建筑动画整体表现的制作.docx

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建筑动画整体表现的制作

天津电子信息职业技术学院（软件学院）

毕业论文

题目建筑动画整体表现的制作

姓名

专业班级动漫So9-2班

指导教师

完成时间2012年5月10日

天津电子信息职业技术学院（软件学院）制

2012.5

摘要：

建筑动画是以表现建筑或与其相关内容的计算机虚拟动画。

作为建筑表现的新形式，它更多依托于数字技术的支持，同时也以多种传达、传播方式为其表现语言，这就使得它的创作涉及多个领域的知识。

文章建筑动画中整体效果控制作为研究课题的方向，有助于提高建筑动画团队制作效率，解决建筑动画制作中的不统一问题。

用宏观控制贯穿整个细节制作过程，从而达到构想中的制作效果。

本文对当前建筑动画的创作现状进行分析，发现整体效果控制是建筑动画创作重要但却常被忽视的部分，对这个部分进行深入地剖析和研究，是建筑动画创作研究的关键所在。

而且建筑动画的整体效果控制有其自身的特点，因此研究它的控制方法，以及创作者如何利用这种方法就成了本文研究的重点。

在文章的结尾，对个人制作过程中出现的问题进行思考与探讨，做为该研究课题的延伸。

关键词：

建筑动画；整体效果控制；3Dmax；

一、建筑动画概述……………………………………………………….4

（一）引言……………………………………………………………….4

（二）时代背景………………………………………………………….5

（三）三维动画………………………………………………………….5

（四）三维建筑动画…………………………………………………….6

（五）建筑动画现在的应用领域……………………………………….6

（六）国内外的现状…………………………………………………….8

1、国内……………………………………………………………….8

2、国外……………………………………………………………….8

二、建筑动画制作……………………………………………………….8

（一）准备工作……………………………………………………….8

1、工作分配………………………………………………………….8

2、镜头预设………………………………………………………….9

（二）建模方法研究………………………………………………….9

（三）材质制作方法研究…………………………………………….9

1、贴图尺寸……………………………………………………….10

2、贴图数量的控制……………………………………………….10

3、Alpha通道的合理使用……………………………………….10

4、玻璃材质……………………………………………………….10

（四）建模与附材质………………………………………………….11

（五）地形建模……………………………………………………….13

1、地形建模方法………………………………………………….14

（六）场景合成与细节修改………………………………………….15

1、场景合成……………………………………………………….15

2、细节修改……………………………………………………….16

（七）制作天空与灯光……………………………………………….16

1、制作天空贴图………………………………………………….16

2、球天制作……………………………………………………….16

3、灯光照明方法研究…………………………………………….17

（八）动画设置……………………………………………………….19

1、摄像机动画…………………………………………………….19

（九）渲染输出与后期合成………………………………………….20

1、渲染输出……………………………………………………….20

2、后期合成……………………………………………………….21

（十）总结…………………………………………………………….22

1、总结…………………………………………………………….22

参考文献…………………………………………………………….24

一、建筑动画概述

（一）引言

1.三维建筑动画作为行业未来发展趋势之一，早在建设部“十五”规划中即与协同设计并列作为行业技术创新的重点发展课题。

近年来，国内越来越多的设计企业、设计师和建筑院校对三维建筑动画技术的关注和使用也在不断升温。

尤其是在“鸟巢”等奥运建筑中三维动画的应用，让国内建筑设计界充分体验了科技带来的高效率。

建筑动画应用越来越广泛了。

房地产业的竞争越来越激烈，地理位置、社区规模、环境营造以及户型设计的比拼也异常火爆。

楼盘在规划设计和空间创意方面，已经很难再有革命性的突破。

很多开发商还局限在楼书、条幅等相对传统的表现手法上。

购房者的日益成熟，他们需要更直观、更快捷、更全面的了解楼盘本身的信息，传统的楼书、条幅等无法完全满足他们的需求。

投资商在规划初期或楼盘即将封顶之际，大肆展开宣传攻势，迫不及待地向准业主介绍自己在质量、设计、环境等方面的特点及优势，以吸引他们或租或购的欲望。

但由于楼盘尚在建造之中，准业主无法得知实物在装饰设计，外形外观及建筑质量方面的情况，投资商会找来与此楼盘相似的实物进行拍摄，或制作设计平面外观图形来向客户宣传。

同时，还要斥资几百万甚至上几千万元，建造各式风格的样板房供客户实地参观，使地产开发成本无形中增加了许多。

虽然建筑动画的发展趋势良好，但是对于目前来说国内能制作建筑动画的公司很少，主要是因为建筑动画要求的技术高，工作量大，制作的成本高。

在建筑动画的制作过程中进行整体效果控制很重要，控制得合理妥当可以缩短制作周期，效果统一，降低成本。

所以对于建筑动画来说整体效果控制得好不好成为作品能不能成功的关键。

（二）时代背景

电脑随着数字化时代的到来逐步渗透到人类的各行各业，人们用电脑的频率和时间越来越多。

在设计领域更是如此，从早期的简单框图到AutoCAD二维制作，但是二维的线条禁锢了设计师们的想象力和创造力。

三维设计软件如同给设计师配上了先进武器，建筑师通过“所见所想即所得”的方式进行设计和推敲，业主也可以看懂真实的设计图而不是必须去看经过大量渲染的效果图。

（三）三维动画

三维动画又称3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一门新兴技术。

三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。

当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后需要的画面。

三维动画技术模拟真实物体的方式使其成为设计手段的王牌之一。

由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。

在影视广告制作方面，这项新技术介入后能够给人耳目一新的感觉，因此受到了众多客户的欢迎。

（四）三维建筑动画

建筑动画是三维动画的一个表现方向，即建筑三维动画。

采用动画虚拟数码技术结合电影的表现手法，根据房地产的建筑、园林、室内等规划设计图纸，将建筑外观、室内结构、物业管理、小区环境、生活配套等未来建成的生活场景形象的进行提前演绎展示，拓宽了人们的视野，提前感受美好的生活品质。

通过建筑动画镜头全方位的自由观察，全面而逼真的演绎着建筑整体的未来形象，可以拍到相机实拍都无法实现的镜头，把建筑设计大师的思想，完美无误、艺术形象的演绎出来，让人们感受美好的未来家园。

建筑三维动画是可视化建筑设计技术的重要表现手段利用建筑物三维动画，在建筑物的设计阶段就能以可视的动态的方式畅通无碍的展示建筑物所处的地理环境、建筑物外貌和各种附属设施，使人们能够神游于未来美妙的建筑物中，因而成为建筑设计方案及装修效果展示、建筑方案投标、论证、评审的有力工具，毫无疑问在建筑设计业房地产业和建筑装修业等领域有着日益广泛的应用前景，由该技术制作成的建筑物三维动画画面流畅，压缩比高，能够以真彩色、大幅面细腻的表现出建筑物的造型、外部场景与内部的装修效果、材料质感、光照、反射、阴影等，达到几乎可以以假乱真的程度。

（五）建筑动画现在的应用领域

中国城市建设速度加快，建筑动画由以前单一领域的应用向多领域扩展，表现形式丰富多样。

建筑动画现在应用领域大致包括：

一、建筑设计投标类

特点：

可以有效的将投标者的想法、构思表现出来，为投标者能够中标起到很大的作用。

二、建筑工程施工类

特点：

针对性强，以表现工程施工的整个流程为主，具有很强的说明性。

三、房地产销售类

特点：

主要面对大众或某个人群销售，需要具备很浓的商业气氛或文化特征，在场景的制作中也多以写实为主，在影片的处理手法上，也较具有煽动性和相当的广告效应。

四、项目招商引资类

特点：

主要为吸引投资商来作投资，其手法运用比较商业化，更要突出整个环境的商机所在，动画风格也更接近于广告宣传。

五、城市规划类

特点：

这也是经常遇到的一类项目。

需要表现出对方案意图比较准确的说明，有时也用一些比较概念的手法来表现影片。

六、旧城复原类

特点：

这种项目不太常见，但却是非常有特点的一类建筑动画影片，以仿古的手法再现民族特色，能带给人一种历史的震撼力。

七、军事领域

军事地形地貌表现、模拟战场、军事武器模拟演示等动画表现制作。

八、科技领域

航空飞行模拟演示、航天飞船模拟演示、卫星发射模拟演示、太空站模拟演示等动画表现制作。

（六）国内外的现状

1、国内

我国建筑动画的市场才刚刚起步，目前国内最大的建筑动画企业是北京水晶石科技公司。

较传统房产广告而言，建筑动画因其独特的优势而更能满足市场的需求，而建筑动画在国内起步比较迟，市场空间相对比较广阔，国内越来越多建筑表现制作公司或影视广告公司加入到建筑动画表现这个行列当中来。

国外建筑动画的市场起步早，发展相对慢，但比较成熟，如法国的春天建筑公司，Spine3d公司等。

2、国外

相对来说建筑动画在欧洲、美国等发达国家比较成熟，国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门，是当今房地产行业一个楼盘档次、规模和实力的象征和标志，其最主要的核心是房地产销售。

目前，利用三维软件进行设计在欧洲已经占据了主流，美国开始大规模进行从二维设计向三维设计的转换。

目前，全球有近200万个项目利用三维设计软件ArchiCAD实施设计。

二、建筑动画制作

（一）准备工作

在制作建筑动画前要充分做好准备工作，该工作做得好不好很重要，这将影响到整个制作过程，首先要有合理的分工，定好一些标准，主体要表现什么以及整体效果，哪一部分需要细致表现，摄影镜头的运动设计，每段镜头片段时间控制、视觉效果，整体美术效果，音乐效应，解说词与镜头画面的结合等，决定那些需要在三维软件中制作、哪部分在后期软件中加工处理等。

我根据我们队团制作的情况，我是按照下面的分工方法进行制作的。

1.工作分配

（1）制作团队成员：

张雪、刘雪朋、牛玉

（2）素材收集：

拍摄建筑的照片

（二）建模方法研究

我们在建模之前必须有一个详细的规划，前期我们如果不对场景的模型进行很好的优化，到了制作后期再对模型进行优化时就需要重新回到3DSMax里重新修改模型，这样就大大降低了工作效率。

所以要让整个团队都清楚我们的统一建模方式，这样就不会出现合成里出现的麻烦。

局部—整体

由于我们采取的是图片建模，所以要整理照片，计算数据，然后在一个楼一个楼开始键，最后画完地形，把所有建筑放到里面合成，然后再添加辅助的东西，比如花草树木、路灯、人物等。

（三）材质制作方法研究

实际上占用资源最大的部分是贴图，所以控制贴图的尺寸、数量、通道的多少和如何最大限度地做到模型被赋予的贴图共用，是美工资源控制的重要部分，建筑栏杆、遮阳板等一律使用透明贴图、平板型窗户窗框和玻璃一律使用blend材质外墙物体，贴图坐标统一按UVWMap－BOX2×2×4调，需要改变疏密在材质中调。

前期材质统一制作：

确定材质数量，然后制作一套mat的材质，材质用中文名称命名项目简写+名称，材质所需贴图制作。

并且需要用到多维子物体材质和VRayMlt材质时，一定要事先确立好基础的子材质，然后拖入到多维子物体材质或VRayMlt材质中的层级卷展览里，选取实例复制，确保修改基础的子材时，多维子物体材质或VRayMlt材质能随即跟着变化。

1、贴图尺寸

在三维动画制作中所有的贴图尺寸为2的幂次方，即16*16、32*32、64*64、128*128、256*256、512*512、32*64、64*128、128*256、256*512、64*256、128*512等，而2的幂次方的尺寸被程序调用时转换为2进制进行计算的速度是最快的，所以美工在使用Photoshop制作贴图时，必须把尺寸定位为2的幂次方。

2、贴图数量的控制

使用贴图不计算贴图的数量，其后果是严重的。

如；512*512尺寸的贴图是256k，1024*1024尺寸的贴图，其容量会达到1M大小。

数量越多，占用的内存就越大，计算的时间就会越长。

合理的做到贴图的共用和控制尺寸的大小，就成为最重要的解决方法。

3、Alpha通道的合理使用

Alpha通道贴图的计算方法解决了场景模型透明和半透明的特殊效果。

但是，大量地使用贴图也会增加资源的计算时间，所以要根据具体项目的要求，合理解决贴图的数量问题。

慎用光线追踪材质和光线追踪投影，在小型的项目制作中影响是比较小的。

如果是大型项目（比如模型的面数超过20万），就会造成计算资源的立方增长，增加十几倍甚至几十倍的计算时间。

4、玻璃材质

玻璃不要采用厚度，只需面片即可。

弧形玻璃和平板玻璃要分开。

立面如采用Blend材质，则立面分隔blendmask贴图用UVWMapChannel1，玻璃反射图案用UVWMapChannel2VIZ所建的特殊物体（如Wall、Stairs等），一定要塌陷成editablemesh。

（四）建模与附材质

总的原则：

在保证效果和修改余地的前提下，尽量减少模型面数。

减少面数对于进一步进行工作非常重要，如果面数少，再往后的操作不会引起系统卡机，所以能提高工作效率，还有就是对于后期渲染来说，面数越多所花的渲染时间就越多，对于我们的普通计算机来说，当面数达到了100万的时候，再用VRay渲染，最低的渲染设置都要半个小时一张图，因为我们的制作准备用Vray渲染器来渲染，所以要使得最终效果漂亮的话就要用Vray材质，我们大多数都是用VrayMlt材质来制作的。

用Vray来渲染因然效果会好很多但是它的速度慢也是一个头痛的问题，要想加快速度必须方方面面都要做得精，例如材质贴图能小则小，可以重复使用的一定要重复使用，高光模糊和反射、折射模糊要减少使用，这样才能省下时间。

不过也不能太过于追求快，效果也要注意。

1、模型制作

首先要根据照片，以及实物，计算出模型的相关尺寸，然后再3Dmax中画出大致的参考线，在进行模型的制作。

下面以机电系为例：

（1）画参考线

（2）模型制作

模型制作的顺序可以自己掌握，我的习惯是先建墙体，然后是窗户，做后是楼板以及楼顶。

其中有相同物体的可以只建一个，然后复制，要注意控制面数，还有随时保存。

基本墙体以及窗户制作完成：

最后模型制作完毕渲染出效果图：

（五）地形建模

1、地形建模方法

（1）挤出（拉伸法）建模

实体是曲面的运动轨迹产生的。

根据运动的方式，实体构造的方法主要有：

面拉伸成实体；一条封闭曲线（面）沿一条指定的路径放样成实体；一条曲线沿指定轴旋转成实体。

挤出的基本原理是以二维平面图形为轮廓，制作出形状相同、但厚度可调的三维模型。

对选择的边界、面或多边形次对象进行挤压操作，通过沿其截面曲线法线方向拉伸挤压，为当前选择的边或面加入一个厚度，使它突出或凹入表面，从而增加更多的面来增加几何体复杂程度。

拉伸建模是二维图形转换为三维模型的基本方法之一。

挤出法是直接用不同高程的等高线进行等高差拉伸，然后层叠生成模型。

这种方法生成的地形可以将地形的高差变化和平面轮廓精确地表现出来，但外观有明显的台阶痕迹，地形模型不光滑。

当截面数量较少时，外形呈现“阶梯”状。

这种方法只应用在一些特定景观的表现中（如梯田）。

在3dsmax中，用创建线命令精确描绘出平面图中各层等高线的轮廓或者直接导入已有等高线地形图，并用修改挤出命令对各层等高线截面等高差拉伸即可。

下图就是就是采用挤出法建的地形：

（六）场景合成与细节修改

1、场景合成

在3dsmax中，将其他场景文件合并到一个文件目录下的操作方法主要有两种：

直接合并3dsmax文件和导入其他非3dsmax格式文件。

通常，合并3dsmax场景中的某些元素到一个场景中要用到合并命令，这是场景合成操作的主要工具。

导入命令输入的是非3dsmax格式的文件，如DWG、3DS格式文件。

合并命令可以将3dsmax中的几个不同场景合并到一个文件中，形成一个更大的场景。

执行该命令时，主要通过选择的方式将要合并场景的3dsmax文件中的对象选择合并到当前场景，常用于3dsmax之间的数据交换。

如在建筑动画设计中，将创建好的地形模型、水面模型、树木模型合并到当前创建好的建筑场景中，形成一个完整的建筑动画场景。

在场景合并时可能经常会遇到一些问题，例如有时会出现死机现象、贴图丢失、等问题。

这些都要慢慢去找原因，死机的原因可能是因为显视卡的问题，可以试试图形显视模式为OpenGL。

贴图丢失可能是因为原模型没有打包过来再合并。

还要注意合并后建筑的位置问题，合并时一定要选择对齐方式来对齐，这样就不会出现建筑挂在空中。

2、细节修改

对于建筑动画中整体效果的制作来说这一步是关键，因为细节决定成败，细节修改所用到的技术不多，只是工作要细心，要认真地观察合并后的场景有没有出错，有没有位置错误，材质是不是已经统一了。

还缺少那些东西，不要怕烦琐，一步步去查找。

（七）制作天空与灯光

1、制作天空贴图

制作天空时，要使天空远影的贴图满足自身的建筑动画要求，如总不能拿一个夜晚的天完来当白天。

这就需要使用Photoshop软件加工一张合适的天空远景贴图。

要制作天空远景贴图，要准备好一张360度的天空图片和一些远山前景的图片。

如下图：

2、球天制作

球天的制作很简单，就是一个盖住整个场景的半球。

但是要注意，将半球转换在可编辑多边形，再将底面删除，得到一个空心的半球。

再要用缩放工具将半球稍微扁一些，目的是让它更像一个天空。

还要把半球的法线反转，加上UVWMap贴图，最后将制作好的天空贴图以柱体贴图方式给天空球就完成了。

3、灯光照明方法研究

（1）场景中灯光的制作

三维场景中的灯光对场景的基调和气氛起着决定性的作用，场景的基调是指在灯光中表达的一种基本情绪，这对整个图像的外观是至关重要的。

通常情况下，实际目标是相当复杂的，如需要表现一种意境、一种状态、一种情感或一种关系等，这些单单靠平铺直叙的表达方式，很难达到理想效果，但我们借助于灯光能为场景提供更大的深度和更广阔的想象空间，展现丰富的层次。

场景中的物体被赋予适当的材质后，就要进行场景灯光的布置了，通常每一个材质都要在灯光的配合下进行细微调整，通过灯光与材质的配合来表现场景的最终效果。

因为灯光的着色与强度都会影响到材质的最终效果，而材质的反射强度和反射范围也会影响到灯光的最终效果，所以必须要在物体被赋予适当的材质后进行灯光的设置。

不管是制作效果图还是建筑动画，除了要有好的设计、构图等因素外，还要有好的灯光表现和恰当的材质运用。

灯光在作品中的最终效果是由灯光在物体表面上所产生的亮面、灰面、暗面以及阴影来体现的，因此在每一个画面中及时处理好建筑物的这几个面之间的关系，对建筑漫游动画的制作或者是效果图的制作来说都是非常重要的。

以下是三种灯光的制作方法：

1）天光加泛光灯

由于该项目制作的是一个校园的建筑动画，因此能够使每一个画面中的建筑群落、人文景观、城市绿地等都产生合理的亮面、灰面、暗面以及阴影的最好办法，是使用在3dsmax5.0中新增加的SkyLights（天光）系统，配合使用高级照明（AdvancedLighting）中的LightTracker（照明追踪）可以形成真实、自然的三维室外光照效果。

但天光系统不是能够解决所有的问题，如在动画过程中，某些建筑物的暗面黑洞洞的一片，影响了整个画面的最终效果，因此，就需要格外的添加Ommi（泛光灯），并设置灯光的影响范围及排除条件，使其只对目标物体产生光照，达到补光效果。

但是使用此方法也有很多不足之处，例如天光系统和多个泛光光会使得渲染时间非常的慢，虽然是达到了美丽的画质，但是我们没有那么好的计算机，也没有很多计算机，最重要的是没有那么多的时间去渲染。

根据计算用这种方法我们的渲染时间要30来天，所以难于符合我们的需求。

2）环境聚光灯阵列

这种光照方法是，先在场景中创建一盏目标聚光灯，将目标点指向场景的中心位置，然后调节聚光灯的参数，参数的调节要根据场景的实际情况来进行，例如，我是模拟华南师范大学南海校区建筑的中午时分的效果，所以我打带点蓝的灯光，因为这并不是主光源，它只是用来模拟天空中的漫反射的。

设置好聚光灯参数之后再将聚光灯的轴心点定在天空球的中心位置，然后再360度阵列出约8盏聚光灯。

设置好这8盏聚光灯的位置在天空上，再实例复制出8盏调节到约地面位置上。

最后打一盏太阳光色的聚光灯作为主光源，注意要照到整个场景，并开启阴影效果。

3）聚光灯+VRay平面光

这种方法很简单，只是在高空建立一盏目标聚光灯来模拟太阳光，再在相同的位置建立一盏VRay的平面光源，平面光源的照射位置和聚光灯的差不多相同就好。

由于大面积的VRay平面光源启到阴影的话会相当的慢，所以这里不开启，反正它只是模拟天空的漫反射而已，对场景的影响不大。

（八）动画设置

对于三维动画作品，动画的调节相对来说是难点，特别是角色动画的调节，更需要丰富的经验。

角色动画的调节过程是相当枯燥和繁重的，甚至有时是出力不讨好的，往往经过大量关键帧调节之后的动画效果反而不如简单的关键帧制作的效果流畅。

三维软件系统默认的的自动计算关键帧间的线性变化效果，可以让简单的角色动画制作方法变得极为简单，但是如果想要得到惟妙惟肖的角色动画效果，可借助于动作捕捉系统，由真人完成动作，通过小球运动轨迹的记录，将其转换至角色骨骼系统即可。

还有一些飞鸟、汽车、等动画，建筑动画的动画调节相对比较简单，主要就是摄像机的动画设置。

传统的做法往往是在场景中创建一台摄像机，通过在不同的关键帧处调整摄像机来记录一个视角改变的过程。

这种方法往往无法制作出一部前后流畅的动画作品。

最佳的动画方案是通过路径约束的方法，制作出多条二维样条的路径，将摄像机身及目标点分别绑定在不同的路径上，通过对动画的观察调整二维样条曲线的控制点来达到动画视觉效果交互实现的效果。

但是这种方法目前还没有被更多的建筑动画制作者所熟悉和接受。

动画调节的细致程度直接影响到最终的动态画面效果和观感，影视作品很注重镜头语言的运用，不同的镜头语言会影响到一部动画作品诠释主体的水平。

可能当制作都完成了大部分的前期工作，只是因为没能好好运用摄像机的动画设置，就会使很多漂亮、精致的模型失去了光彩，显得平淡无奇。

在建筑动画的制作中，除了用动态的影像技术去表现建筑的外部构造外，最重要的是要表现建筑的内涵，想通过摄像机的运动对建筑进行展示，就必须对摄像机、镜头的运动进行设置。

1、摄像机动画

在动画场景中，摄像机的动画根据其位置变化可以分为飞行、飘浮、汽车行进、人的漫步几种状态，这几种状态各有各的表现效果，通过为摄像机设置相应的漫游位移路径，调整控制节点个数、属性，单位时间内路径的长度确定、路径的形状、在场景中的位置等都可以得到相应的表现效果。

为摄像机设置动画首先实现了观测人运动的效果。

镜头的运动是多