TI 三维美术组 : 低级动画实用教程：骨骼绑定、人物面部变形与动作

TheRebirth

教程版本号   : 20150723A
应用难度评估 : 1.4 / 5.0
开放等级     : 不完全开放


    当我们想要制作人物的动画时，稍有经验的建模动画工具（如3DS Max，Maya或Cinema 4D）使用者首先会想到画骨骼。受硬件条件限制，在相当早的游戏（如CS、潜龙谍影等）中，手部上面根本不会有分配给手指的关节，四指一般都是并拢的。到现在，硬件条件大为改观，每根手指上分配四个关节似乎成了必须，到最后甚至连脚上的各个趾头都获得了自主活动的权利。尽管如此，为降低成本，脚上各个趾头的运动一般是不给予考虑的（即使在多数3D里番中也是如此。），追求完全真实的运动的多半是期望追求极致品质的CG动画。与此同时，建立动画的方法也渐趋多元化。火星时代介绍了两种骨骼绑定的方法，但人们实际使用的方法绝对不止这几种。
    这里有一个相对简单的教程，其目的是帮助在动画领域无多少经验的Beginner初步学会绑定骨骼，蒙皮，选择人物面部变形方法，进而有能力做出不太复杂的人物动画，同时降低渲染成本，减轻电脑负担。此处以Maya为例。在看这个教程之前，你至少应该熟悉Maya给完全的新手准备的视频中的操作技巧，只有不到十分钟时间，这总应该忍得了吧。
    要做动画，第一步得先布好关节点（Joint），然后再进行绑定（有时出于某些需要会添加控制器。）。这很容易理解，你得先告诉计算机，“这里是我的手部关节，然后这个关节是控制腿的”，绑定就是告诉计算机，“关节我已经布好了，帮我处理一下，这样我一转关节，模型就能动起来了。”如果不绑定，即使转动了关节，模型依然纹丝不动。
    火星时代中其中一个教程的做法是先将一条曲段移动到脊椎部位，平均布满五个关节点，再克隆这五个关节点形成的骨骼链，对于这五个关节点，教程使用IK Spline Handle（反向动力学仿样控制器），这样，绑定后只要改变那条线段的形状，弄成另一种曲线，人物的脊椎形状也会随之发生变化，且和曲线的形状始终保持一致。对于面部表情的表现，教程中使用了在面部散布关节点的方法。
    对于脊椎，这种骨骼绑定方法可以通过控制曲线形状实现平滑的脊椎弯曲，然而这种做法不适合人类——人不是软体动物。使这法子？除非是蚯蚓，否则拉倒吧。这种方法的弊端在人物身高较高时会非常明显，别用这种方法，除非这个角色是一个美式超级英雄。不仅如此，这种方法还增加了CPU解算的负担，着实有点浪费。
    作为练习，你可以考虑使用这个模型↓
    http://pan.baidu.com/s/1gdvVSzT
    关节点的分布，具体做法如下：
    先将鼠标移至Viewport（场景视口），按住空格键，在原点按住鼠标左键，移至Side View（右边）处松开，点击Joint Tool。
    腿部像这样布置，从腿的根部开始点↓（侧视图）

    然后用上面提到的转到Side View的方法，转到Front View（下边的按钮）。
    移动关节点，如图。

    再次转到Side View，画脊椎，从股骨部位开始点，如图。

    依顺序点选大腿根处关节，股骨处关节，按P（使股骨处关节成为大腿根部关节的父物体以便于控制腿的运动，该功能名为“Parent”。）。选中大腿根处关节，Skeleton -> Mirror Joint（点右边的小方块图标。）设置如图，确定。

    转到Top View。选中手臂，Make Live。（Modify -> Make Live，使其成为构造体，这时在手臂上点击，关节点将落在手臂上，而非零高度面。）分六次创建关节点。    如果你想偷懒的话，这些关节都可以不动了，不过我还是改了位置的。
    之后依顺序选中五根手指（选中根部）处的关节，再选中手掌上关节，通过Parent（快捷键为P）使手掌上关节成为五根手指上的关节的父物体，如图。同理使脖子底部处关节成为肩部关节的父物体。再进行一次Mirror Joint。

    最后选中全身与关节，请确保所有关节点都已被连接上，头发、眼球、牙齿除外，Skin -> Bind Skin -> Smooth Bind（点小方块图标）,设置如图，确定。将头发、眼球、牙齿设置为头部关节的子物体。

    我建议你再给这些关节改个名字。

    现在，当你旋转腿上、腰部和手腕的关节时，应该可以发现它的转动可以带动模型变形了。为什么我没说脖子和手臂？你可以试着旋转一下，你会发现一些畸形的变形。该画权重了。
    选中你绑定的Skin，它是一个多面体（Polygon），选中后会显示绿色的布线。
    再点Paint Skin Weights Tool，如图。再找到Gradient选项卡，勾选Use Color Ramp。

    检查关节Arm左和Arm右的权重，重绘其中一侧的权重如图，笔刷选为Solid Brush，Paint Operation设置为Replace，Value设置为0，清除可能出现在背部，腋窝和胸部的权重，然后就可以Skin -> Edit Smooth Skin -> Mirror Skin Weights（最好还是点小方块图标设置一下，检查Mirror Across是否为YZ）查看效果了。接下来解决Forearm，这次的操作是将Paint Operation设置为Smooth，只将手腕末端用半径0.2的Solid Brush抹一下，Wrist和Palm都一样，边缘的颜色至少要是绿色，不必涂成蓝色，注意不要将影响范围扩大过多。这时换成其它的低面模型，手腕关节的旋转都应当可以带来较好的效果，接下来需要对手指上每个关节的权重进行检查，对于非大拇指的手指关节，只需平滑边缘，去除非关联部分权重即可。

大拇指根部关节则要把权重画成这样↓

    最后再进行一次Mirror Skin Weights。
    依照这种方法，重绘其他地方的权重，部分位置权重参考如下图。









    好，现在转一下，效果咋样？
    动是能动了，怎么做面部表情啊？
    啊，这就是我们接下来要讲的内容。
    做面部表情的方法有两类。第一类是拷贝头部数次，每个拷贝都做成不同的表情，用Blend Shape实现表情变换。第二类又分为两种：使用Cluster变形器或在脸上建关节点。这三种方式我先前在做囧仙本的时候都试过了，这里先介绍Blend Shape。
    先点人头，按五遍Ctrl+D，移动到另一个地方。Blend Shape，照字面意思，“形状混合”，其实就是通过调整这五个人头的形状的混合比例来控制表情，于是你应该先把这五张脸变形。这里为方便起见，可以考虑使用Soft Select，先选中下图用红框框出的六个按钮中的一个。

    再点Tool Settings，勾选Soft Select调好半径，选好顶点拖吧。结果如下图。

    经本人验证，这五张脸已经足以表现很多表情了，对于新手来说，要做表情动画，这是一个相对可行的方案。这五张脸做好后，选中六张脸，也算上来源，Create Deformers -> Blend Shape。不过，如果你有更高的要求，并且有足够的毅力，你可以尝试一下前面提到的第二类方法了。
    先介绍一下利用关节点的方法。
    用的关节还是和前面一样，但是得先把脸Make Live，然后在脸上加上这些关节。如下图↓

    （剧透：这人就是出现在囧仙本中的drzzm32）
    蒙皮以后，你是绝逼了要绘制权重的，否则的话，你在拖动脸颊部分对应的关节时，你会发现头顶的头皮也有变形，其他面部关节的运动也伴随着头部的畸形，所以必须重画了。因为这教程的内容是不完全开放的，参考权重就不贴了。
    另外一种方法则是用Cluster，它的本质其实和关节是一样的。首先，你要在点选择模式下（选中一个Polygon，按F9），选中Cluster能影响的点，然后Create Deformers -> Cluster。
    如果你是新手，将它作为首选方法可能会让你失去耐心，因为要判断哪些区域能被这个Cluster控制器影响并不是一件容易的事情，往往要经过反复的练习。
    这个教程我就只把Blend Shape讲得详细点就行了，毕竟是不完全开放的嘛
    教练！我还是做不出动画啊！！！
    嘿，别急嘛，接下来就要讲正事儿了。先从最简单的走路的动作讲起吧。
    你应该能理解这一点，我们在走路时，手臂，腿等都在摆动，且角度表达式近似为正弦函数。这次做行走的动画，也是要从表达式角度入手。打开Attribute Editor（它们是右上角从左往右数第一个按钮（不是最小化啦！）。），选中一个属性，点鼠标右键，你会看到其中一个选项是Create New Expression，你可以在那里创建表达式，注意不要选错属性哦！

    首先，把ArmL，ArmR的rotateZ都设置为-65，让手臂垂下来。在这个模型中，走路时手臂的摆动会使rotateY发生变化，因此左右两手臂的rotateY表达式为
    左臂：rotateY=25*sin(frame/4+3);
    右臂：rotateY=25*sin(frame/4);
    当然，顺序是可以颠倒的，不过如此一来，其他部分的表达式相位也得换（相位就是sin()里面加号后面的数字。）。另外，我们在走路时，摆动的也不止是手臂、大腿部分的关节，肘、膝盖、踝部分的关节也在跟着转动。它们的表达式如下。
    左肘：rotateY=10*sin(frame/4+3)+10;
    右肘：rotateY=10*sin(frame/4)+10;
    腰部：rotateZ=3*sin(frame/2)+2;
    右腿：rotateZ=16*sin(frame/4);
    右膝：rotateZ=8*sin(frame/4)+6;
    右踝：rotateZ=12*sin(frame/4-0.4);
    左腿：rotateZ=16*sin(frame/4+3);
    左膝：rotateZ=8*sin(frame/4+3)+6;
    左踝：rotateZ=12*sin(frame/4+0.4);

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    诶？那如果是跑步的话表达式应该是什么？    跑步的动作就要比行走复杂多了，上来就试表达式将会是一个非常痛苦的过程。
    接下来我们将要引入两个新名词：关键帧，曲线编辑器。
    关键帧为何物？假定有一个时间轴，长度是100帧，第8帧和第91帧是两个关键帧，第8帧时和第91帧时某点各处于一个坐标处，在将第8帧和第91帧设置为关键帧后，第8帧到91帧之间任意一帧时该点的位置都可以根据这两个关键帧计算出来，至于结果具体是什么，这还要取决于曲线类型——直线，方波或者平滑。而曲线编辑器内你可以看到所有关键帧处某物体的变换曲线，如平移(Translate)，旋转(Rotate)，缩放(Scale)等，并且可以方便地编辑它们。
    也就是说，我们要依靠设置关键帧来做出跑步运动。那么如何设置关键帧呢？右上角的按钮，从左往右数第一个Attribute  Editor和第三个Channel Box，点击任何一个，选中一个属性(Attribute)，如果你是在Attribute Editor里面选中的，右键->Set Key，如果是Channel Box，右键->Key Selected（如果所有属性都要设置关键帧就点Key All）。
    接下来开始吧——先找到下图中指的这个按钮，再找到Time Slider，将播放速度调为30fps。
    跑步动作先做起跑部分。起跑时，首先有一条腿先先前迈进，同时身子向前弯曲。这时先转到SideView，将Femur向前移，然后Femur就不动了，调整姿势至如下图，同时旋转手指关节使其成握拳状，所有被旋转过的关节都要Key。我先预设她左手里握着个圆柱体。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
    之后再按照下图顺序绑定关键帧（不仅要看下面的当前时间，还要看右边的数据）。
    这里有一些不太容易察觉的细节。比如，每次在前面的腿由左腿换右腿时，腰部实际上也在左右旋转，这个角度控制在4°左右是比较合适的。右腿在前时，腰部朝左转。同时在人成跨步姿势时腰部会向前弯曲，悬空时则相对跨步姿势向后旋转，Waist的RotateZ最好是控制在-10°~2.5°内。
    在做到下图中的46帧以后，你就可以复制+粘贴了（假定38~46帧是一个周期），具体怎么做呢？
    在曲线编辑器中，选中RotateX，RotateY，RotateZ，再圈选38~46帧内的点，Edit -> Copy，移动CurrentTime到46帧，Edit -> Paste(Options)，TimeOffset设置为8，Copies自己定，总之足够长就可以。
    下面是已经做好的跑步动作↓
    http://pan.baidu.com/s/1gd932ef
    跑步动作在众多动作里面已经算是相对难做的一个了（仅考虑技术难度，不考虑劳动量），如果这个动作能做好，那么其他动作应该也没有大问题了。

白雪纹

humanIK大法好

TheRebirth

白雪纹 发表于 2015-7-18 21:07
humanIK大法好

humanIK吗，之前也试过，确实不错。
不过2011以前的版本貌似没这东西，而且我还有点担心速度。