1、本 科 毕 业 论 文三维水墨动画设计与实现雨后建模与后期特效Design and Implement of 3D Chinese Ink Painting AnimationModeling and After Effects of “After The Rain”姓 名：学 号：学 院：软件学院系：软件工程专 业：软件工程年 级：指导教师： 年 月摘 要水墨画是中国艺术史上的一颗明珠，而水墨动画更是成就了一代中国动画的辉煌。但因其无法适应商业化道路，自上世纪 90 年代起，水墨动画就陷入了寂静与徘徊。三维动画是当今动画片制作的主流方法，它在具备极佳的观赏性的同时满足了当今社会对商业价值的需
2、求。本文拟将三维动画技术与中国传统水墨画结合起来，实现三维水墨动画效果，力求达到艺术与商业的统一。本文先阐述了三维动画的概念、发展过程、优点、应用领域以及制作流程，分析了中国传统水墨动画曾有的辉煌和现在所面临的困境。然后文章结合了三维动画的特点和水墨动画的特色对二者融合的可能性进行了探讨，认为新兴的三维技术是一个带领中国传统水墨动画走出低谷走向另一个辉煌的可行道路。文章以一部长约 70 秒的三维水墨动画短片雨后为例，研究了物体的建模、场景的布置、灯光的选择、摄像机的运动、后期特效的制作等三维动画的关键性技术。通过具体的制作实例，对三维水墨动画技术进行了有益的探讨。关键词：三维动画；水墨动画；建
3、模AbstractChinese ink painting is a jewel in the history of Chinese art, and Chinese ink painting animation has reached the high point of Chinese animation. However, since the last century 90s Chinese ink painting animation fell into silence.Nowadays, the mainstream approach of animation is three-dim
4、ensional animation. With its excellent viewing it meet the requirement of commercial value at the same time. I try to achieve the unity of art and commerce by combining three-dimensional with Chinese ink painting animation.This article first describes the concept of three-dimensional animation, the
5、development process, advantages, applications and production processes. And then it analyzes the resplendence of traditional Chinese ink painting animation had made and the predicament that Chinese ink painting animation now faces with. The article makes a discussion about the possibility of combini
6、ng 3D animation with Chinese ink painting animation. The result of the discussion is that the new 3D technology will lead traditional Chinese ink-and-wash animation to another glory. The article takes a 70-second-long 3D Chinese ink painting animation “After the Rain” as example to introduce modelin
7、g process for all objects, the layout of the scene, the choice of lighting, camera movement, after effects and so on. Through these specific examples, I make some useful discussion on three-dimensional animation techniques.Key words: 3D animation; Chinese ink painting animation; modeling目 录第一章 三维动画概
8、述 11.1 三维动画的概念 11.2 三维动画的发展过程 11.3 三维动画的优点及应用 21.4 三维动画的制作流程 3第二章 雨后的设计过程 52.1 水墨与三维动画的融合 52.2 主题的确定 72.3 整体实现方案及分工 82.4 工具介绍 9第三章 具体实现 .113.1 荷叶建模 .113.2 荷花建模 .193.3 鱼建模 .223.4 蜻蜓建模 .253.5 船建模 .363.6 孩童建模 .393.7 后期特效 .40第四章 结束语 .44参考文献 45致谢 47ContentsChapter 1 Introduction of 3D Animation.11.1 The
9、Overview of 3D Animation .11.2 The Formation and Development of 3D Animation.11.3 The Advantages and Application of 3D Animation .21.4 The Procedure of Making 3D Animation3Chapter 2 The Design Procedure of “After The Rain ” .52.1 The Original Design Ideas 52.2 Scene Design.72.3 How to Implement It a
10、nd Divide The Work.82.4 Tools Introduction.9Chapter 3 The Detailed Procedure.113.1 Lotus Leaf Modeling .113.2 Water Lily Modeling .193.3 Fish Modeling 223.4 Dragonfly Modeling 253.5 Boat Modeling363.6 Child Modeling 393.7 After Effects .40Chapter 4 Conclusions.44References .45Acknowledgements47第一章 三
11、维动画概述- 1 -第一章 三维动画概述1.1 三维动画的概念三维动画又称 3D 动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄像机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。 11.2 三维动画的发展过程 2全电脑三维动画技术的发展和逐渐成熟可以追溯到上世纪八十年代。它的发展与制作世界上第一部全三维动画长片玩具总动员 1的皮克斯（Pixar）动画工作室
12、息息相关，皮克斯动画工作室的成长过程在一定程度上代表了三维动画的发展过程。故以下以皮克斯动画工作室的成长为主线，为三维动画的发展历程做一回顾。技术酝酿期1984 至 1994。在这十年间，计算机图形技术的开发和应用为三维动画的产生做了充足的技术积累和铺垫。期间皮克斯动画工作室一直是这一领域的探路者。从1984 年其前身特效公司“工业光魔”创作第一部 3D 短片Andre and Wally B.开始，到 1986 年获得奥斯卡最佳动画短片提名的小台灯 ，以及之后人体动作模型的动画短片锡铁小兵 ，皮克斯动画工作室一直致力于数字电影的制作与技术的开发。起步发展期1995 年至 2000 年。在这一
13、时期，皮克斯动画工作室制作出了第一部全三维动画长片玩具总动员 1和世界上首部无胶片数字电影玩具总动员 2 。并且在玩具总动员 2中，皮克斯采用了粒子系统用大约 2.4 百万个粒子来制作架上的灰尘，以及毛发处理系统用 6 百万根毛发覆盖小狗 Buster 的身体。这一尝试把电脑数字动画发挥到了极致。迅猛发展时期2001 年至 2003 年。这一阶段，梦工厂和福克斯两大公司也开始在这三维水墨动画设计与实现- 2 -一领域崭露头角，一场三维动画领域的角逐悄然展开。2001 年迪斯尼与皮克斯公司合作推出短片大眼仔的新车 ，梦工厂推出了足以撼动皮克斯/迪斯尼的怪物史莱克 1 ；2002年福克斯公司历时三
14、年的冰河世纪 1席卷了北美票房；2003 年皮克斯/迪斯尼公司的第五部电脑动画长片海底总动员更是有了质的飞跃。全盛时期2004 年至今。进入全盛时期，美国不再是唯一的三维动画生产国，其他国家也逐步加入到这个领域当中，三维动画片的数量也急剧上升，如超人特工队 、 小鸡快跑 、 汽车总动员 、 欢乐的大脚等。1.3 三维动画的优点及应用三维动画能够得以蓬勃的发展与其具有的优势有着密不可分的关系：（1）实现度高三维动画不受客观存在的限制，它不仅可以逼真的模拟出现实存在的物体或景观，而且可以创造出现实中不存在的物体或景观。一些实拍中不能完成的镜头和具有危险性的镜头都可以再三维动画中得以实现。（2）可控
15、性高三维动画的制作不受天气季节等因素的影响，可以良好的控制制作时间。并且可以随时在计算机上进行修改，质量要求更容易受到控制。（3）表现力强三维动画中物体的变化和运动同样不受客观的制约。我们可以任意的指定物体的运动方向、运动轨迹，任意的对物体的局部或整体进行缩小、放大、扭曲等。对于摄像机的拍摄角度，照明特性也可以根据需要任意的改变。（4）观赏性强三维动画能够通过材质的选择和灯光的设计，逼真的表现物体的质感。并且可以让材质随着时间的变化而产生色彩的变化、透明度的变化和光亮度的变化等视觉效果，使动画表现出夸张浪漫的色彩，获得良好的观赏效果。（5）综合效益在现实中，一些镜头的实拍成本过高的镜头可以在三
16、维动画中实现，得以降低成本。在制作动画过程中，设置动画初始帧和结束帧，计算机就会辅助生成中间帧，可以节省大量制第一章 三维动画概述- 3 -作成本。基于以上所述的优点，三维动画在许多方面都得到了广泛的应用 3：影视、广告与工艺设计、音乐 MTV、电脑游戏、现代艺术、建筑装潢、机器制造业、多媒体教育、科研等。1.4 三维动画的制作流程一个完整的三维动画的制作总体上可以分为前期制作、动画片段制作、后期合成三个部分。（1）前期制作前期制作是在使用计算机进行制作之前，对动画片进行总体的规划与设定，主要包括：编写文字剧本、编写分镜头剧本、造型设计、场景设计。文字剧本，是动画的基础，要求将文字表述视觉化，
17、即剧本所描述的内容可以用画面来表现。分镜头剧本，在详细研读过文字剧本之后，按导演的风格用极简单的线条画出分镜表，对人物的动作、场景等做出指示。造型设计，包括人物造型、动物造型、器物造型等设计。场景设计，是整个动画片中景物和环境的来源。（2）动画片段制作 4动画片段制作是根据前期设计，在计算机中通过相关制作软件制作出动画片段，制作流程为：建模、材质、灯光、动画、摄影机控制、渲染等。建模，是动画师根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计算机中绘制出角色模型。这是三维动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和场景中出现的物体都要建模。材质贴图，材质为模型赋予生动的表面特性，具体体现在物体的颜色、透明度
18、、反光度、自发光及粗糙程度等特性上。贴图是指把二维图片通过软件的计算贴到三维模型上，形成表面细节和结构。灯光，不同的场景中要配以不同的灯光，以达到渲染场景气氛的作用。灯光没有处理好，再好的造型和材质都无法表现其应有的效果。动画，根据分镜头剧本与动作设计，运用已设计的造型在三维动画制作软件中制作出一个个动画片段。主要的实现手法是设置关键帧，设定动画的主要画面为关键帧，关键帧之间三维水墨动画设计与实现- 4 -的过渡由计算机来完成。摄像机控制，摄像机在动画制作当中是必不可少的，最终影像的输出都需要经过摄像机来完成。采用不同的拍摄手法，结果是大相径庭的。画面的稳定、流畅是使用摄像机的第一要素。渲染，
19、是指根据场景的设置，赋予物体的材质和贴图、灯光等，由程序绘出一幅完整的画面或一段动画。（3）后期合成后期合成主要是将之前所做的动画片段、声音等素材按照分镜头剧本的设计，通过非线性编辑软件的编辑，最终生成动画影视文件。第二章 雨后的设计过程- 5 -第二章 雨后的设计过程2.1 水墨与三维动画的融合水墨动画可以称得上是中国动画的一大创举。它将传统的中国水墨画引入到动画制作中，那种虚虚实实的意境和轻灵优雅的画面使动画片的艺术格调有了重大的突破。水墨动画要表现水和墨的渲染效果，使活动的人物没有边缘线，突破了动画片通常使用的“单线平涂” 5的制作方法，让人耳目一新。中国水墨动画的历史及所取得的成就如表
20、 2-1 所示：表 2-1 中国水墨动画的历史及成就片名 摄制完成时间 所获奖项小蝌蚪找妈妈 1961 年 7 月 瑞士第 14 届洛迦诺国际电影节短片银帆奖；中国第 1 届电影百花奖最佳美术片奖；法国第 4 届安纳西国际动画片电影节儿童片奖；法国第 17 届戛纳国际电影节荣誉奖；南斯拉夫第 3 届萨格勒布国际动画电影节一等奖；法国巴黎蓬皮杜文化中心第 4 届国际儿童和青年(电影)节二等奖等。 6牧笛 1963 年 12 月 丹麦第 3 届欧登塞城国际童话电影节金质奖等 6鹿铃 1982 年 12 月 中国第 3 届电影“金鸡奖”最佳美术片奖；苏联第 13 届莫斯科国际电影节最佳动画片特别奖等
21、 6三维水墨动画设计与实现- 6 -山水情 1988 年 10 月 中国首届上海国际动画电影节美术片大奖；中国第 9 届中国电影金鸡奖最佳美术片奖；苏联第 1 届莫斯科国际少年儿童电影节勇与美奖；保加利亚第 6 届瓦尔纳国际动画电影节优秀影片奖；加拿大第十四届蒙特利尔电影节最佳短片奖；印度孟买国际短片、纪录片、动画片电影节最佳童话片证书奖等。 6从表 2-1 可以看出，中国水墨动画经历过一个非常辉煌的时代，但自 1988 年的山水情之后，制作出中国历史上所有优秀水墨动画的上海美术电影制片厂乃至中国动画界再也没有新的水墨动画片问世， 山水情成为了中国水墨动画的绝唱。究其原因，主要可以归结为两点：
22、（1）目前市场上的动画片商业性太强，而水墨动画片制作工艺复杂、耗时长、成本高、投入惊人，过高的艺术追求注定了水墨动画无法走现行的商业化道路，而艺术价值同商业价值的脱离成为水墨动画无以为继的硬伤。表 2-2 说明了小蝌蚪找妈妈 、 牧笛 、 山水情制作人力和时间的比较。表 2-2 水墨动画制作对比表 5片名 片长 制作人数 耗时小蝌蚪找妈妈 14 分钟 70 人 6 个月牧笛 20 分钟 50 人 15 个月山水情 18 分钟 60 人 18 个月资料来源：郭宜峰. 基于 3DS MAX 的水墨三维动画的设计与实现D. 中国：四川师范大学，2008.（2）水墨动画需要大量的手工操作，制作人员大部
23、分需要有中国画功底，而中国画功第二章 雨后的设计过程- 7 -底又不是一朝一夕就能培养出来的。这就给水墨动画的制作带来很大的困难。根据以上两点，再结合三维动画的优势，我们不难发现：（1）相对于一张张画在透明赛璐珞片上的水墨上，可以重复使用的三维模型可以有效的节省制作时间，减少人力投入，从而整体上降低动画片的制作成本，使其商业化成为可能。（2）先进的动画制作软件可以中和水墨动画对制作人员专业水平的苛求。并且以上的论述在 2003 年就得到了验证。2003 年许毅的作品夏入选计算机图像技术盛会“SIGGRAPH 2003” ，这也是中国大陆第一次入选 SIGGRAPG 这样的顶级 CG 盛会。 夏
24、的不同之处就在于它不是“画”出来的，而是“做”出来的。 夏用 Maya 来“搭建模型”和“渲染”出中国传统艺术。这个不会被认为是其他国籍的独具风格的三维动画说明了水墨三维动画是可以实现的。 52.2 主题的确定凡事都要有个主题，三维水墨动画也亦然。我们认为三维水墨动画必须基于水墨画来确定角色、场景、分镜头剧本等。而中国水墨画博大精深，小到蝌蚪大到山河都被水墨画家画得韵味十足。经过材料的收集，我们提出了三个方案为备选主题：（1）以荷塘为三维水墨动画的主背景，描绘一个雨后荷塘鲤鱼与孩童嬉戏的欢乐景象。（2）竹林与山水的结合，主要展现清幽秀美的景色。（3）以陶渊明的桃花源记为线索，展开寻找桃花源的故
25、事。在以上这三个方案中，方案二主要是描绘山水竹林的美丽精致，故事性较弱，缺乏角色的特征；方案三虽有一定的故事情节，但所能收集到资料较少，制作比较困难。而方案一有明显的故事情节、脉络特征、角色特性鲜明，并且有夏 、 荷塘月色这两部优秀的三维水墨动画的借鉴，所能参考的资源材料比较多，故最后选定方案一为主题。图 2-1 为我们所采用作为该项目原始参考图的水墨画蒲塘秋艳图 。三维水墨动画设计与实现- 8 -图 2-1 蒲塘秋艳图2.3 整体实现方案及分工在主题确定之后，我们根据三维动画片段制作阶段的制作流程并结合我们实际的人员情况，将制作流程大概分为三个部分：建模、材质贴图、动画，再加上后期特效以及片
26、头总共有 5 个部分。（1）建模建模方式有很多种：多边形建模、样条曲线建模、面片建模、NUBRBS 建模等。根据不第二章 雨后的设计过程- 9 -同的模型需要，采用不同的建模方式。考虑到建模是动画制作的第一步，担任着基石的角色，只有建模良好的完成了才能为后续的工作打下坚实的基础，故这一部分由我负责。（2）材质贴图从建模软件中导出模型的 2D 平面图，利用 Photoshop 等图片编辑软件对平面图进行加工处理，以达到水墨效果的贴图，最后再导回 3D 模型对其进行贴图。材质贴图需要良好的美术基础，黄山对于颜色的把握，浓淡的控制有着不错的功底，这一部分就由她来完成。（3）动画利用骨骼和蒙皮来驱使角
27、色模型的运动，并通过设置关键帧使动画里的角色可以自如的运动起来。所谓动画关键就在于能够动起来，这需要良好的耐心去调节关键帧，林晓阳心思细腻可以胜任这一部分的工作。（4）片头运用 flash 制作一个短片头，由蒲塘秋艳图引出三维动画，制作一个 2D 到 3D 的转场效果。黄山有 flash 的制作经验，片头就由黄山来制作。（5）后期特效利用 Premiere Pro 等视音频编辑软件为渲染好的动画增添模糊晕染的特效，使得整体画面更加具有水墨效果。这部分就由我来完成。2.4 工具介绍根据分工，我主要的工作在建模和后期特效合成这两个部分。因此快速上手的建模工具和效果明显的后期工具是我对工具选择的要求
28、。（1）3ds max3ds max 和 Maya 都是三维建模工具中佼佼者，虽然 Maya 的专业性更强，但基于 3ds max“操作简单，扩展性好”这一优点，我选择了 3ds max。3ds max 界面如图 2-2 所示：三维水墨动画设计与实现- 10 -图 2-2 3ds max 界面（2）Premiere ProAdobe Premiere Pro 是目前最流行的非线性编辑软件，是数码视频编辑的强大工具。它可以为视频增加各种不同的特效，使画面更加生动。并且它兼具剪辑和配乐的强大的功能，是该项目必须采用的软件之一。Premiere Pro 的界面如图 2-3 所示：图 2-3 Prem
29、iere Pro 界面第三章 具体实现- 11 -第三章 具体实现3.1 荷叶建模 7荷塘中的荷叶有各种不同的形态：平铺的大荷叶、碗状的荷叶、边缘外翻的荷叶、刚刚生长出来的小荷。此处详细介绍平铺的大荷叶的建模方式，其他荷叶的建模方式在大荷叶的基础上进行简单的介绍。大荷叶建模步骤：（1）在命令面板中选择“Create”“Shapes”“Circle” ，在 Top 视图创建一个圆Circle01。如图 3-1 所示：图 3-1 大荷叶建模步骤 1（2）将 Circle01 转换成可编辑曲线。三维水墨动画设计与实现- 12 -图 3-2 大荷叶建模步骤 2（3）选择“Segment”状态下，点击两
30、下 Divide，将它分为 16 段。图 3-3 大荷建模步骤 3（4）然后将每个点调节的自然些，不要那么圆，类似荷叶边的波浪。第三章 具体实现- 13 -图 3-4 大荷叶建模步骤 4（5）选择“Vertex”状态下，在 Front 视图将点调节成波浪线。图 3-5 大荷建模步骤 5（6）选择“Editable Spline”，按住 shift 键，使用等比例缩放进行复制，复制出 7个。图 3-6 大荷建模步骤 6三维水墨动画设计与实现- 14 -（7）选择“Editable Spline”，在 Front 视图中将最外圈向上移动一点，其余的依次向下移动，类似碗的形状。图 3-7 大荷建模步
31、骤 7（8）将调节好的碗状的 Circle01 至 Circle08 全选，复制，视图中出现两份碗状Circle 群。在 Top 视图中，删除第一份最内的 Circle 和第二份最外的 Circle。图 3-8 大荷建模步骤 8（9）将第一份和第二份 Circle 分别用 Attach 命令结合起来。第三章 具体实现- 15 -图 3-9 大荷建模步骤 9（10）将第一份和第二份 Circle 分别塌陷成“Editable Poly”.图 3-10 大荷建模步骤 10（11）将第一份 Circle 和第二份 Circle 吻合起来。并用 Attach 命令将第一份 Circle和第二份 Cir
32、cle 结合起来。三维水墨动画设计与实现- 16 -图 3-11 吻合前后对比图（12）选择“Vertex” ，选择所有的点，点击“Weld”.图 3-12 大荷建模步骤 12（13）增加“FFD 444” 修改器，用缩放工具对 y 轴方向压扁，选择“Control Points”，并选择中间 4 个 Points 用移动工具略微向下移动。图 3-13 大荷建模步骤 13第三章 具体实现- 17 -图 3-14 大荷建模步骤 14最后再添加一个“Shell”修改器，是荷叶有一定的厚度，不会显得太单薄。以上大荷的建模步骤完毕，图 3-15 为建模完成后渲染出的大荷效果。图 3-15 大荷渲染图其
33、他形状荷叶的建模过程与大荷叶类似，只是在一些步骤的细节上有略微的改动。以下针对每种荷叶的具体改动进行阐述。碗状荷叶的不同之处在于步骤 7 时，各 Circle 之间的距离拉的稍微大一些就可以了。渲染效果图如 3-16：三维水墨动画设计与实现- 18 -图 3-16 碗状荷叶渲染图边缘外翻的荷叶的不同之处在于步骤 7 时，最外圈的 Circle 不是在整个碗型的最上部，而是要略微下调，大概在上端往下三分之一处。渲染效果图如图 3-17：图 3-17 边缘外翻荷叶渲染图小荷的建模过程只要进行到大荷叶的步骤 12，然后添加修改器 bend 修改器，修改其中的一些参数就可以了。第三章 具体实现- 19
34、 -图 3-18 参数修改版面和小荷渲染图3.2 荷花建模 8（1）按照大荷叶建模的步骤 1 和步骤 2 完成荷花建模的前两个步骤，然后在选择“Segment”状态下，留下一段 Segment，将其他三段 Segment 删除。图 3-19 荷花建模步骤 3（2）在命令面板中选择“Create”“Shapes”“Line” ，在 Top 视图创建一个短线。如图 3-20 所示：三维水墨动画设计与实现- 20 -图 3-20 荷花建模步骤 4（3）选择短线，在命令面板中选择“Create”“Compound Objects”“Loft” “Get Path” ，然后选择长线，花瓣的雏形就出来了。
35、图 3-21 荷花建模步骤 5（4）选择 Loft01,进入修改面板，选择“Scale”,进入 Scale 面板。在版面上增加节点，并调整边缘的弧度。调节好之后，同样为了花瓣不要显得过于单薄，加入“Shell”修改器。第三章 具体实现- 21 -图 3-22 荷花建模步骤 6（5）花瓣建好之后，就可以开始复制，并使用旋转、移动和缩放工具开始创建荷花。图 3-23 荷花建模步骤 7根据不同的缩放比例、旋转位置以及花瓣排列的紧密，可以制作出各种形态不同的荷花。三维水墨动画设计与实现- 22 -图 3-24 不同形态荷花渲染图3.3 鱼建模（1）在命令面板中选择“Create”“Shapes”“Li
36、ne” ，在视图中创建一条直线Line01,同样选择在命令面板中选择“Create”“Shapes”“Ellipse” ，创建一个椭圆Ellipse01，并通过工具栏上的“Align”使两者中心对齐。图 3-25 鱼建模步骤 1第三章 具体实现- 23 -（2）选择 Line01，在命令面板中选择“Create”“Compound Objects”“Loft” “Get Shape” ，然后选择 Ellipse01，产生复合体 Loft01。图 3-26 鱼建模步骤 2（3）选择 Loft01，进入修改面板，选择“Scale”,进入 Scale 面板。在线上增加节点，并调整边缘的弧度。调节好之
37、后，鱼的基本形态就产生了。必要的话可以添加“FFD 444” ，稍作调整。图 3-27 鱼建模步骤 3三维水墨动画设计与实现- 24 -（4）在命令面板中选择“Create”“Shapes”“Line” ，在视图中创建一条封闭曲线 Line02。为 Line02 增加“Extrude”修改器，并设数量为 100。选择 Loft01,在命令面板中选择“Create”“Compound Objects”“Boolean” “Pick Operand B”，选择Line02 形成鱼嘴效果。图 3-28 鱼建模步骤 4（5）在前视图中绘制 Line03，如鱼尾的样子。为 Line03 添加“Extrude”修改器，设置数量为 1。有必要可以增加“FFD 222”修改器，进行鱼尾形状的略微调整。图 3-29 鱼建模步骤 5（6）与建立鱼尾同样的方法，可以建立出于的背鳍和腹鳍。图 3-30 鱼建模步骤 6
