基于动力学原理的MAYA混合动力学角色插件

论文摘要

随着经济全球化和一体化商业大潮的涌动,由动画而引发的巨大的产业变革在世界各国竞相展开。如何在这一轮新的知识经济浪潮中,发展有中国特色的动画产业如今业已引发广泛的讨论。本文研究的主要目的是利用动力学原理制作一个MAYA角色插件,该插件的主要功能就是快速建立一整套适用于各种人体或四足动物的骨骼定位系统,以便于制作角色动画。该插件是基于MAYA强大的Animation Trax非线性动画编辑器,反向动力学(IK),强大的角色皮肤连接功能,高级的变形工具。并结合了时下主流的角色制作方法,通过MAYA内嵌的Mel程序语言的编辑以及脚本化Maya的开放式界面制作而成。骨骼制作标志着已进入到高级特征动画制作的领域,在Maya中使用骨骼比较容易,但也有可能变得复杂。我认为在制作骨骼动画时,将运动学的一些属性运用进去,这对于制作好的骨骼动画至关重要。特别是运动学中的正向动力学和反向动力学在Maya骨骼动画制作中发挥了重要的作用。我这个项目就是混合两种动力学让一个角色同时拥有两套骨骼定位系统,让角色完成动作方式选择性更大,角色动作制作更快捷方便。本文主要的研究成果包括:(1)利用MAYA的骨骼节点工具,并根据人体和四足动物的实际骨骼关节结构,各建立一套适用四类人体和四足动物的骨骼模版。(2)基于动力学原理制作骨骼定位系统,实现了前向动力学和反向动力学之间相互转换,使骨骼动画的动作制作更加方便和快捷。(3)利用IK手柄、IK链、IK旋转平面手柄和IK单链手柄建立反向动力学骨骼定位系统。(4)骨骼定位系统的总体程序设计思路是:根据导入的骨骼模型,以骨骼的每个节点的名称或标签确定它为何关节,并以此寻找相应的子程序。通过程序确立该关节的移动、旋转、大小等各属性,并建立该关节与其它关节的定位系统。本论文研究成果主要是应用于动画制作的生产流程上。具体是应用于人物和四足动物的角色动画上。项目完成的MEL程序插件将会帮助动画师快捷地对角色建立起一套骨骼定位系统,避免了繁复的角色骨骼建立和定位设定工作,将使动画师把更多精力用动作创意中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 项目社会背景
• 1.2 项目技术背景
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 2. 3D 动画产业
• 2.1 关于3D 动画
• 2.1.1 3D动画的发展史
• 2.1.2 3D动画的现状
• 2.2 国内外动画产业的现状对比
• 2.2.1 国际动画产业现状
• 2.2.2 中国动画产业的现状
• 2.3 3D 动画制作流程以及就此问题上国内外的差距
• 2.3.1 准备阶段
• 2.3.2 前期
• 2.3.3 动画制作
• 2.3.4 后期
• 2.4 本章小结
• 3. 3D 动画制作的平台及相关软件的介绍分析
• 3.1 Avid 公司的Softimage|XSI
• 3.2 Autodesk 公司的3D Studio Max
• 3.3 PIXAR 公司的Photorealistic Renderman
• 3.4 3D 动画软件Maya 和渲染软件 Mental Ray
• 3.4.1 Alias|Wavefront 公司（现被Autodesk 公司收购）的 Maya
• 3.4.2 Mental Images 公司的Mental Ray
• 3.5 本章小结
• 4. 人物和四足动物角色骨骼的建立
• 4.1 建立人物和四足动物模型
• 4.2 建立MAYA 骨骼的基本知识
• 4.2.1 了解骨骼节点行为属性
• 4.2.2 建立骨骼
• 4.2.3 创建关节链和肢体链
• 4.2.4 编辑关节属性
• 4.2.5 观察骨骼层次
• 4.3 根据人体和四足动物的身体骨骼特征建立MAYA 骨骼模版
• 4.3.1 建立人体骨骼模版
• 4.3.2 建立四足动物骨骼模版
• 4.4 根据MAYA 骨骼知识编写MEL 脚本建立人物和四足动物骨骼
• 4.4.1 编写asFitTools.mel 脚本用于骨骼生成表单
• 4.4.2 编写asImportFitSkeleton 用于导入骨骼模版
• 4.5 使用FitTools 插件创建人物和四足动物骨骼
• 4.6 本章小结
• 5. 人物和四足动物角色骨骼定位系统的建立
• 5.1 骨骼定位的基础知识
• 5.1.1 了解骨骼定位
• 5.1.2 前向动力学（FK）
• 5.1.3 反向动力学（IK）
• 5.1.4 使用前向动力学定位（FK）
• 5.1.5 使用反向动力学定位（IK）
• 5.1.6 在IK 和 FK 定位之间切换
• 5.2 使用IK 旋转平面手柄的基础知识
• 5.2.1 了解IK 旋转平面手柄
• 5.2.2 了解IK 旋转平面解算器行为
• 5.2.3 创建IK 旋转平面手柄
• 5.2.4 定位IK 旋转平面手柄
• 5.2.5 编辑IK 旋转平面手柄
• 5.2.6 删除IK 旋转平面手柄
• 5.3 使用IK 单链手柄的基础知识
• 5.3.1 了解IK 单链手柄
• 5.3.2 了解IK 单链解算器行为
• 5.3.3 创建IK 单链手柄
• 5.3.3 定位IK 单链手柄
• 5.3.4 编辑IK 单链手柄
• 5.3.5 删除IK 单链手柄
• 5.4 建立人体骨骼定位系统
• 5.5 建立四足动物骨骼定位系统
• 5.6 本章小结
• 6. 项目总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 项目的不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文