3dsmax在游戏角色建模中的研究与应用.docx

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3dsmax在游戏角色建模中的研究与应用

3dsmax在游戏角色

建模中的研究与应用

摘要

随着计算机三维影像技术的不断发展，三维图形技术越来越被人类所掌握和应用，由于三维动画比平面图形更直观，更逼真的特点，因此更能给观赏者以身临其境的感觉，尤其适用于那些尚未实现或准备实施的项目和虚拟的游戏，使观者提前领略实施后的精彩结果。

在如今的各个领域内，三维动画从简单的几何体模型到一般的产品展示和艺术品展示，甚至到复杂的人物模型，所有这些都能依靠强大的三维动画技术来实现。

3DSMAX作为三维动画制作领域内最为出色的软件之一，不仅具有强大的绘图能力，同时具有出众的建模功能，在应用范围方面，3DSMAX已经广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。

拥有强大功能的3DSMAX已经深入的扎根在如今很多3D游戏的宣传动画、片头动画，以及游戏场景中，具有非常广阔的应用前景。

本文从三维动画的基础理论入手，在国内外针对专家对三维动画技术研究分析的基础上，对三维动画软件在游戏中的应用进行分析；首先对三维动画的相关理论作了详细的阐述，指出三维动画的特点和主要应用领域；之后针对3DSMAX进行了简要介绍，明确了3DSMAX的主要特点；在此基础上，对3DSMAX的建模方法进行了分析，从3DSMAX三维建模最基本组成的点、面开始，渐渐深入的描述，说明3DSMAX建模的特点及常用的建模方法，以及对这些建模方法各自的优缺点进行了探讨；然后以游戏角色建模的视角出发，论述了游戏发展及角色的变化，指出3D游戏模型的基本规范，并具体分析了3D游戏角色模型建立的一般过程，再辅以实例进一步阐明了使用3DSMAX进行游戏角色建模应该注意的问题；最后针对游戏角色建模的后期处理，分别对标准渲染、灯光、摄影机等进行了分析，分析了3DSMAX中四大渲染器的特点，探讨了灯光设置的顺序和要点，并详解了摄影机的常用参数设置。

本文的研究，对于使用3DSMAX进行建模的设计者明确建模的基本理论与方法，具有一定的实际参考价值；尤其是针对在游戏角色建模过程中的一些细节，能够为进行游戏角色建模的设计者提供较大的帮助。

关键词：

游戏角色三维动画3DSMAX建模面

ABSTRACT

Withthethree-dimensionalimagingtechnologycontinuestoevolvefromcomputer,moreandmorethree-dimensionalgraphicstechnologyandapplicationsbegraspedbyhumans,becauseofthree-dimensionalanimatedgraphicsmoreintuitivethantheplane,morerealistic,andconsequentlymoreimmersivetotheviewertofeel,especiallyforthosenotyetreadytoimplementprojectstoachieveorsoaftertheimplementationofthevieweratasteoftheexcitingearlyresults.Intoday'svariousareas,three-dimensionalanimationsfromsimplegeometrymodeltothegeneraldisplayofproductsandworksofart,eventothecomplexcharactermodels,allofwhichcanrelyonastrongthree-dimensionalanimationtechniques.3DSMAXasafieldofthree-dimensionalanimationsoftwareisoneofthemostoutstanding,notonlyhaspowerfulgraphicscapabilities,butalsohassuperiormodelingcapabilitiesintheapplicationscope,3DSMAXhasbeenwidelyusedinadvertising,film,industrialdesign,architecturaldesign,multimediaproduction,games,teachingandengineeringvisualizationandotherfields.3DSMAXalreadyhasastrongfunctionofdepthrootedintoday's3Dgameslotofpublicityanimation,titleanimation,andgamescene,hasaverybroadapplicationprospects.

Inthispaper,fromthebasictheoryofthree-dimensionalanimation,basedonmanyexpertresearchandanalysisaboutthree-dimensionalanimationtechnology.Analysisofthree-dimensionalanimation’sapplicationinthegame;First,thetheoryofthree-dimensionalanimationmadeindetail,pointingoutthatthree-dimensionalanimationfeaturesandthemainapplicationareas;for3DSMAXafterabriefintroduction,themainfeatures3DSMAXclear;Onthisbasis,for3DSMAXmodelingmethodswereanalyzedtoillustratethecharacteristicsand3DSMAXmodelingmethodscommonlyusedinmodeling,aswellastheiradvantagesanddisadvantagesofthesemodelingapproachesarediscussed;thengamecharactermodelingperspective,discussesthegamedevelopmentandthechangingroleofthemodelthatthebasicnormsof3Dgames,3Dgamesanddetailedanalysisoftherolemodeltheestablishmentofthegeneralprocess,supplementedbyexamplesandfurtherclarifiedtheroleofmodelingthegameusing3DSMAXshouldpayattentiontotheproblem;lastgamecharactermodelingforpost-processing,respectively,thestandardrendering,lighting,cameras,etc.wereanalyzed,analysisofthe3DSMAXthecharacteristicsofthefourrenderer,theorderofthelightsetandpoints,andacamerausedDetailedparametersettings.

Fromthestudy,modelingfordesignerstouse3DSMAXexplicitmodelingofthebasictheoriesandmethods,withsomeactualreferencevalue;roleinthegame,especiallyforsomeofthedetailsofthemodelingprocess,rolemodelingcanplaygamesdesignerstoprovidemorehelp.

KEYWORDS:

Gamecharacter;three-dimensionalanimation;3DSMAX;modeling;surface

目录

摘要2

ABSTRACT3

第一章绪论6

1.1选题的背景和意义6

1.2国内外研究综述7

1.2.1国外研究综述7

1.2.2国内研究综述9

1.2.3研究评述10

1.3研究主要内容和研究方法11

1.3.1研究主要内容11

1.3.2研究方法11

第二章三维动画及其建模12

2.1动画及三维动画12

2.1.1动画的基本概念12

2.1.2三维动画的基本概念13

2.2三维动画特点及应用13

2.2.1三维动画的特点13

2.2.2三维动画的应用领域14

2.3三维动画制作的一般过程15

2.43DSMAX软件简介16

2.5三维建模及其重要性17

第三章游戏角色建模的技术分析19

3.13DSMAX建模方法分析19

3.1.13DSMAX建模的主要特点19

3.1.23DSMAX建模的主要方法19

3.23DSMAX游戏角色建模技术22

3.2.1游戏发展与游戏角色22

3.2.23D游戏模型的基本规范23

3.2.33D游戏模型中的四边面与三角面取舍24

3.2.43DSMAX游戏角色建模的一般过程25

3.2.53DSMAX游戏角色建模实例分析27

第四章游戏角色建模的后期处理33

4.1渲染器分析33

4.1.1MentalRay渲染器33

4.1.2Brazil渲染器33

4.1.3FinalRender渲染器34

4.1.4VRay渲染器34

4.2灯光处理35

4.2.1灯光与影像35

4.2.2经典布光理论36

4.2.3布光顺序及要点36

4.3摄影机处理37

4.3.1摄影机的种类37

4.3.2摄影机的特性38

4.3.33DSMAX摄影机的常用参数设置38

第五章结论与展望41

参考文献43

致谢45

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

随着全球计算机图像图形技术的不断发展以及人们对视觉效果需求的提高，在图像图形的设计领域，其设计方法发生了巨大的改变，以往依靠手工来完成的大多数设计工作，正逐步被计算机图形图像技术代替，特别是三维图像及动画技术在近年来的发展尤其迅速，它们的应用已经涉及到建筑、影视、游戏等多个行业，发挥了越来越重要的作用，充分展示了三维动画在设计方面的强大能力。

在三维动画设计领域，有关三维图形的设计软件有很多，主要包括Discreet的3dsmax、Maxon的Cinema4D、Alias的Maya、Softimage/XSI以及NewTek的Lightwave3D，而与三维动画有关的建模方式也成为了三维图像软件发展的主要方向，这些软件在进行几何模型建立时所采用的方式和工具并不相同。

如3dsMax的建模工具使用了广泛的多边形建模工具组件；Cinema4D中则包含了细分表面建模工具等多种工具；Alias公司的Maya则以其非常强大的Nurbs工具闻名于世；Lightware的建模方式是MetaNURBS。

可以看出，各类软件在建模方式上各有倚重。

但是在实际的三维动画设计过程中，由于行业或环境的不同，对所建立的几何模型的细节要求也会不同，在三维建筑的有关动画模型中重点对动画精度限制较为严格，在影视广告中是对动画模型的光滑度要求比较严格，而在游戏角色模型中则是要求动画模型能够满足游戏玩家的控制要求。

因此，面对如此多的三维动画软件和建模工具，如何针对不同的建模需求选择合适的三维动画软件和建模工具也成为了领域内研究的重要课题之一。

基于上述情形，本课题研究了在游戏领域内使用3dsmax三维动画制作软件进行角色建模的方法。

3dsmax作为美国Autodes公司最为出色的三维动画制作软件，近年来已经成为全球中低端使用群体中最为流行的软件，它不仅提供了丰富的动画设计功能，也提供了强大的建模技术，被广泛应用于影视、游戏等领域。

使用3dsmax进行游戏角色模型的合理建造，并对其进行后期处理正是本文研究的重点。

通过对本课题的研究，能够对三维动画研究领域的理论，特别是3dsmax的建模方面起到一定的补充作用；同时对于提升游戏行业角色建模的实际操作上具有一定的借鉴意义。

1.2国内外研究综述

1.2.1国外研究综述

1.2.1.1国外三维动画发展综述

三维动画作为电脑美术的一个分支，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对的独立新型的艺术形式。

三维动画在国外的早期应用出现在20世纪70年代，主要应用于军事领域。

直到70年代后期，随着PC机的出现，计算机图形学的快速发展，三维动画才逐步拓展到诸如平面设计、服装设计、建筑装潢等领域。

从20世纪80年代开始就逐步使用计算机图形技术制作三维动画，虽然当时大部分的三维动画制作需要在一些大型的工作站上完成的，但却成为后来三维动画的发展奠定了基础。

1995年，皮克斯的影片《玩具总动员》的上映成为进入三维动画时代的标志，随着该片在全世界的风靡，一些研究者开始针对在PC机上制作三维动画进行了深入的研究。

1998年，学者戴尔森针对三维动画的应用前景做了预测，他指出三维动画是随着计算机软硬件技术的进步而产生的一项新兴技术，它通过借助专用的软件在计算机建立起了一个虚拟的世界，设计师们只要在这个虚拟的世界中按照要表现的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及一些动画参数，就能生成美轮美奂的画面。

三维动画技术的这种模拟真实物体的方式使其迅速风靡全球，并由于其精确性、真实性和无限可操作性的特点，必将在影视、军事、娱乐、医学等多个行业被广泛应用。

2002年，学者泰诺在研究了著名的Maya及3dsmax三维动画制作软件之后，指出随着上世纪90年代后期大型三维动画软件的出现，不仅成为了3D发展史上的一个个里程碑，同时也推动了三维动画应用领域的不断拓展，并且随着这些软件功能的不断强化，三维动画的制作变得更加容易。

2009年，美国电影制片人乔里布尔针对2004年以来美国三维动画电影的发展情况做了如下评述：

三维动画独特的美学特征，以及三维动画与二维动画在艺术表现力上的区别，使得三维动画影片在2004年后的美国出现了新的潮流，美国动画业者们只花了几年时间就把三维动画的潮流推向了全世界，他们轻松地把三维动画将是世界动画发展之趋势这个概念普及到地球上每个能看到美国动画电影的角落。

1.2.1.2国外3D软件应用研究

三维动画发展到如今，各种各样的三维动画制作软件在世界上已经出现了很多，这些制作软件针对不同的表现内容，其侧重点有所不同，换句话说，3D软件的多样性和专业性正是它们竞争的主要优势。

有着不同的专门软件，多样性、专业性是3d软件的主要特点。

众多的3D软件，包含着各自技术特点的建模工具，比较流行的有：

Patch与Surface面片、NURBS技术、多边形建模、变形球建模等。

在国外的众多三维软件的使用群体中，各类三维软件的使用情况比较均衡，分布的标准一般都是根据三维动画制作者本身的设计需求来进行的，总得说来，国外的三维动画软件使用群体可分为高、中、低端三类，高端用户对三维动画的需求一般包括建立影视人物特效、完成数字电影以及虚拟现实技术的应用方面，这类用户所使用的3D软件主要有lightwave、softimage以及maya三种；中端用户对三维动画的需求一般包括影视广告制作、建筑群体表现、教学动画、游戏角色和画面设计等方面，这类客户所使用的3D软件主要有rhino、3dsmax等；低端用户对三维动画的需求一般包括产品的设计、小场景的展示、建筑物个体图等方面，这类客户所使用的3D软件主要有cool3d，speedtree等。

2004年，美国学者Macocy在对Maya软件在人物角色行走建模过程中的使用现状进行了研究之后指出，Maya三维动画软件在复杂性和功能性上都比其它的三维动画制作软件更加强大，它具有强大的3D建模工具、动画设计工作和灯光渲染处理，在各行业均有很广泛的应用。

文中同时对在Maya三维动画软件中制作人物角色行走的流程和一些相关的注意事项进行了阐述，并通过分析人物在行走过程的重要特征，详细论述了人物角色行走动画的制作过程，并探讨了Maya技术的一些具体应用技巧。

2006年，学者Sennoca针对3dsmax三维动画软件的灯光进行了研究，指出3dsmax是当前实际上较为领先的图形图像制作和处理软件，它的应用涉及到社会的各个领域，包括建筑、机械、动画、影视、游戏等方面。

作者针对3dsmax中灯光的程序设置、颜色、特效，并结合自身在摄影中的布光经验，就舞台美术中利用3dsmax模拟舞台灯光效果的实践应用进行了深入的分析。

2009年，学者wade就3dsmax软件在美术教学领域的应用进行了研究，他在简述了3dsmax软件及其在美术设计中的应用理论的基础上，通过自身实际操作，结合本人的教学实践，对3dsmax软件在美术教学领域的主要应用方式和操作技法进行了探讨。

1.2.2国内研究综述

与国外相比，国内的三维动画技术发展要相对晚一点，尽管近年来国内的三维动画水平直线上升，但在很多具体的使用技巧与艺术表现方式上同国外的水平依旧存在一定差距。

在3D软件的使用方面，国内的主流用户一般都是以AutoDesk公司的3dsMax及Alias公司的Maya为主，有少许群体也使用如lightwave、softimage等。

具体来说，国内的使用者使用maya主要完成影视动画的制作，使用3dsmax来完成影视广告包装、建筑动画设计、网络游戏角色、虚拟现实技术等，尤其是3dsmax已经成为了当今国内用户最多的三维动面软件，也是销量最多的建模软件。

近年来，国内不少学者针对3dsmax三维动画制作软件都进行了深入研究，比较有代表性的如下：

2000年，学者阎伟在《3dsmax与AutoCAD结合进行三维技术建模及动画制作方法》一文中指出3dsmax是一个将三维建模与动画制完美融合为一体的功能十分强大的三维动画制作软件,而autocad是当今世界上使用最广的图形软件包，而且也具有三维制作功能。

在此基础上，文中分析了3dsmax与autocad结合进行三维技术建模的方法，并对两者的特点分别进行阐述，以及各自在建模过程中的优势与劣势进行了分析，最后针对如何把二者充分结合起来进行三维建模的设计要点做了研究。

2002年，学者杨东超，徐凯等人在《利用3dsmax实现拟人机器人动画仿真》一文中指出三维动画的良好效果能够为拟人机器人的步态规划和运动学分析多个方面的研究工作提供形象逼真的可视化效果，在当前多个能够实现动画仿真的制作软件中，3dsmax具有模型逼真、操作方便、易于改变等许多优势，因此文章中重点分析了如何利用3DSMAX实现拟人机器人动画仿真以及使用这种方法的优点。

2004年，学者翟旭峰、朱杰杰等在文章《3dsmax建模及其在虚拟现实中的应用》中指出3dsmax凭借其丰富的建模技术能够达到对现实世界万物的真实表现，它具有优秀的动画表现艺术，几乎能够把现实和理想中的任何动画都能完美体现，所以它在工业产品包装、影视广告设计、建筑图绘制等多个方面都得到了广泛应用，文中在对3dsmax的各种不同建模方法进行介绍的基础上，结合具体的使用实例，分析了3dsmax在虚拟现实中的应用。

2006年，学者潘修强在《基于MultiGenCreator和3dsmax的虚拟漫游系统建模方法》一文中指出虚拟现实是近年来十分活跃的技术研究领域，该领域是以众多地高新技术作为汇集，主要包括计算机图像图形技术、图像处理与模式识别技术、人工智能技术、多传感器技术以及高度并行的实时计算技术。

在此基础上，文章针对古村落虚拟漫游系统中的建模问题,提出了将MultiGenCreator和3DSMAX两种建模软件相结合进行建模的具体方法，并保证了模型的逼真度和漫游系统的整体运行效率。

2009年，学者李凌在《基于3DSMAX脚本语言及其实践的研究》一文中就计算机绘图的两种方式，即手绘方式和编程方式进行了研究。

文中进一步提出根据图形的复杂程度，可自由选择绘图方式，并重点介绍了3dsmax三维动画制作软件的结构，讨论鼠标绘图和MAXScript脚本语言编程绘图的主要区别，之后深入探索了脚本语言编程的具体方法，之后给出实例验证了程序的正确性。

2010年，学者高文胜等人在《三维动画实用技术》一书中以Maya基础建模和3dsMax动画设计为基础，采用案例化的形式，循序渐进地对Maya三维软件进行了详细的介绍，同时解释了Maya使用者在实践过程中遇到的问题；同时，书中针对3dsmax三维动画的相关知识进行了深入的阐述，并以动物飞舞动画、文字特效动画、产品广告动画和广告片头动画等方面的动画实例做了详细讲解。

2011年，学者金秀兰等人在《如何建立游戏角色仿真人脸》一文中指出，在游戏角色的人物造型中，设计并建立仿真的人脸是每一个三维动画软件使用者的主要目标之一。

文中指出要获得真实和自然的仿真人脸作品，必须做好多步工作，主要包括有资料的收集、模型的规划、纹理的绘制和最后的渲染等等，文中详细讲解并研究了建模的过程，重点针对如何使用Maya三维动画制作软件进行人脸模型的建立，对具体的工作流程、建模的不同方法、拓补结构和常见的错误等方面进行了详细分析。

1.2.3研究评述

自三维动画问世以来，伴随着三维动画制作软件的出现，三维动画的制作朝着越来越强大、越来越简单的方向发展。

可以看出，近年来国内外众多学者针对三维动画制作方面的研究涉及到了各个方面，前人的研究为后人的进一步应用提供了巨大的参考价值和借鉴意义，尤其是国内学者针对3dsmax软件的研究更是丰富多彩，这与3dsmax软件在我国拥有大量的使用群体有关，但是，3dsmax软件作为游戏行业内使用较多的建模软件之一，国内学者针对该方面角色建模方法的研究却较为有限，无法形成体系。

本文正是从这一角度出发，对3dsmax在游戏角色建模中的应用进行研究，以此来补充国内研究者对3dsmax在游戏领域内的应用理论和方法。

1.3研究主要内容和研究方法

1.3.1研究主要内容

本课题的研究，主要从3dsmax在游戏角色建模中的应用进行研究，具体内容分为以下几部分：

第一部分绪论。

首先阐述了课题研究的背景和意义，在此基础上对国内外三维动画领域的相关研究进行了综述，最后指出了本文研究的