■　關于建筑三維動畫實現(xiàn)的重點以及思路

時間：2014-03-16 16:46 | 作者：wujian | 瀏覽量：

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     摘要：伴隨著我國城市化進程的加快，建筑動畫是近年來三維技術走入中國后一個最有發(fā)展前景的應用領域，也是未來建筑表現(xiàn)的一個發(fā)展方向，作為三維動畫的設計者及技術實現(xiàn)者，掌握建筑三維動畫的基本實現(xiàn)方法，在清晰的思路指導下，有效地安排工作重點，合理分配技術力量，在短時期內(nèi)完成未來建筑以及城市的動畫展示過程，是獲得更高的社會及經(jīng)濟效益的理論保障。
關鍵字：建筑動畫、三維動畫、動畫制作方法、三維模型、動畫特效制作

三維動畫是一種用計算機模擬空間造型和運動的動畫形式，是純粹的計算機技術的產(chǎn)物。三維動畫的本質即通過計算機的運算和處理，建立三維物體造型，并使該物體在三維空間運動。三維動畫已經(jīng)發(fā)展了很多年，從最初的三維物體造型，發(fā)展到目前的虛擬現(xiàn)實技術，在三維模擬的建立手段、計算方法以及三維真實效果等方面，具備了很高的技術水平。用三維動畫表現(xiàn)內(nèi)容主題，具有概念清晰、直觀性強、視覺效果真實等特點，特別適用于學校教學、科研、產(chǎn)品介紹、廣告設計以及軍事領域，三維動畫同時也是多媒體產(chǎn)品中比較常見的媒體形式。
在三維動畫技術的實現(xiàn)過程中需要對整個動畫方案形成一套完整的思路，并且在三維技術的具體實現(xiàn)過程有不同的工作側重點，下面就以目前國內(nèi)在三維技術應用方面比較熱門的建筑三維動畫為例，談一談其工作重點及思路的問題。
建筑動畫不是單幀的效果圖表現(xiàn)，它是一個動態(tài)的表現(xiàn)。那么建筑動畫包含了哪些方面的制作和思路呢？在制作方面，要求熟練使用三維軟件，靈活運用多種軟件。從制作流程來講，包括創(chuàng)建模型、貼圖、特殊材質繪畫、動畫設計與實現(xiàn)、燈光與材質調、建立環(huán)境、渲染輸出、后期處理、特效加工到最終的作品打包整合。從思路來說，建筑動畫里需要有較強的攝影藝術打底，是一種導演指揮全局的制作思想，也是一種整體藝術的表現(xiàn)。
一、 構思
任何一個CG作品都要有鮮明突出的主題，這樣才能吸引人，所以在制作之前的構思就顯得很重要，否則只靠出色的渲染效果是遠遠不夠的，構思主要是確定作品所要表達的重點，對每一個作品都將由專業(yè)的策劃人員構思制作腳本，給客戶以創(chuàng)想的構思思路。
制作建筑動畫很講究制作思路、制作方向等，作者的制作水平和技巧都會在動畫中表現(xiàn)出來。建筑動畫在制作前要充分設計好動畫腳本，即動畫劇本，需要制定好所表現(xiàn)的主體，設計好分鏡頭及每個鏡頭的表現(xiàn)手法，制定好特效的制作方案，這樣有利于后期制作，也有利于團隊的分工合作。在建筑物或是城市的漫游動畫中，在構思過程中，就需要至少兩種思路的存在：
其一為整個大場景的制作和動畫設計，想要得到流暢、高質量、高清的畫面效果，必須保證畫面中的構筑物和自然景觀模型的總面數(shù)不超過5萬個左右。在這種思路的引導下，建筑物的單體模型將會由面數(shù)極簡的幾何體構成，這就需要通過尺寸合適、比例合理、畫面逼真的貼圖來實現(xiàn)該建筑單體模型的制作。另外自然景觀也建議盡可能使用插件進行制作，一方面其后期效果較好，制作的模型已經(jīng)進行了優(yōu)化，并且其參數(shù)功能利于動畫制作；另一方面也比在三維動畫開發(fā)軟件中進行制作的效率高。
其二是在強調細部特征的表現(xiàn)時，在設定好一個動畫漫游線路之后，按照該線路所要表現(xiàn)的建筑單體的具體形象進行科學的建筑單體的建模工作。在構思表現(xiàn)手法時，還要突出三維技術優(yōu)異于實景拍攝的特點，可以利用在實景拍攝中無法完成的以建筑物結構線框表現(xiàn)的畫面實現(xiàn)方法。
總體來說，在構思上一定要多參考影視作品中大制作畫面，既要做到突出主題，又要在畫面的鏡頭處理上強調視覺效果。
二、繪制草圖
繪制草圖就是將構思先簡單的表現(xiàn)出來，當然也不是一定要這樣，尤其是一些強調電腦制作技術的項目中，如果只是制作一些簡單的內(nèi)容，那么只要在頭腦中形成大致的輪廓就可以了，如果要完成一些較大的、需要多領域合作的項目，那么最好是將繪制出的不同領域的表現(xiàn)草圖以互相溝通，完成復雜的動畫制作。
在建筑漫游動畫中，繪制草圖的過程實際上就是制作故事板的過程，鏡頭如何處理、畫面中需要有哪些元素、最終這些鏡頭如果進行剪輯、后期數(shù)字合成過程中需要添加哪些效果等等。
當然，對于往往強調技術實現(xiàn)的三維動畫制作過程中，由于設計和制作者多為計算機工作人員，可能會缺乏扎實的繪圖基礎，因此繪制草圖不是一項在三維動畫技術實現(xiàn)過程中的重點部分，甚至是在動畫的調試過程中，由系統(tǒng)開發(fā)平臺所提供的動畫功能就能實現(xiàn)出最初設計過程中所想象不到的畫面效果。
三、建模
在準備工作完成后，就可以開始建模，將客戶提供的建筑物平面資料或是城市規(guī)劃圖紙等以三維模型展現(xiàn)出來，建模不僅需要耐心，還要有一些技巧，原則是應該在表現(xiàn)出必要細節(jié)的前提下盡量地整體大氣的反映項目的確立點和優(yōu)勢點。
在創(chuàng)建三維模型時，傳統(tǒng)的作法是首先按照平面圖中標注的尺寸，通過建筑CAD軟件進行平面圖的繪制，然后再將文件導入到三維動畫制作軟件中，通過參數(shù)化編輯器生成三維模型，以確保模型科學、準確地反映目標實體。但是隨著三維動畫開發(fā)工具軟件的不斷改進和升級，現(xiàn)在一個比較快速而且準確的做法是：直接通過掃描設備將建筑物平面圖轉化為數(shù)字化圖像文件，在三維動畫開發(fā)軟件中，將其調用為工作區(qū)域的背景，按照圖上的線條進行三維鎖定后直接描出可編輯的二維樣條，此二維樣條通過參數(shù)化編輯修改器直接轉化為三維模型，同時保留堆棧，以便修改。這種方法即快捷又能根據(jù)客戶的變更而隨意進行模型的改動，其方便性及靈活性都是傳統(tǒng)方法所不能比擬的。
在建模的過程中，應依據(jù)整體和個體統(tǒng)一原則，總體上講建筑動畫可分為室外建筑動畫、室內(nèi)建筑動畫、環(huán)境規(guī)劃動畫三種形式，而在常常要表現(xiàn)大場景的環(huán)境建筑規(guī)劃動畫中主要的建模工作會圍繞著制作外墻壁模型、玻璃及玻璃門模型、窗臺模型、動態(tài)人物模型、噴泉模型、流水瀑布模型、遠景樹林模型、中景樹木模型、灌木群體植物模型、土丘模型、山體模型、流動車輛群體模型等進行。建模的過程是動畫實現(xiàn)的最基本保障，模型的合理性、準確性直接反映著動畫的制作水平。這部分工作是整個動畫制作過程中的重點部分，其工作量約占整個動畫制作過程的一半以上，需要由許多動畫制作師共同協(xié)作完成。
四、材質燈光
在制作建筑動畫時，材質與燈光對整個動畫的效果至關重要，會直接影響到整個動畫的真實效果和視覺效果，這也是一個相當復雜的制作和調整過程。在材質與燈光的關系中，不同屬性的光源 照射到物體上會產(chǎn)生不同的變化，如燈光的顏色、燈光的強度、燈光的照射角度、燈光的距離等都會對物體材質產(chǎn)生較大的影響，而不同的物體材質屬性也會影響到燈光照射物體的亮度、高光區(qū)、過渡色、反射等。
為使整個建筑動畫場景更加真實，場景材質的顏色和屬性應與實際的物體相似。在調整材質時除了要考慮個別物體的特殊性外，還要注意材質色調的整體協(xié)調。要控制好材質的反射和折射數(shù)量，否則會在最終渲染時耗費大量的時間。要充分利用好材質貼圖的特性對整個場景和物體表面的控制，如遠近物體的表現(xiàn)，物體表面的凹凸屬性等。
建筑動畫的燈光控制相對靜幀效果圖的制作要復雜一些，建筑效果圖只是單一方向的視覺表現(xiàn)，對整個場景可任意調整燈光的位置、角度、強弱等來達到單一方向燈光的光感效果，對建筑動畫而言，則要進行多角度的調整和觀察。建筑動畫的室外和室內(nèi)場景有較明顯的燈光差別，室外場景除了一些特殊環(huán)境，如夜景、舞臺布景等需要有很強的照明效果和光感反差外，通常都是高強度的單一光線照射，具有充足的日照效果。在進行后期渲染時往往需要將燈光替換為日光型，以達到陰影細節(jié)部位的室外真實效果。當然這需要付出時間的代價，通過將多臺計算機網(wǎng)聯(lián)為工作站，通過網(wǎng)絡渲染可以提高渲染工作效率。
總之，材質和燈光應該是緊密相連的，制作者應將其各種技術參數(shù)進行細致調節(jié)，反復比對靜幀效果，以達到動畫畫面更具有真實性和藝術性。
五、動畫調節(jié)
對于三維動畫作品，動畫的調節(jié)相對來說是難點，特別是角色動畫的調節(jié)，更需要豐富的經(jīng)驗，角色動畫的調節(jié)過程是相當枯燥和繁重的，甚至有時是出力不討好的，往往經(jīng)過大量的關鍵幀調節(jié)之后的動畫效果反而不如簡單的關鍵幀制作的效果流暢，三維軟件系統(tǒng)默認的的自動計算關鍵幀間的線性變化效果可以讓簡單的角色動畫制作方法變得極為簡單，但是如果想要得到惟妙惟肖的角色動畫效果，可借助于動作捕捉系統(tǒng)，由真人完成動作，通過小球運動軌跡的記錄，將其轉換至角色骨胳系統(tǒng)即可。
建筑動畫的動畫調節(jié)相對比較簡單，主要就是攝像機的動畫設置。傳統(tǒng)的做法往往是在場景中創(chuàng)建一臺攝像機，通過在不同的關鍵幀處調整攝像機來記錄一個視角改變的過程。這種方法往往無法制作出一部前后流暢的動畫作品。最佳的動畫方案是通過路徑約束的方法，制作出多條二維樣條的路徑，將攝像機身及目標點分別綁定在不同的路徑上，通過對動畫的觀察調整二維樣條曲線的控制點來達到動畫視覺效果交互實現(xiàn)的效果。但是這種方法目前還沒有被更多的建筑動畫制作者所熟悉和接受。
動畫調節(jié)的細致程度直接影響到最終的動態(tài)畫面效果和觀感，影視作品很注重鏡頭語言的運用，不同的鏡頭語言影響到一部動畫作品的詮釋主體的水平。也許，當制作都完成了大部分的前期工作后，只是因為沒能好好運用攝像機的動畫設置，就會使很多漂亮、精致的模型失去了光彩，顯得平淡無奇。
六、特效運用
做完了動畫工作中上面的部分后，就要為作品添加特技效果了，用來烘托整部動畫作品的氣氛，產(chǎn)生光怪陸離的藝術效果，表現(xiàn)唯美畫面，甚至是跨越時空表現(xiàn)動態(tài)領域等種種方法來表現(xiàn)利用實拍無法達到的主體效果。
加入一定的特效能使建筑動畫的視覺效果更加真實和亮麗。建筑動畫的特效制作一般都不會在三維軟件里完成，因為這樣做在調整上不方便，加重硬件系統(tǒng)負擔，而且調整的依據(jù)都是根據(jù)試渲染的效果進行的，造成制作動畫制作效率低下。制作建筑動畫所需要的特效并不多，技術相對簡單，常用的如在水面加入閃光、加入鏡頭光暈、為場景中制作清晨霧效、某些燃燒著火把的體育場館等。
這部分技術因為不是在三維軟件中實現(xiàn)的，所以需要借助一些環(huán)境插件來達到事半功倍的效果。隨著三維動畫制作軟件的不斷發(fā)展和升級，這些插件的功能會逐漸被整合至系統(tǒng)中，并被不斷優(yōu)化，達到更加節(jié)省系統(tǒng)資源、每次調整都能所見即所得，且并不因此而增加渲染時間的效果。
七、渲染輸出
事實上，三維制作的工作的最后步驟就是渲染輸出的過程，在這個過程中，主要是平衡好渲染質量和渲染時間兩者之間的關系。
經(jīng)過建立模型、動畫制作、材質燈光調整后，還要通過渲染才能把場景模型轉化為視頻或圖像，渲染器的選擇對渲染輸出的圖像質量有關鍵性的影響，而且選擇不同的渲染器對模型制作、表面材質、燈光設置等也具有不同的要求，在制作建筑動畫時確定渲染器的類型，這是至關重要的。
這里需要介紹一個目前為止，最適合用于工業(yè)產(chǎn)品設計渲染和建筑效果動畫制作的渲染器，就是Vray。它可以稱得上是速度最快、渲染效果數(shù)一數(shù)二的渲染軟件極品。學過建筑繪畫的人都知道形體的明暗規(guī)律，一個物體受到光照后產(chǎn)生的明暗關系能直接表現(xiàn)物體的空間體積和它本身的質感，并且起到渲染畫面氣氛的作用。而在繪制形體的投影時，明暗交界線是最難處理的部分，但也恰恰是最具表現(xiàn)力的部分。
光能傳遞渲染器Vray的出現(xiàn)一定程度地將設計者從靠布置場景中復雜燈光的勞動中解放出來，它可以在很短的時間內(nèi)輕松將原先只有少數(shù)人掌握的明暗光影技法真實地再現(xiàn)。不過也需要清楚的認識到Vray渲染器僅僅是工具而已，只有具有創(chuàng)造力的使用者不斷從實踐中總結工具使用經(jīng)驗，才能完全駕馭它，淋漓盡致地發(fā)揮它的優(yōu)勢。
八、后期合成
動畫從三維軟件里面渲染出來后，我們需要在后期軟件里面調色以及增加特效，使畫面更有沖擊力。后期編輯合成并不是單純的把不用的部份剪去，或是把要用的部份連接起來的單純作業(yè)。編輯的目的是透過構成的技術，使影像的表現(xiàn)凸顯出更深層次的意義。因此合期編輯合成是充滿挑戰(zhàn)而有趣的工作，也是一個很知性的謎題。同樣的素材交由不同的人編輯，就有不同的結果產(chǎn)生。構成的表現(xiàn)正是作者能力的表現(xiàn)。動畫后期編輯是 “感性的技術”，而非“感性的魔術”。感性的判斷并非編輯的全部，它必須具備動畫后期編輯的技術。
但從某種意義上講，這部分工作已經(jīng)不屬于建筑動畫實現(xiàn)的過程，而是屬于影視后期效果制作范疇，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有許多水平較高的影視后期公司可以對渲染輸出的三維動畫進行專業(yè)的后期合成。
九、剪輯配音
追求高品質動畫效果的制作者往往會將工作做到盡善盡美，即使是一些小細節(jié)他們也不會忽略，如剪輯配音的工作，這可以說得上是動畫中最后的一道工序，將鏡頭按原來設想好的順序加上數(shù)字音樂配以節(jié)奏，輸出成聲情并茂、流暢大氣、視覺沖擊強烈的動畫成品文件。
隨著計算機技術應用領域的不斷擴展，有越來越多的技術人員參與到數(shù)字音樂合成的工作中。而在建筑動畫應用領域為了更好的表現(xiàn)未來樓盤、城市的誘人面貌，將其制作成具有高清畫面、精良設計、委婉動人的數(shù)字動畫而不惜投入專項資金去制作專題背景音樂及解說的客戶越來越多，同時也為數(shù)字音樂合成的快速發(fā)展提供了巨大的空間。
伴隨著我國城市化進程的加快，建筑動畫是近年來三維技術走入中國后一個最有發(fā)展前景的應用領域，也是未來建筑表現(xiàn)的一個發(fā)展方向，它是從單一的表現(xiàn)轉向動態(tài)表現(xiàn)的一個過程，同時也是從平面走向全方位視角展現(xiàn)的過程，了解其制作方法及工作重點，是有效合理地安排工作進程的基礎和出發(fā)點，尤其是作為一個建筑動畫項目的主持者必須做到思路清晰、合理安排工作重心、有效組織，保證在短時期內(nèi)實現(xiàn)對未來建筑的動畫展示過程，以獲得更高的社會及經(jīng)濟效益。