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3D互動藝術教學_簡介

學 校 :南開科技大學 系 所 :數位生活創意系 老 師 :林正敏教授 1


智活 文創

3D 互動藝術課程


陰影

• 三維計算機圖形(3D computer graphics)是計 算機和特殊三維軟體幫助下創造的藝術作品。一 般來講,該術語可指代創造這些圖形的過程,或 者三維計算機圖形技術的研究領域,及其相關技 術。 • 陰影是指在三維模型或插圖描繪的深度不同程度 的黑暗。

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濃淡處理

• 濃淡處理是用較大壓力在紙上繪製較深顏色、用 較小壓力繪製較淺顏色從而表示不同明暗程度的 過程。有許多不同的濃淡處理技術,其中交叉影 線是用不同距離互相垂直的網格線繪製不同區域 的濃淡。影線距離越近,所繪製區域越暗;相反, 距離越遠,所繪製區域越亮。這個術語近來用來 泛指使用濃淡工具的場合。

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反射

• 波從一個介質進入另一個介質時,其傳播 方向突然改變而回到其來源的介質,這種 現象稱為反射。波被反射時會遵從反射定 律,即反射角等於其入射角。光線進入時 反射的角度必與光線進入的角度相等。

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透明

• 透明在光學里,透明是允許光穿透的屬性。 透明材料可以被透視;即,它們允許明晰 的圖像穿過。相反的屬性被稱為不透明性。 半透明材料只允許光散射穿透,即為,材 料會扭曲圖像。也被稱為透明度,一個在 礦物學中常用的術語。

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顯示介面卡

• 顯示介面卡(Video card,Graphics card), 又稱為顯示適配器(video adapter),香港 與台灣簡稱為顯示卡,是個人電腦最基本 組成部分之一。顯示卡的用途是將計算機 系統所需要的顯示信息進行轉換驅動顯示 器,並向顯示器提供行掃描信號,控制顯 示器的正確顯示,是連接顯示器和個人電 腦主板的重要元件,是「人機對話」的重 要設備之一。 7


圖形處理器

• 圖形處理器(Graphic Processing Unit,簡 寫為GPU)。GPU使顯示卡減少了對CPU 的依賴,並分擔了部分原本是由CPU所擔當 的工作,尤其是在進行3D圖形處理時,功 效更加明顯。GPU所採用的核心技術有硬 體座標轉換與光源(T&L)、立方環境材 質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射 貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等。 8


細分曲面

• 細分曲面(Subdivision surface),又翻譯為 子分曲面,在計算機圖形學中用於從任意 網格創建光滑曲面。細分曲面定義為一個 無窮細化過程的極限。

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構造實體幾何

• 構造實體幾何(英文為 Constructive solid geometry,縮寫為 CSG)

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輻射著色

• 輻射著色(Radiosity)是一種全局光照演 算法,用於三維計算機圖形學繪製。和傾 向於只在一個表面上模擬一次光的反射的 直接光照演算法(例如光線跟蹤)不同,象輻 射著色這樣的全局光照演算法模擬光在一 個場景里的多次反射,通常會導致更柔和 更自然的影子和反射。

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粒子系統

• 粒子系統(en:particle system)表示三維計 算機圖形學中模擬一些特定的模糊現象的 技術,而這些現象用其它傳統的渲染技術 難以實現的真實感的 game physics。經常使 用粒子系統模擬的現象有火、爆炸、煙、 水流、火花、落葉、雲、霧、雪、塵、流 星尾跡或者象發光軌跡這樣的抽象視覺效 果等等。

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紋理映射

• 在計算機圖形學中,紋理映射(texture mapping)把存儲在內存里的點 陣圖包裹到3D渲染物體的表面。紋理給物體提供了豐富的細節,用簡 單的方式模擬出了複雜的外觀。一個圖像(紋理)被貼(映射)到場景 中的一個簡單形體上,就像印花貼到一個平面上一樣。這大大減少了 在場景中製作形體和紋理的計算量。例如,可以建立一個球並把臉的 紋理貼上去,這樣就不用處理鼻子和眼睛的形狀了。

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UV映射

• UV映射是代表一個三維模型二維圖像的三 維建模過程。地圖轉換到被稱為紋理圖像 的三維物體。與此相反的“X”,“Y”型 和“Z”,這是原來的3D對象在模型空間的 坐標,“U”型和“V”的轉化對象的坐標。 這將創建3D物體的表面上繪畫圖像的效果。

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皺面貼圖

• 凸凹紋理映射(bump mapping),又稱為 皺面貼圖,是一項計算機圖形學技術,在 這項技術中每個待渲染的像素在計算照明 之前都要加上一個從高度圖中找到的擾動。 這樣得到的結果表面表現更加豐富、細緻, 更加接近物體在自然界本身的模樣。法向 映射是一項常用的凸凹紋理映射技術,另 外還有許多其它的實現技術,如視差映射 等等。

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渲染

• 渲染(Render)是用軟體從模型生成圖像 的過程。模型是用嚴格定義的語言或者資 料結構對於三維物體的描述,它包括幾何、 視點、紋理以及照明信息。圖像是數字圖 像或者點陣圖圖像。渲染這個術語類似於 「藝術家對於場景的渲染」。另外渲染也 用於描述計算視頻編輯文件中的效果以生 成最終視頻輸出的過程。 16


多邊形網格 • 多邊形網格是三維計算機圖形學中表示多 • 面體形狀的頂點與多邊形的集合,它也叫 作非結構網格。

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NURBS曲面

• 曲面(NURBS),(non uniform rational B-spline),是在計算機圖形学中常用的數 學模型,用于產生和表示曲線及曲面。

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三維模型

• 三維模型是物體的三維多邊形表示,通常 用計算機或者其它視頻設備進行顯示。顯 示的物體是可以是現實世界的實體,也可 以是虛構的東西,既可以小到原子,也可 以大到很大的尺寸。任何物理自然界存在 的東西都可以用三維模型表示。

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多邊形建模

• 在三維計算機圖形學中,多邊形造型是用 多邊形表示或者近似表示物體曲面的物體 造型方法。多邊形造型非常適合於掃描線 渲染,因此實時計算機圖形處理中的一項 可以使用的方法。其它表示三維物體的方 法有 NURBS 曲面、子分曲面以及光線跟蹤 中所用的基於方程的表示方法。

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動作捕捉 • 運動捕捉,運動跟踪,或動作捕捉是用來描述記錄運動和轉換到數字 模型運動過程中的條款。它被用於軍事,娛樂,體育,醫療應用。在 電影中,它指的是記錄人類演員的動作,並使用該信息,以動畫數字 三維動畫人物模型。當它包括臉部,手指和捕捉微妙的表達,它通常 被稱為表演捕捉。

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骨骼動畫

• 骨骼動畫,有時也簡稱為串通,是一個電 腦動畫技術,特別是在動畫脊椎動物,其 中一個字符代表兩部分:用於繪製字符 (稱為皮膚)和分層集表面表示對骨骼動 畫(稱為骨架)。

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3D 物件格式

• • • • • •

3ds x Dxf Obj VRML X3D

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3D 動畫的開發流程 • 建模 (Modeling) – 建立角色、物品、環境等模型

• 操縱 (Rigging) – 建立骨架關節 (Motion Skeletons) 模型 – 使用正向關節運動 FK (Forward Kinetics) 與 反向關節運動 IK (Inverse Kinetics) 進行操控測試

• 動畫製作 (Animation) – Key frame animation

• 算圖 (Rendering) 24


團隊製作流程 – 前製 決定拍攝 靈感發想

尋找贊助廠商

撰寫腳本

組織團隊

故事分鏡

錄製口語對白

角色設計

動態腳本拍攝

視覺發展

製作流程及進度表

場景區分及工作分配

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團隊製作流程 – 主製 製作角色模型

製作道具模型

製作IK 骨架

製作人物動畫

規畫場景及射影機位置

著色掃描物品質感 看 片 及 修 正

製作陰影部份 算圖測試

動畫特效 臉部合成及對嘴 場景打光 錄製對白及原聲帶

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團隊製作流程 – 後製

整個場景或層次的最後算圖 合成 回顧、預覽、修訂、改正 最終剪輯

編輯影像及聲音 品管以及發行

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3D 動畫的相關軟體

Google Earth

MS Virtual Earth

Autodesk Maya

Google Sketchup

MS TrueSpace

Autodesk 3Dmax Autodesk AutoCAD

OpenSource Blender

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3D 模型建構軟體

• Maya, 3Dmax, Blender – 具備 IK 骨架關節功能,可製作動畫 – Maya Personal Learning Edition (PLE) 免費, 但會有購買提示與浮水 印

• Google SketchUp – 適合單純塑模用,可搭配 Google Earth – 有 3D Warehouse,現成模型豐富 – 基本版免費, Pro 版要錢

• TrueSpace – 微軟為了對抗 Google ,買下了 TrueSpace 這家軟體公司, 將原先要 600 元美金的軟體變成免費。 29


Blender

Blender官方網站:http://www.blender.org/

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Blender簡介

• Blender是一個免費 (Open Source) 又全功能的 3D 繪圖軟體,具有建構模型、彩現輸出、動 畫的功能,並支援多種平台與作業系統。可以 應用在製作動畫短片、技術視覺特效、商業圖 表、變形、或設計使用者介面等用途上。 • 不僅完全免費,而且有高品質的動畫輸出。 • 支援多種平台與作業系統。 • 可以應用在製作動畫短片、技術視覺特效、商 業圖表、變形、或設計使用者介面等用途上。 31


安裝與下載 • Blender是一款免安裝的綠色軟體,對應不同的作 業系統,Blender安裝文件或壓縮文件分別只有 27M~52M大小,把下載的 Blender軟體壓縮包解 壓縮就算安裝完畢了,解壓縮出來的文件夾只有 100M左右,在文件夾中找到一個名字為“blender” 的可執行文件,點選就能直接啟動使用Blender了。 • 在Blender的官方網站 http://www.blender.org 你可 以找到並下載最新版本的Blender。或者訪問 Blender下載地址,選擇最新版本下載使用

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參考文獻 • •

http://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E9%A6%96%E9%A1%B5 http://zh.wikipedia.org/wiki/Blender

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南開科大 林正敏 3D 互動藝術教學 簡介