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摘要：在计算机科学突飞猛进的今天，三维动画技术已广泛应用在电视、电影、游戏制作、广告设计、VR技术等各个领域。三维动画技术是计算机技术与动漫艺术深度融合的产物，对每一位动画工作者来讲，三维动画技术在实际项目中的应用过程中存在着诸多变数，本文将针其关键环节进行深入分析。
关键词：三维动画；建模；材质；灯光
众所周知，目前在电影动画作品的制作过程中，需要经过前期、中期、后期三个主要阶段来完成。前期，主要进行动画的剧本设计、场景设计、角色设计等工作，所以经常被称为前期设计阶段。中期，是动画作品的主要制作过程阶段，也就经常成为中期制作。后期，主要完成动画的配音、剪辑、合成等工作而一般会称为后期合成阶段。我们现在所谈的三维动画技术便主要应用在动画的中期制作阶段中。
1 三维动画技术在计算机中的实现过程
三维动画是采用计算机技术模拟现实中的三维空间物体。三维动画制作是经过一系列复杂的制作流程完成的，其中包括：建模、材质和贴图、动画设置、镜头设置、灯光、特效、合成。具体来说就是首先在计算机中建造三维的几何模型，并赋予模型表面颜色、材质、纹理等特性，然后，设计三维模型的运动、变形等动作，再将运动模型放入一个特定的场景中，然后在场景中设置相应的灯光，并调整适当的灯光种类、强度、位置、方向等， 再为当前场景和模型架设摄像机，设定合适的的机位、焦距、移动路线、拍摄时间等，经过摄像机的拍摄之后可以渲染输出一系列连贯的运动图片，将这些图片导入后期制作软件并加入一些相应的特效，便可以输出成动画影片。也可以将制作的动画影片输出到其他硬件录制设备，最后经过影片剪辑和包装便是我们在荧幕上看到的三维动画电影了。
2 三维动画技术具体实施的要点
建模，是根据前期提供的角色、场景造型设计稿制作出三维模型的环节，这是具体三维动画制作的第一个环节，也是所有后续环节的基础。在三维建模环节中对模型的统一要求是比例准确，形体还原度高。三维建模中各个模型之间是相对独立的，建模团队中的成员甚至可以每人完成一个模型，甚至是多人共同完成一個模型。但联系各个模型之间的唯一纽带便是：比例关系。不同的模型之间需要有精准的大小比例、距离比例参数为基础才能把不同的模型统一在一个场景中，反之若比例失衡，整个场景将难以实现。三维建模毕竟是把二维平面的造型实现在三维空间中，许多时候没有模型的具体数据去参照，只能依靠建模师对模型整体的把控将模型近似还原出来，这就要求制作者对模型内各处细节的比例关系和结构特征了然于胸，才能最终完整得还原整个模型。
材质和贴图，严格来讲材质设置与贴图绘制是动画制作中的两个不同的具体工作，而通常人们也经常简单称为材质制作，因为其最终目标是为上一阶段做好的素模上赋以合适的外观表现。材质制作主要是指选用合适的材质效果，调整其具体参数，使它表现出特定的材质特征，例如：玻璃、水、金属等具有鲜明材质特征的物体一般会采用材质制作方式表现出他的效果。而贴图制作，是指在模型表面附上一张平铺的二维图像。合适的图像文件一般需要使用Photoshop等平面图像编辑软件来制作完成。使模型表面呈现出图像文件的效果，例如把地图铺在球体表面生成地球仪的效果。整体来看，无论是材质制作还是贴图制作，都对三维模型有着较强的依赖，若三维模型制作方面存在问题，材质贴图环节的工作是举步维艰的。
但物体的材质效果是依赖灯光来实现的，灯光的颜色、强度等属性变化会直接影响材质表现的最终效果，但动画制作流程中的灯光设置环节却在更后面的时间线上，因为最终的灯光系统设置需要根据摄像机的拍摄位置和角色最终的运动位置来确定，而目前所需的灯光照明系统仅仅需要反映出材质色彩、明暗等细节显示效果即可。因此，在实际动画制作中动画师门会根据材质阶段的需要，先完成一套标准的灯光系统，来完成材质和贴图的表现效果测试，材质属性设置阶段完成后，再隐藏掉测试的灯光，等到最后的灯光设置环节再修正灯光的最终位置和光强的属性设置。
3 三维动画制作中建模的技术分析
在三维动画的建模方法中，以Polygon建模技术和NURBS建模技术为例，Polygon技术对于平直的规则物体表优异，而NURBS技术则更适合表现曲面物体，但Polygon物体能够自由的调整UV分布使得帖图可以根据场景需要进行设计，而NURBS物体的UV分布在平面形成时就已经固定于表面上无法人为修改，使得物体无法统一贴图，更无法整合到一起。
Polygon建模适于创建形状规则、无曲面的对象。使用多边形建模，可先创建基本的几何体，再根据要求使用编辑修改器调整物体形状，或通过布尔运算、放样、曲面片造型组合物体来构建对象，多边形建模主要优点是简单、方便快捷，但难以生成光滑的曲面。
NURBS是计算机图形学的一个数学概念，基于曲线的运动轨迹而形成的形状。NURBS建模技术是最近几年来三维动画最主要的建模方法之一，特别适合于创建光滑的、复杂的模型，而且在应用的广泛性和模型的细节逼真性方面具有其它技术无可比拟的优势。但由于NURBS建模必须使用曲面片作为其基本的建模单元，所以它也有以下局限性：NURBS曲面只有有限的几种拓扑结构，导致它很难制作拓扑结构很复杂的物体；NURBS曲面片的基本结构是网格状的，若模型比较复杂，会导致控制点急剧增加而难于控制。因此，合理的设置建模基本参数是动画如期完成的重要保障。
目前，三维动画制作流程中各个具体环节都分别有着不可替代的重要作用，每个环节都是完成三维动画作品的重要部分，切不可只注重中期动画制作环节，而忽视前期、后期环节的重要性，只有将传统的动画制作流程与计算机技术完美结合才是动画制作技术成熟与发展的表现。
参考文献：
[1]杨贵民.Maya材质灯光渲染的艺术[M].清华大学出版社.2016.10
[2]徐鹏.软件开发模型在三维动画模型制作中的应用[D].复旦大学软件学院，2009
[3]周京来.三维动画Maya高级角色骨骼绑定技法[M].清华大学出版社.2016.9
关键词：三维动画；建模；材质；灯光
众所周知，目前在电影动画作品的制作过程中，需要经过前期、中期、后期三个主要阶段来完成。前期，主要进行动画的剧本设计、场景设计、角色设计等工作，所以经常被称为前期设计阶段。中期，是动画作品的主要制作过程阶段，也就经常成为中期制作。后期，主要完成动画的配音、剪辑、合成等工作而一般会称为后期合成阶段。我们现在所谈的三维动画技术便主要应用在动画的中期制作阶段中。
1 三维动画技术在计算机中的实现过程
三维动画是采用计算机技术模拟现实中的三维空间物体。三维动画制作是经过一系列复杂的制作流程完成的，其中包括：建模、材质和贴图、动画设置、镜头设置、灯光、特效、合成。具体来说就是首先在计算机中建造三维的几何模型，并赋予模型表面颜色、材质、纹理等特性，然后，设计三维模型的运动、变形等动作，再将运动模型放入一个特定的场景中，然后在场景中设置相应的灯光，并调整适当的灯光种类、强度、位置、方向等， 再为当前场景和模型架设摄像机，设定合适的的机位、焦距、移动路线、拍摄时间等，经过摄像机的拍摄之后可以渲染输出一系列连贯的运动图片，将这些图片导入后期制作软件并加入一些相应的特效，便可以输出成动画影片。也可以将制作的动画影片输出到其他硬件录制设备，最后经过影片剪辑和包装便是我们在荧幕上看到的三维动画电影了。
2 三维动画技术具体实施的要点
建模，是根据前期提供的角色、场景造型设计稿制作出三维模型的环节，这是具体三维动画制作的第一个环节，也是所有后续环节的基础。在三维建模环节中对模型的统一要求是比例准确，形体还原度高。三维建模中各个模型之间是相对独立的，建模团队中的成员甚至可以每人完成一个模型，甚至是多人共同完成一個模型。但联系各个模型之间的唯一纽带便是：比例关系。不同的模型之间需要有精准的大小比例、距离比例参数为基础才能把不同的模型统一在一个场景中，反之若比例失衡，整个场景将难以实现。三维建模毕竟是把二维平面的造型实现在三维空间中，许多时候没有模型的具体数据去参照，只能依靠建模师对模型整体的把控将模型近似还原出来，这就要求制作者对模型内各处细节的比例关系和结构特征了然于胸，才能最终完整得还原整个模型。
材质和贴图，严格来讲材质设置与贴图绘制是动画制作中的两个不同的具体工作，而通常人们也经常简单称为材质制作，因为其最终目标是为上一阶段做好的素模上赋以合适的外观表现。材质制作主要是指选用合适的材质效果，调整其具体参数，使它表现出特定的材质特征，例如：玻璃、水、金属等具有鲜明材质特征的物体一般会采用材质制作方式表现出他的效果。而贴图制作，是指在模型表面附上一张平铺的二维图像。合适的图像文件一般需要使用Photoshop等平面图像编辑软件来制作完成。使模型表面呈现出图像文件的效果，例如把地图铺在球体表面生成地球仪的效果。整体来看，无论是材质制作还是贴图制作，都对三维模型有着较强的依赖，若三维模型制作方面存在问题，材质贴图环节的工作是举步维艰的。
但物体的材质效果是依赖灯光来实现的，灯光的颜色、强度等属性变化会直接影响材质表现的最终效果，但动画制作流程中的灯光设置环节却在更后面的时间线上，因为最终的灯光系统设置需要根据摄像机的拍摄位置和角色最终的运动位置来确定，而目前所需的灯光照明系统仅仅需要反映出材质色彩、明暗等细节显示效果即可。因此，在实际动画制作中动画师门会根据材质阶段的需要，先完成一套标准的灯光系统，来完成材质和贴图的表现效果测试，材质属性设置阶段完成后，再隐藏掉测试的灯光，等到最后的灯光设置环节再修正灯光的最终位置和光强的属性设置。
3 三维动画制作中建模的技术分析
在三维动画的建模方法中，以Polygon建模技术和NURBS建模技术为例，Polygon技术对于平直的规则物体表优异，而NURBS技术则更适合表现曲面物体，但Polygon物体能够自由的调整UV分布使得帖图可以根据场景需要进行设计，而NURBS物体的UV分布在平面形成时就已经固定于表面上无法人为修改，使得物体无法统一贴图，更无法整合到一起。
Polygon建模适于创建形状规则、无曲面的对象。使用多边形建模，可先创建基本的几何体，再根据要求使用编辑修改器调整物体形状，或通过布尔运算、放样、曲面片造型组合物体来构建对象，多边形建模主要优点是简单、方便快捷，但难以生成光滑的曲面。
NURBS是计算机图形学的一个数学概念，基于曲线的运动轨迹而形成的形状。NURBS建模技术是最近几年来三维动画最主要的建模方法之一，特别适合于创建光滑的、复杂的模型，而且在应用的广泛性和模型的细节逼真性方面具有其它技术无可比拟的优势。但由于NURBS建模必须使用曲面片作为其基本的建模单元，所以它也有以下局限性：NURBS曲面只有有限的几种拓扑结构，导致它很难制作拓扑结构很复杂的物体；NURBS曲面片的基本结构是网格状的，若模型比较复杂，会导致控制点急剧增加而难于控制。因此，合理的设置建模基本参数是动画如期完成的重要保障。
目前，三维动画制作流程中各个具体环节都分别有着不可替代的重要作用，每个环节都是完成三维动画作品的重要部分，切不可只注重中期动画制作环节，而忽视前期、后期环节的重要性，只有将传统的动画制作流程与计算机技术完美结合才是动画制作技术成熟与发展的表现。
参考文献：
[1]杨贵民.Maya材质灯光渲染的艺术[M].清华大学出版社.2016.10
[2]徐鹏.软件开发模型在三维动画模型制作中的应用[D].复旦大学软件学院，2009
[3]周京来.三维动画Maya高级角色骨骼绑定技法[M].清华大学出版社.2016.9