今天這篇文章将為大家介紹三維動畫各個階段的制作步驟。制作的流程是将一個想法轉化為成品的一系列過程，就三維制作流程而言，通常分為 9 個階段：前期制作、模型、UV 貼圖、紋理和着色、綁定、動畫、燈光、渲染和合成等。每個階段的具體流程會因項目和工作室的不同而有所區别。

前期制作

前期制作基本上是一個想法經曆探索、角色設計和發現的階段。在這個階段，創意和概念會變得充實，産品、風格、原型、故事、環境和美學能夠确立。

前期創意制作

前期制作由故事、腳本、故事闆、動态分鏡、角色設計組成，如果沒有完整的前期制作，任何三維動畫的制作流程（甚至是其他項目的制作流程），都不可能成功。

分鏡制作

簡而言之，在創建動畫之前，團隊必須知道要創建什麼。動畫師的願景越詳細，就越容易将其變為現實。有一個可靠的計劃意味着每個參與者都确切地知道他們必須做什麼，并将準備好去做，從而使制作階段和後期制作階段變得更有效率。

更重要的是，詳細的願景甚至可以讓後期的即興創作變得更容易。有了一個完善的、豐富的計劃，就會有更多的創意素材可供即興創作，并且更容易知道如何将其融入項目中。

模型

這些模型可以使用如 Maya 或 3D Studio Max C4D等不同的三維軟件創建，無論選擇哪種工具，它們都有一些三維建模的共同要素，包括點、邊、多邊形和 NURBS。

模型

有 4 種通用類型的三維建模方法，如下所列。

多邊形建模：多邊形模型表示三維空間中由線段連接以形成多邊形網格的點。多邊形網格文件是平面的，這意味着它們由一系列平面表示。因此，曲線隻能通過具有定義分辨率的曲面細分來近似。多邊形網格很方便，因為它們是輕量級的，并且可以快速渲染可視化。

多邊形建模

曲線建模：另一種依賴曲線生成曲面幾何形狀的建模。曲線建模既可以是參數化的（基于幾何和函數關系）也可以是自由形式的，并且依靠 NURBS（非均勻有理 B 樣條）來描述曲面形狀。曲線由數學方程驅動，這些方程受設計者使用加權控制點的影響。

曲線建模

數字雕刻：這是一種相對較新的三維建模類型，用戶與數字模型進行交互，就像對粘土建模一樣。用戶可以推、拉、捏或扭曲虛拟粘土來生成他們的模型。

程序化建模：通過參數化物體，效果器，數學函數等，構建一條非破壞性工作流，以此來構建模型，該方法的優點是方便來回修改，并且可以快速構建大量相似的模型，但是對程序和數學方面的知識有較高的要求。

UV 貼圖

UV 貼圖是将現有三維模型的頂點組件信息轉化為二維貼圖的藝術，将二維貼圖存在于一個新的坐标系中，稱為 UV 紋理空間。

UV貼圖

字母 U 和 V 表示該二維空間的兩個軸，因為 X、Y 和 Z 已經用于表示模型空間中三維對象的軸，而 W（除了 XYZ) 用于計算四元數旋轉，這是計算機圖形學中的常見操作。

UV 貼圖的過程類似于切開牛奶盒的側面，不同的是，UV 紋理圖上的扁平表面不需要與三維模型的對應面有相同的比例和形狀。

展UV

運用這個優勢我們可以有的放矢地為重點表面分配更大面積的 UV，這樣我們就可以更容易地對需要刻畫的模型細節進行紋理處理。反之，那些通常不被攝像機看到的次要卻面積較大的表面，我們可以縮小它的 UV 貼圖，以減輕電腦後期渲染的壓力。

紋理和着色器

紋理貼圖（Texture）和着色器（Shader）是三維制作流程中的一個重要階段，在這個階段中，三維模型被賦予不同的材質，這個過程一般是由着色器和紋理貼圖共同完成的。

紋理介紹

着色器是由一組可以體現在表面的屬性組成，這些屬性決定了光線與該表面的互動方式。當下主流的 PBR 流程（Physically-Based Rendering）的着色器大緻包括基礎色，金屬度，粗糙度，法線等屬性。

紋理貼圖

為了表現物體表面豐富的細節，我們需要創建紋理貼圖，一般來說 PBR 流程的貼圖大緻包括：

法線貼圖（Normal Map）：一般為切線空間法線，利用 RGB 三種顔色在切線空間儲存複雜的細節。

顔色圖（Base Color Map）：包括一個表面原始的、均勻照明的顔色信息。

粗糙度圖（Roughness Map）：描述一個表面的粗糙度。

金屬度（Metallic Map）：描述一個表面的金屬性。

綁定

綁定最簡單的形式是為三維模型創建一個骨架，以便移動模型。綁定不僅涉及到骨架的創建，還涉及到定義這個骨架/模型的控制器，這樣我們就可以用這些控制間接地操縱模型，它很像木偶師使用繩子移動木偶的方式。

角色骨骼綁定

綁定過程中使用的一些關鍵術語包括：

關節（Joints）：與人體中的關節相似，關節是一個特定模型的支點或銜接點。例如，肩膀、肘部、膝蓋。

權重（Weight Painting）：權重是一個繪制關節對模型上任何給定頂點影響量的過程，它對于準确模型在操縱時的變形方式非常重要。

蒙皮（Skinning）：蒙皮是将實際模型與骨骼關節綁定的過程。沒有蒙皮這個步驟，移動骨架無法影響到實際模型的移動。

FK（正向運動）：如果軀幹的骨骼組被視為軀幹單個骨骼的父級，而胸部是軀幹骨骼組的父級，子級是手臂、腿和頭的骨骼鍊。在這個層次結構中，每個關節下的子關節都繼承了父關節的空間屬性變化。正向運動是在影響方向上對這個骨架進行操縱，即從父級部位影響到子級部位。

IK（逆向運動）：逆向運動是一種逆轉操縱影響骨骼的方法。例如我們将一隻腳約束在地面上，對骨盆關節的操縱并不會影響到腳的位置。

動畫

三維制作流程中的動畫是利用現有的三維資産，通過運動使角色變得生動的過程。除角色主體外，三維動畫也包括三維場景中的其他物體，如攝像機、燈光，甚至特效。

動畫是獲取三維對象并使其移動的過程。動畫有幾種不同的風格，有關鍵幀動畫，動畫師逐幀操作對象，類似于舊的手繪卡通。

動畫創作過程

其他動畫方法包括将對象放置在樣條線上并将它們設置為遵循曲線路徑，或導入運動捕捉數據并将其應用到角色裝備中。另一種制作動畫的方法是使用三維應用程序的内置物理引擎。

三維軟件中的動畫通常涉及沿時間軸設置關鍵幀，操縱軟件讓這些關鍵幀之間的畫面平滑過渡。三維軟件中的動畫制作與傳統 CG 動畫沒有什麼不同，主要區别在于三維軟件會計算出中間的幀，而不需要動畫師手動繪制它們。動畫的節奏是通過曲線來操作調節的。

燈光

三維制作流程接下來的這一階段是向三維場景中添加燈光。燈光的使用可以決定一個場景如何引導觀衆，以及如何設定一個場景或環境的情緒基調。

燈光

三維軟件包中常見的燈光包括：

點光源（Point/Omni lights）：從空間中的一個點向外發出的光，它通常用于模拟燈泡或蠟燭。

方向光（Directional lights）：光線方向在三維空間中平行，它通常用于模仿太陽光或遠處的光源。

聚光燈（Spot lights）：在設定的邊界内，從一個點向特定的方向發出圓錐形的光。

區域光（Area lights）：類似于點光源，它從一個源頭向所有方向發射，然而這個源頭不是一個點而是一個表面。

燈光渲染合成後的效果

環境光（Ambient lights）：為場景添加一個基準照明，它既不從任何特定的源頭向各個方向投射光線，也不投射陰影，通常用于柔化戲劇性的陰影或柔和地照亮場景中不受主光影響的區域。

渲染

渲染是将場景中的所有信息（物體、材料、燈光、攝像機）結合起來産生單個或一系列的最終渲染圖像的過程。這通常是制作過程中計算密集的部分，根據場景的複雜性、所需的質量水平和預期的平台，可能需要從幾秒鐘到幾小時的時間來産生渲染圖像。

使用 C4D 軟件進行渲染

渲染

通常有兩種類型的渲染：

實時渲染：主要用于交互式媒體，如遊戲，每秒需要在屏幕上顯示多個渲染的圖像（要求每秒至少 24 個圖像/幀，以防止卡頓）并實時顯示。這對互動媒體很重要，因為觀衆對場景的操作是不可預測的。

預渲染：通常在渲染時間不是一個限制因素的情況下使用的，正因為如此，它可以滿足視覺上極其複雜和計算上要求極高的場景。這在電影、商業廣告和其他基于圖像的媒體中最常見。

渲染效果前後效果

在三維制作流程中，渲染意味着導出視頻序列，但每個元素（環境、角色、道具等等）都是單獨渲染的，然後在後期制作中重新合成。

合成

合成是三維制作的最後階段，它是一個對渲染圖像進行調整或與其他圖像或圖層相結合，以創建一個更複雜、更有凝聚力的構圖的過程。

後期合成

使用 AE軟件進行合成

合成中的一些關鍵概念包括：

遮罩（Mattes）：用于隔離圖像的特定部分，以便它們可以在其他作品的基礎上進行分層。

動态遮罩（Rotoscoping）：是以動畫遮罩的形式創建一個啞光的過程。當一個物體在屏幕上移動時，遮罩會跟蹤它，然後我們可以根據需要加上這個物體或删除它。

摳像（Keying）：它是在某種顔色的範圍内創建一個遮罩，通常是通過使用綠色或藍色屏幕來實現的。

後期合成

混合模式（Blending modes）：允許一個圖層的像素與它下面的圖層互動，并與它們進行數學結合。

追蹤（Tracking）：通過追蹤你可以跟蹤場景中一個給定的點或物體的位置、比例和旋轉。

合成師負責通過組合特定鏡頭或圖像的所有元素來創建最終圖像。這需要對流程有深入的了解和廣泛的三維技能。

通常，合成師會将整個作品組合在一起。合成軟件還提供了豐富的效果，使合成師能夠添加粒子、光效和文本。一些合成軟件還可以獲取三維場景的原始構建塊，并通過 Alembic 等格式将其導入為 3D 文件，這些格式可用于為現有素材創建新元素和蒙版。

合成師可以采用任何最佳 3D 建模軟件的最佳元素，例如來自 Maya 的角色、來自 Houdini 的模拟以及來自 Cinema 4D 的運動圖形場景，并将它們組合成一個鏡頭。

合成成片

不論是為電影、廣告、動畫劇集還是許多其他目的創建三維動畫，都會涉及許多步驟和許多動畫師一起工作，才能創作出優秀的項目。

任何制作都需要一個适當的系統來确保流程盡可能高效，專業三維動畫等高度複雜的工作通常需要由動畫師和創意團隊按緊湊的時間表工作，因此有效的制作流程對于按時準備好最終産品并達到預期的質量水平至關重要。

合成制作

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