而計(jì)算機(jī)圖形的骨骼系統(tǒng)可不是干這個(gè)用的，它的根源來(lái)自父子關(guān)系，對(duì)模型起著變形運(yùn)動(dòng)影響作用。模型的外形表面就是模型的“皮膚”，骨骼起著聯(lián)系和影響模型表面各個(gè)部分的作用。（可沒(méi)有支持和保護(hù)模型的作用哦）

 

三維軟件中的肌肉控制器，主要也是為了使角色模型在變形運(yùn)動(dòng)中更加逼真，控制模型表面起伏。比如制作下列的恐龍大腿，添加兩塊肌肉控制器，當(dāng)骨骼帶動(dòng)模型變化時(shí)，模型表面就會(huì)按照需要突出或凹下跟著變化。

二、骨骼動(dòng)畫？

當(dāng)你制作完成一個(gè)站立的角色模型，如果你想調(diào)整它的模型姿態(tài)，或者你想讓他“動(dòng)”起來(lái)，如何處理？

 

三維軟件動(dòng)畫分類有好多，但基本上默認(rèn)是兩種模型動(dòng)畫的方式：頂點(diǎn)動(dòng)畫和骨骼動(dòng)畫。

1、 頂點(diǎn)動(dòng)畫中，每幀動(dòng)畫其實(shí)就是模型特定姿態(tài)的一個(gè)“快照”，然后通過(guò)在幀之間插值的方法，得到平滑的動(dòng)畫效果。

在早期的游戲中，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫演示是通過(guò)二維圖片巧妙的組織和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行處理的, 早期的三維游戲利用較少的系統(tǒng)資源就實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)逼真三維動(dòng)畫效果。隨著電腦能力的迅速增強(qiáng)和玩家對(duì)游戲越來(lái)越高的要求，三維動(dòng)畫陣容空前強(qiáng)大，新出現(xiàn)的游戲開(kāi)始采用真正的三維動(dòng)畫模型。一個(gè)著名的例子是idSoftware的MD2 動(dòng)畫模型. MD2 動(dòng)畫模型被應(yīng)用在Quake2中，MD2 文件保存了角色動(dòng)畫關(guān)鍵幀的頂點(diǎn)信息，游戲運(yùn)行時(shí)，對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵幀 (Keyframe) 的信息進(jìn)行插值計(jì)算以得到對(duì)應(yīng)時(shí)間的動(dòng)畫數(shù)據(jù).。這種動(dòng)畫通常被稱為頂點(diǎn)動(dòng)畫 (vertex animation)，它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單, 所需的計(jì)算量也很少. 但它同宣傳片具有一些問(wèn)題. 象是需要大量的內(nèi)存, 插值計(jì)算時(shí)動(dòng)畫容易產(chǎn)生變形, 以及不能實(shí)現(xiàn)游戲角色與游戲環(huán)境的交互。

2、骨骼動(dòng)畫中，模型具有互相連接的“骨骼”組成的有機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變骨骼的朝向和位置來(lái)為模型生成動(dòng)畫。骨骼動(dòng)畫比關(guān)鍵幀動(dòng)畫要求更高的處理器性能，但同時(shí)它也具有更多的優(yōu)點(diǎn)，骨骼動(dòng)畫可以更容易、更快捷地創(chuàng)建。

  由于頂點(diǎn)動(dòng)畫的種種問(wèn)題, 研究人員又研究出了新的方法: 骨胳動(dòng)畫 (Skeletal Animation)。骨胳動(dòng)畫是一種計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù), 它特別適合于人物和其他的脊椎動(dòng)物的動(dòng)畫模擬。一般來(lái)說(shuō), 被模擬的角色由兩個(gè)部分來(lái)表示. 一個(gè)部分是形成層次的一系列骨胳, 我們通常稱它為骨架(skeleton)。 另一個(gè)部分是蒙在骨架上的皮膚(skin)，通過(guò)對(duì)骨架進(jìn)行動(dòng)畫模擬, 再利用骨胳控制皮膚變形就達(dá)到了角色動(dòng)畫模擬的目的.。骨胳動(dòng)畫帶來(lái)了許多好處: 較少的內(nèi)存需求, 與游戲環(huán)境更好地交互等等。與頂點(diǎn)動(dòng)畫相比, 骨胳動(dòng)畫的復(fù)雜性大大地提升了. 它雖然提供了與環(huán)境交互的途徑, 但這是通過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。為了使游戲盡可能的真實(shí)，使動(dòng)畫更豐富多彩，制作動(dòng)畫能在成本能降低，在時(shí)間提高效率 ， 游戲業(yè)者引進(jìn)了運(yùn)動(dòng)捕捉 (Motion Capture) 的技術(shù)，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)最早應(yīng)該是應(yīng)用在電影業(yè)里,，但到現(xiàn)在可能沒(méi)有任何其它行業(yè)比游戲業(yè)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)更為普遍了。

三、骨骼系統(tǒng)可以有效解決哪些動(dòng)畫？

在學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)的時(shí)候，我們知道可以把模型設(shè)為剛體和柔體。實(shí)際上在研究模型動(dòng)畫時(shí)，按照模型的結(jié)構(gòu)也應(yīng)該分為剛體動(dòng)畫、柔體動(dòng)畫、復(fù)合體動(dòng)畫三個(gè)部分。

1、剛體動(dòng)畫。剛體不變形，模型上不同部分運(yùn)動(dòng)都是以剛體的質(zhì)心為基礎(chǔ)，進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的疊加。制作可以用動(dòng)力學(xué)仿真、關(guān)鍵幀動(dòng)畫直接K幀、XPRESSO、各種標(biāo)簽控制等方法制作。 比如說(shuō)鋼球運(yùn)動(dòng)、飛機(jī)飛行等等。

 

2、柔體動(dòng)畫。物體本身變形，不是以質(zhì)心為中心的各種運(yùn)動(dòng)的疊加，而是不同部分的運(yùn)動(dòng)是不同的，但運(yùn)動(dòng)又是相互影響和關(guān)聯(lián)的。比如人體的運(yùn)動(dòng)，身體與手臂和腿的運(yùn)動(dòng)是不同的，身體帶動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)又不同；再如魚(yú)的游動(dòng)，身體每個(gè)部分運(yùn)動(dòng)也是不同的。

3、復(fù)合體動(dòng)畫（物體由幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的剛體或幾個(gè)柔體組成）。模型不同的部位的運(yùn)動(dòng)即不相同又相互聯(lián)系，如下圖的機(jī)械手：（機(jī)械手是由幾個(gè)剛體構(gòu)成）

小結(jié)：上訴三類動(dòng)畫：剛體不涉及到變形，非常適合用關(guān)鍵幀制作動(dòng)畫；柔體涉及到變形，非常適合用變形控制器和骨骼系統(tǒng)制作動(dòng)畫；復(fù)合體動(dòng)畫（各個(gè)部分可變性或部分變形）可以利用父子關(guān)系、約束、XPRESSO、骨骼系統(tǒng)來(lái)控制彼此聯(lián)系又不同的運(yùn)動(dòng)。

所以說(shuō)骨骼系統(tǒng)對(duì)模型變形運(yùn)動(dòng)是一個(gè)好的動(dòng)畫解決方案。重點(diǎn)用來(lái)節(jié)解決柔體變形運(yùn)動(dòng)和復(fù)合物體運(yùn)動(dòng)。

拓展：你不要認(rèn)為骨骼系統(tǒng)是3D動(dòng)畫的專屬工具，在2D動(dòng)畫也廣泛使用，如Anime studio 、FLASH等都有應(yīng)用，控制圖形（是shape，非mesh)變形運(yùn)動(dòng)。

四、IK和FK是什么意思？

對(duì)于骨骼動(dòng)畫來(lái)說(shuō)，有兩種設(shè)置關(guān)鍵幀方式：(用哪一種取決于你的工作需要和個(gè)人愛(ài)好)

 

 

 

比如玩芭比娃娃，如果擺個(gè)造型，你必須用手去掰玩具的各個(gè)關(guān)節(jié)。芭比娃娃是靠活動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)來(lái)帶動(dòng)下個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，比如你想調(diào)整一個(gè)手的位置，你必須依次旋轉(zhuǎn)肩膀，再轉(zhuǎn)動(dòng)胳膊，最后調(diào)整手。

 

IK反向動(dòng)力學(xué)。(Inverse Kinematisc)

調(diào)整骨骼，只需調(diào)整最后節(jié)點(diǎn)，其他的關(guān)節(jié)會(huì)逆著層次依次跟進(jìn)。

1、還是上述的骨骼，點(diǎn)擊關(guān)節(jié)，右鍵浮動(dòng)菜單--角色標(biāo)簽--IK標(biāo)簽。然后，把最末"關(guān)節(jié).3"拖進(jìn)結(jié)束欄目中。再點(diǎn)擊右側(cè)的添加目標(biāo)按鈕，添加一個(gè)控制點(diǎn)（實(shí)際它是一個(gè)空物體。你在場(chǎng)景中，總不能點(diǎn)擊關(guān)節(jié)進(jìn)行調(diào)整吧？）

 

2、點(diǎn)擊這個(gè)新建立的空物體---關(guān)節(jié).3.目標(biāo)，設(shè)置如下，讓它突出一些，便于操作和控制。

 

3、在場(chǎng)景中，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊正方體，移動(dòng)它，其他的關(guān)節(jié)依次跟隨。

 

比如提線木偶。提線木偶是靠末關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上面關(guān)節(jié)跟著運(yùn)動(dòng)，比如說(shuō)你拉一下提線木偶的手部關(guān)節(jié)，會(huì)帶動(dòng)胳膊和肩膀一起運(yùn)動(dòng)

 

小結(jié)：沒(méi)有什么時(shí)候用IK，什么時(shí)候用FK這么一說(shuō)，因?yàn)槿说倪\(yùn)動(dòng)一直都是FK和IK一起的作用。只要適合的場(chǎng)合用適合的動(dòng)作就OK。再舉例，比如交警指揮馬路，就是FK的作用；比如用手推箱子，就是IK的作用。在骨骼動(dòng)畫制作中，可以方便進(jìn)行轉(zhuǎn)換FK和IK 。

五、什么是綁定和蒙皮？

三維軟件中，在創(chuàng)建的模型基礎(chǔ)上，為模型添加了骨骼。由于骨骼系統(tǒng)與模型是相互獨(dú)立的，為了讓骨骼能驅(qū)動(dòng)模型產(chǎn)生合理的變形運(yùn)動(dòng)。把模型與骨骼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，發(fā)生關(guān)系叫綁定。骨骼以蒙皮控制器為中介，來(lái)控制模型的各個(gè)面。每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)模型的影響范圍通過(guò)權(quán)重來(lái)控制和調(diào)節(jié)。你想要改變每個(gè)關(guān)節(jié)的影響模型表面的范圍，那么你就必須“刷權(quán)重”。

蒙皮簡(jiǎn)單地說(shuō)就是：把模型上的點(diǎn)，匹配到骨骼上，然后用骨骼的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)。

 

  

具體操作步驟：

下面舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：

1、在場(chǎng)景中建立一個(gè)圓柱，細(xì)分多一些，轉(zhuǎn)化為多邊形，刪除上下兩個(gè)面。然后菜單角色--關(guān)節(jié)工具。在正視圖模型上，按住CTRL建立三個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

  

2、點(diǎn)擊“根對(duì)象”，你可以移走骨骼，模型和骨骼彼此是獨(dú)立的，互不影響。

3、點(diǎn)擊關(guān)節(jié).1，旋轉(zhuǎn)它，骨骼是以父子關(guān)系為基礎(chǔ)的，關(guān)節(jié).2跟著旋轉(zhuǎn)，模型沒(méi)有反應(yīng)。（因?yàn)楝F(xiàn)在還沒(méi)有聯(lián)系）

 

4、選中所有關(guān)節(jié)點(diǎn)和圓柱模型，點(diǎn)擊菜單角色--命令--綁定。在圓柱下面出現(xiàn)一個(gè)“蒙皮”變形器，一個(gè)"權(quán)重“標(biāo)簽。骨骼和模型建立了聯(lián)系。

5、點(diǎn)擊關(guān)節(jié).1，旋轉(zhuǎn)它，發(fā)現(xiàn)模型也發(fā)生了變形，產(chǎn)生了效果。

6、雙擊”權(quán)重“標(biāo)簽。蒙皮是骨骼（關(guān)節(jié)組成）與模型之間的聯(lián)系橋梁，骨骼中的每一個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)模型表面的影響程度是由權(quán)重決定的。你可以通過(guò)權(quán)重工具對(duì)影響范圍和程度進(jìn)行更改。

7、點(diǎn)擊關(guān)節(jié)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的控制范圍。

8、點(diǎn)擊關(guān)節(jié).1 ,這是它的控制范圍。

9、重新刷關(guān)節(jié)權(quán)重。

 

10、重新刷關(guān)節(jié).1權(quán)重。

 

11、在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié).1，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)折過(guò)度自然了。

 

以上為了說(shuō)明問(wèn)題，有點(diǎn)“粗”。

六、什么是簇？

七、什么是裝配 RIG?

  

 【感悟】

1、記得小學(xué)的時(shí)候，有很多數(shù)學(xué)難題，用小學(xué)的思維真是非常難做。等到了中學(xué)用二元一次方程很容易解決這些問(wèn)題；高中有些很難的數(shù)學(xué)題，用大學(xué)的微積分也非常容易解決。不是時(shí)間問(wèn)題，而是換了一種數(shù)學(xué)解決的方法而已。

在三維軟件中，對(duì)于即變形又運(yùn)動(dòng)的模型動(dòng)畫，如果用常規(guī)的動(dòng)畫制作方法，真的很難。比如魚(yú)的游動(dòng)。魚(yú)模型每個(gè)部分運(yùn)動(dòng)不一樣 ，身體還發(fā)生扭曲變形；再比如植物的擺動(dòng)，翻動(dòng)的書(shū)頁(yè)等。這類動(dòng)畫難度雖然很大，但利用骨骼系統(tǒng)很容易解決。

2、學(xué)習(xí)建議：最好是在“角色”建模過(guò)關(guān)以后，再學(xué)習(xí)完“動(dòng)畫曲線”，掌握動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再去研究骨骼系統(tǒng)及其動(dòng)畫制作。否則你學(xué)完之后，只能用這套系統(tǒng)處理正方形和球組成的模型，有什么意思？不掌握物體的動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)規(guī)律，你用骨骼系統(tǒng)制作的動(dòng)畫，運(yùn)動(dòng)起來(lái)一定很“獨(dú)特”，怪怪的感覺(jué)。所以，建議大家初步掌握骨骼系統(tǒng)，一定翻回去筑牢建模功夫。再認(rèn)真學(xué)習(xí)動(dòng)畫規(guī)律，多多觀察生活中的物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，做到心中有數(shù)。

 推薦幾本書(shū)吧：

 

 

聲明：

1、 以上不是教科書(shū)的知識(shí)，是我自己學(xué)習(xí)之后的總結(jié)?？床豢?、信不信由你，以免誤導(dǎo)。

2、為了快速編寫，在網(wǎng)上搜索許多相關(guān)圖片，使圖文并茂而生動(dòng)、學(xué)習(xí)研究，沒(méi)有商業(yè)用途 。