三维软件3DS MAX中Cat角色制作舞蹈动作技术分析

    侯自力

    

    

    

    摘要：该文使用3DS MAX软件中Cat骨骼人蒙皮方式制作舞者舞蹈动画，分析了用Cat骨骼人系统制作男女舞者的骨骼搭建、舞步组合分解动作、单一分解动作集合的运动流动画及连接动画持续的时间控制问题，讨论了解决这些问题的方法步骤和可行性。

    关键词：Cat骨骼人蒙皮;骨骼搭建;动作组合;运动流动画

    中图分类号：TP311? ? ? ?文献标识码：A

    文章编号：1009-3044（2021）17-0202-03

    开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

    1引言

    利用计算机3DS MAX 、Unity3D等软件模拟产生一个三维空间虚拟世界的舞台场景，制作可共观赏者在视觉、听觉或触觉等感官上来体会舞者的动作，通过虚拟舞台中舞者的动作利用计算机图形制作技术、虚拟现实技术、多媒体合成等技术实现舞者的运动仿真，达到学舞者可交互式、沉浸式、720度方向上反复研磨舞者舞姿技术的目的。使用3dsmax软件制作CAT角色沿舞程线方向运动，通过脚印步伐的修改，每个舞步方向的调整，以及脚步离地面高度等动作的修改，完成蒙皮的舞者表演一连串分解动作的组合动画，为将来完成舞者的各组动画集制作奠定基础，也为使用unity3d软件设计键盘、鼠标、手柄可穿式佩戴设备来模拟控制舞者每个动作积累素材，为完成设计的模拟舞者舞姿的动作的动画成为可能。下面重点讲述使用3DS MAX软件CAT角色系统制作模拟舞者组合动作的动画主要技术步骤。

    2给出舞蹈动作组合顺序的名称

    学习舞者优雅的舞蹈动作，首先要模仿他们的舞姿舞步以及各种神态，舞姿舞步学习尤为重要，现以男者身体和脚步引导取各种舞姿名来归纳某种舞蹈组合顺序的名称，如桑巴舞常见组合花种，分原地动作和行进动作，胯部带动大腿，以前后扭动臀部为主，一般每个动作表演完成2遍，常见动作共有15组。

    1）原地基本步组（前后走步+左右扫步+左右侧蹬腿+左脚向右垫步+右脚向左垫步）

    2）行进开合碰手组（右侧手脚同步合+左侧的手脚同步开）

    3）背式交叉步垫步组（拉女背身同步+左前侧左右交叉步+左脚向右垫步+对称再次做垫步）

    4）背式后蹬腿退转组（背身左脚后蹬右退转+左手抬起带女一圈/右脚原地蹬右转）

    5）背式桑巴梭步组（右侧右走步梭步+左侧左垫步）

    6）推胸追步组（拉女正对+女右手推胸反身向前追/男右手搭女左手梭步走）

    7）臂式滚追步组（女在男右手臂中回滚+反身向前追）

    8）左右换手追步组（女拉回换手向右反身追步+女拉回换手向左反身追步）

    9）快三转侧并垫步组（快三右转+右侧并垫步）

    10）跑步换位组（男女搭手并排+男女左右绕跑换位转）

    11）女右侧前后梭步组（拉女右侧前面对梭步+再退回右侧梭步）

    12）切割步组（左单切+右单切+左双切+右双切）

    13）原地推手转（推女左右手美式转）

    14）圆形垫步组（男女面对基本步+左右交叉步+反向垫步）

    15）背式女背手垫步组（女背式左右换背手/基本步+左右垫步）

    3 使用三维软件Cat骨骼系统搭建男女舞者模型

    根据桑巴这种舞蹈组合顺序的名称，使用3DS MAX软件模拟制作男女双人舞动的动画，涉及的各类技术问题，其中创建舞者的皮肤模型好坏依赖建模师的水平。研究开发舞者的舞步组合动作时，对舞者外形审美不需要做过多的要求，只要舞者模型制作出的动画能够准确表达出舞步组合顺序就可以，模型的创建技术一般包括：皮肤、骨骼、骨骼蒙皮、蒙皮贴图。

    3.1 3dsMax软件创建男女舞者皮肤、服装、饰品外形

    男女舞者模型创建是实施完成各舞种动作的主体，其外形皮肤创建分为：

    1）美工师绘制或拍摄实体的前、顶、左视图方向上的二维图片;

    2）将一组实体二维图片导入软件中冻结，为创建立体模型做临摹背景;

    3）根据图片外形选择接近实体外形的透明标准体或透明平面绘制实体边线;

    4）使用编辑多边形、编辑面片、NURBS曲面编辑技术进行点、线、面逼近实体模型;

    5）用实体对称特点取其1/2或1/4，再通过切割、挤出、焊接、塌陷等修改技术逐步逼近立体模型。

    3.2根据皮肤外形用3dsMax软件Cat角色系统创建能控制男女舞蹈动作的骨骼躯干

    根据外壳皮肤用Cat角色系统制作积木式的Cat骨架，同时修改积木骨骼躯干的长短大小。填满皮肤的内空间为骨骼封套做好准备。

    1）导入舞者皮肤，贴上透明材质并冻结;

    2）创建辅助对象中的CAT三角骨骼，在面板中进入Cat父对象>仓库>选无，顶视图中拖出三角形图标，见图1;

    3）从舞者皮肤中心创建矩形骨盆，见图2;

    4）再从矩形骨盆向外逐步创建左右边腿、脊椎、左右手臂、頭部，见图3。

    3.3 男女骨骼蒙皮，皮肤封套调整技术

    1）选择皮肤，修改列表选择蒙皮或physique修改器对角色骨骼进行绑定;

    2）命令面板蒙皮栏下添加所有的骨骼（可以先集合所有骨骼）;

    3）皮肤封套调整，避免穿帮，见图4。

    3.4 男女蒙皮贴图技术

    1）皮肤是有规律的多边形可采用多维贴图材质进行分块贴图，见图5;

    2）皮肤是没有规律的外形往往采用修改列表中uvw展开贴图，在uvw展开编辑器中制作局部对应的图片，再采用漫反射、法线、高光等贴图完成精准的表面多通道贴图，见图6。

    4 舞者舞步组合动作分解创建一连串动画技术

    根据舞者舞步组成的各种桑巴脚步动作组合的顺序名称，一组一组分析脚步在地面上轨迹，调整舞者个体原地每帧脚步在移动及变向上的变换技术问题，逐帧修改舞者Cat骨骼人胯部带动双腿、双肩和头部转到的运动方向。要求分析舞者動作满足拉丁舞舞姿特点的运动动作。运用CAT角色沿舞程线方向运动，通过脚印的修改，调整每个舞步方向，以及脚步离地面高度。下面以Cat骨骼人分析舞者舞动时的地面脚步步幅、躯干曲线扭动、手臂伸与缩、头部转动等舞步组合中涉及的动画技术进行描述。

    4.1 制作舞者舞每帧初步舞姿动作的动画并通过可用预设参数增加动作幅度

    根据桑巴舞运动特点解决原地舞姿和行进中的脚步及舞姿搭配每个分解动作，参照上面给出的舞步名称，男人牵引女舞者在地面留下一串舞步轨迹足迹的同时，舞者躯体又在原地表现各种扭动动作，两手臂转动动作及头部变向动作，每一帧通过CAT系统的运动管理层分：添加层abs关键帧动画和局部权重调整层、添加小人跑CATMotion层、+L调整层来调整舞者的脚步步幅、躯体扭动、手臂伸转、头部摆动等各种不同的舞姿。使用3dsmax软件由系统CAT骨骼蒙皮人分解舞姿制作步骤有：

    1）导入蒙皮后的舞者模型，隐藏皮肤;

    2）任选躯体中骨块，面板上点选运动，可见面板上出现--层管理器;

    3）层管理器选Abs添加动画层，单击红色按钮，变成绿色播放按钮，进入动画设置模式，时间轴设置关键点动画设置（红轴），见图7。

    （1）选某个时间帧上个锁制作脚的移动旋转/选脚底的辅助物方框。

    （2）躯干曲线扭动。

    （3）手臂伸与缩。

    （4）头部转动画。

    4）舞者各肢体动作协调通过权重调整，图8 。

    （1）层管理器中再次添加abs层。

    （2）分别选不同骨骼肢体，面板上调整局部权重，100为不动，50为动一半。

    4.2 舞者沿舞程线运动脚步轨迹及舞姿细节调整

    CATMotion层设置的预设动作只能完成初步的角色动画，在细节上还存在很多问题，使用Adjustment Layer层可以设置动画增量，即在保持现有动画的基础上，增加新的数据，例如，我们可以保持臂膀摆动的动作，增加手指兰花指的动作。虽然在CATMotion层也可以设置相关参数，但容易与预设动作原有数据相混淆或者发生冲突，产生错误的结果，而单独在Adjustment Layer层进行编辑，可以单独保留其数据，不会破坏对象原始的动画参数。从而准确地控制舞者脚步步幅、躯体扭动、手臂伸转、头部摆动等各种不同的舞姿，制作其动画制作步骤有：

    1）可用预设参数调整来增加CAT骨骼人手臂、双腿和头部动作幅度，在层管理器选小人跑图标添加动画层，单击红色按钮，变成绿色播放按钮，进入动画设置模式。见图8。

    （1） 层管理器下点击熊掌图标，打开CATMotion窗口。

    （2） 在可用的预设处双击选项加载4个预设动作，选GameCharCreep单击Load用新的动作覆盖当前。

    （3）Globals>修改最大步数时间=85，可以延长舞者每步时间。

    （4） 展开PelvisGroup项中的Legs，再展开FootPlatform>OffsetPos参数可以增大两脚间距。

    （5）修改RicageGroup选项中Arm>Bend参数及曲线点，可以拉伸或降低舞者手臂Arm>Swin参数可以修改手臂的波动。

    （6）还可以再HeadGroup选项中修改头部扭动等参数增加改变头转动幅度。

    2）进一步调整CAT骨骼人每帧手指脚趾舞姿细节动画，见图10。

    （1）在视图中选择手腕，在层管理下创建+L调整层。

    （2）面板上选参数，在手指修改器选拇指、中指、食指等进行参数修改。

    （3）也可视图中选手臂、大腿等骨骼进行协调，选参数按XYZ轴进行旋转。

    4.3 创建舞者各组动作集合动画的运动流

    舞者的表演由一组一组动作连续组成，每组动作由几个分解动作制作的动画，在Cat骨骼系统中，包含有多种预设动作，也可以将自定义的动画存储为预设动作，预设动作可以直接添加给对象，使其具有某种动画效果，而不需要再进行复杂的设置。CAT骨骼人完成预设动作用于当前编辑的Cat对象时只是子动作，还没有实现动作间的组合，在CATMotion对话框左侧的显示窗内选择CATMotion Presets选项中，在Current Layers显示窗内选择某个动作层后，权重参数栏内的参数会控制其对角色模型动作间的影响，只要设置权重具体参数，即可完成复杂动画动作间的组合。使用系统Cat对象人（舞者）制作完成一组多个动作集合的运动流动画技术主要有：

    1）用上面方法分别创建Cat对象人（舞者）制作每组动作动画，如：背式交叉步垫步组、背式桑巴梭步组、推胸追步组，分别保存为.cmp格式，存入Administrator/AppData/Local/Autodesk/3dsMax/2020-64bit/CHS/plugcfg_ln/CAT/MotionPresets/Dancer预设库中Dancer文件夹中 ;

    2）选Cat对象人（舞者）三角架，选面板运动模式，层管理器下添加选小人跑图标，即CATMotion层;

    3）点选熊掌图标，打开CATMotion Presets预设窗口;

    4）在窗口下双击先前存储各组舞步预设名称，添加各组动画在当前层中，见图11;

    5）选CAT对象全部动画，分别设置关键帧（红色时间轴），定义不同时间段及权重 ;

    （1）CATMotion窗口中当前层>选对应名称>背式交叉步垫步组，时间滑块到80帧，设置权重=0;

    （2）CATMotion窗口中当前层>选对应名称>背式桑巴梭步组，时间滑块到80帧，设置权重=0;

    （3） CATMotion窗口中当前层>选对应名称>推胸追步组>，时间滑块到80帧，设置权重=0。

    6）导出舞者三个舞步组合的运动流.FBX格式的动画。

    5 结束语

    人们以体育锻炼为目的跳舞活动在音乐中伸展身体展现欢乐的自我，成为一种不可或缺的社会风尚，借用技术辅助方法学习各舞种的风格及基本步成为必不可少的手段。以上研究了3dsmax软件CAT角色系统在开发舞者舞蹈动作组合过程中遇到的几个重要技术问题，利用三维软件调整角色足迹、身体运动走向，很方便地描述和编排复杂的舞蹈时空关系，开发模拟新颖的分解动作及组合，为计算机专业人员开拓模拟体育运动类项目提供了一种方法，并为日后能在Unity3D等游戏引擎软件开发交互式舞蹈动作学习应用软件，编辑新颖的舞蹈动作等虚拟产品打下良好的基础。

    参考文献：

    [1] 左旭.信息技术在舞蹈教学中的运用[J].艺术评鉴，2019（13）：112-113.

    [2] 王珂.全视频3ds Max游戏设计与制作深度剖析[M].北京：清华大学出版社，2013.

    【通联编辑：朱宝贵】