三维动画场景设计研究

在当今多媒体技术越来越成熟的社会，人们不停地追求更好的视觉效果。然而，二维动画已经不能满足人们的视觉需求。3ds Max是流行的三维设计软件。它提供造型工具，可经过修改器进行扭曲、弯曲、缩放等变形制作出各种各样的几何体、人及植物等。丰富的材质和质感，对实体进行颜色、反射、透明度和明暗度等编辑，这都是3ds Max所提供的。同时，还可以添加灯光和摄像机，改变物体的位置，大小等制作出动画。此外，3ds Max还支持雪花、喷火、流水灯特殊效果。如此强大的功能使得三维动画越来越受大家的欢迎，各种3D 动画层出不穷。然而，动画需要有场景的衬托，有三维的场景布置会使得动画更加贴切真实。本论文依托小组项目制作的3D动画宣传片《虚拟消防安全宣教动画设计与实现》来阐述在3ds Max环境下的场景设计。

【关键词】3ds Max 三维动画场景设计

1 3D动画场景设计简述

动画场景设计是除角色以外一切对象的造型设计，是塑造角色，烘托气氛和影片风格的关键创作环节。三维动画场景设计主要是动画场景的概念上设计，包含场景的结构，渲染画面色彩，材质贴图纹理的变化，添加不同灯光调节出各种环境效果，如：白天、黑夜、季节等。一部动画采用什么样的场景设计风格，对整个动画最终风格有着决定性作用。

2 3D动画场景设计

3D动画场景设计是设计师以动画剧本为基础，编排和创造的蒙太奇空间。场景的设计需要具有质感，画面效果精细，给人一种身临其境的感受。还要有强烈的真实感和亲和力。在3ds Max软件中制作简单的动画场景，需要经过几个步骤才可以设计出。

2.1 场景建模

对于三维动画来说，三维的立体的物体是场景中不可缺少的元素，所以，首先必须建立三维模型。建立三维模型可以有两种方法：利用二维视图扩展和直接使用几何体。对于建筑类的场景模型或一个大的场景，要先有一定的规模和草稿图画，一般都是绘画出精确的二维视图，再经过修改器里面的一些挤出、车削等功能就可以制作出一个具有立体感的三维物体。3DS MAX中，图形、几何体和修改器是制作三维模型的基本工具。根据本小组所做的3D项目，项目场景中各模型的建模主要用到标准基本体，扩展基本体，复合对象，曲面等几何体工具。标准基本体包括长方体、球体、圆柱体等几何体，扩展基本体只要用到切角长方体和切角圆柱体，复合对象主要进行放样操作和布尔操作。制作建筑和一些方形家具的时候通常需要切角、倒角、挤出和将几何体转变为可编辑多边形从而对点线面操作。布尔运算可进行切割，放样操作和车削修改器等可将一些先转变成面或几何体。其中，修改器是建模最重要的功能，很多二维的视图还可以通过添加弯曲、扭曲等修改器来变化物体的形状和结合时间帧来变换变形。场景个体模型举例如图1、图2、图3所示。

每个场景是很多不同的景物组合成的一个空间环境，那些单个的模型就相当于场景的装饰品。场景建模过程中，先是分开把每一个模型建立好，然后再导入合并到同一个操作环境里，根据原有的剧本所需和设计师的设计，再对其进行位置移动和旋转，将其摆设好位置，设置出动画所主要的场景。小组所做的3D项目里，主要布置的场景就是客厅和厨房。初步的场景模型线框图如图4所示。

2.2 场景加材质及灯光

在制作场景时，素材、材质贴图与灯光对整个场景的效果至关重要，会直接影响到整个动画的视觉效果。这也是一个相当复杂的制作，需要很仔细的调整，需要对参数具有一定的了解和熟悉。在材质与灯光的照射角度和灯光的距离渲染下，物体会显示不同的效果，从而渲染出不同的场景氛围，为动画增添生动。

2.2.1 材质类型和属性

在3DS MAX里面建立出来的物体只是一个没有外表的模型，没有灵魂，要是模型生动真实，就得附上材质。材质也有不同的类型和属性，根据不同的需求，对模型附上不同的材质，经过参数调整可以得到不同效果的物体。

（1）类型：

a. 多维子材质。可以使材质拥有多个子材质组成，需要对物体进行材质ID号设置，对不同的面赋予材质。比如一本书，未打开的书是六个面的，不同的面就是不同的图案，所以需要设置ID号，针对各个面附上不同的材质。

b. 双面型材质。给同一个表面的正反方向分别赋予材质。大厅里面的全家福相框可以使用双面材质进行贴图。

c. 光线追踪材质类型。光线追踪类型材质可以制作半透明物品、金属和玻璃。小组所做的3D动画项目里，里面的门，窗户是使用调节漫反射颜色和反射中添加光线跟踪制作出的玻璃材质。客厅上的茶几腿和餐桌椅的腿是金属材质。

（2）属性。材质有很多属性，它们的参数不同，对材质的效果都不同。下面是一些常用属性的举例：

a. Diffuse：漫反射颜色，物体的主要色彩。

b. Specular：高光色，物体全反色的色彩。

c. Ambient：环境色。物体受到外部环境影响时所发出的的色彩，一般情况下没有任何效果。

d. Specular Level：高光强度。一般金属，陶瓷等比较坚硬和光滑的物体都有比较的高光。而墙体、布料等材质的高光比较弱。

2.2.2 灯光类型

灯光有光度学，标准和VRAY三种大类型。下面针对标准类型灯光举例说明里面的各个小类型灯光。

（1）目标式聚光灯。目标式聚光灯有起始点和目标点，起点表明灯光所在的位置，目标点指向需要照明的物体。一般用来模拟手电筒、灯罩等台灯、追光灯和窗外投入的光线等照明效果。

（2）自由式聚光灯。自由式聚光灯没有目标物体，它靠自身的旋转来照亮空间或物体，其它参数都与目标式聚光灯相同。通常可以模拟矿工头盔上的顶灯，随着走动，灯光就跟着移动，即依靠物体运动带动它的运动。通常可以连接到摄像机上来始终照明摄像机视野中的物体（如漫游动画）。（3）目标式平行光。与目标式聚光灯一样，有起始点和目标点，起始点代表灯光的位置，目标点指向所需照亮物体。不过，平行光中的光线是平行的，可以模拟日光。

（4）自由式平行光。用于漫游动画或连接到其它物体上，通过移动或旋转来调整灯光的位置来调整证明方向。

（5）泛光灯。泛光灯向四面八方投射光线，属于点状光源。泛光灯不擅长突出主题，通常作为补光来模拟光的漫反射效果。

（6）天光。天光是模拟天空光来照明环境。

2.3 动画场景加材质灯光展示

物体的材质就好比人的衣服，是本体的衬托。材质一般都是利用一些已有的图像，或直接饮用，或分解合成，然后附加给对象。其中添加材质中也有很多参数，如漫反射颜色的调节，材质的反射，感光度，凹凸，不透明度等，这些参数都对材质的效果有很大的影响。

《虚拟消防安全宣教动画设计与实现》这个3D动画项目里，在对场景物体添加材质贴图和灯光时都运用各种材质类型方式和各种灯光来设置动画所需的场景视觉效果。为了符合场景需求，在大厅里设有电视机，摆放灭火器和抹布等工具。经过添加材质灯光和调整各种参