时间：2022-07-10 11:39:43
序论：在您撰写三维动画设计论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
一部完美的三维动画作品是一项复杂的系统工程，动画的场景设计需要的不仅仅是绘景，同样为三维动画设计而服务，并且将故事情节有效的展现出来，从而完成戏剧漫画的冲突。同时还会对人物性格动作造型进行有效的刻画。设计者不仅要投入到动画场景设计实践过程中，而且还要努力去克服技术上的难题，同时还要对其理论进行全面的研究，尤其是探讨造型设计形式、空间的设计形式以及色彩设计形式。在对三维动画进行设计时，要加入人性化关怀，只有这样才能更好的吸引观众的兴趣，满足观众的要求。其一，促使镜头的表现力得以提高。三维动画最开始主要应用于科技领域，并且其最大的用途还是对真实情况的仿真，目前三维动画更多的应用于艺术领域，特别是影视行业，并且已经出现了很多优秀的作用，创造了巨大的经济财富。在三维动画中，摄影机一般是虚拟的，它能够顺利实现现实电影中摄影机所不能完成的工作，并且获得比较生动的图画。以前，很难拍摄到极近镜头或者长距离的鸟瞰镜头，但是现在利用三维虚拟摄影机都能够轻松的完成。其二，提高角色运动与空间的表现力。在进行三维动画设计时，虚拟的立体空间就是我们一直追求的空间效果，角色在其中可以实现任何方式以及任意角度的运动，除了三维软件自身所具备的动力学系统外，还可以顺利的实现与动捕仪相配合起来，最终带给观众一种逼真的、激烈的视觉运动画面。
二、三维动画设计中的视觉形式的构成规律
计算机三维动画的视觉设计主要是利用造型的手段来进行传达信息。视觉上的美感是视觉语言的一大特征。与普通的语言相比较，视觉语言具有明显的区别。视觉语言本身具有独特的规律，只有遵循这些规律才可以将视觉语言的表现优势发挥出来。
（一）对称
美学形式的原理之一就是指对称。自然界中的叶子、花瓣以及鱼鳞的排列中都可以遇到线、面对称的多种多样规律性。在建筑物上，对称也是非常重要的。然而在绘画中也会将对称作为艺术表现组成的因素而出现，比如达芬奇的《最后的晚餐》其实就是一个对称构图的范例，对称给人一种安定、严肃的感觉。在古典主义作品中，对称成为构成艺术形式的最重要的规则。
（二）比例与分割
比率其实比例或者相互分割的意思。在希腊罗马时代，比例几乎与对称做间义语而使用。希腊语中“类似”的意思应该是“依照比例”。其中所说的比例或者相互分割是指长度。比如：美丽的人体具有某一种比例。比例成为美学史上最早提出的法则之一。在文艺复兴时期，比例美成了神圣的法则。达芬奇认为美是完全建立在各部分之间的神圣比例关系上，这实际是说比例法是美感的基础。在古希腊的雕塑中也经常可以看到这种黄金分割的比例。达芬奇的代表作《蒙娜丽莎》就是按照黄金分割的比例来构图的，现代画家也将黄金分割的比例运用到他们的创作构图中。在创作构图中，恰当的运用比例原理是非常有意义的，但是仅仅具备严密的数理逻辑性的绘画并不一定是佳作。如果不考虑到内容，过于追求化，这就会影响到创造性的发挥。
（三）节奏与韵律
节奏是一个有秩序的过程，其可以提供着可靠的步调以及格局。如果构建起了节奏，我们就能够预见到它的连续性。通过保持节奏，可以感受到其中的愉悦。节奏是一种有次序和有规律的变化，其中可以被理解为在形式结构上所形成的视觉效果。秩序规律的模式影响着造型的节奏。人的每一个活动都与某种节奏形式有着非常密切的联系。走路的步态、双膀的摆动都有明显的节奏，不同年龄的人、不同性别的人，其走起路来的节奏也是不相同的。节奏一词本有规律地重复出现的意思。比如：在音乐中曾经被定义为“相互连接的音所经实践的秩序”。对于音乐而言，节奏是非常重要的一个因素。在不具备时间要素的创造作品中，有不少情况都会将节奏作为反复的形态以及构造，比如连续的线等。虽然有时候是静止的作品，观察的视线应该要追求其中所说的线、形与形态要素之间的排列。节奏是一种较为特殊的表现手段，有时候具有直接描绘意义，并且节奏在某种艺术中起着非常重要的作用。如：节奏的视觉、重复形成的节奏、交替形成的节奏以及渐变形成的节奏，所以要合理的控制好节奏。
三、结语
一、角色造型分类
在对三维动画当中的人物进行设计的时候，不仅仅是要考虑到人物所表现在外部的形体，更为重要的是应注重塑造的角色内在的气质以及性格。在角色造型的设计中，运用最为广泛、最多的是实物类的造型，像动画中的写实类则可以划分为两种：一种是纯写实，如《小蛾蚌找妈妈》、《花木兰》等，这种都是依据人物的原型，加上少部分的艺术修饰；第二种形体式的造型，如《大闹天宫》、《人猿泰山》等等，对于这些角色的设计，与现实就有很大的差异。
二、造型要素符号化分析
作为将多项艺术综合在一起的动画艺术，它所使用的表现手段有动作、绘画、声音、性格等方面。在动画形象的塑造中，这些动画艺术的表现手段都御用不同的形式集于一体，表现形式的融合才将动画艺术独特的审美价值表现了出来。在互动化、动态化飞速发展的新时代，塑造出来的具有独特视觉的的形象，已经逐步的被人们所认可；动画形象也用它独特的“语言”，已经影响了世界文化。从本身来讲，动画形象也属于一个国家的文化，从另一个面讲，也代表着民族应有的精神。所以，笔者认为，可以将三维动画中所表现出来的角色视为对传统文化传承的系统符号的组成。作为三维动画角色造型，是从人、社会以及自然中逐渐衍生出来的，并且分为了若干小系统，在配合上有机的结合，输出一个完成的模型系统，最终让人们来评价起功能性。
三、角色内涵设计要素
（一）性格要素
19世纪英国的著名演员麦克雷蒂曾经说过：想要测定出性格的深度，则需要探索他潜在的动机，真实的去感受他心中最细致的、精细的情绪变化，挖掘出字面下所隐藏的思想，从而真正的掌握住一个具有鲜明个性的人的内心真髓。其中最关键的是要去了解角色、抓住基调，即角色最为本质、最为核心的方面、思想以及个性特点。动画角色的创造是否能够得到成功，关键取决于设计者对角色的实际理解以及感受的多少。实际上，想要准确的抓住人物性格的基调，主要是从动画电影的剧本中、角色行为以及对话语言中进行摸索。高尔基曾经说过这么一句话“情节是性格的历史。”正是由于每一个动画形象都具有自身独特的特点，动画里面的角色才能够有血有肉；只有角色之间进行相互的比较，才能够真正的构建出属于这一部动画真正的灵魂。所以，笔者认为将角色的性格塑造完美，对动画的影响是巨大的，设计人员必须要重视这一点。
（二）形体要素
在《符号形式的哲学》这一文当中，卡西尔表示：“各种符号形象集合在一起，就形成了人类的文化。”而且雅各布森也说过：“人类以视觉、听觉要素作为基础，就形成了人类社会中最社会化、最为贴切以及具有丰富意味的符号系统。”而在三维动画的设计中，角色造型就成为了最主要的符号。也可以说成，在动画作品中，角色所具有的视觉符号、听觉符号的意旨与设定的表现都是运用的造型符号的整体集中性。
（三）表情要素
对于表情的研究，所选取的参照物基本上都是在现实中实际存在，或者是在以现实为基础，加以中和或者扩展得来的。（无论是人物，还是动物需要塑造的角色都如此。）在动画表情的设计中，首先考虑的是角色的真实性（大量的参考现实实物），然后还需要考虑是否符合动画表演的特殊性。动画角色的表情设计必须符合角色的本身特征。这样设计出来的角色才能符合所要求的表情。俗话说：“相由心生，而心灵的窗户则是眼睛。”在动画形象的表情研究中，需要充分的研究真人眼睛，在其中，我们发现了眼睛之所以不同的关键。试想一下，一个动画人物的眼睛没有任何的变化，那它就算不上三维动画中一个鲜明的形象，最多能算做一个模型，或者是玩具。迪斯尼曾经说过：“观众喜欢关注动画角色的眼睛，因为眼睛能够传播心灵的呼喊，所以想要让形象具有说服力，必须在这方面的技术上投入时间和资金。”
（四）动作要素
理查德·威廉姆斯有这么一段话：“传统的动画作为绘画艺术的发展，那三维动画设计则可以作为木偶戏的发展，换句话将，既是具有高科技的木偶戏。但是两者包含的角色塑造的动作、重量等方面，则是都需要解决的问题。”例如：
在福建泉州有闻名于耳的提线木偶戏，强调的表演概念则是——傀儡意念。其中的傀儡意念指的是以专门的舞台表现的语言作为其特点，运用准确的把握，作为傀儡戏自身具有艺术规律一种依据的独特创作思维方式。而我们则可以借鉴这一种理念方式，从“角色的性格思维”这点出发，设计出角色的动作，这样才能够让三维角色更富有生气，并且贴切剧情需要。
（五）声音要素
动画形象的配音在三维动画的创作中，是角色造型设计中不可或缺的部分，配音与视觉形象的完美结合，才能构造出生动的形象。不论是哪一部经典的动作作品，除了让人们眼前一亮的绚丽画面，还需要贴切的声音与之相配合，而且声音也能够留给人们深刻的印象。随着三维动画的发展，配音的重要性也逐渐的显现出来，不再是以往的无声电影了。
随着我国的数字电子技术的深入发展，为了适应动画市场的需求，在数字电子技术的基础上加强了三维动画技术的运用。在三维动画设计中，主要是静与动的结合，将动画生动形象化，运动赋予动画更多的艺术感染力是动画设计的本质，而动画是运动的一个基础，是运动艺术表现的一种形式。动画设计的本质就是将画面以动态的形式表现出来。简而言之，动画设计包括两个方面，动态的画面以及动与静相结合的画面。随着动画设计技术的提高，改变了传统的动画设计形式，将每一副画面以动态的形式表现出来，真正意义上赋予画面动态感和形象感，提高动画的艺术表现力。随着三维动画设计技术的逐渐成熟，数字艺术设计中的动画设计采用和传统的动画设计相同的原理，运用计算机技术和相关的设计技术，实现动画的设计与制作，在基本原理相同的情况下，加强技术的改革与完善，从本质上提高了动画设计的表现效果。数字艺术电子技术的利用为动画设计提供了一个新的发展方向和表现形式，满足了设计者对动画的更多的主观思想的表达，提高了动画设计的光影、画面、纹理、运动等各个方面的表达效果，实现动画设计一个新的飞跃。在三维动画设计的过程中，运用数字电子技术建立一个真实的三维空间场景，使动画设计更加的形象化和生动化。在数字电子技术日趋成熟的今天，很多先进的运动原理被引入了三维动画设计软件，这些设计者在设计三维动画时，根本不需要设计每一帧画面。只需要设计好动画之间的连接点，满足动画的自动转化，从而形成动态的画面。这种技术方法有效的提高了设计效率，并且使画面之间的衔接自然、流畅，形成一个整体动态画面的感觉。通过三维动画设计软件，将静态的画面先设计出来，然后运用运动学的理论，设计出关键转折点的画面，最后从整体的画面表达出发，达到三维动画效果。
二、数字艺术设计中三维动画设计的应用分析
1．广告三维动画设计三维动画设计最主要的一种类型就是广告三维动画设计，以商业化广告为目的，利用多媒体技术，丰富广告内涵，提高广告的表现力，从而吸引消费者，引导购物。广告三维动画设计具有很强的目的性，时间短，但是所要展示的内容却要有针对性，能够吸引人、感染人，实现商业化广告效果。所以在广告三维动画设计中一般为了将广告内容更加的形象化、生动化、具体化，往往采用多种特效技术，如:粒子效果、滤镜效果等，将广告动画美化，提高广告动画的表现力和吸引力，达到引导消费者消费的目的。
2．影视三维动画设计影视三维动画设计主要是与影视相结合，将影视作品殊的镜头和画面通过三维动画设计合并成影片需要的特效。随着影视制作技术和设备不断提高和完善，人们对影视动画的要求也越来越高。在影视作品中为了能够有效的提高特殊镜头的感染力，给人以更大的视觉冲击和巨大的视觉震撼，提高影视作品的艺术性。在影视作品制作中采用三维动画设计，结合多种多媒体软件，使影片发挥最大的表现力，以达到特殊的影视效果。利用三维动画设计，影视动画的展现将更加的真实，更能够促动观众的情感，为影视作品提供更多的展示平台，实现影视作品的真实化，给人以更广阔的视觉享受空间。
3．游戏三维动画设计游戏本身就是一个绚烂的，跳跃的，丰富的场景和画面，游戏不同于一般的影视作品，具有真实存在的人，而是一个完全虚拟的平台。三维动画设计在游戏的开发设计中起着关键性的作用。游戏中的场景、人物、活动等都是通过三维设计制作的。利用三维技术，将游戏中的人物、场景生动形象化，利用环境效果，运动效果等特效，构成一个虚拟却真实的世界，从而使游戏更加的吸引人，使游戏者在游戏中感受到乐趣。
4．工业三维动画设计三维设计运用在每一个所需要的行业中都发挥着巨大的作用，在工业设计领域，三维动画仍然起着十分重要的作用。利用三维动画技术将工业的设计以立体的、空间的形式表现出来，能够完整的、真实的模拟工业设计的流程和布局，这样就能更加简单的观察设计中存在的不合理的地方，能够有效的调整方案规划设计，使工业设计流程布局更加的合理化和科学化，这样就有效的减少了工业施工过程中存在的问题，提高了工业的成功率，有效的节约了时间。
5．建筑三维动画设计建筑三维动画设计与上述工业三维动画设计类似，都是利用三维动画技术，将建筑进行全方位的展示，提高建筑设计的效果。三维动画设计技术将想象变为现实，以有限的视觉设计效果展示无限的设计空间。在未来建筑设计要求不断增加的前提下，为了节约建筑成本，减少建筑施工过程中存在的问题，就必须将三维动画设计具体的应用在建筑设计中，以三维动画技术展示建筑设计的空间效果图，使人们能够更加全面的、立体的感受整个建筑的整体效果，提高建筑价值。
6．机械设计中的三维动画机械设计中的三维动画能够有效的将机械的各个部分以及各个零件的运动关系，通过电脑真实的、客观的表现出来，使其能够从整体上把握机械设计，还能较快发现机械在细微之处存在的不足，并加以更正，避免了生产出产品后再进行更正，节省了大量的原料和时间，提高了生产效率。在机械设计中运用的三维动画，要掌握相关的软件，电脑系统配置要高，要满足软件的运行。在机械设计中的三维动画的创造是有步骤，分过程进行的，一般而言主要分为三个部分:第一，动画编导。它是机械设计的一个前期的准备工作。首先，设计人员对产品进行大致的一个三维模拟，将回路中的线路设计成场景，展示产品流程原理。其次，最重要的，单个的装置可以按照准备好的路径运行，在电脑上面放大检测，观察其运行情况。最后，合理的配置相关的配件，掌握好它们之间的工作原理，使整个流程更加的快速、顺畅。动画编导需要掌握相应的知识和技术，能够灵活的运用软件设备，有效的减少机械设计中的错误和偏差，提高机械设计的合理性。第二，资料收集。资料收集的途径有很多种，如:网上查阅、图书馆等。主要收集的都是机械设计相关的内容和设备，如:收集路径、机械设备，基本流程、三维几何尺寸等。提高机械设计的效率。第三，建立模型。一般而言建立模型也分为设计水平不高的产品和设计难度系数大的产品。前者建立模型的方法有很多种，并且都简单易操作。但是对于后者模型的建立就必须贴近原产品，模型建立难度大、时间长。下面主要就设计难度大的产品模型建立提出集中方法:第一种方法:创建实体模型，通过微调相关的比例修改产品尺寸，准确的把握好尺寸大小，抓住关键点建立基础模型。第二种方法:通过函数程序在客户端应用程序中创建对象，然后再分别创建一些子对象，最后通过这些子对象来完成实体的构建和编辑。编辑完成后再保存结果与原模型进行对比。在创建子对象以及对于实体的构建和编辑都可以通过软件内部的宏功能轻松的实现。这种方法相对比较省时省力，适合创建一些结构单一、建模步骤较多的零部件。但是如果所需要创建的模型需要很多宏的时候，就比较容易出现差错。
三、数字艺术设计中三维动画设计过程
在数字艺术设计中设计三维动画，第一步要先确定动画脚本，建立模型;第二步要制定出三维动画的材质贴图，设定好光源和摄像机后，加入一些三维动画的特用效果，进行调试;第三步是输出三维动画设计，进行后期合成。数字艺术设计中的三维动画设计过程和传统的动画设计方法有着很大的区别，数字艺术设计中的三维动画设计主要以数字电子技术为基础，利用多种设计软件，实现三维动画设计的快捷化、科技化发展，极大地改变了我们的工作方式。随着数字电子技术的快速发展，三维动画设计在各个领域的作用显得越来越重要。三维动画设计主要利用数字电子技术，以多种设计软件为平台，让文字、图像、音频等艺术元素进行完美结合，为不同的行业提供或虚拟或真实的三维动画场景，衍生了数字艺术设计产业。
早在2007年，全国各类高职院校就在教育部“以工作过程为导向的课程开发”精神指导下开始了以工作过程为导向的课程建设研究；而在《教育部2012年工作要点》第三点第18条“大力发展职业教育”和第19条“促进高等教育特色发展”中明确指出“要深化校企合作、产教结合，加强行业指导。深入实施国家示范性职业学校数字化资源共建共享计划。”基于工作过程导向的系统化课程资源建设已经成为高职院校课程建设的重中之重。近年来，高职院校的课程建设虽然有了较大的突破，但仍有不足。就“三维动画设计”这门课程来说，目前开发基于工作过程导向的三维动画设计课程资源的高职院校还是很少，高职院校三维动画设计课程资源建设尚处于起步阶段。三维动画课程教学与企业岗位需求不能直接对接，导致职业院校培养的学生不能迅速适应企业的要求。
2基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源开发的研究目的
基于工作过程导向的课程资源建设将理论学习和实践学习融为一体，它能够满足高职院校培养技能型、实用型专门人才的目标；它使学生认知能力发展和建立职业认同感相结合；科学性与实用性相结合，符合职业能力发展规律与遵循技术、社会规范相结合；学校教育与企业实践相结合”，学生通过对工作任务化的学习资源进行学习和体验，实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观学习的统一，为培养学生的实际工作能力奠定坚实基础。基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源开发就是以推进基于工作过程导向的课程建设为综旨,以培养学生职业能力为目标将企业生产项目部分引入课堂,提供全套的“生产型”课程教学资源，加强对学生职业能力的培养，提高学生的创新能力、就业能力、工作能力和人际和谐能力，以适应企业对三维动画设计人才的需求。
3基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源开发的研究意义
3.1理论意义
基于工作过程导向的课程资源开发，是职业院校深化课程建设的重要内容，是推进职业教育的重要途径，是培养技术应用性人才的重要途径。
3.2实践意义
基于工作过程导向的课程资源开发有助于更好的与企业生产相结合，增加课程面向职业教育的适应性。基于工作过程的课程资源开发立足于行动导向体系课程，以工作过程作为课程资源开发的参照系，为改进教学行为提供了新思路。与生产过程配套的课程资源能够将原来的线性教学模式转变成一个动态学习的过程，能够使课堂变得富有生机和活力，有利于培养师生的应变能力与创意思维，有助于提高学生的就业能力和适应职业变化的能力。
4基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源开发的研究内容
基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源开发应包括：课程标准、.校内讲义、项目库、学习工作页、多媒体课件、教学演示录像、测试题库、实训包等内容。通过基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源的开发，推进教学改革，以满足职业能力培养为最终目标。建立与三维动画设计工作过程一致的学习情境，借鉴三维动画产品生产标准制定三维动画设计课程标准，引入企业的典型项目，构建集生产型、仿真型、创意型三大类型于一体的项目库、编辑能够将教学与工作融为一体的学习工作页、教学课件和电子书。编写适应三维动画设计师资格鉴定的职业知识测试题库与满足三维动画设计师上岗标准的职业技能训练题库，以有效实现学生职业技能的培养，保证校内硬资源与校外软资源有机结合，学习技能与仿真生产同步进行，真正实现所学与所用无缝对接并达到零距上岗。
5基于工作过程导向的“三维动画设计”课程资源开发的研究方案
5.1研究主线社会调研。调研分析三维动画师岗位的工作要求、任务与职责从而确定三维动画师岗位的职业能力标准，为确定基于工作过程导向的课程开发标准提供依据。生产观摩。观摩企业生产设计过程，分析动画产品的开发流程，研究其普遍规律和行业规则，确定动画设计的基本工作过程，为基于工作过程导向的课程教学过程设计提供参考。项目提炼。研究企业以往工作项目，认真分析并整理出适合用于课堂训练的，流程清晰且有代表性的优秀项目，为基于工作过程导向的课程资源开发做出项目准备。资源设计。基于工作过程导向的课程资源设计。分析其他基于工作过程导向的课程的资源，根据本课程的特点设计出三维动画师工作过程的讲义和配套课件。参考三维动画设计师职业资格考试的大纲，设计出与职业资格考试相配套的试题库。
5.2具体步骤制定课程标准：组织团队人员研究确定三维动画课程的课程标准。编写校内讲义：根据课程标准精选合作企业的优秀项目，并组织团队人员对校内讲义版式及内容进行讨论。建立项目库：根据企业项目整理集贴图、效果图、工程原文件全部在内的项目库。开发学习工作页：根据课程标准与校内讲义按学习进程编写不同学习情境所对应的学习工作页（包括技术单、资料单、计划单、考查单）。制作教学课件：根据校内讲义制作特色项目教学课件。编写技能题库：组织团队人员完成本项目的试题库的整理与编辑。录制教学录像：根据项目库内容录制项目制作的教学演示录像。编辑测试题库：借鉴三维动画设计师职业认证标准创建知识测试题库。整理实训包：根据三维动画设计课程实训要求编写实训计划、动员报告、实训指导书，并整理所需图片与工程素材。
6结语
在骨架提取方面，已经有很多自动生成骨架的方法。①②③Baran等的Pinocchio系统创造性地提出了骨架嵌入的方法。在自动角色动画方面，骨架嵌入比骨架提取要好的原因是对于复杂骨架的角色，骨架提取可能会产生不同的拓扑结构，这就让使用者很难将原来有的骨架运动数据运用到其中来。虽然可以通过附属肢体模板来鉴别复杂的附属肢体，但是由于拓扑结构的复杂性，自动生成时也会产生各种不同的误差。骨架嵌入相对于骨架提取的另一个优势就是它能够在骨架中定义角色所需要的很多的结构信息，这是在提取的纯几何骨架图中难以得到的。
几乎所有的网格变形技术，无论是基于表面的还是基于体积的，都可以用来作为基于骨架运动动画中的对表面进行蒙皮。④⑤不幸的是，到目前为止，这些方法都不能实现实时的动画。Baran等的线性混合蒙皮（LBS）具有简单高效并且能够利用GPU进行运算，并可以根据骨架进行子空间变形等优点。虽然在质量上的不能够达到很好的效果，但是它仍然成为在实践应用中最常用的方法。所以我们的系统采用该方法。⑥
二、原型系统设计设计过程
对于输入的三维角色模型，我们首先嵌入骨架，然后通过定义骨骼运动对表面网格上每个顶点的变化的影响权值，将表面皮肤依附在骨骼上。对于不同的角色，我们建立不同的罚函数去惩罚那些我们不期望的骨架嵌入方式。基于样本用支持向量机的方法求得最大边缘解，然后对不同罚函数赋予不同的权值。用人工智能中A*启发式的方法在指数级的搜索空间里加速寻找最优的骨架嵌入方式。在蒙皮阶段用热扩散方程的方法去计算骨架运动时每一块骨骼对表面网格上顶点的影响权值。据骨架的变化情况，插值计算出骨架的“蒙皮”模型的各个顶点的位置变化。对于某个特定骨骼，“蒙皮”模型的顶点变换矩阵＝初始姿势的变换矩阵的逆×姿势变换后的矩阵。另外还要考虑到一个顶点可能受多个骨骼运动的共同影响。
1.骨架嵌入
由于骨架嵌入需要将骨架重新定义大小和定位使得它能够正确的嵌入到模型当中，所以它能公式化为一个优化的过程：计算关节点的位置和朝向使它能够更好的适合于给定的模型。但是这个优化是一个三维空间的问题，所以连续优化的方法是不可行的。因此可以建立一个用顶点表示潜在关节点，用边表示独立的骨骼的图来简化优化问题。建立这样一个图是具有一定挑战的，因为我们可以用未知数量的顶点和边来表示相同模型的关节和骨架。我们在近似模型垂直等分的平面上建立中轴面，并且建立圆心在中轴面上的圆的一个特定的集合，将这些图的圆心连接起来形成一个图。然后使用自定义的离散的罚函数来最优化的骨架嵌入这个图。为了帮助优化，在给定的骨架中可以包括一些关节点的额外的信息。比如说对称的部位应该以相同的名称命名，又比如如果一个关节被命名为脚，那么就表示它应该事在模型中位置最低的一个关节。由于定义的罚函数是独立于具体的模型的，所以并没有减弱它的通用性。
2.简化骨架
前面的步骤建立了几何图G=(V,E)来表示骨架，我们需要将它嵌入到我们给定的骨架当中。给定骨架原先是以有s个节点的树的形式给出(在一般人形的骨架上会取s=18)，但是如果这s个节点没有经过简化，嵌入的优化过程是很难处理的。因此我们需要一个简单的骨架，所以在嵌入骨架之前，需要将骨架简化。所有的自由度为2的关节都将被除去(比如说膝关节）,关节两端的骨骼块被连在一起。简化后的骨架将会只有r个连接点。那么骨架嵌入以后缺少某些必要关节的骨架怎么让角色动起来呢？我们根据未简化骨架上关节在整条边上的比例，重新计算出该关节在简化骨架上的位置，然后插入到骨架中。在我们的系统中，简化的骨架中r＝7。简化后的结果就是我们可以将简化的骨架嵌入到系统中以最小化罚函数惩罚的对象。否则这样的工作是很难实现的。
3.离散的嵌入骨架和优化
一般不可能计算离散的嵌入方式时使罚函数最小，因为嵌入的数量是指数级的。但是可以用类似分支定界的方法在问题的解空间树T上搜索问题解。我们使用这样一种方法：首先根据部分嵌入的下界估计保存优先级队列。然后在每一步，取出在队列中最好的部分嵌入，将它展开，与下一个关节进行计算，然后将结果保存在队列中。所以，第一个被完整展开的嵌入就是最好的嵌入。为了加速算法并且尽可能少的占用内存，如果部分嵌入有一个很高的下界，那么它将被立即拒绝并不在嵌入到队列中。虽然这种算法在最坏的情况下依然是指数级的，但是在我们测试实际情况它都是很快的。
在骨架嵌入前将骨架进行了简化，省略了很多的关节，比如说膝关节，但简单骨架嵌入以后，要让角色真正的动起来，还是需要重新插入这些关节。在这里可以通过按比列分割骨架图中路径最短的边来得到。我们希望嵌入后的骨架能够很好的满足角色的形态比列，但是，有时候骨架并不能很好的适应我们的角色。同时，一些小的被忽略的骨骼块并没有被赋予正确的朝向。骨架优化的过程就是为了解决这些问题的提出的。
4.蒙皮
我们的角色和嵌入的骨架在将皮肤依附到骨架上之前是没有任何关联的。骨架并不能够驱动角色运动。因此我们需要指定骨架运动与角色表面网格变化之间的联系。虽然在这里我们可以用很多的网格编辑技术来进行网格变形，但是我们选择标准的LBS方法：假设表示网格顶点j的坐标，表示第i块骨骼的变形矩阵，表示第i块骨骼对第j个网格顶点的变形权值。LBS把j变形后的位置表示为。我们的目标就是找到每一块骨骼变化对所有顶点的影响权值。我们所期望权值有以下几个特性：首先它应该与网格的大小无关，其次权值的变化应该平滑，最后关节间两块骨骼的移动宽度必须与关节到表面网格的距离成一定的比例。即使有一个方案能够得到权值使得骨骼能够满足这些特性，但是它们很可能失败因为他们忽略了角色的的几何学特性。作为代替，我们用热平衡原理来寻找权值。假设我们把角色的体积认为是一个不占容积的热导体，然后我们强迫骨骼i的温度为1，而其他骨骼的温度为0。当热平衡以后，我们就可以把表面上每个顶点的温度值作为该骨骼对它影响的权值。
三、实验结果
盼盼动画系统设计时主要依照三个标准：①广泛性。适应于尽可能多的模型。对一些结构比较特殊，或者会产生歧义的模型能够尽可能的正确嵌入骨架。②质量。关键在于蒙皮的技术，让表面皮肤能根据骨架运动驱动正确的位和形变，以期与视频游戏中的模型相媲美。③性能。运行在大多数的家用计算机上。在盼盼动画系统里对采用的模型进行了一些简单的限制：模型必须是全封闭的，并且是以最自然的姿势站立，这样能大幅度的提高骨架嵌入的准确性。当然模型需要是一个有四肢能被嵌入人体骨架的。
图3为盼盼三维角色动画系统的一张截图画面。系统主要包括模型选取、BVH运动数据选取、运行、视图操作、工具条等功能。该系统的运行环境为英特尔酷睿双核CPU，主频为1.73Mhz，内存为1GB。因为盼盼动画系统是单线程的，所以双核的CPU几乎没有什么影响。测试发现，计算的主要消耗花费在分离过程中距离场的计算上。
4、展望
虽然盼盼动画系统在人体动画领域取得了一定的进展，但是它依然存在着不足，限制着它的应用范围。在技术方面，建立骨架图的时候可以用椭圆来建立初始骨架图。在应用方面，首先它的蒙皮质量在某些地方还可以改进，可以通过在骨架上自动蒙皮的技术来提高质量；其次，它的骨架中的关节与一般人体的关节有出入，不能由一般人体骨架运动的数据来驱动，这样就不能很好地利用网络上大量的表现复杂运动的运动数据。另外，盼盼动画系统依然不能够表现手部动画、脸部动画这些需要细节的动作。如果能在后期中加入这些方面的应用，一定能够得到更为广泛的应用，并且大大减少人体动画开发的整个周期。
注释
①LiuP,WuF,MaW,LiangR,OuhyoungM,“Automaticanimationskeletonusingrepulsiveforcefield”,Proc.ofPacificGraphics’2003,pp.309-413.
②TeichmannM,TellerS.“Assistedarticulationofclosedpolygonalmodels.”Proc.ofComputerAnimationandSimulation’98,pp.87-102.
③KatzS,TalA,“Hierarchicalmeshdecompositionusingfuzzyclusteringandcuts”,ACMTransactionsonGraphics,2003,22(3):954-961.
④WadeL.Automatedgenerationofcontrolskeletonsforuseinanimation.PhDthesis,TheOhioStateUniversity,2000.
⑤BaranI,Popovi?J,“Automaticriggingandanimationof3Dcharacters”,ACMTransactionsonGraphics,2007,26(3):72.
⑥KryP,JamesD,PaiD,“EigenSkin:Realtimelargedeformationcharacterskinninginhardware”,Proc.ofSymposiumonComputerAnimation(SCA)’2003,pp.153-160.
水利工程建设是一项复杂的系统工程，设计周期长、投资大、主体结构复杂，具有标准化程度低、协同配合要求高等特点，并且专业涉及面广，包括测绘、地质、土木、建筑、机械、给排水等多个专业，各专业之间存在着相互联系又相互制约的关系，且各专业的二维图纸表达抽象，其他专业参照非本专业图纸较难理解。因此，在水利工程展示中采用三维动画表达设计意图具有以下3点现实意义：
1）清晰展示工程建筑物主体结构
三维动画可从多视角将工程建筑的结构、材质、布置准确地表达出来，在模型基础上，能够任意观察坝工、厂房等专业建筑结构。相较于用工程图纸加上说明的表达形式，更能直观地让人感受到工程建筑的形态，突破了二维的局限性。
2）明确展示各专业的设备布置
水利工程厂房专业中布置了电气、暖通、水机等各专业设备，一般二维展示只能根据各个专业的相关图纸作基本位置的介绍，通过数字标高识别各设备布置的高程。通过三维动画展示，能清楚地表达各个专业在真实场景中相互交错的关系，一些本身具有运动工作性质的设备，还能模拟其工作过程并真实地表达出来。
3）直观展示水利枢纽的工作原理及施工过程
通常为了说明重要的技术点，用简单的、示意性的平面图形来反映复杂的原理过程，不容易表达清楚三维空间上的真实内容，而且还要求工作人员具备良好的抽象理解能力和很强的专业知识。用三维动画表现动态的水利枢纽、展示水利工程的工作原理及施工过程等则非常直观而清晰，也是对重点工程项目技术、工艺阐释的深化和重要延伸。
2.三维动画制作流程
三维动画借助计算机对所表现对象的形状、尺寸建立模型以及场景，为模型赋予特定材质，设置模拟灯光，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其他动画参数，通过计算机的自动运算生成一组静态图片，将这些静态图像高速播放，从而产生动态效果，之后添加字幕、图像、音频等效果，最后得到工程演示动画，。实现三维动画流程的Bentley软件模块主要有Architecture、Structural、GEOPAK、MicroStation的渲染模块以及后期处理软件AfterEffects等，可根据需要，结合各软件的优势综合利用。
2.1模型的建造
基于笔者所在单位三维可视化协同设计平台，利用MicroStation基础软件和包括测绘、地质、建筑、结构、管路、电气、暖通、给排水、校审和全生命周期数据管理等涵盖水电设计所有专业的专业模块的强大功能，各个专业能够同时进行模型建造并实时协同。相较于传统建模软件，如Sketchup、3DMAX等更能精准、快速地完成模型建造。利用MicroStation软件的优势，最终能得到尺寸精确、细致、仿真度极高的坝区地形、挡水建筑物、通航建筑物、地下厂房模型、施工场地、公路等工程模型。
2.2材质及灯光的选择
材质的处理，可在MicroStation中的渲染模块用软件自带的材质，也可根据需求，替换任意其他材质，操作简单便捷。三维动画与水利工程建筑物相关的材质种类不多，主要有混凝土、钢筋、石头等。由于水工建筑物的结构较为复杂，但真实场景中材质的同一种色调在三维展示中运用略显单调，并且难以清晰地表现建筑物各部分的衔接情况。为此，对同一种材质也需收集多种颜色或纹理不同的样本。灯光方面，可利用MicroStation中的渲染模块功能可以模拟室内、室外多种光源，表达形式也多样化，如点光源、线光源、片面光源、太阳光源等。各专业结构及布置情况展示的三维动画对灯光的要求并不高，只需确保所展示的建筑物清晰可见，具有少量阴影即可。外部场景则需要对灯光的色彩、强度、衰减、阴影等方面进行详细考虑，以达到仿真效果。
三维动画的最大优点，就是能够多角度查看工程场景，在现实中无法拍摄的角度，在三维动画中能轻松展现，只需在场景中设置好行进路径，并设置相机位置及目标点位置。在水利工程建筑中，室内展示受到建筑布局及结构的影响，可能出现视角被遮盖、行进过程中遇到专业设备阻拦等情况，为了能使建筑及专业设备能更专题研究Special Research好地被观看，有时会根据场景需要，对建筑物进行剖切、隐藏墙体或半透明化处理以达到最佳的展示效果。
2.4渲染输出及后期合成
渲染输出时根据三维动画场景的时间长短，单张图片为一帧，以每秒25帧形成动态效果。MicroStation能进行渲染输出连续的静态图片，渲染则由计算机自动操作。后期合成是将渲染输出的图片素材进行加工处理，添加文字、标注、颜色显示框甚至声音效果等，之后合成AVI、MOV等视频格式的动画，这一步骤主要在AfterEffects后期处理软件及AdobePremiere视频编辑软件中完成。后期合成是水利工程三维动画制作较为重要的一部分，能在三维动态展示的基础上，添加更为清楚的解说及标识。
3.三维动画在水利工程中的实际应用
笔者所在单位根据勘测设计技术市场及业主的需求，于2010年底成立了数字工程中心，其中，三维室主要推广三维可视化协同设计，以托巴水电站、蟠龙抽水蓄能电站等各水利工程项目为依托，在协同平台上利用三维建模，成功地将工程项目从二维转化为三维，模拟出真实、精确的现实工程。在此基础上，将模型以三维动画的形式展示出来，更直观地阐述工程技术原理，促进科研开发与成果推广工作水平进一步提升。
4.结语
经过现下计算机软硬件技术的不断更新，有关三度空间内部立体形象以及运动创作活动开始紧锣密鼓地运作，其始终向外传输某种虚拟世界体系信息，设计主体的中心任务就是依照既定模型运动轨迹以及虚拟摄影器械进行异质化动画参数设定，最后配合方案指令赋予模型相关材质并照上灯光；所有后期的激烈情节当然需要计算机自动调试完成。而动画角色定义刚好就是整个艺术规划体系中的特殊要诀，其秉承一系列夸张、拟人艺术表现手段进行可视形象搭设，动机标准其实就是赋予各个动画角色比较特别的生命力、艺术感染效果。可以说，角色设计工作已经成为整部影视作品中的主导元素，单位脚本都必须围绕其实施科学掌控。尤其在创作前期阶段，依据剧本延展条件审视，系统地整合各类视觉形象，使得设计师的核心价值观能够清楚得传输到受众人群之中。这部分想象、个性内容基本源自于生活考究经验，能够侧面烘托人们的现实生活状况与理想认知标准。优秀的作品架构内部，角色形象以及性格特征会得到一定程度地放大化处理，设计主体长期维持童心状态，尽可能地拓展创造力跟想象力。整个动画中几乎包揽万象，其与电影一样能够刺激人们创作的火花，区别的是三维动画中的角色大部分是为了迎合剧本需求被创造出来，透过形态比例、动作流程以及语言特征观察，都或多或少隐藏着设计主体的性格特征。创作流程中，规划人员有必要联合故事时代背景以及内容疏导格式进行角色设计，包括身高、服装样式、发型以及配件等；另外，影片整体艺术表现风格也将深入影响动画造型结果，具化要素就是美术设计与动画语言，总结为角色造型一直维持与动画风格相辅相成的交互关系。
2三维动画角色造型分类标准陈列
造型设计工作需要针对外在形体与潜在气质做出叠加改造，卡通赋予角色一种特别的造型基础，使其能够尽量规避生活中混乱认知迹象，充分彰显独到的艺术风格。所谓的角色设计类别基本呈现为：（1）拟人化造型。三维动画场景之中大多采用拟人手法实施造型梳理。例如，《狮子王》中的辛巴、《海底总动员》中的尼莫等，因为孩子比较喜欢动物，涉及生命化、拟人化的处理结果将会令我们发现截然不同的世界奇景，这种夸张式工艺在动画作品中可说是随处可见。因此，拟人化造型调试工艺主要呈现以下细化特征：首先，外型要基本符合动植物显性特征。其次，关于人化的手部、面部特写要足够精细，全面迎合人们正常的审美习惯。（2）写意类造型。基本强调部分个性化特征显著的角色造型，这类动画作品基本被定义为艺术片，其造型处理结果不会出现过多要求，只要透过影片反映活动中能够适当激发观影人群的联想思路便足以。其在造型设计工作上往往散发出一种随意性色彩，但对于影片整体风格把握能效上的确精良。
3三维动画角色造型设计的细化流程分析
（1）整体风格确认。针对动画剧本内部角色实施设计活动中，需要首先掌握内容表述风格，异质化类型动画角色表现手段几乎是天差地别的，必须保证设计过程中进行整体考察、验证。（2）角色性格搭配。动画里应该全程传递着多角色交流的活跃氛围，经过细致化的对比、映衬能够进一步彰显动画核心灵魂，针对这类性格特征做出有机铺陈便对影片整体收视成果产生巨大影响。当然，除了在表演活动上，造型基本承揽全篇章疏通的职责，单纯拿《亚瑟和他的迷你王国》为例，在迷你王国中的小矮人就在人们心中留下难以磨灭的印记，其对神幻王国探险的气魄以及天真的童心都博得大众的喜好。（3）从自然、传统艺术资源中挖掘灵感。三维动画角色设计本就该结合自然、人文情感环境实施长期调研，从中掌握无限的素材资料，经过设计主体科学鉴定与提炼、挖掘之后，使得一些看似丑陋的事物也能变得活泼可爱。传统艺术经过长时期的锤炼已经蕴藏着深厚的文化价值，针对其进行有机吸收、改造将为作品自身内涵灌输更多活力因子，不计较地域、民族差异特性，无论任何艺术审美观念都将得到充分融合。因此，能够使影视作品渗透出一种传统绘画气息，引起更多爱好主体的审视。例如，中国传统雕塑工艺具备丰厚的装饰趣味，比较迎合我国民族个性和审美心理标准，我国在三维动画角色定义上就应该广泛吸纳更多传统风格，使得材质彰显成果充斥着我们自己的角色韵味。（4）夸张与变形处理模式。在进行角色设计时我们一般要考虑所设计的角色主要特征在那里，这些特征往往是吸引观众的地方，抓住它并对它进行夸张强化处理，动态上亦是如此。实施夸张变形处理环节中应该注意以下细节：首先，对形体要进行归纳，强化几何形体。其次，注意对比，包括体量上的大小对比，细节的烦琐与简洁的对比等。最后，掌握好适度与整体协调，注意平衡。例如，在二维环境中一个硕大脑袋可能比较可爱，但将他放入三维中就显得特别怪异，因为在三维中除了考虑形还应该考虑到体积的因素。
4结语
