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从原理上诠释三维动画技术

2019-09-15| 发布者: www.d83w.com | 查看: 1188|原作者: 东部三维网

摘要:本系列文章将对3D动画技术中的模型,材料,灯光,动画,特效等内容进行罕见的展望(请原谅我的傲慢词汇),

本系列文章将对3D动画技术中的模型,材料,灯光,动画,特效等内容进行罕见的展望(请原谅我的傲慢词汇),这可以作为高级知识点在基础上的延伸。我既不是工业大师,也不是CG培训的老师。当前的信息文章是从个人理解的知识点中收集的。最初的目的是巩固自学,同时为已经绕道而来的后来者提供经验和参考 - 但不作出权威的判断,欢迎加入和纠正!顺便说一句,一个小的请求,当重印文章时,我希望指出来源并保持内容完整(可能不包括这一段)。这不是个人的虚荣,只希望更多的人能得到帮助。 [3D动画元素]三维动画,一种具有三维技术的动画,称为3D或3D动画。与另一个概念“3D立体电影”不同,3D动画是一种技术类别的制作,而不是直接的视觉效果。虽然3D动画设计需要一定的艺术基础,但初学者也可以通过3D软件扭转基本的颜色,视角,构图和形状。无论是静态帧还是动画,3D图像的元素都包含模型,材质,灯光,镜头和辅助功能,如骨骼动画,表情控制,动态效果和后屏幕滤镜。尽管以下描述将基于maya,但是大多数原理适用于其他3D软件。

模特文章

[组成]该模型是3D动画最不可或缺的起始元素。术语“矩阵”通常用于计算机图形中,简称为虚拟三维空间中的点。在指定的三维空间中存在零坐标,并且其周围的点表示XYZ坐标中的方向,并且这些点可以彼此连接以形成线段;当不同的线段停靠时,形成三维线框结构 - 这是三维模型中最原始的形式。闭合线段填充中间的虚拟平面,因此三维结构具有体积。

该模型由虚线表面(零点周围的空间点,由点连接的线段和由线段包围的表面)组成。 Maya分为两种模型:NURBS(工业表面)和Polygon(多边形)。两者的本质也是由三维线框组成。不同之处在于NURBS的点和点之间存在曲线插值,通过重建曲面(RebuildSurface)可以得到曲率无限平滑曲线,适用于高精度工业模具产品。多边形是两点之间的直接连接。如果你需要平滑,你需要使用平滑命令来执行插值后计算(这将减少模型),这适用于各种模型的视频动画游戏。同时显示级别,NURBS将比Polygon慢,因为默认存在点插值。

[大小]三维空间是矢量集的一个区域,可以在软件本身的限制下任意放大和缩小。通过将预设软件长度单位作为空间点坐标单位,可以精确定义模型的长度,宽度和高度。 Mayoa默认以公制单位“厘米”作为基本长度单位,场景中模型的高度是实际厘米高度。然而,因为动画本身是一个“后处理结果”并且不需要精确的尺寸作为工业建模,软件推荐或用户习惯可以改变默认尺寸标准(maya的动态系统使用厘米作为真实的米,这很容易与规模相矛盾该模型)。以模型大小为例,Maya中创建的基本几何体以厘米为单位。例如,Sphere基本球体的Radius属性值为1,这意味着它是一个半径为1 cm的球体。

立方体基本立方体的宽度,高度和深度为2,这意味着它是一个宽度,高度和深度分别为2厘米的立方体。

除了使用基本几何图形作为测量参考之外,您还可以使用maya的测量工具来测量模型尺寸:创建 - >测量工具 - >距离工具。但是,在建模中,使用标准几何值比测量工具更有效。

* Maya场景的默认网格长度为1厘米x 1厘米,宽度为1厘米x 1厘米。

[UVs]除了自身的结构和基本材质效果外,当我们想要展示模型的丰富质感时,我们还需要UV贴图,比如划痕墙。

UV贴图实际上是普通图像。在软件的坐标映射之后,2D图像呈现在3D模型上。 UV贴图就像对象的外包装。

由于XYZ已用于表示3D坐标,因此2D纹理上的坐标使用UV而不是XY(U=X,V=Y),使用四元数时,会添加W参数,因此通常称为UVW纹理(在3dsMax中调用)。 * UVWXYZ .非常流行和简单的英文字母排序方法。 UV只是一个坐标符号(在NURBS中),Maya将UV添加到复杂形式以表示模型上的UV点,即UV。 UV指的是Polygon的独特UV点,而NURBS(工业表面)也有UV点,但是这个UV点集在将它转换为多边形之前无法编辑,只能作为地图位置参考 - 很多人错误地认为NURBS没有UV点。

创建多边形时,UV会附加到模型点。根据UV线是否破损,模型点可以具有无限数量的UV - UV的数量大于或等于模型点。在指定模型纹理时,UV应尽可能在第一象限(UV编辑器的右上区域)中分布,以便在绘制纹理和导出到其他程序时不会出错。如果使用重复(四连续)纹理,UV可以分布在任何地方。当在模型上使用多个纹理(即多个纹理)时,我们还可以创建UV集以根据需要管理模型上的不同UV纹理。例如,小纹理墙壁上贴有小广告插图。

设置UV偏移值的关键帧可以创建有趣的纹理动画,通常可以在游戏广告牌,河流,瀑布,坦克轨道等中找到。

[贴图]首先,您可以轻松区分一些英文术语:shader、texture、map、image、bitmap。[明暗器]材质很受欢迎,就是材质,它具有明显的视觉特征,比如闪亮的金属器皿、潮湿的土壤、生锈的铁、炽热的熔岩、腐烂的树皮等,也就是说,材质本身就是一个可成形的物体。

[纹理]纹理是对象表面的纹理。它不是特定的对象,而是表示一种增强材质性能的特征类型。例如,不同风格的木纹在同一块木板的纹理上,不同的表皮特征,不同的墙面损伤等等。

[贴图]是一个贴图,贴图具有贴图的含义,因此可以将贴图视为一个特定的图像,用于在maya中进行模型渲染。

计算机上的图片一般称为jpg、bmp、png、gif格式,也可以是包含hdri、exr、iff等特殊信息的专有格式。0x252B

位图,也称为位图图像,用于解释图片的像素组成。实际上,大多数计算机图片都是位图,因为矢量需要矢量处理。bmp是无损位图,而jpg、png等是压缩位图。0x252C

在玛雅的实践中,材质球和纹理的使用频率更高。前者是一个必不可少的组成部分,后者通常指附着在材料上的所有纹理贴图(包括程序纹理和外部图像)。贴图和图像通常只在指定给UV和纹理的步骤中提到。0x252D

在maya中,纹理可以分为两部分:二维纹理和三维纹理。前者取决于模型UV的分布,而后者是直接填充在三维空间中的函数图。效果直接显示在模型的表面上。 2D纹理被广泛使用,包括外部图像和软件程序纹理; 3D纹理是Maya内置的程序纹理,用于辅助一些三维特效的细节,如烟雾飘浮,天空云分布,导弹尾烟等。

在maya中创建3D纹理时,场景将具有附加的块图标,可用于控制纹理的方向和移动。

如果在

地图的投影模式是平面平面,可调球面球面,圆柱面圆柱面,球面球面,立方体立方体等,需要通过模型轮廓或用户特殊映射来改变。

无论是2D纹理还是3D纹理,如果在动画模型中使用投影模式,很容易产生纹理偏移,并且显示效果难以控制。

这里仅描述2D纹理的UV映射。分裂和拉伸模型的UV是扩展UV的工作。无论初始UV映射如何,UV编辑器中的效果都是相同的,这取决于用户的习惯和技术。 Maya2015之后新增的Unfold3D UV插件大大提高了工作效率。 * Unfold3D最初是一款独立的外部模型UV部署软件,由Autodesk收购,成为Maya的内置功能。展览紫外线经常有这样的规则:平均分布,没有重叠和负面。除了显示正面和背面(蓝色正面,红色反面)之外,我们还可以在Maya的UV编辑器中查看UV拉伸:白色表示地图与图像大小匹配(合理),红色表示地图将被拉伸(模糊),蓝色表示范围内的纹理将被压缩(锐化)。

但是,在许多情况下,我们可以根据细节调整模型的UV以进行不均衡的缩放。我们也可以在一些我们不需要照顾的地方处理紫外线。即使在游戏中,我们也使用重叠的UV布线来节省布局容量。一般来说,除了平均分布外,我们还经常需要关注UV接缝 - 断开UV区域的纹理连续性。 UV接缝通常分布在模型的隐藏部分,例如角色头部模型的后脑中部,大腿模型的中间中线等,以减少后映射的工作量。渲染,并最小化接缝对模型图的影响。效果不好。

没有照明,我们无法在三维场景中看到模型。我们可以在Maya的默认视图中看到模型的明暗和阴影的原因是该软件默认提供与摄像机相同方向的平行光。添加新灯后,默认灯将自动关闭,以避免影响渲染结果。 *如果在渲染时未考虑默认光照效果,则可以从渲染设置窗口的“渲染选项”栏中删除“启用默认光”检查。模型的表面如何计算光的光影效果,因此引入了一个数学概念:正常。数学中的法线指的是平面的垂直虚线,以及垂直于弧面点的切线的直线。在计算机图形学中,除了表面之外,每个顶点还具有法向量,并且法线存在于射线的几何概念中。因此,在Maya中,法线分为两种:表面法线和顶点法线,并且光线的方向用于区分正负方向。三维软件中的光是数学中的光线(光源点+发光)。当其无限延伸的末端接触模型的表面时,它将照亮模型的表面,类似于平面上物理光的吸收和反射。

在视图菜单上,不要检查照明 - > TwoSidedLighting和场景中模型的反向(正常负片)以黑色显示。我们可以通过此设置判断模型表面的正负。

模型表面的正负不仅影响建模命令的效果,还涉及某些材料的渲染效果和粒子在特效中的碰撞。不同于物理反射(正常总是垂直反射器),因为三维照明是基于模型表面的法线方向判断材料照明,我们可以在软件中人为地改变法线方向并“欺骗”光线判断物体的表面。因此,当Maya在模型上执行“软化边缘”命令时,模型将在材质和光照的作用下显示软转换。创建一个基本的多边形球体并执行MeshDisplay - >硬化边缘(硬化边缘)。我们会发现模型的边缘和角落是不同的,不太令人愉快。事实上,这是模型的真正初始正常形状,默认情况下软件帮助我们“美化”。 *多边形多边形模块的“法线”菜单下提供了Maya2015和早期版本的“硬化边缘”命令。

菜单显示 - >多边形 - > FaceNormals/Vertex Normals,显示模型的曲面和顶点法线。表面法线由构成它的点的空间分布确定,这与顶点法线的方向无关,而在一个点处连接有四个线段,因此存在四个具有不同方向的顶点法线。在执行SoftenEdge(软化边缘)之后,将发现与点连接的所有段的法线具有均匀的方向,这是许多顶点法线的平均值的结果。此时,模型的表面变得更加平滑。 *显示 - >多边形 - > Soft/HardEdges,显示模型的软边和硬边的分布:虚线是软边,实线是硬边。

虽然“柔化边缘”可以为模特效果增添色彩,但它不适用:当脸部与脸部之间的角度不超过90度时,“软边缘”会产生错误的明亮部分,而模型失去了转折点的细节。对于小于或等于90度的曲面,您需要添加一条线以均匀地展开顶点法线的角度,至少两行。

Maya可以选择模型的局部线来软化,但不建议使用更改常规工具进行自我调整,因为它很容易产生不正确的光照效果。此外,您可以锁定多边形法线以防止更改。 *当您不小心使用VertexNormalEditTool时,您将同时锁定法线(LockNormals)。您需要解锁法线(UnlockNormals)才能使用硬边和柔边。游戏模型通常使用整体“软边缘”。当遇到尖锐的过渡(例如刀刃)时,通常的做法是将模型与线分开,因为模型的边缘是硬边。许多游戏引擎现在也支持模型上的软边和硬边分区。 * 3dsMax中的SmoothingGroups相当于Maya的SoftenEdge。

为了解释上述现象 - 模型法线对照明和材料质量的影响,提到了两个技术概念:平面阴影和Gouraud阴影。所谓的着色不是我们通常理解的映射显示,而是模型的顶点色调合并的结果 - 即通过材料颜色和光的效果获得的计算值,以及UV映射仅后期的叠加援助。在平面着色中,一个表面上只有一种材质颜色,模型的表面将显示不同的纯色块,并且灯光的高光在模型上显示出明显的边界;顶点着色可以通过点之间的颜色线性插值来平滑多个表面之间的颜色过渡,并柔化光的强度梯度,但计算速度较慢。比平面着色慢。 *比较平面和顶点着色的平滑效果,有点像多边形和工业表面之间的差异。在Maya视图中看到的模型的实时材质效果属于着色 - > SmoothShadeAll。如果选择“查看”菜单“着色” - > Flat ShadeALL,您将所有可见模型转换为平面着色显示。

对于模型本身,顶点法线是平面着色和顶点着色之间切换的关键:与平面法线平行的顶点法线不产生插值,硬边模型的实时效果采用平面着色;平均顶点法线(不平行于平面法线)通过线性插值平滑颜色,因此软边缘模型具有实时效果。结果是顶点着色。从下面的图中可以看出硬边缘(正常垂直平面)和软边缘(正常平均值)对照明的影响。

[摘要]三维模型由以下元素组成:点,线和面,UV和法线。通过对上述基本概念的清晰理解,可以很容易地了解材料和照明内容。



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