三維動畫專業(yè)基礎課程設計探索

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摘要：目前許多高等院校都開設有三維動畫專業(yè)，根據(jù)應用類型的不同涉及到如3DMax、Maya、Cinema4D等軟件。同時，該專業(yè)的基礎課程都會涉及到建模。三維模型的建模方式有很多種，從Polygon中的基本體擴展到平面圖形的三維轉換，從Nurbs中的編輯點擠出放樣到二者之間的相互轉換等。無論是哪一種方法，從布線結構的角度來看都遵守了一定的規(guī)律。筆者在多年任教過程中總結了一套關于三維動畫基礎課程的教學方法，通過具體分析一個模型的不同布線結構出發(fā)，來討論什么樣的布線才是最合適模型的。同時，通過分析當下游戲動畫行業(yè)對模型制作的要求以及未來的發(fā)展趨勢，衍生出筆者對如何教好三維動畫專業(yè)課的一點思考。

關鍵詞：三維動畫基礎課；Polygon；建模行業(yè)標準；布線規(guī)律；發(fā)展趨勢

引言

時下動畫游戲行業(yè)早已進入一個高速發(fā)展的階段，隨著制作技術的不斷提升，三維動畫專業(yè)課程的不斷普及，三維動畫軟件基礎課已經(jīng)成為藝術類院校動畫專業(yè)的必修課程，而模型制作又是該課程的主要內(nèi)容之一。如何上好這門課，將最重要的信息傳遞給學生是每一個專業(yè)老師必須思考的。筆者在多年工作過程中總結了一些教學方法和制作經(jīng)驗，希望通過分析當前動畫游戲行業(yè)對模型制作的新要求，來探討這類軟件課程的教學思路。

一、模型的類別與新時代的模型標準

（一）模型分類

模型分類有很多種，從廣義上講主要分為低模（面數(shù)較低）和高模（面數(shù)較多）。從狹義上講分為生物模型（曲線結構），工業(yè)模型（直線結構），環(huán)境模型（曲線和直線）。那么，模型之間的好壞到底由哪些因素決定，在模型的制作過程中是否受到規(guī)律的制約。目前，動畫行業(yè)與游戲行業(yè)已經(jīng)形成不同的模型標準。動畫行業(yè)里將角色設計稿作為模型制作的藍本，根據(jù)動畫風格的不同分成寫實類和卡通類兩種。在模型面數(shù)上沒有太多的要求，通常情況都以4邊面為標準。但是在模型結構和外觀上要與設計稿保持高度一至。游戲行業(yè)里的模型標準分得比較詳細。例如，硬件設備上分為PC游戲、次世代游戲（主機游戲）、手游、平板電腦游戲以及VR游戲等。從模型面數(shù)上分為低模類游戲、中低模類游戲以及高模類游戲。低模類游戲中的一個道具面數(shù)一般在500-800個面之間，中低模類則在1000-2000個面之間，而高模則在3000-5000個面之間。同時，根據(jù)游戲級別的不同，同種道具的面數(shù)會有上下浮動。同時，游戲模型可以有三角面和四邊面兩種模型。有時，根據(jù)游戲引擎的不同，可以有同時存在三角面和四邊面的情況。

（二）制作流程

三維模型是物體的多邊形表示，通常用計算機或者其他視頻設備進行顯示。任何物理自然界存在的東西都可以用三維模型表示。雖然市面上有很多軟件，這些軟件的類型也不同，但是制作的流程都是基本相似的。目前主要有兩種建模方式。一種是常規(guī)模型，例如制作一個角色頭部主要有Polygon和Nurbs兩種方式，在3DMax、Maya、Cinema4D等軟件中都有，同時，模型的制作流程都分為基本體的創(chuàng)建和后期對模型的各種加工處理。Polygon模型在經(jīng)過一系列操作編輯之后都可以導入ZBrush或Mudbox中再加工，經(jīng)過法線烘焙到模型形成高模。在運用于室內(nèi)設計、建筑設計以及部分中低度的游戲模型中均是以此流程制作的。另一種是高精度模型，例如制作電影中的怪物或者游戲片頭動畫，需要特別清晰的細節(jié)表現(xiàn)，通常直接在ZBrush或QuixelSuite等筆刷類建模軟件中制作。而動畫電影中常用細分建模（subdivision）方式生成。總之，無論是哪種模型，哪種軟件，模型的一般制作途徑都是上述這兩類。（三）行業(yè)標準從目前動畫游戲行業(yè)的發(fā)展前景來看，總體上呈現(xiàn)出以下幾種情況。1.制作水平越來越高端。中國作為美國和日本最大的游戲動畫加工基地，承擔著眾多非核心的技術加工業(yè)務。其中，基礎模型的加工占了很大的比重。通過這幾年國際交流與合作，模型的制作要求越來越高。就拿游戲人物建模來講，高精度模型除要求在造型上完全與對象吻合，神態(tài)上也要相似以外，還需要逼真的貼圖。這促使模型的制作標準不斷提升。而動畫類模型不僅要求達到一定的精度，還要有創(chuàng)意的想法融入其中。所以，模型的制作要求在近幾年有較大的提升，花費在模型制作上的時間也越來越多。2.審美需求不斷改善。從目前制作流程來看，在做一個模型之前需要觀察概念稿或者設計圖，有些概念稿畫得比較細致，同時畫出了三視圖，有些則畫得比較省略，沒有過多的細節(jié)參考，這就需要建模師通過自己的判斷來制作了。往往一個模型制作完后，要對照參照物檢查是否有結構上的錯誤或是細節(jié)上的漏洞，這就需要制作者具備一定的審美觀。什么樣的模型更加好看，能博得玩家和觀眾的眼球，是要符合一定的審美標準。就拿當前上映的賀歲大片《長城》來講，電影中的遠古怪獸饕餮是由新西蘭的維塔工作室設計的，雖然該工作室設計的《魔戒》《阿凡達》等一系列家喻戶曉的角色廣受觀眾的好評，但是在《長城》這種中國風濃重的玄幻題材電影中，觀眾總會感覺這類歐美類型的怪物在影片中與周圍場景角色有些格格不入。由于中國觀眾在觀看自己國家題材的電影時，會不自覺地帶入中國的審美評價，所以怪物的設定應該符合中國的美學標準，造型上可以加入像麒麟，中國龍鳳等傳統(tǒng)靈獸的元素，這樣電影整體感會搭調(diào)。所以，符合審美標準也是模型制作的一個重要衡量標準。

二、三維動畫基礎課程的具體探索

現(xiàn)在大部分藝術類院校都開設了三維動畫專業(yè)課，根據(jù)每個學院的側重不同，師資結構不同，三維動畫的課程內(nèi)容也很不一樣。筆者就三維基礎課來具體討論一下，課程內(nèi)容應該講些什么，如何去講，怎樣更加有效地把專業(yè)知識帶給學生。

（一）講什么

三維動畫基礎課程屬于大一或者大二學生的專業(yè)必修課，所占學分比重較大。同時，它又是實踐操作類課程，強調(diào)學生的動手操作能力。所以，在課程內(nèi)容設置上有它的特殊性。筆者就以《maya軟件基礎》課程為例，來談談這類課程該上些什么。首先，軟件課程是注重操作的，學生在零基礎的時候，最先需要掌握的是軟件的布局和操作特點。Maya軟件的布局和3Dmax類似，主體為操作視窗，上面為菜單欄、狀態(tài)欄和工具架。左側為常用工具欄，右側為控制面板，底部為時間軸和輸入欄。這些菜單的位置可以隱藏和調(diào)整，哪些工具在哪個位置，找不到時如何調(diào)出來是學生首要掌握的知識。同時，軟件的一些基本操作如快捷鍵的使用，對象的旋轉和窗口的切換等操作也是要求最先掌握的。筆者在執(zhí)教過程中會發(fā)現(xiàn)，有些學生在學期結束的時候還會問像“這個工具在哪兒”這樣的問題，所以，軟件布局的介紹和操作是首要解決的。其次，軟件的功能和模塊。不同軟件的側重會不一樣，例如maya2016軟件一共分成了建模、裝備、動畫、特效和渲染五大模塊，每個模塊的功能不同，涉及到的流程也不一樣，這些是需要讓學生了解的。在該課程的初始階段，可以著重將建模和渲染模塊講得細一些，其他幾個模塊略帶介紹。這樣學生對軟件會有一個總的印象，知道目前要掌握的知識情況。也為后面的課程學習打下基礎。

（二）怎么講

對于軟件課程采用什么樣的授課方法更能讓學生快速接受，筆者嘗試過許多種方法，旁聽過外教的課程?？偨Y出以下幾點，1.課件的準備環(huán)節(jié)。上課之前需要做的一個很重要的環(huán)節(jié)就是將今天要講的內(nèi)容在腦海中梳理一邊，將與上課相關的各種模型貼圖準備好。筆者認為，目前很多專業(yè)教師依照教材提供的相關課件講解，這樣做一方面有助于更好地對課程內(nèi)容進行把握，一方面可以簡化對課件的準備。但是，有些重要內(nèi)容是教材里沒有的，需要筆者自己加入進去，或者這些內(nèi)容在其他的教材中，這就需要教師在課前進行重新整合，完善課堂內(nèi)容。2.課程的實施方法。一般情況下以演示法為主，教師在講臺上演示操作步驟，學生在下面記錄，但事實上演示法有它的局限性，學生在下面往往無法記錄每一個操作環(huán)節(jié)，這就需要教師分步驟來講解。例如，在講“擠出工具”的時候，分步驟演示命令的具體位置，命名如何回復默認值，操作手柄的使用方法，以及操作時遇到的問題。只有分步驟依次講解每個環(huán)節(jié)的注意點，學生才能掌握。另外，積極與學生互動，詢問學生們遇到的問題，單個演示一邊，能加深學生的印象，調(diào)動他們的積極性，做到“從學生中來到學生中去”。3.實踐——理論——實踐。“理論從實踐中來再到實踐中去”是筆者在長期的工作中總結的一套教學方法，下面筆者以一個消防栓模型的不同布線結構來談談模型布線的意義。例如，在制作一個消防栓時，一般要求是不超過550個四邊面。一下是三個同學做的同一組消防栓。從圖上我們可以看到，三個人做的模型雖然外形上大致一樣，但在布線上卻完全不同，模型結構上也有點兒區(qū)別。那么，這個消防栓上到底蘊含著什么樣的布線規(guī)律呢。首先，線與線之間的連接必須交代清楚。通過觀察可以看到548面的消防栓的底盤的布線與頂盤的布線不一致。大圓盤每一條內(nèi)線雖然匯合在一個點上，卻沒有與小圓盤的邊線連接。造成了奇怪的現(xiàn)象。當然這樣做是為了節(jié)省面，有時候為了完成面數(shù)指標，不得不進行改變布線走向的工作程序。但是我們發(fā)現(xiàn)他在這個地方雖然節(jié)省了面，整體面數(shù)上卻是三人中最多的。也就是說，在不該省面的地方省了，所以說這個地方是不能省面的。“不該省面不能省”是布線規(guī)律的第一條基本規(guī)則。同時，這樣的做法又導致了另外一個問題，就是線與線之間的統(tǒng)一。我們看到，因為小圓盤的邊界點沒有與大圓盤的邊界點連接，造成這個模型雖然是打組之后的一個整體，實際上卻并不是整體的情況。如果該模型要用來制作成中高模，在后面的具體加工時就會出現(xiàn)報錯，無法使用?！熬€與線之間要相連”是布線規(guī)律的第二條基本規(guī)則。從消防栓的蓋帽問題上，我們發(fā)現(xiàn)他們的形狀是不同的。523面的蓋帽較之其他兩個更細長，而參考圖是扁扁的。仔細觀察我們發(fā)現(xiàn)他的環(huán)線比別人多出了一條。事實上，就是這一條多出來的線，導致了形狀上的改變，同時也增加了面數(shù)。這樣的線稱之為“廢線”。在布線過程中，經(jīng)常會遇到這樣的情況，無緣無故地多出來了若干條線，在制作的后期影響到平滑和細分的面數(shù)。這種多加的線，關鍵要看他加在哪個地方。有些時候，在制作運動的物體時，這樣的線反而能夠有平滑動態(tài)效果。但是，靜態(tài)的物體就不能出現(xiàn)這種情況了。當然在做完之后修改刪除也沒有問題，但是就會造成浪費時間等常規(guī)性不良后果。所以，“廢線不能有”是布線規(guī)律的第三條基本規(guī)則。以上為筆者在講解模型布線時的一個案例，通過觀察學生制作的模型，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，最終整理成布線規(guī)律成為學生修改模型的理論依據(jù)，這些制作過程中的注意點，教材中往往不會出現(xiàn)，需要教師在執(zhí)教過程中總結，所以，“實踐——理論——實踐”的教學方法對操作類軟件課程尤為適用。

三、行業(yè)未來發(fā)展趨勢及教學應對措施

從目前動畫和游戲的發(fā)展狀況來看，游戲行業(yè)仍然是市場的主體部分，隨著新設備的不斷推廣，手游、平板電腦以及VR技術逐漸占領未來游戲終端平臺。但是，無論相關硬件設備如何發(fā)展，模型制作仍然是整個行業(yè)的重要基石。從模型制作對象來劃分，可分為卡通類與寫實類?？ㄍ惸Ｐ兔鏀?shù)要求不高，往往能符合客戶的一般要求就通過了。而寫實類游戲的模型就沒有那么簡單了。不久前在育碧公司研發(fā)的一款WiiU平臺游戲《僵尸U》的制作流程中可以看到，該類游戲采用GOz制作方式，即在Zbrush里將角色分精度雕刻細節(jié)后將初始精度模型導入Maya烘培法線，然后再拓撲UV加上細節(jié)進行貼圖流程，最后導入游戲引擎中。當然這只是模型階段的工作流，已經(jīng)反映出該行業(yè)的最高制作水平。與之同等水準的是索尼公司在PS4平臺上的次世代游戲《戰(zhàn)神4》。可以說，這類游戲的制作要求不是一般的人能夠達到的。在具備了專業(yè)技術的基礎上，要有相當豐富的人體結構學工程學以及生物學等自然科學的知識儲備。筆者認為，在未來的教學體系中，可以嘗試與游戲行業(yè)的制作過程接軌。例如，動畫專業(yè)的課程包含基礎課程和高級課程。現(xiàn)階段往往將骨骼綁定，角色動作，渲染材質(zhì)及三維動畫主題短片設計等一系列流程全部放入在教學體系中。這樣安排有好的一面，學生在大學階段能夠了解到Maya動畫的所有模塊，記住整套動畫制作流程。最后，能夠做出一個三維動畫短片。不好的一面是學生往往只能學習到一些基礎部分，對于更加專業(yè)的技術會有缺失。筆者認為，這是一個矛盾的問題，學院在制訂教學大綱時不可能兼顧“兩頭”，不然學生的整體學分就會抬得很高。所以，只有教師自己在教學過程中適當?shù)貙⑦@些內(nèi)容引入課堂，讓學生對高端制作有一個初步的認識，同時提供相關視頻教學素材供他們課后學習，這樣專業(yè)課才能跟緊時代腳步?？傊?，筆者認為對于現(xiàn)在的模型制作者和專業(yè)教師而言，新時期賦予了他們新的要求。同時這些重要的制作技術能否及時讓學生掌握是專業(yè)教師在新時期需要思考的內(nèi)容。

參考文獻

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作者：尹欣 單位：南京信息工程大學傳媒與藝術學院