Maya三维动画角色头部搭建技术简述

在maya中制作三维角色面部表情动画的过程中, 对模型建立的骨骼搭建和blendshape的创建是整个过程的基础, 面部搭建的好坏直接关系到设定动画面部表情的结果。

面部搭建技术主要分为以下几个部分:建立头部骨骼和便于控制骨骼的控制曲线、控制曲线与骨骼的约束关系、骨骼和模型的绑定以及权重的修改、建立blendshape所需要的模型、建立faceGUI、建立faceGUI与blendshape的驱动关系。当然还有曲线移动范围、控制曲线的颜色区分等附加细节需要注意, 下面一一做出简述。

1 建立头部骨骼和便于控制骨骼的控制曲线

首先建立4个图层分别用来放置模型层、嘴部和舌头融合变形模型层、眼部融合变形模型层、动画控制曲线层, 方便于对模型的显示与隐藏等整体操作。第二, 根据人体头部结构 (侧视图) 的脖根、头部、头顶三个位置建立3个骨骼。同时建立2节下颌骨关节作为头部的子物体, 最后给头部加入圆形曲线控制器 (HeadCtrl) , 调整到合适的角度即可。从舌头的根部、中部、前部到舌尖共建立4个骨骼, 作为下颌骨的子物体。第三, 从脖子到头部建立ik (RP solver) 。第四, 建立三个圆环曲线控制器, 分别作为左眼、右眼和两个眼睛的控制曲线。第五, 建立一个locator (neckCtrl) 作为整个头部的控制物体。头部需要建立的骨骼和控制曲线基本完成。

2 控制曲线与骨骼的约束关系

首先是HeadCtrl与头部关节进行方向约束 (选择方向约束对话框中的maintain offset) , 达到用HeadCtrl控制摇头和摆头的动作。其次是HeadCtrl与headIK建立点约束。再次, neck Ctrl和neck建立父子约束, HeadCtrl和neckCtrl建立父子关系。第四, 将headIK成组 (ikGRP) 后, neckCtrl与之建立父子约束关系, 所有的约束关系已经完成。需要注意的是, 人体头部的控制曲线越少越好, 所以将下巴的左右活动和嘴巴的上开下合等动作交由HeadCtrl来控制, 所以要在HeadCtrl上添加3个属性 (jawX、jawY、j a wZ) , 并与j a w jo i n t的r o t a t e X、r o t a t e Y、rotateZ进行关联, 达到用新建的3个属性控制下巴运动的目的。第五, 需要将头部的各个组件与相对应的骨骼建立父子关系, 分别将头发、眼睛、眉毛、上牙作为headtop的子物体, 将下牙作为jaw的子物体, 如果建立口腔组件, 则将之作为head的子物体。

3 骨骼和模型的绑定以及权重的修改

Maya的绑定系统主要分两种:刚性蒙皮和柔性蒙皮, 人体头部的运动比较复杂细腻, 面部的动作带有很多感情表达内涵, 所以建立柔性蒙皮比较合适, 将模型和骨骼系统同时选中建立SmoothBind。然后测试, 如果出现问题, 可以采用componentEditor和paintWeightTool进行权重修改, 特别注意不能出现穿帮现象, 下颌底部、胸锁乳突肌和枕骨以下的部位上的点需要特别注意, 在头部的转动和低头等动作的时候可能会出现皮肤僵硬叠加现象, 需要合理分配各个点在jaw、head、neck等骨骼上的权重。

4 建立blendshape所需要的模型

首先建立眼睛的控制, leftECtrl与左眼模型建立目标约束, rightECtrl与右眼模型建立目标约束, 将三条眼睛控制曲线成组 (EctrlGRP) , 并作为头部骨骼的父子约束的子物体。为了做到眼睛紧盯目标的效果, 需要将眼睛控制曲线在特定情况下设置成锁定状态, 方法是给Ectrl GRP添加属性 (lockEye min=0 max=5 dfault=0) 并与父子约束的节点进行驱动关键帧的设置。设置的目的为当lockEye=5时, 旋转HeadCtrl则眼睛随着头部运动, 当lockEye=0时, 旋转HeadCtrl则眼睛始终盯着控制曲线, 因为此时的父子约束节点不起作用。最后将EctrlGRP作为neckCtrl的父子约束子物体。

现在开始建立头部混合变形的嘴部变形, 将头部模型和牙齿模型同时选中并复制, 然后解除父子关系, 将此模型复制, 根据剧本要求设计嘴部的动作, 常见的为“笑”、“笑-左侧”、“笑-右侧”、“悲”、“悲-左侧”、“悲-右侧”、“U”、“M”、“F”、“微笑”、“下巴的左摆”、“下巴的右摆”共12个模型。运用软选择工具将这几个模型表达相对应的表情。需要注意夸张手法的运用。制作完毕后建立mouthBlendshape。

现在开始建立头部混合变形的眼部部变形, 将头部模型和眼睛及眉毛模型同时选中并复制, 根据剧本中锁提到的表情设计眼睛动作, 制作方式跟嘴部相似。制作完毕后建立eyeBlendshape。然后将左眼眉分别选中并与原模型建立左眼眉混合变形, 右眼眉同样如此。

5 建立faceGUI

在前视图中, 建立曲线控制器, 根据eyeBlendshape和mouthBlendshape等。如图1所示。

6 建立faceGUI与blendshape的驱动关系

在faceGUI搭建完毕后, 需要与blendshape建立驱动关系, 首先从嘴巴控制曲线开始, 例如:rightblinkControl的translateY属性适合控制blendshape中的rightblink模型, 所以可以rightblinkControl.translateY作为驱动者, 将mouthBlendshapes中的rightblink作为被驱动者, 在默认的情况下两者都为0, 建立key。当rightblinkControl.translateY=0.4 (这个数值视情况而定) , mouth Blendshapes中的rightblink=1, 然后建立Key, 完成驱动。其他的部位的驱动操作均与此类同。

我们有必要限制这个驱动属性的移动范围, 让这个数值在Y轴上的正向移动的最大值刚好等于0.4, 结果会比较理想。在每个控制曲线的属性的形状节点中会找到限制信息, 分别给驱动属性建立位移、旋转、缩放这3个方面的限制。

因为每一个控制曲线都有很多属性, 但是这些属性有很多是用不到的, 因为设置驱动关键帧的时候仅有一至两个属性会被用到, 所以我们可以将其他的没有被用到的属性进行锁定并隐藏, 达到简化操作界面的目的。头部动画搭建流程基本完成。在实际操作过程中, 要根据剧本的要求来制作相关的表情动画。

摘要：在三维动画片中, 角色头部搭建技术是比较重要的一环, 搭建质量的好坏直接影响着后续的表情制作等, 在搭建过程中主要从建立骨骼、建立控制曲线、蒙皮和权重修改、融合变形和面部控制界面、控制界面和驱动融合变形几个方面进行。

关键词：头部搭建,融合变形,表情动画