三维动画概论

第一讲

就在几年以前，我们还只能从中央视台看到少量的电脑动画镜头，因为当时的制作成本高，难度大。早先的计算机动画系统的价格要花成百上千万资金，而后在桌面工作站上制作动画成本大大降低，到了今天，电脑的功能愈来愈强大，以至我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技，更有不少电脑爱好者在自己的个人电脑上玩起了动画制作。

在各类动画当中，最有魅力并动用最广的当属三维动画。二维动画可以看成三维动画的一个分支，它的制作难度及对电脑性能的要求都远远低于三维动画。过去制作三维动画需要程序员的维护和操作，如今，计算机价格在不断降低，性能则在不断的增强，三维动画软件，则是功能愈来愈强大，操作起来也是愈来愈容易，这使得三维有更广泛的运用。假如你喜欢访问个人主页，会很容易看到一些简单的三维动画，制作人也许刚刚学会用电脑，就急于显示自己的动画才能，毕竟我们的世界是立体的，只有三维才让我们感到更真实。

制作三维动画的步骤：

制作三维动画是一个涉及范围很广的话题，从某种角度来说，三维动画的创作有点类似于雕刻，摄影、布景设计及舞台灯光的使用，你可以在三维环境中控制各种组合。光线和三维对象，他们总是听候你的调遣，你需要的除基本技能外，还要有更多的创造力。作为专业级的作品至少要经过三步：造型、动画和绘图。

第二讲

Infini-D 4.5是用于制作3D动画的高级工具。它把真实的自然的动画融化在专业动画特效中。所有高质量的特殊动画和输出效果，都可以在一个集成化、直观化的环境中完成。此外，它还具有自动加速显示，强劲的批处理显示队列，并且支持在Internet上的MetaStream技术。Infini-D 4.5支持3-D模组与动画的 Real Time Geometry的技术，可最佳化模型中多边形的数目而不用牺牲结构的完整性。互动性的D-over-video的功能允许使用者预览制作的动画，不再需要预览测试。分子系统可完整控制分子的生命周期与碰撞。这款软件包括质量灯光、变形工具、新的扫描计算方式、摄影机与灯光的即时控制。

造型就是利用三维软件在电脑上创造三维形体。一般来说，先要绘出基本的几何形体，再将它们变成需要的形状，然后通过不同的方法将它们组合在一起，从而建立复杂的形体。另一种常用的造型技术是先创造出二维轮廓，再将其拓展到三维空间。还有一种技术叫做放样技术，就是先创造出一系列二维轮廓，用来定义形体的骨架，再将几何表面附于其上，从而创造出立体图形。由于造型有一定难度，工作量又大，因此，我们可以在市场上找到包罗万象的三维造型库，从自然界的小动物到宇宙飞船，应有尽有，直接调用它们可提高工作效率，也可为经验不足的新手提供方便。

动画就是使各种造型运动起来，由于电脑有非常强的运算能力，制作人员所要做的是定义关键帧，中间帧交给计算机去完成，这就使人们可做出与现实世界非常一致的动画，如我们看见好莱坞大片，很多镜头是用电脑合成，我们却无法分辨，不像传统的动画片，由于是手工绘制，帧与帧之间没有过渡，我们看到的是画面不断跳跃的卡通片。

第三讲

绘图包括贴图和光线控制，当我们完成这一切要给动画上色时，会发现电脑的性能对制作三维动画有多么重要，动画一秒钟大约为30帧，合成一帧（就是一个画面）可能用几秒，也可能要几十分钟，性能不佳的电脑将无法工作。

制作三维动画需要大量时间，为了获得更高的效率，通常将一个项目分为几个部分，特别对于那些投资巨大的制作。这就使分工协助显得非常重要，很少见到一个象样的三维动画由一位设计者独立完成。

PC机上动画

十几年以前，要做电脑动画离不开图形工作站，然后Mac机的加入使电脑动画的影响力逐步扩大，近年来PC机在速度及存储量上都有显著的提高，已经在和传统上做动画的图形工作站及Mac机一争高低，这时电脑动画才真正流行起来。不过，图形工作站的性能比起PC电脑还是优越很多，由于工作站通常比台式电脑贵十倍左右，所以国内一般电脑制作公司多配置性能较好的PC或Mac电脑，个人用户几乎都在使用PC机，实际上，PC与Mac 之间的性能差距已越来越小，而PC机的价格优势仍很明显，因此用PC机做电脑动画必然成为主流。

第四讲

用电脑制作的动画一般都很大，即使压缩成VCD或DVD也包含巨大的数据量，通常我们把这类动画称为数字电影，并将其储存在光盘上。近年因特网发展迅猛，枯燥无味的静态页面很难再引起人门的兴趣，制作人员希望能使用引人入胜的动态效果来吸引用户的注意，由于网络带宽的限制，在主页上放置过大的动画文件是不现实的。在这种背景下网页动画孕育而生并迅猛发展起来，先后产生了Java、Shockwave、SureStream、MetaStream 等网上动画技术。Java脚本能够将一个Applet（小程序）加在网页上，这样就能够根据需要画出图形，甚至加载事先做好的动画；

Shockwave技术的运用可以实现在Internet上的交互多媒体；利用SureStream可在Internet上实现音频及视频的回放，而无须顾及带宽；而MetaStream则是网上三维的新标准，通过它可以在Internet上呈现精彩的3D世界。为了观看后三种动画，需要在本地下载安装插件（Plug-in），当然这并不困难，因为在浏览包含这几类动画的网页时，电脑会提醒你，只要点OK，就会自动从网上下载这些插件并自动安装到你的电脑上。

随着Internet迅猛发展，我们生活中数字信息的数量正在急剧增加，质量上也将大大地改善。动画特别是三维动画被当作一种最佳的信息的包装方式，CD-R中的三维游戏也非常热门。无疑，三维技术能使人耳目一新。给人最好的视觉感受是所有信息传播者共同的追求，因而三维动画必将更多的出现在相关媒体特别是Internet上，三维制作软件也将朝着功能更强，使用更容易，更具交互性等方向发展。未来，我们将生活在信息的海洋，而三维动画将是一道随处可见的风景。

第五讲

软件集锦

在各种动画软件中，三维创作软件所占的比重最大，相信看过三维动画的人，都会被那迷人的动画世界所吸引，希望有一天也可以遨游在想象的空间中，创造出属于自己的动画。随着电脑科技的日新月异，各个软件公司不断推出新版本的软件，将使电脑动画技术更加普及，下面我就较为流行的动画软件作个介绍。

一、SoftImage公司（已被Microsoft收购）的SoftImage最初是一款历史悠久、功能强大的工作站上应用的三维造型、绘图、动画软件，它尤其擅长于动画制作，能够实现许多令人惊异的效果，大量的动画辅助工具使SoftImage制作的作品栩栩如生，它的代表作之一就是《侏罗纪公园》里的恐龙，相信看过这部电影的朋友一定会有印象。SoftImage以其卓越的性能，更成为游戏开发者钟爱的工具。近年Microsoft将SoftImage移植到Windows NT上，使其SoftImage影响力进一步扩展。

二、Lightwave 3D起初是NewTek公司为Amiga平台设计的一款三维软件。现在已能工作在Windows平台。该软件能够实现粒子动画、不同类型的图象映射和图象融合效果——也就是说一种效果能够融入另一种效果之中。

三、Pixar公司的Renderman是一款可编程的三维创作软件，它在三维电影的制作中取得了重大成功，《玩具总动员》中的三维造型全部是由Renderman绘制的。

四、Alias/Wavefront公司编制了大量的用于工作站的三维创作软件，在专业三维制作领域占有明显的优势，如今为适应飞速发展的PC电脑，Alias/Wavefront 公司又推出了适用于Windows NT工作环境下的Maya，是一个功能强大的三维软件，相信看过《星际战队》的朋友会感受到Maya强大的功能。目前最新版为Maya2，我们来看看Maya2的一些特性；

采用节点框架，可即时修改和描述动画并能记忆制作动程。

提供关键帧和程序动画的制作工具，可以迅速而容易设定驱动键，提高工作效率。

用MEL代替传统的Keyframing创造复杂动画，可复合多层动画路径成单一结果，并以简单曲线操控由Motion Capture产生的密集曲线。

提供理想的肌肉，皮肤和衣服动画制作工具，同时可生成自然景观。

支持复杂的动态互动功能。

在建造模型方面：提供完整的NURBS及Polygon制作模型工具、变形工具箱、編织曲面。

上色方面：选择式光迹追踪法、模拟各种透镜、灯光效果，如闪光、云雾、逆光、昡光等。

Maya给三维设计者提供了优秀的制作工具来表达无比的创意。

第六讲

五、Autodesk不仅有享誉全球的Autocad，也产生了著名的三维动画制作工具3D Studio及换代产品3D Studio MAX，另有Animate Pro为著名的平面动画制作软件。3D Studio，在古老的DOS时代就非常非常流行，现在国内仍有很多专业人员用它做建筑效果图。其最新版本3D Studio R4对性能不高的电脑应是最佳的选择。随着视窗操作系统的流行，Autodesk公司推出了3D Studio MAX，由于它是在WindowsNT下运行（3D Studio MAX2 可运行于Windows98），并且性能远超过3D Studio，因而迅速成为国内的主流产品。下面就最新版3D Studio MAX R3做个介绍。

随着制作设计工作的不断复杂与庞大，在PC平台上进行专业建模及三维动画制作群体将更多地强调集体的协作，3D Studio MAX R3三维动画制作软件在整体协作工作流程方面作了很多改进，新增加的功能包括：

方便易用的外部参考，调用external references脚本语言和scripting 脚本宏记录macro-recording、可定制的工作环境GUI、完全重新设计的渲染器及针对下一代三维游戏而设计的一些功能等。

界面新添图解视图，通过新的图表面板和右击快捷选单可以快速地访问各个工具。命令可以按图标的方式显示在工具栏中，也可以按原来的方式显示文字按钮。用户可以通过创建自己的工具和工具栏来重新安排用户界面元素，被重新安排的界面还增加了图解视图，从而很容易地观察视图中所有对象的组织结构和层级及参考关系。

Xrefs可作宏观控制，Xrefs是外部参考文件，它允许多个动画师和建模师同时在一个场景中工作，而不相互影响。它既可参考整个场景又可参考部分对象，并随着参考对象的改变随时变化，从根本上解决了原物整体协作工作的诸多不便。

增强了建模了功能：3D Studio MAX R3在可编辑网格和编辑网格（Editable Mesh）方面作了大量改进，用户可直接在网格体上任何位置增加网格线，可对所选面进行拉伸和倒角操作，通过各种变形将简单的几何体创建成复杂的模型对象，将任何非网格对象附加到Editable Mesh上。新增的Auto-Grid 可基于表面法线在任何表面上创建临时栅格，并在此栅格上创建对象。

扩展了着色方式：3DS MAX R3在材质编辑器中增加了许多新的着色方式，为了适应这个变化，用户界面也作了适当的安排。扩展的着色方式可以直接给材质编辑器界面插入新的明暗模式，同时每个明暗模式有它自己的贴图类型。材质编辑器中还有多种复合材质特性，如：Composite材质，可复合十种材料；Morpher材质，结合Morpher编辑器，对材质进行变形；Shellac 材质，可叠加不同的材质。

实时交互渲染的特色：用户在渲染的时候可以选择3DS提供的反走样过滤器，在渲染过程可以产生类似的特效，以前只能使用应用镜头闪光、发光、颜色平衡、对比、增亮和模糊等操作，现在可以在渲染的过程中交互地调整它们。这些参数也可以设置动画，该选项对计算机生成的图形与存在的影片镜头混合非常有用，可以比以前更方便地浏览正确的路径。

另外在功能性和易用性方面的改进还体现在增加了许多非常大的改进。由于3D Studio MAX 3功能强大，并较好的适应了国内PC机用户众多的特点，被广泛运用于三维动画设计、影视广告设计、室内外装饰设计等领域，业内有句话：只有你想不到的，没有3DSMAX做不到的。也就是说，用3DSMAX搞三维创作，最大的局限便是作者本身的能力。

第七讲

六、Macromedia 是全球多媒体业界的领导者，最出色的多媒体光盘大多是用Director及Authorware开发的。在Internet迅速流行的今天，Macromedia又成功的将其强大的多媒体技术移植到网站建设上，开发出系列网上多媒体制作工具。下面我将介绍Macromedia的Extreme 3D、Director及Flash。

Extreme 3D提供完整3D动画制作环境，由一开始的3D模型建立到动画的控制与调整，至最后着色（Render）得到 3D 成品，可以一气呵成。Extreme 3D 符合人性化界面的设计环境，所以常被运用于美术设计，多媒体制作以及合成3D动画。Extreme 3D有浅显易懂的操作界面和使用方式，特别是与Macromedia 的一系列影响巨大的多媒体产品，如FreeHand，Director和Authorware做完美的组合，使制作人员更易上手，应用领域得以不断延伸。Extreme 3D 有 Windows 与Macintosh两个版本，在这两个平台上有着完全相同的操作环境与文件格式，並允许具透明特性的文件交换运作在两个平台间，同时为了提高至最大的网络效能，即使在Windows和Macintosh混合的平台环境中，亦能执行分配上色（distributed rendering）的能力，因此Extreme 3D成为一个真正的跨平台的软件，这是很多三维软件所不具有的功能。

Director在光碟动画的创作及多媒体编辑应用方面始终居领导地位，有Windows版和Macintosh版，最早的Director是平面动画制作软件，而后逐渐发展成具有强大的媒体编辑，动画制作及交互控制功能的多媒体软件，广泛的运用于专业的企业简报；娱乐性与教育性光碟；商品展示……等，运用Shockwave技术可创作引人注目的网页。目前最新版本为Director 7。Director本身具有很强的二维动画创作能力，你可以利用一些技巧产生一些三维视觉效果，也可以通过导入三维电影或三维图片组来产生真正的三维动画。另外，我们可利用Director的Xtra功能，将一些制作三维的外部程序嵌入Director中，如使用QD3D Xtra系统扩展，可以在Director演员表中加入全交互的三维对象。

Macromedia 推出了Flash5，Flash是目前制作网络交互动画的最优秀工具：它支持动画、声音以及交互功能，具有强大的多媒体编辑能力，并可直接生成主页代码。Flash通过使用矢量图形和流式播放技术克服了目前网络传输速度慢的缺点。基于矢量图形的Flash动画尺寸可以随意调整缩放，而不会影响图形文件的大小和质量，并且只要用少量向量数据就可以描述一个复杂的对象，占用的存储空间只是位图的几千分之一，非常适合在网络上使用。流式技术允许用户在动画文件全部下载完之前播放已下载的部分。Flash提供透明技术和物体变形技术使创建复杂的动画更加容易，为Web动画设计者的丰富想象提供了实现手段。交互设计可随心所欲地控制动画，赋予用户更多的主动权；优化的界面设计和强大的工具使Flash更简单实用。Flash也可制作出色的三维动画，如果你经常上网就会注意到这类动画，但要做好三维动画更需要设计者的创造力，由于Flash本身没有三维建模功能，为了做出更好的三维效果，可在Adobe Dimensions 3.0中创建三维动画，再将其导入Flash中合成。用Flash制作的动画非常小，一张普通软盘通常可装入大把的Flash动画，这与我们用其它软件做的动画需放入光盘形成强烈的对比，这正是Flash迅速流行的重要原因。要观看Flash制作的网上动画，需要在浏览器中安装插件。

第八讲

七、Metacreations 拥有许多非常著名的工具软件，其应用遍布平面广告制作、多媒体制作、二维、三维视频处理、Web制作等领域。下面我将分别介Metacreations的Poser，Bryce，Carrara，Infini-D。

Poser 4是一个3D人物动画和模型设计工具，它能使用户在最短的时间内，建立效果惊人的电影，图像和各种姿势的3D造型。利用制作好的模型，可以生成用于Web的电影和2D图片，打印件和视频文件。Poser4带有非常多的库，比如，头发、脸部表情、手部动作都有细部的描述。外形适配使每件衣物都好像是贴身制作的一般。Poser造型可以通过弯曲、拉申、挤压被改造。用户可以生成morph目标物体或者动画磁性变换生成反弹效果。Wave（波动变换）：可以在表面产生波动。Turbulence（急速运动）：生成诸如飞溅或者爆炸效果。先进的材质控制：在Poser材质中整合了透明和反射特性，可以附着于整个的身体或者单独的身体部分上。Poser中增加了新的光照形式，固定的三盏球形光源，并在一个场景之中增加灯光的数量是没有限制的，使用一个〝point at〞功能，灯光可以追踪一个物体或者一个造型的动态。

Bryce4是创建三维场景的最佳工具，不论是专业创作人员或业余爱好者，Bryce4会让你沉浸于3D影像编辑的乐趣之中。新的动画控制允许将天空、海洋、山峰、岩石及建筑物等等你可以想到的东西导入的3D模组制作成动画，并可以对其进行细微的编辑，如山峰的高度、陡峭的程度等。你可以用旋转、曲线或飞跃等指令模拟摄影机的动作，並可编辑或储存这些动作的路径以便将来作为导入或导出之用。除了将制作好的三维以图片及动画的方式发布外，你还可将其输出成MetaStream的格式在网上发布。

Canoma是一个能将二维平面照片迅速变成三维模型的制作工具。Canoma提供完整的三维建模、投影场景、动画、着色、特效解决方案。面向专业三维设计者，Canoma的开放体系允许用户通过外挂插件自定义包来实现无限自由的创造。Canoma能够载入并编辑有材质和动画的标准3D文件。Canoma优化带来高速性能，支持高速的着色并且支持Open GL，Canoma针对Web、多媒体和打印领域建立高质量的3D输出。通过简单轻松的工作流程、故事板、输出成为MetaStream、开放的文件格式允许用户在Internet上流式传送3D，为Web世界增添动人画面。

Infini-D 4.5是用于制作3D动画的高级工具。它把真实的自然的动画融化在专业动画特效中。所有高质量的特殊动画和输出效果，都可以在一个集成化、直观化的环境中完成。此外，它还具有自动加速显示，强劲的批处理显示队列，并且支持在Internet上的MetaStream技术。Infini-D 4.5支持3-D模组与动画的 Real Time Geometry的技术，可最佳化模型中多边形的数目而不用牺牲结构的完整性。互动性的D-over-video的功能允许使用者预览制作的动画，不再需要预览测试。分子系统可完整控制分子的生命周期与碰撞。这款软件包括质量灯光，变形工具，新的扫描计算方式，摄影机与灯光的即时控制。

八、当前，在动画家族中产生了一批非主流软件，其特点是：操作简便，并预设好了多种动画效果，因而深受非专业人士的欢迎。如Ulead Cool 3D（一天之内可学会）和Xara 3D（一小时差不多会用）就可非常容易的产生三维文字动画，甚至有燃烧和爆炸效果。Ulead Cool 360则像它的名字一样，可将几张平面图拼成可旋转360度的三维模型。Ulead GIF Animator可做出各种网上流行的gif动画，并能实现gif,avi及图片组之间的相互转化。这类软件群众基础好，并且一般可从网上免费下载试用，因而能迅速传播。随着个人主页的不断增多，越来越多的网页制作者会用这类软件装修自己的Web门面。