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三维动画专业基础课程设计探索论文
摘要：目前许多高等院校都开设有三维动画专业，根据应用类型的不同涉及到如3DMax、Maya、Cinema4D等软件。同时，该专业的基础课程都会涉及到建模。三维模型的建模方式有很多种，从Polygon中的基本体扩展到平面图形的三维转换，从Nurbs中的编辑点挤出放样到二者之间的相互转换等。无论是哪一种方法，从布线结构的角度来看都遵守了一定的规律。笔者在多年任教过程中总结了一套关于三维动画基础课程的教学方法，通过具体分析一个模型的不同布线结构出发，来讨论什么样的布线才是最合适模型的。同时，通过分析当下游戏动画行业对模型制作的要求以及未来的发展趋势，衍生出笔者对如何教好三维动画专业课的一点思考。
关键词：三维动画基础课；Polygon；建模行业标准；布线规律；发展趋势
引言
时下动画游戏行业早已进入一个高速发展的阶段，随着制作技术的不断提升，三维动画专业课程的不断普及，三维动画软件基础课已经成为艺术类院校动画专业的必修课程，而模型制作又是该课程的主要内容之一。如何上好这门课，将最重要的信息传递给学生是每一个专业老师必须思考的。笔者在多年工作过程中总结了一些教学方法和制作经验，希望通过分析当前动画游戏行业对模型制作的新要求，来探讨这类软件课程的教学思路。
一、模型的类别与新时代的模型标准
（一）模型分类
模型分类有很多种，从广义上讲主要分为低模（面数较低）和高模（面数较多）。从狭义上讲分为生物模型（曲线结构），工业模型（直线结构），环境模型（曲线和直线）。那么，模型之间的好坏到底由哪些因素决定，在模型的制作过程中是否受到规律的制约。目前，动画行业与游戏行业已经形成不同的模型标准。动画行业里将角色设计稿作为模型制作的蓝本，根据动画风格的不同分成写实类和卡通类两种。在模型面数上没有太多的要求，通常情况都以4边面为标准。但是在模型结构和外观上要与设计稿保持高度一至。游戏行业里的模型标准分得比较详细。例如，硬件设备上分为PC游戏、次世代游戏（主机游戏）、手游、平板电脑游戏以及VR游戏等。从模型面数上分为低模类游戏、中低模类游戏以及高模类游戏。低模类游戏中的一个道具面数一般在500-800个面之间，中低模类则在1000-2000个面之间，而高模则在3000-5000个面之间。同时，根据游戏级别的不同，同种道具的面数会有上下浮动。同时，游戏模型可以有三角面和四边面两种模型。有时，根据游戏引擎的不同，可以有同时存在三角面和四边面的情况。
（二）制作流程
三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其他视频设备进行显示。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。虽然市面上有很多软件，这些软件的类型也不同，但是制作的流程都是基本相似的。目前主要有两种建模方式。一种是常规模型，例如制作一个角色头部主要有Polygon和Nurbs两种方式，在3DMax、Maya、Cinema4D等软件中都有，同时，模型的制作流程都分为基本体的创建和后期对模型的各种加工处理。Polygon模型在经过一系列操作编辑之后都可以导入ZBrush或Mudbox中再加工，经过法线烘焙到模型形成高模。在运用于室内设计、建筑设计以及部分中低度的游戏模型中均是以此流程制作的。另一种是高精度模型，例如制作电影中的怪物或者游戏片头动画，需要特别清晰的细节表现，通常直接在ZBrush或QuixelSuite等笔刷类建模软件中制作。而动画电影中常用细分建模（subdivision）方式生成。总之，无论是哪种模型，哪种软件，模型的一般制作途径都是上述这两类。（三）行业标准从目前动画游戏行业的发展前景来看，总体上呈现出以下几种情况。1.制作水平越来越高端。中国作为美国和日本最大的游戏动画加工基地，承担着众多非核心的技术加工业务。其中，基础模型的加工占了很大的比重。通过这几年国际交流与合作，模型的制作要求越来越高。就拿游戏人物建模来讲，高精度模型除要求在造型上完全与对象吻合，神态上也要相似以外，还需要逼真的贴图。这促使模型的制作标准不断提升。而动画类模型不仅要求达到一定的精度，还要有创意的想法融入其中。所以，模型的制作要求在近几年有较大的提升，花费在模型制作上的时间也越来越多。2.审美需求不断改善。从目前制作流程来看，在做一个模型之前需要观察概念稿或者设计图，有些概念稿画得比较细致，同时画出了三视图，有些则画得比较省略，没有过多的细节参考，这就需要建模师通过自己的判断来制作了。往往一个模型制作完后，要对照参照物检查是否有结构上的错误或是细节上的漏洞，这就需要制作者具备一定的审美观。什么样的模型更加好看，能博得玩家和观众的眼球，是要符合一定的审美标准。就拿当前上映的贺岁大片《长城》来讲，电影中的远古怪兽饕餮是由新西兰的维塔工作室设计的，虽然该工作室设计的《魔戒》《阿凡达》等一系列家喻户晓的角色广受观众的好评，但是在《长城》这种中国风浓重的玄幻题材电影中，观众总会感觉这类欧美类型的怪物在影片中与周围场景角色有些格格不入。由于中国观众在观看自己国家题材的电影时，会不自觉地带入中国的审美评价，所以怪物的设定应该符合中国的美学标准，造型上可以加入像麒麟，中国龙凤等传统灵兽的元素，这样电影整体感会搭调。所以，符合审美标准也是模型制作的一个重要衡量标准。
二、三维动画基础课程的具体探索
现在大部分艺术类院校都开设了三维动画专业课，根据每个学院的侧重不同，师资结构不同，三维动画的课程内容也很不一样。笔者就三维基础课来具体讨论一下，课程内容应该讲些什么，如何去讲，怎样更加有效地把专业知识带给学生。
（一）讲什么
三维动画基础课程属于大一或者大二学生的专业必修课，所占学分比重较大。同时，它又是实践操作类课程，强调学生的动手操作能力。所以，在课程内容设置上有它的特殊性。笔者就以《maya软件基础》课程为例，来谈谈这类课程该上些什么。首先，软件课程是注重操作的，学生在零基础的时候，最先需要掌握的是软件的布局和操作特点。Maya软件的布局和3Dmax类似，主体为操作视窗，上面为菜单栏、状态栏和工具架。左侧为常用工具栏，右侧为控制面板，底部为时间轴和输入栏。这些菜单的位置可以隐藏和调整，哪些工具在哪个位置，找不到时如何调出来是学生首要掌握的知识。同时，软件的一些基本操作如快捷键的使用，对象的旋转和窗口的切换等操作也是要求最先掌握的。笔者在执教过程中会发现，有些学生在学期结束的时候还会问像“这个工具在哪儿”这样的问题，所以，软件布局的介绍和操作是首要解决的。其次，软件的功能和模块。不同软件的侧重会不一样，例如maya2016软件一共分成了建模、装备、动画、特效和渲染五大模块，每个模块的功能不同，涉及到的流程也不一样，这些是需要让学生了解的。在该课程的初始阶段，可以着重将建模和渲染模块讲得细一些，其他几个模块略带介绍。这样学生对软件会有一个总的印象，知道目前要掌握的知识情况。也为后面的课程学习打下基础。
（二）怎么讲
对于软件课程采用什么样的授课方法更能让学生快速接受，笔者尝试过许多种方法，旁听过外教的课程。总结出以下几点，1.课件的准备环节。上课之前需要做的一个很重要的环节就是将今天要讲的内容在脑海中梳理一边，将与上课相关的各种模型贴图准备好。笔者认为，目前很多专业教师依照教材提供的相关课件讲解，这样做一方面有助于更好地对课程内容进行把握，一方面可以简化对课件的准备。但是，有些重要内容是教材里没有的，需要笔者自己加入进去，或者这些内容在其他的教材中，这就需要教师在课前进行重新整合，完善课堂内容。2.课程的实施方法。一般情况下以演示法为主，教师在讲台上演示操作步骤，学生在下面记录，但事实上演示法有它的局限性，学生在下面往往无法记录每一个操作环节，这就需要教师分步骤来讲解。例如，在讲“挤出工具”的时候，分步骤演示命令的具体位置，命名如何回复默认值，操作手柄的使用方法，以及操作时遇到的问题。只有分步骤依次讲解每个环节的注意点，学生才能掌握。另外，积极与学生互动，询问学生们遇到的问题，单个演示一边，能加深学生的印象，调动他们的积极性，做到“从学生中来到学生中去”。3.实践——理论——实践。“理论从实践中来再到实践中去”是笔者在长期的工作中总结的一套教学方法，下面笔者以一个消防栓模型的不同布线结构来谈谈模型布线的意义。例如，在制作一个消防栓时，一般要求是不超过550个四边面。一下是三个同学做的同一组消防栓。从图上我们可以看到，三个人做的模型虽然外形上大致一样，但在布线上却完全不同，模型结构上也有点儿区别。那么，这个消防栓上到底蕴含着什么样的布线规律呢。首先，线与线之间的连接必须交代清楚。通过观察可以看到548面的消防栓的底盘的布线与顶盘的布线不一致。大圆盘每一条内线虽然汇合在一个点上，却没有与小圆盘的边线连接。造成了奇怪的现象。当然这样做是为了节省面，有时候为了完成面数指标，不得不进行改变布线走向的工作程序。但是我们发现他在这个地方虽然节省了面，整体面数上却是三人中最多的。
也就是说，在不该省面的地方省了，所以说这个地方是不能省面的。“不该省面不能省”是布线规律的第一条基本规则。同时，这样的做法又导致了另外一个问题，就是线与线之间的统一。我们看到，因为小圆盘的边界点没有与大圆盘的边界点连接，造成这个模型虽然是打组之后的一个整体，实际上却并不是整体的情况。如果该模型要用来制作成中高模，在后面的具体加工时就会出现报错，无法使用。“线与线之间要相连”是布线规律的第二条基本规则。从消防栓的盖帽问题上，我们发现他们的形状是不同的。523面的盖帽较之其他两个更细长，而参考图是扁扁的。仔细观察我们发现他的环线比别人多出了一条。事实上，就是这一条多出来的线，导致了形状上的改变，同时也增加了面数。这样的线称之为“废线”。在布线过程中，经常会遇到这样的情况，无缘无故地多出来了若干条线，在制作的后期影响到平滑和细分的面数。这种多加的线，关键要看他加在哪个地方。有些时候，在制作运动的物体时，这样的线反而能够有平滑动态效果。但是，静态的物体就不能出现这种情况了。当然在做完之后修改删除也没有问题，但是就会造成浪费时间等常规性不良后果。所以，“废线不能有”是布线规律的第三条基本规则。以上为笔者在讲解模型布线时的一个案例，通过观察学生制作的模型，发现其中存在的问题，最终整理成布线规律成为学生修改模型的理论依据，这些制作过程中的注意点，教材中往往不会出现，需要教师在执教过程中总结，所以，“实践——理论——实践”的教学方法对操作类软件课程尤为适用。
三、行业未来发展趋势及教学应对措施
从目前动画和游戏的发展状况来看，游戏行业仍然是市场的主体部分，随着新设备的不断推广，手游、平板电脑以及VR技术逐渐占领未来游戏终端平台。但是，无论相关硬件设备如何发展，模型制作仍然是整个行业的重要基石。从模型制作对象来划分，可分为卡通类与写实类。卡通类模型面数要求不高，往往能符合客户的一般要求就通过了。而写实类游戏的模型就没有那么简单了。不久前在育碧公司研发的一款WiiU平台游戏《僵尸U》的制作流程中可以看到，该类游戏采用GOz制作方式，即在Zbrush里将角色分精度雕刻细节后将初始精度模型导入Maya烘培法线，然后再拓扑UV加上细节进行贴图流程，最后导入游戏引擎中。当然这只是模型阶段的工作流，已经反映出该行业的最高制作水平。与之同等水准的是索尼公司在PS4平台上的次世代游戏《战神4》。可以说，这类游戏的制作要求不是一般的人能够达到的。在具备了专业技术的基础上，要有相当丰富的人体结构学工程学以及生物学等自然科学的知识储备。笔者认为，在未来的教学体系中，可以尝试与游戏行业的制作过程接轨。例如，动画专业的课程包含基础课程和高级课程。现阶段往往将骨骼绑定，角色动作，渲染材质及三维动画主题短片设计等一系列流程全部放入在教学体系中。这样安排有好的一面，学生在大学阶段能够了解到Maya动画的所有模块，记住整套动画制作流程。最后，能够做出一个三维动画短片。不好的一面是学生往往只能学习到一些基础部分，对于更加专业的技术会有缺失。笔者认为，这是一个矛盾的问题，学院在制订教学大纲时不可能兼顾“两头”，不然学生的整体学分就会抬得很高。所以，只有教师自己在教学过程中适当地将这些内容引入课堂，让学生对高端制作有一个初步的认识，同时提供相关视频教学素材供他们课后学习，这样专业课才能跟紧时代脚步。总之，笔者认为对于现在的模型制作者和专业教师而言，新时期赋予了他们新的要求。同时这些重要的制作技术能否及时让学生掌握是专业教师在新时期需要思考的内容。
参考文献
[1]张婷：《分析三维动画在中国的发展及现状》，安徽：《艺术品鉴》2016年06期。
[2]郑直：《MAYA三维技术在动漫领域立体造型中的应用研究》，北京：北京工业大学2013年。
[3]王海燕：《Maya建模准确塑形之关键》，山东：《山东农业大学学报(自然科学版)》2013年03期。
[4]王超杰：《初探三维雕刻软件ZBrush在生物角色建模中的应用》，四川：《美术教育研究》2011年08期。
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