，那么必然角色动画就是他们开始的第一步。

1.2 研究目的

目前的动画技术还远没达到理想的地步。计算机辅助二维动画具有制作相对方便、制作成本低、对制作和运行的硬件环境要求较低等优点。但是由于传统的二维对象缺少显式的三维信息，使得自动生成好的中间帧画面非常困难，比如在变化过程中，特别是那些非平行于画面的变换，引起的起各帧画面之间对象的对应问题、剪影轮廓的变化问题、各个部分的自遮挡问题、保持形状比例和体积问题等等，都是研究者们一直试图解决的难点问题。

大千世界千变万化，如何在3dsmax中模拟人、动物等众多生物的运动这就是角色动画所要研究的问题。创建角色动画是一件复杂的工作，无论动物还是人在运动的过程中他都是有规律的。而我们就是发现他其中的规律并掌握使他运用到我们的制作过程中。例如：人物运动过程中骨骼起到至关重要的部分，但是在众多骨骼中每块骨骼有表达出不同的理念。

此次研究详细的阐述三维动画中角色动画的应用状况，发展前景和主要的实现手段。权衡利弊,我们最终选择3D MAX作为实现平台，着重的讲述了角色动画的发展和其在动画产业中不可夺得的重要地位，并且也讲述利用3D MAX的具体实现过程。

角色动画是一切三维动画的根基，如果是不了解或是没有一个很好的角色动画设计理念和设计思路那么就无法铸就一个成功的三维动画。而如今，风起云涌的动画界人才济济，早已是一个没有硝烟的战场。那么怎样的三维动画作品才能不落庸俗之名脱颖而出，独占鳌头？那么就其根本原因，便是其根基稳固之所在。所以，我们就角色动画这一理念做深入的研究，并且对其简单的角色动画给予实现。使更多的人了解并知道角色动画，可以很快的掌握制作角色动画的关键建模、关键帧蒙皮、Physique、骨骼等。

1.3总体方案的设计

我们通过对角色动画知识的理论阐述，概括出涉及到角色动画的各方面知识，最后选出较为典型的若干实例给予制作，作为理论的具体实现，制作的角色动画大致分为三类：Biped[两足角色]动画、手臂手指动画、人物动画。而通过这些实例我们是让学者掌握以下角色动画是重要知识点。

1、了解角色动画；

2、知道骨骼、IK、Biped、蒙皮、Physique；

3、角色行为动作的构思；

4、制作基本的模型；

5、为模型添加构思的行为；

6、查看制作完成的效果，并且输出渲染。

7、课件制作与实现

二相关软件概述

2.1 3D max 9简介

3D max是3D Studio Max的简称，它在3D Studio的基础上发展的三维实体造型及动画制作系统。3D max集众多软件之长，提供了非常丰富的造型建模方法以及更好的材质渲染功能。它是目前Windows平台上最为流行的三维动画软件之一，也是当前世界上销售量最大的三维建模，动画及渲染解决方案之一。

2.1.1 3D max 9的应用领域

作为性能卓越的三维动画软件，3D max广泛应用于影视制作、产品设计、建筑设计、多媒体制作、游戏开发、辅助教学、工程展示等诸多领域。

2.1.2 3D max 9的运行要求

每个应用程序都会对计算机的配置有一些最基本的要求，因此在安装3D max 9之前，必须对所需的计算机基本配置有所了解。3D max在运行时都会消耗较多的系统资源，该版本支持32位和64位操作系统架构

（一）软件要求：

基于32位系统架构安装3D max9时，要求操作系统为Windows XP Professional、Windows XP Home Edition或Windows 2000；基于64位系统架构安装3D max 9 时，要求操作系统为Windows XP Professional x64。

（二）硬件要求：

①CPU: CPU的性能和运行速度是计算机整体性能最主要的指标之一。基于32位系统架构，要求CPU至少是Intel的Pentinum 4处理器或AMD的Athlon XP处理器：基于64位系统的系统架构，要求CPU是基于64位架构的Intel或AMD处理器。

②内存：内存是CPU与硬盘等设备进行数据交换的主要场所。基于32位系统架构使用3D max 9时，要求内存至少为512MB，基于64位系统架构使用3D max 9时，要求内存至少为1GB。

③硬盘：用于安装3D max 9的磁盘分区至少要具有1GB的可用硬盘空间；用于运行3D max 9交换文件磁盘分区至少要具有500MB的可用磁盘空间。

④显示卡：要求显示卡至少具有32MB显存，并且支持1024x768分辨率、16位真彩色、OpenGL和Direct 3D硬件加速。

2.2 Authorware概述

2.2.1 Authorware简介

Authorware软件是由Macromedia 公司推出的著名的多媒体制作工具之一，它是一种面向对象的、以图标流程线逻辑为主导、一函数变量为辅助的开发工具。与其他软件的不同之处在于它不用写程序，使用流程线以及一些工具图标就能制作出精美的作品。

它既可以显示静态画面，也快可以显示动态画面，还能够播放数字电影和视频文件。此外，作为一种多媒体平台，它能将Photoshop和Director等软件制作的成果集成起来，使它们发挥更大的作用。Authorware的出现，使许多非专业人员创作交互式多媒体软件成为可能。由于它的用途广泛、操作简单、程序流程直观明了、交互能力强、素材丰富、不需要大量的编程，是不具备编程能力的用户也能够创作出高水平的作品。

2.2.2 Authorware特点

Authorware具有以下特点

Authorwar e提供了直接在屏幕上编辑对象的功能。

Authorware的可视化编程同别的软件相比最大特色在于，它的程序流程是可视的。

Authorware具有一定的图形处理功能。

Authorware提供多样化的文字处理能力。

强大的人机交互能力。

Authorware提供了库和模板功能，可以重复运用到多重素材，大大减少了系统资源的占用，同时提高了开发的效率。

Authorware具有强大的数据处理能力，用户可以使用系统提供的众多函数和变量。

Authorware同样具有动态链接功能。

Authorware具有很好的兼容性。

Authorware提供网络支持。

2.2.3 Authorware核心技术

11种交互：按钮、热区域、热对象、目标区、下拉菜单、条件、文本输入、按键、重试限时、时间限制、事件。

14个图标：显示图标、移动图标、擦除图标、等待图标、导航图标、框架图标、判断图标、交互图标、计算图标、群组图标、数字化电影图标、声音图标、知识对象图标、开始结束图标。

5种动画：

（1）直接移动到终点的动画

（2）沿路径移动到终点的动画

（3）沿路径定位的动画

（4）终点沿直线定位的动画

（5）沿平面定位的动画

三角色动画理论

三维角色动画是计算机动画技术中最具有挑战性的课题之一, 涉及建模、运动控制和绘制等多个方面的内容。为了便于运动控制和实时绘制, 三维角色动画中普遍采用二层的骨架皮肤模型来制作角色动画。在这种模型中, 一个角色由按照一定层次组织起来的骨骼和作为皮肤的单一网格模型组成。其中骨架按照角色的特点组成一个层次结构。相邻的骨骼通过关节相连, 并且可以做相对的运动; 通过改变相邻骨架间的夹角或位移, 组成角色的骨架就可以做出不同的动作, 实现不同的动画效果。皮肤则作为一个网格蒙在骨架之上, 规定角色的外型。这里的皮肤不是固定不变的刚性网格,而是可以在骨架影响下变化的一个可变形网格。皮肤网格按照一定的规则与骨架绑定, 组成皮肤网格上的每个顶点都会受到一段或者多段骨骼的影响。通过计算影响该顶点的不同骨骼对它影响的加权和就可以得到该顶点在世界坐标系中的正确位置, 从而使得作为皮肤的网格随着底层骨架同步运动, 这样就实现了在骨架驱动下的单一皮肤网格变形动画, 或者简单地说骨架蒙皮动画。而对于底层骨架的运动控制, 目前主要有正向运动学方法、逆向运动学方法、动力学方法和运动捕捉技术。

3.1 角色动画简介

“角色”来源于舞台表演，在舞台上进行表演的主题成为角色。角色可以是人、生物或拟人化的任何东西，角色是故事的主题。电影，动画剧通过角色的表演来传达思想。所以当三维动画诞生后，我们就将它引申到三维动画中，即为角色动画。所谓角色动画，顾名思义就是设计角色编辑动画，这个角色可以是任何的人，动物和物体，或是更细微的东西。它是整个动画的灵魂。随着科技的发展，人们对一个动画角色的价值判断不单纯停留在其外在的造型层面，还包括对角色性格内涵的认同。伴随着动画的产业化进程，动画角色形象的价值逐渐被提升到商务运作的高度。拥有独特性格魅力的动画角色不仅具有深远的艺术价值，而且蕴涵着巨大的市场与利润，它拓宽了动画持续盈利的后续空间，由动画角色形象衍生出来的产品蕴藏着比传统商品更大的文化价值和商业价值。这就要求有我们对动画精益求精，那么归根结底，最终必然一步步会落实到角色动画。因为角色动作的质量高低直接关系着作品的成败。作品主题的传达要通过视觉元素，而角色的动作则是视觉艺术三维角色动画的构成主体之一。在构成作品的一个个连贯的动作当中,无论是动作的整个过程还是动作的前因后果，都是整个动作的一部分，都需要我们进行整体设计和反复推敲。

角色动画可以认为是虚拟角色的运动表演的技术过程中，也是一般故事的灵魂所系。由于模拟化的动作，表情，情感等通常需要复杂的建模和动画技术，角色动画从三维动画技

术发展之初知道目前，始终是创作过程中的重点和难点。

随着动画的发展，在科技与时间驱使下，动画分流为多种产业。它不再单一的是儿童们酷爱的动画片，更是超越为风靡全世界的动画电影。动画电影占领国际市场的关键不只是依靠技术，更重要的是要创造全球化的、具有无限发展空间的角色形象。好的形象才能够充分地展示角色的性格魅力，演绎出曲折动人的故事情节。好的角色形象不仅具有艺术价值而且具有很大的商业价值，还可以成为商业运作的媒介和形象代言。

动画角色的形象设计是动画片创作的重要内容，因此，形象设计一定要准确定位，深入挖掘角色的个性，进行全方位的设计。动画角色的形象是运用美术的造型技法和手段创造出来的，是可以产生动作和表现生命的模型。包括立体的木偶形象、平面的绘画形象和剪纸形象以及电脑生成的二维或三维的形象等。它们是动画片的演员，可以传达感情和意义，能够推动剧情的发展，具有性格特征和人格魅力。

动画形象的创作过程是导演根据文学剧本描述的角色外貌和性格特点，进行素材搜集，提炼概括以及形象创造的过程。过程中要对大量的形象素材进行分解、集中、对比与统一。它是一个将朦胧的意识明朗化、将意念物化的设计过程。

动画形象不仅是一个纯粹的视觉符号，它具有深刻的内涵，包括人格魅力和气质因素。因此，形象设计不能只注重形象的外形与轮廓，还应该考虑形象的身份与性格。

动画角色也是形态各异的，有迟钝的、怪癖的、聪明机灵的、天真活泼的、浪漫风趣的等等。这些动画角色具有或者微妙或者明显的形态与情态差异。在设计动画形象之前首先要明确设计的角色的特征，在此基础上寻找和发现形象设计的原始素材，经过反复筛选与提炼，然后开始设计形象。运用造型艺术手段描绘出形象的草图或轮廓图，进行反复的修改和加工，最后设计出动画角色的形象。

角色动画制作涉及：3D游戏角色动画、电影角色动画、广告角色动画、人物动画等。

3.2 制作角色动画基础

大自然千变万化，如何在3ds Max中模拟人、动物等众生物的运动，这就是角色动画所要解决的问题。创建角色动画是一件很复杂的工作，动物的运动就是有规律的，中文版

3ds Max 9中也相应提供了模拟这些运动规律的一系列工具，如正向运动、方向运动、链接工具、骨骼工具、蒙皮工具等。

3.2.1 层级与运动的关系

层级与运动，主要是基于关键点动画的内容。在轨迹视图展开的层级中，大多数对象都是并列关系，对象的下面是一些基本的各种位置变换，对象之间基本不存在什么深层次的运动链接关系。对于角色动画，对象的层次关系是十分复杂的。任何一种动物，其身体都是有许多部位组成的，如四肢躯干等，而每个部位又由一些具体的骨骼、关节来组成，它们构成一种复杂的层次关系。动物在运动过程中，身体的各个部位、各个关节并不是相互独立的，不同身体部位之间通过某个关节链接在一起来共同完成一次动作，它们之间需要协调，这是不难想象的。

在层级关系中，主要的对象在上面，次要的在下面，所有对象按照这样的关系排列，形成一棵倒挂的树。在层级关系中父对象控制所有子对象，一个父对象可能有多个子对象，但是一个子对象却只能有一个子对象。层级关系中的父对象和子对象同样是相对的，一个父对象可能是另一个对象的子对象，一个子对象也可以是另一个对象的父对象。

3.2.2 如何创建层级关系

在3ds Max 9中如果要创建简单的层级关系，可以利用主工具栏的链接工具:选择并链接按钮，断开当前选择和链接按钮。具体操作为：单击按钮，打开链接模式，在视

图单击一个物体，然后讲一个物体拖到另一个物体上，当光标变成链接图标时单击，即将前一个物体链接到后一个物体上。并且前一个物体是后一个物体的子对象。当然，如果要创建相对复杂的层次关系，使用图标视图和骨骼系统比较好。

3.3 正向运动原理及应用

正向运动又称FK(Forward Kinematics)，它是一种比较简单的运动关系，其原理是：在层次关系中，父对象的变化操作会影响到子对象，子对象对父对象具有继承关系，而父对象不受子对象变化操作的影响。

3.4 反向运动原理及应用

反向运动（Inverse Kinematics），在层次关系中，反向运动是通过子对象的运动来决定和影响父对象，是一种相对正向运动比较复杂的运动关系。在3d max中反向运动大量运用到角色动画的制作中，原因是它可以通过调节几个关键的姿势来确定角色在不同关键帧处的姿势，而系统会根据设定的结算方法，在这些关键帧之间自动进行差值计算。

反向运动与正向运动正好相反，例如要设置摆臂动画的运动，正向运动是先移动肩部，然后旋转前臂、手腕、手指等，而反向运动则是先运动手指以确定手指的位置，然后通过IK 解决方案，对手臂进行旋转，移动肩部。

3.5 骨骼与IK解算器

为骨骼添加IK解算器来设置角色动画使其更加完美。，HK解算器可用于支持角色动画，HD解算器可用于支持具有滑动关节的机械动画，IK肢体解算器能够支持两条骨骼链，