田博

摘要：该文VAST水封洞库开挖三维动画演示为研究对象，利用三维动画软件Autodesk 3dsmax、图像处理软件AdobePhotoshop、后期合成软件Adobe After effects和prermere pro为工具。最终通过实现地下水封洞库开挖三维动画演示建立了一套现实可行的三维动画演示设计制作流程。经过实践证明该流程对大型三维动画演示的制作有一定的实践意义和参考价值。

关键词：三维动画；制作流程；演示

三维动画能够精确模仿和再现真实事物，而且随着计算机软硬件水平的提高，其操作性几乎是无限的，因而已经在军事、医学、教育、娱乐等领域被广泛应用。近年来地下水封开挖演示过程也多采用三维动画的表现形式。地下水封洞库开挖项目属于国家级大的水利水电施工项目，前期要经过公开、公正、公平竞争的招标环节，以前演示多为ppt或者flash动画演示，但这是属于二维的图纸和动画，不利于全方位多视角的评审。三维动画演示有着比ppt演示讲解和flash动画更加直观的视觉效果，更有利于专家评审各投标公司方案的优劣。更有利于专家对施工环节和步骤进行探讨和研究。并可用于工程的宣传。本文以水封洞库开挖三维动画演示为例，对动画制作流程及制作过程中的要点加以说明论述。

1地下水封洞库开挖三维动画演示制作流程

由于动画制作工序复杂、工作量大，常常需要多人配合完成，所以建立一个高速有效的制作流程是首要条件。地下水封洞库开挖三维动画演示制作流程如下：①文字脚本：根据项目的总体介绍以及地下水封洞库开挖的流程，编写文字脚本，文字脚本作为制作环节的依据十分重要，应简洁明了。②解说词录制：介绍类的动画多采用标准的普通话录音，有别于动画片的个性录音，普通话录音的语速有一定的规律可循，所以先完成录音的环节，可以避免后期音频与视频不对位的现象。根据文字脚本在录音棚中录制演示动画的解说词，解说词要求采用标准的普通话录制，根据解说词的时长来确定动画的帧数。③故事版：其中包括摄像机机位摆放安排、基本动画、镜头时间设置等。作为后期分镜头动画制作的依据。④建模：根据项目要求，制作出所处的地理环境以及地下水封洞库相应的模型。⑤材质贴图：根据项目需要制作环境以及洞库的相关模型。⑥灯光：为体现本项目的真实感，模拟真实灯光照明。⑦渲染：渲染输出Rla或Rpf多通道格式文件，便于后期色彩调整⑧后期合成：调整分镜头各元素色彩关系，合成解说词及背景音乐。

2地下水封洞库开挖制作要点

2.1模型制作

Autodesk 3dsmax是一款专业的动画制作软件，是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件，并且支持多种格式导入，尤其能非常便捷的导人Autodesk cad文件，其经常被用在工程项目中。

1）山体和水制作

地下水封洞库对岩体质量和地下水条件有较高的要求，因此，要创建水封洞库所处的地理环境的环境模型。①山体模型：这里的山体模型，要参考真实山体的形体结构，但不必完全按等高线建模。所以可以采取，先制作简体模型的方式，制作“平面（plane）”物体，适当增加“平面”的“分段数”，但不要过多，“分段数”在10以内较为理想。添加“编辑多边形”修改器，利用“点”调节山体的大致形态。然后再添加“细分“修改器，在“四边面”的模式，将“迭代次数”调节到4。此时由于模型精度增加，形体相对变弱。所以再添加一个“编辑多边形”修改器，开启软选择，调节大块的形体。最后添加“置换”修改器，在贴图中添加“渐变贴图”来增加山体的细节。

水可以使用多段数plane并添加noise修改器生成。但为了避免面数过多，增加系统负担，这里我么用了在水材质中添加“噪波”（noise）贴图的模式方式。另外为了避免山体与天空交接部位的生硬添加了雾效。

2）施工主巷道、分出支洞、操作竖井等模型制作

城门洞型施工主巷道交接部位的“山”型结构建模是个难点的部位，如图l所示。我们先利用”放样”（loft）制作出其中的一部分，在将“放样”生成的模型转换为polygon多边形，删除部分面，如图2所示，利用“编辑多边形”polygon的“桥接”分步链接面。分出支洞、竖井等模型，多是采用cad导人截面，利用max绘制路径线，loft放样建模实现。

3）机械设备模型

机械设备模型不必面面俱到的全部创建，只要创建几个比较有代表性的模型即可。以20吨自卸车为例。采用max多边形建模，边角部位添加倒角，以增强体量感。由于结构复杂，部件众多，所以在创建时要尽量节省模型的面数，朝向摄像机的部分可相对细致些，背离摄像机的部分要见略显，以节省系统资源。

2.2材质制作

1）山体和水材质

山体材质要表现为植物与岩石交替出现的质感，并且要打破规律性，产生紊乱的感觉，我们使用了max的“混合”（Blend）材质，第一个材质球为草皮的材质，第二个材质球为岩石材质，在“遮罩”（mask）上给了一张黑白的紊乱贴图，黑色部分显示材质1，白色的部位显示材质2。如有需要制作道路等，可以利用Dhotoshop黑白笔刷调整遮罩贴图。

水材质漫反射偏向蓝绿色，高光90，光泽度45，反射给hdr天空贴图来模拟反射。

2）施工主巷道、分出支洞、操作竖井等制作

此部分材质制作比较容易。主要是注意，区分开不同部分的色彩关系，有时也可以加点自发光20左右，由于我们用的是浅色背景，所以施工巷道等利用纯色加以区分，以争强视觉识别效果。

3）机械设备材质

机械设备材质，要以单色为主，尽量不要加入raytrace等反色效果，以表现机械的厚重感.可适当加人“噪波”（noise）模拟漆面的颗粒感。

2.3灯光制作

为了得到真实可信的灯光照明效果，可以采用vray或mentaly等渲染器，但要依据模型、材质复杂程度和制作时间而定。如果模型面数多、材质复杂、制作时间要求紧，我们可以采用max默认灯光模拟全局照明的方式，本项目即采用此种模拟全局照明的方式来完成。创建环形max目标聚光灯或者泛光灯阵列，将此灯光阵列作為环境光，灯光采用实例的方式便于调节，开启阴影贴图方式阴影。再创建一个主光，开启阴影贴图。

2.4动画制作

1）施工主巷道及分出支洞动画

施工主巷道开挖动画，采用Cut切片动画的方式来完成。调整切片平面与巷道平面平行，记录切片平面的动画。如需向双向开挖，要添加两个切片修改器并分别记录切片平面动画来实现。

2）轴流风机压人式通风动画

此处，并不需要创建轴流风机模型，只需交代风向流动方向即可。我们先在max中绘制出风流动的路径线，然后利用箭头沿路径运动的动画来表现风的流动方向。这里采用了路径约束的方式，来实现箭头沿路径运动。并可以复制多个箭头，约束到同一根路径线，通过调整不同箭头的路径百分比，来调整间距。

3）自卸车等车辆动画

这里主要应用了，正向动力学的运动关系来制作机械运动，注意轴心点的调节。制作车轮与车体的运动关系：首先我们要制作一个虚拟体，然后将车身绑定到虚拟体上，车轮在绑定到车身上。我们设车轮的旋转轴为v轴，位移轴为x轴，给车轮的旋转轴即v轴指定“浮点表达式控制器”，我们设变量为“c”那么表达式为“2*c/车轮直径”，指定控制器到虚拟体的位移轴即可实现车轮与车体的运动关系。

2.5后期合成

在分镜头渲染完成后，依据项目需要进行后期合成，我们使用了Adobe After effects制作分镜合成，主要有较色、添加说明性文字、添加标准等，最后使用Adobe premiere pro合成个分镜头并且添加配音和背景音乐。

3结束语

地下水封洞库开挖三维动画仿真系统制作是一项非常复杂的工程，除了要求有动画制作的基础知识外，制作者还要熟练掌握三维动画、图形处理、后期合成、音频编辑等制作软件，而且还要有一定的地下水封洞库开挖知识，总之对制作者的综合应用能力要求很高。