●论建筑三维动画实现的工作重点及思路

    摘要：伴随着我国城市化进程的加快，建筑动画是近年来三维技术走入中国后一个最有发展前景的应用领域，也是未来建筑表现的一个发展方向，作为三维动画的设计者及技术实现者，掌握建筑三维动画的基本实现方法，在清晰的思路指导下，有效地安排工作重点，合理分配技术力量，在短时期内完成未来建筑以及城市的动画展示过程，是获得更高的社会及经济效益的理论保障。
关键字：建筑动画、三维动画、动画制作方法、三维模型、动画特效制作

三维动画是一种用计算机模拟空间造型和运动的动画形式，是纯粹的计算机技术的产物。三维动画的本质即通过计算机的运算和处理，建立三维物体造型，并使该物体在三维空间运动。三维动画已经发展了很多年，从最初的三维物体造型，发展到目前的虚拟现实技术，在三维模拟的建立手段、计算方法以及三维真实效果等方面，具备了很高的技术水平。用三维动画表现内容主题，具有概念清晰、直观性强、视觉效果真实等特点，特别适用于学校教学、科研、产品介绍、广告设计以及军事领域，三维动画同时也是多媒体产品中比较常见的媒体形式。
在三维动画技术的实现过程中需要对整个动画方案形成一套完整的思路，并且在三维技术的具体实现过程有不同的工作侧重点，下面就以目前国内在三维技术应用方面比较热门的建筑三维动画为例，谈一谈其工作重点及思路的问题。
建筑动画不是单帧的效果图表现，它是一个动态的表现。那么建筑动画包含了哪些方面的制作和思路呢？在制作方面，要求熟练使用三维软件，灵活运用多种软件。从制作流程来讲，包括创建模型、贴图、特殊材质绘画、动画设计与实现、灯光与材质调、建立环境、渲染输出、后期处理、特效加工到最终的作品打包整合。从思路来说，建筑动画里需要有较强的摄影艺术打底，是一种导演指挥全局的制作思想，也是一种整体艺术的表现。
一、 构思
任何一个CG作品都要有鲜明突出的主题，这样才能吸引人，所以在制作之前的构思就显得很重要，否则只靠出色的渲染效果是远远不够的，构思主要是确定作品所要表达的重点，对每一个作品都将由专业的策划人员构思制作脚本，给客户以创想的构思思路。
制作建筑动画很讲究制作思路、制作方向等，作者的制作水平和技巧都会在动画中表现出来。建筑动画在制作前要充分设计好动画脚本，即动画剧本，需要制定好所表现的主体，设计好分镜头及每个镜头的表现手法，制定好特效的制作方案，这样有利于后期制作，也有利于团队的分工合作。在建筑物或是城市的漫游动画中，在构思过程中，就需要至少两种思路的存在：
其一为整个大场景的制作和动画设计，想要得到流畅、高质量、高清的画面效果，必须保证画面中的构筑物和自然景观模型的总面数不超过5万个左右。在这种思路的引导下，建筑物的单体模型将会由面数极简的几何体构成，这就需要通过尺寸合适、比例合理、画面逼真的贴图来实现该建筑单体模型的制作。另外自然景观也建议尽可能使用插件进行制作，一方面其后期效果较好，制作的模型已经进行了优化，并且其参数功能利于动画制作；另一方面也比在三维动画开发软件中进行制作的效率高。
其二是在强调细部特征的表现时，在设定好一个动画漫游线路之后，按照该线路所要表现的建筑单体的具体形象进行科学的建筑单体的建模工作。在构思表现手法时，还要突出三维技术优异于实景拍摄的特点，可以利用在实景拍摄中无法完成的以建筑物结构线框表现的画面实现方法。
总体来说，在构思上一定要多参考影视作品中大制作画面，既要做到突出主题，又要在画面的镜头处理上强调视觉效果。
二、绘制草图
绘制草图就是将构思先简单的表现出来，当然也不是一定要这样，尤其是一些强调电脑制作技术的项目中，如果只是制作一些简单的内容，那么只要在头脑中形成大致的轮廓就可以了，如果要完成一些较大的、需要多领域合作的项目，那么最好是将绘制出的不同领域的表现草图以互相沟通，完成复杂的动画制作。
在建筑漫游动画中，绘制草图的过程实际上就是制作故事板的过程，镜头如何处理、画面中需要有哪些元素、最终这些镜头如果进行剪辑、后期数字合成过程中需要添加哪些效果等等。
当然，对于往往强调技术实现的三维动画制作过程中，由于设计和制作者多为计算机工作人员，可能会缺乏扎实的绘图基础，因此绘制草图不是一项在三维动画技术实现过程中的重点部分，甚至是在动画的调试过程中，由系统开发平台所提供的动画功能就能实现出最初设计过程中所想象不到的画面效果。
三、建模
在准备工作完成后，就可以开始建模，将客户提供的建筑物平面资料或是城市规划图纸等以三维模型展现出来，建模不仅需要耐心，还要有一些技巧，原则是应该在表现出必要细节的前提下尽量地整体大气的反映项目的确立点和优势点。
在创建三维模型时，传统的作法是首先按照平面图中标注的尺寸，通过建筑CAD软件进行平面图的绘制，然后再将文件导入到三维动画制作软件中，通过参数化编辑器生成三维模型，以确保模型科学、准确地反映目标实体。但是随着三维动画开发工具软件的不断改进和升级，现在一个比较快速而且准确的做法是：直接通过扫描设备将建筑物平面图转化为数字化图像文件，在三维动画开发软件中，将其调用为工作区域的背景，按照图上的线条进行三维锁定后直接描出可编辑的二维样条，此二维样条通过参数化编辑修改器直接转化为三维模型，同时保留堆栈，以便修改。这种方法即快捷又能根据客户的变更而随意进行模型的改动，其方便性及灵活性都是传统方法所不能比拟的。
在建模的过程中，应依据整体和个体统一原则，总体上讲建筑动画可分为室外建筑动画、室内建筑动画、环境规划动画三种形式，而在常常要表现大场景的环境建筑规划动画中主要的建模工作会围绕着制作外墙壁模型、玻璃及玻璃门模型、窗台模型、动态人物模型、喷泉模型、流水瀑布模型、远景树林模型、中景树木模型、灌木群体植物模型、土丘模型、山体模型、流动车辆群体模型等进行。建模的过程是动画实现的最基本保障，模型的合理性、准确性直接反映着动画的制作水平。这部分工作是整个动画制作过程中的重点部分，其工作量约占整个动画制作过程的一半以上，需要由许多动画制作师共同协作完成。
四、材质灯光
在制作建筑动画时，材质与灯光对整个动画的效果至关重要，会直接影响到整个动画的真实效果和视觉效果，这也是一个相当复杂的制作和调整过程。在材质与灯光的关系中，不同属性的光源 照射到物体上会产生不同的变化，如灯光的颜色、灯光的强度、灯光的照射角度、灯光的距离等都会对物体材质产生较大的影响，而不同的物体材质属性也会影响到灯光照射物体的亮度、高光区、过渡色、反射等。
为使整个建筑动画场景更加真实，场景材质的颜色和属性应与实际的物体相似。在调整材质时除了要考虑个别物体的特殊性外，还要注意材质色调的整体协调。要控制好材质的反射和折射数量，否则会在最终渲染时耗费大量的时间。要充分利用好材质贴图的特性对整个场景和物体表面的控制，如远近物体的表现，物体表面的凹凸属性等。
建筑动画的灯光控制相对静帧效果图的制作要复杂一些，建筑效果图只是单一方向的视觉表现，对整个场景可任意调整灯光的位置、角度、强弱等来达到单一方向灯光的光感效果，对建筑动画而言，则要进行多角度的调整和观察。建筑动画的室外和室内场景有较明显的灯光差别，室外场景除了一些特殊环境，如夜景、舞台布景等需要有很强的照明效果和光感反差外，通常都是高强度的单一光线照射，具有充足的日照效果。在进行后期渲染时往往需要将灯光替换为日光型，以达到阴影细节部位的室外真实效果。当然这需要付出时间的代价，通过将多台计算机网联为工作站，通过网络渲染可以提高渲染工作效率。
总之，材质和灯光应该是紧密相连的，制作者应将其各种技术参数进行细致调节，反复比对静帧效果，以达到动画画面更具有真实性和艺术性。
五、动画调节
对于三维动画作品，动画的调节相对来说是难点，特别是角色动画的调节，更需要丰富的经验，角色动画的调节过程是相当枯燥和繁重的，甚至有时是出力不讨好的，往往经过大量的关键帧调节之后的动画效果反而不如简单的关键帧制作的效果流畅，三维软件系统默认的的自动计算关键帧间的线性变化效果可以让简单的角色动画制作方法变得极为简单，但是如果想要得到惟妙惟肖的角色动画效果，可借助于动作捕捉系统，由真人完成动作，通过小球运动轨迹的记录，将其转换至角色骨胳系统即可。
建筑动画的动画调节相对比较简单，主要就是摄像机的动画设置。传统的做法往往是在场景中创建一台摄像机，通过在不同的关键帧处调整摄像机来记录一个视角改变的过程。这种方法往往无法制作出一部前后流畅的动画作品。最佳的动画方案是通过路径约束的方法，制作出多条二维样条的路径，将摄像机身及目标点分别绑定在不同的路径上，通过对动画的观察调整二维样条曲线的控制点来达到动画视觉效果交互实现的效果。但是这种方法目前还没有被更多的建筑动画制作者所熟悉和接受。
动画调节的细致程度直接影响到最终的动态画面效果和观感，影视作品很注重镜头语言的运用，不同的镜头语言影响到一部动画作品的诠释主体的水平。也许，当制作都完成了大部分的前期工作后，只是因为没能好好运用摄像机的动画设置，就会使很多漂亮、精致的模型失去了光彩，显得平淡无奇。
六、特效运用
做完了动画工作中上面的部分后，就要为作品添加特技效果了，用来烘托整部动画作品的气氛，产生光怪陆离的艺术效果，表现唯美画面，甚至是跨越时空表现动态领域等种种方法来表现利用实拍无法达到的主体效果。
加入一定的特效能使建筑动画的视觉效果更加真实和亮丽。建筑动画的特效制作一般都不会在三维软件里完成，因为这样做在调整上不方便，加重硬件系统负担，而且调整的依据都是根据试渲染的效果进行的，造成制作动画制作效率低下。制作建筑动画所需要的特效并不多，技术相对简单，常用的如在水面加入闪光、加入镜头光晕、为场景中制作清晨雾效、某些燃烧着火把的体育场馆等。
这部分技术因为不是在三维软件中实现的，所以需要借助一些环境插件来达到事半功倍的效果。随着三维动画制作软件的不断发展和升级，这些插件的功能会逐渐被整合至系统中，并被不断优化，达到更加节省系统资源、每次调整都能所见即所得，且并不因此而增加渲染时间的效果。
七、渲染输出
事实上，三维制作的工作的最后步骤就是渲染输出的过程，在这个过程中，主要是平衡好渲染质量和渲染时间两者之间的关系。
经过建立模型、动画制作、材质灯光调整后，还要通过渲染才能把场景模型转化为视频或图像，渲染器的选择对渲染输出的图像质量有关键性的影响，而且选择不同的渲染器对模型制作、表面材质、灯光设置等也具有不同的要求，在制作建筑动画时确定渲染器的类型，这是至关重要的。
这里需要介绍一个目前为止，最适合用于工业产品设计渲染和建筑效果动画制作的渲染器，就是Vray。它可以称得上是速度最快、渲染效果数一数二的渲染软件极品。学过建筑绘画的人都知道形体的明暗规律，一个物体受到光照后产生的明暗关系能直接表现物体的空间体积和它本身的质感，并且起到渲染画面气氛的作用。而在绘制形体的投影时，明暗交界线是最难处理的部分，但也恰恰是最具表现力的部分。
光能传递渲染器Vray的出现一定程度地将设计者从靠布置场景中复杂灯光的劳动中解放出来，它可以在很短的时间内轻松将原先只有少数人掌握的明暗光影技法真实地再现。不过也需要清楚的认识到Vray渲染器仅仅是工具而已，只有具有创造力的使用者不断从实践中总结工具使用经验，才能完全驾驭它，淋漓尽致地发挥它的优势。
八、后期合成
动画从三维软件里面渲染出来后，我们需要在后期软件里面调色以及增加特效，使画面更有冲击力。后期编辑合成并不是单纯的把不用的部份剪去，或是把要用的部份连接起来的单纯作业。编辑的目的是透过构成的技术，使影像的表现凸显出更深层次的意义。因此合期编辑合成是充满挑战而有趣的工作，也是一个很知性的谜题。同样的素材交由不同的人编辑，就有不同的结果产生。构成的表现正是作者能力的表现。动画后期编辑是 “感性的技术”，而非“感性的魔术”。感性的判断并非编辑的全部，它必须具备动画后期编辑的技术。
但从某种意义上讲，这部分工作已经不属于建筑动画实现的过程，而是属于影视后期效果制作范畴，现在国内已经有许多水平较高的影视后期公司可以对渲染输出的三维动画进行专业的后期合成。
九、剪辑配音
追求高品质动画效果的制作者往往会将工作做到尽善尽美，即使是一些小细节他们也不会忽略，如剪辑配音的工作，这可以说得上是动画中最后的一道工序，将镜头按原来设想好的顺序加上数字音乐配以节奏，输出成声情并茂、流畅大气、视觉冲击强烈的动画成品文件。
随着计算机技术应用领域的不断扩展，有越来越多的技术人员参与到数字音乐合成的工作中。而在建筑动画应用领域为了更好的表现未来楼盘、城市的诱人面貌，将其制作成具有高清画面、精良设计、委婉动人的数字动画而不惜投入专项资金去制作专题背景音乐及解说的客户越来越多，同时也为数字音乐合成的快速发展提供了巨大的空间。
伴随着我国城市化进程的加快，建筑动画是近年来三维技术走入中国后一个最有发展前景的应用领域，也是未来建筑表现的一个发展方向，它是从单一的表现转向动态表现的一个过程，同时也是从平面走向全方位视角展现的过程，了解其制作方法及工作重点，是有效合理地安排工作进程的基础和出发点，尤其是作为一个建筑动画项目的主持者必须做到思路清晰、合理安排工作重心、有效组织，保证在短时期内实现对未来建筑的动画展示过程，以获得更高的社会及经济效益。

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Abstract: Along with the speeding up of our country urbanization advancement, the construction animation is the application domain which has the best development future after the 3-D technology coming into China recently. Also, it is a development direction of the future construction performance. As the 3-D animation designer and technical executant, with the instruction of the clear mentality, predominate the basic method of the construction 3-D technology, plan the emphases of our job effectively, distribute the technical force rationally, complete the future construction and the city animation demonstrating process in the short period, will be the theory guarantee to obtain a higher social and economic efficiency.
Keywords: construction animation, 3-D animation, the method of animation manufacture,3-D model, specific animation manufacture

作者简介：
田慧，女，1972年生，讲师 平顶山工学院计算机科学与工程系多媒体教研室主任，武汉大学计算机科学专业研究生。主要研究领域为多媒体技术应用、三维技术及应用、虚拟现实技术及应用等，
TianHui, female, born in 1972, lecturer,the director of multimedia faculty working office in Pingdingshan institute of Technology computer science and engineering department, graduate student of the Wuhan University of computer science.the main research areas are the applications of multimedia technology, 3-D technology and the virtual reality technology.