敲黑板！初學動畫人不得不知的「三維」乾貨知識點！趕緊收藏！

在初步接觸動畫的時候，你會不會有這種疑問：

三維是個啥？跟3D有區別嗎？

平時我們總是說3D動畫，那麼那些動畫屬於3D動畫？

3D技術除了做動畫，還能幹什麼？

……

別急，關於這些疑問，本期小課堂，統統幫你解決！

三維與三維動畫

三維：是指三維、三個維度、三個坐標，即長、寬、高。三維是坐標軸的三個軸，即x軸、y軸、z軸，其中x表示左右空間，y表示上下空間，z表示前後空間，這樣就形成了人的視覺立體感，是指在平面二維繫中又加入了一個方向向量構成的空間系。也稱3D，為「Three Dimensions」的縮寫。接下來我們會具體講述「三維」。

三維動畫：又稱「3D動畫」，是一種計算機新興技術。利用電腦軟體或是視頻等工具，將三維物體運動的原理、過程等清晰簡潔地展現給人們。設計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現的對象的形狀尺寸建立模型以及場景，再根據要求設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其它動畫參數，最後按要求為模型賦上特定的材質，並打上燈光。當這一切完成後就可以讓計算機自動運算，生成最後的畫面。

常用工具：3DMAX、AUTOCAD、MAYA等。

國產三維動畫代表作：《秦時明月》《玩具之家》《魔比斯環》《大聖歸來》《俠嵐》《畫江湖》《豬豬俠》《熊出沒》《畫江湖之不良人》等。

三維動畫應用領域

1.建築領域

現階段在中國，3D技術在建築領域得到了最廣泛的應用：早期的建築動畫因為3D技術上的限制和創意製作上的單一，製作出的建築動畫就是簡單的跑相機的建築動畫。隨著3D技術的提升與創作手法的多元化，建築動畫從腳本創作到精良的模型製作，後期的電影剪輯手法，以及原創音樂音效，情感式的表現方法，製作出的建築動畫綜合水準越來越高，建築動畫費用也比以前降低了許多。

2.規劃領域

道路、橋樑、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規劃、城市規劃、城市形象展示、數字化城市、虛擬城市、城市數字化工程、園區規劃、場館建設、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫院、數字校園建設、學校等動畫製作。

3.動畫製作

三維動畫從簡單的幾何體模型到複雜的人物模型，單個的模型展示，到複雜的場景如道路、橋樑、隧道、市政、小區等線型工程和場地工程的景觀設計表現的淋漓盡致。

4.園林領域

園林景觀動畫涉及景區宣傳、旅遊景點開發、地形地貌表現，國家公園、森林公園、自然文化遺產保護、歷史文化遺產記錄，園區景觀規劃、場館綠化、小區綠化、樓盤景觀等動畫表現製作。

園林景觀3D動畫是將園林規劃建設方案，用3D動畫表現的一種方案演示方式。其效果真實、立體、生動，是傳統效果圖所無法比擬的。園林景觀動畫將傳統的規劃方案，從紙上或沙盤上演變到了電腦中，真實還原了一個虛擬的園林景觀。動畫在三維技術製作大量植物模型上有了一定的技術突破和製作方法，使得用3D軟體製作出的植物更加真實生動，動畫在植物種類上也積累了大量的數據資料，使得園林景觀植物動畫如虎添翼。

5.產品演示

三維動畫的主要作用就是用來模擬，通過動畫的方式展示想要達到的預期效果。例如在數字城市建設中，在各個領域的應用是不同的，那麼如何形象的向參觀者介紹數字城市的成果呢？那就需要製作一個三維動畫，通過動畫的形式還原現實的情況，從而讓參觀者更加直觀的了解這項技術的應用。

產品動畫涉及：工業產品如汽車動畫、飛機動畫、輪船動畫、火車動畫、艦艇動畫、飛船動畫；電子產品如手機動畫、醫療器械動畫、監測儀器儀錶動畫、治安防盜設備動畫；機械產品動畫如機械零部件動畫、油田開採設備動畫、鑽井設備動畫、發動機動畫；產品生產過程動畫如產品生產流程、生產工藝等三維動畫製作。

6.模擬動畫

模擬動畫製作，通過動畫模擬一切過程如製作生產過程、交通安全演示動畫（模擬交通事故過程）、煤礦生產安全演示動畫（模擬煤礦事故過程）、能源轉換利用過程、水處理過程、水利生產輸送過程、電力生產輸送過程、礦產金屬冶煉過程、化學反應過程、植物生長過程、施工過程等演示動畫製作。

7.片頭動畫

片頭動畫創意製作，如宣傳片片頭動畫、遊戲片頭動畫、電視片頭動畫、電影片頭動畫、節目片頭動畫、產品演示片頭動畫、廣告片頭動畫等。

8.廣告動畫

動畫廣告是廣告普遍採用的一種表現方式，動畫廣告中一些畫面有的是純動畫的，也有實拍和動畫結合的。在表現一些實拍無法完成的畫面效果時，就要用到動畫來完成或兩者結合。如廣告用的一些動態特效就是採用3D動畫完成的，我們所看到的廣告，從製作的角度看，幾乎都或多或少地用到了動畫。致力於三維數字技術在廣告動畫領域的應用和延伸，將最新的技術和最好的創意在廣告中得到應用，各行各業廣告傳播將創造更多價值，數字時代的到來，將深刻地影響著廣告的製作模式和廣告發展趨勢。

9.影視動畫

影視三維動畫涉及影視特效創意、前期拍攝、影視3D動畫、特效後期合成、影視劇特效動畫等。隨著計算機在影視領域的延伸和製作軟體的增加，三維數字影像技術擴展了影視拍攝的局限性，在視覺效果上彌補了拍攝的不足，在一定程度上電腦製作的費用遠比實拍所產生的費用要低的多，同時為劇組因預算費用、外景地天氣、季節變化而節省時間。在這裡不得不提的是中國第一家影視動畫公司環球數碼，2000年開始投巨資發展中國影視動畫事業，從影視動畫人才培訓，影片製作，院線播放硬體和發行三大方面發展，由環球數碼投資的《魔比斯環》是一部國產全三維數字魔幻電影，中國三維電影史上投資最大、最重量級的史詩巨片，耗資超過1.3億人民幣，400多名動畫師，歷經5年精心打造而成的三維影視電影驚世之作。製作影視特效動畫的計算機設備硬體均為3D製作人員專業有計算機、影視、美術、電影、音樂等。影視三維動畫從簡單的影視特效到複雜的影視三維場景都能表現的淋漓盡致。

10.角色動畫

角色動畫製作涉及：3D遊戲角色動畫、電影角色動畫、廣告角色動畫、人物動畫等。

電腦角色動畫製作一般經以下步驟完成：

根據創意劇本進行分鏡頭，繪製出畫面分鏡頭運動，為三維製作做鋪墊；

在3D中建立故事的場景、角色、道具的簡單模型；

3D簡單模型根據劇本和分鏡故事板製作出3D故事板；

角色模型、3D場景、3D道具模型在三維軟體中進行模型的精確製作；

根據劇本設計對3D模型進行色彩、

製作精美的《最終幻想》系列

紋理、質感等的設定工作；

根據故事情節分析，對3D中需要動畫的模型（主要為角色）進行動畫前的一些動作設置；

根據分鏡故事板的鏡頭和時間給角色或其它需要活動的對象製作出每個鏡頭的表演動畫；

對動畫場景進行燈光的設定來渲染氣氛；

動畫特效設定；

10. 後期將配音、背景音樂、音效、字幕和動畫一一匹配合成，最終成完整部角色動畫片製作。

11.虛擬現實

虛擬現實，英文名為VirtualReality，簡稱VR技術，也稱靈境技術或人工環境。應用於旅遊、房地產、大廈、別墅公寓、寫字樓、景點展示、觀光遊覽、酒店飯店、賓館餐飲、園林景觀、公園展覽展示、博物館，地鐵、機場、車站、碼頭等行業項目展示、宣傳。虛擬現實的最大特點是用戶可以與虛擬環境進行人機交互，將被動式觀看變成更逼真地體驗互動，應用在房地產領域的比如「售樓寶」。

360度實景、虛擬漫遊技術已在網上看房、房產建築動畫片、虛擬樓盤電子樓書、虛擬現實演播室、虛擬現實舞台、虛擬場景、虛擬寫字樓、虛擬營業廳、虛擬商業空間、三維虛擬選房、虛擬酒店、虛擬現實環境表現等諸多項目中採用。

三維空間

讓我們來了解一下什麼是三維空間。

簡單地說，在計算機中，我們可以讓物體在三個方向移動，上下、左右和前後，我們把左右移動稱之為x方向。這時候，足球只能在一條線上來回移動，如下圖所示。

把「上下」移動稱為y方向。給足球加入上下移動後，足球就可以在一個平面中進行上下左右的任意位置移動了。這時候的空間，我們稱為二維空間。

最後，計算出z方向，也就是前後縱深方向，就形成一個三維空間。這時候的運動就不是一個平面的運動了，我們可以把小球放在空間中的任意位置。

這就是三維空間，一個由X、Y、Z三個方向組成的數字化空間，任何一款三維軟體使用的都是這種空間原理，動畫師們不用去知道裡面具體的數字化計算方法，但是，建立對三維空間的認識，是每一個三維動畫師首先要熟悉的。

傳統動畫的原理，是把每一張畫面以每秒24張的速度播放就可以得到連續畫面，我們把每一張畫面稱為「幀」。在三維動畫中，幀的概念依然存在，只不過計算機可以將圖像轉換為數據儲存成「幀」並且計算出幀與幀之間的過渡數據，從而形成連續畫面。

控制三維動畫角色外形的是一系列的控制器，我們可以通過操縱這些控制器來調整角色的姿態，所以，通常也稱三維角色為「傀儡」或者「木偶」，就像傳統提線木偶一樣，控制器就是他們身上的各種由計算機控制的「線」。

如何控制三維空間中的物體

在三維空間中，有x、y、z三個方向的坐標，同樣對於三維空間中的物體，也有x、y、z三個方向的控制，我們可以移動、旋轉或者縮放它們。

在任何一款三維軟體中，只要你選中一個三維物體，使用移動工具，都會出現如下圖所示的圖形控制手柄，我們可以選擇x、y、z中的任何一個手柄進行操縱，從而把三維空間中的物體放到合適的位置。

在移動控制過程中，物體的移動位置會被計算機以數字的方式記錄下來，我們稱為「屬性」，這些屬性記錄了物體在空間中的位置信息。

同理，一個物體有三種空間形態控制類別，分別是位移、旋轉和縮放。

位移就是控制物體的位置移動，旋轉就是控制物體的傾斜角度，縮放就是控制物體的體積大小。

在這3種控制方式的基礎上，我們還可以通過改變控制的軸心點（Pivot），來進行控制中心的改變。比如開門這樣的運動，軸心點不應該在門中央，而應該是在門的內側，我們可以通過改變軸心點來達到自然運動的效果。

三維動畫中的時間控制

與傳統動畫一樣，在TV電視播出的情況下，三維動畫中的時間也是24幀每秒（Frame Pre Second，簡稱FPS，幀速率），但是在電影或高清標準的製作中是30 FPS，我們把每秒有多少幀稱作時間範圍(FrameRate)。在製作動畫之前，一定要確定使用哪種時間範圍，否則會因FPS的不同，導致後期嚴重的畫面抖動與重影效果。

不管我們使用哪種三維軟體，對時間的控制都是通過「時間線(TimeSlider)」來實現的，時間線就好比在傳統動畫中的攝影表，可以將調整好的物體屬性記錄在時間線上，每一次記錄就好像把物體的所有屬性封裝在了一個盒子里，並把這個盒子放到了時間線上的某一個位置，我們稱為一個「關鍵幀(Key Frame)」。在計算機軟體中，我們可以很方便地改變關鍵幀的位置以達到調整動畫時間節奏的目的。

在製作複雜動畫的時候，反覆地進行關鍵幀的設置會比較耗費時間，通過自動關鍵幀開關（Auto Key），就可以方便地記錄當前時間下物體的每一次屬性改變的最終結果。

通過拖動在時間線上的時間滑條可以觀察物體在某一個時間上的狀態，並且，在時間線播放面板中，我們還可以通過動畫回放控制面板來對動畫進行整體觀察。

在這裡需要注意的是，時間線不同於標尺，它只按照固定FPS記錄關鍵幀及他們的過渡情況，並不表示空間幅度，在這裡需要嚴格區分，不要搞混淆。

如果當場景過於複雜的時候，計算機的實時計算不能夠體現真實時間的情況下，軟體也可以將動畫進行快照輸出成視頻，方便動畫師們快速預覽效果。

在三維動畫的製作中，角色不可能只有一個控制器，在選擇不同的控制器的時候，時間線會顯示出當前控制器在時間線上的關鍵幀，我們可以快速地設置這些關鍵幀。但是，當控制器數量龐大的時候，這樣做有時就不是很直觀，所以，軟體工程師們又為動畫師開發出了三維軟體版的「攝影表(Dope Sheet)」，它就好像一個大型的時間線，可以匯總所有的關鍵幀信息，讓動畫師們可以一目了然地看到場景中關鍵幀的排布，還可以統一調整關鍵幀。

過渡計算

三維軟體可以計算出「完美」的過渡，比如讓一個球從畫面的左邊移動到畫面的右邊，你只需要在最左邊設置一個關鍵幀，改變時間滑條，並在最右邊設置一個關鍵幀，計算機就可以計算出均勻平滑的中間畫，把整個運動補充完整，而這個補充的過程就稱為過渡計算。

在默認情況下，這種過渡計算得出的結果是勻速的，一些有平滑功能的軟體可以得到一個慢慢啟動再慢慢停止的結果，但是這些過渡計算結果如果都不是我們想要的怎麼辦呢？軟體還提供了控制過渡計算的工具，叫做「曲線編輯器（Graph Editor）」。

在曲線編輯器中，垂直方向代表「屬性」，平行方向代表「時間」，曲線編輯器會顯示出一個物體的屬性在時間上的變化過程，並把這一過程繪製成為一條一條的曲線方便觀察。在這裡需要注意的是，曲線只是屬性與時間兩個參數的圖形表示方式，並不表示動畫的運動方式，我們在觀察曲線的時候要首先知道這條曲線是什麼屬性的曲線，然後再根據屬性對應的運動方式來觀察動畫曲線，如果有兩條相同的曲線，一條是位移屬性的，一條是縮放屬性的，他們曲線相同，但是表示的運動方式一個是位置變化，另一個是體積變化。

我們可以單獨選擇物體的某一個屬性進行觀察，這樣會更清晰一些。

在曲線上可以被編輯的點就是「關鍵幀」，連接關鍵幀之間的線條我們稱為「函數線條(Function Curves或F-Curves)」。在曲線編輯器中可以上下或左右移動關鍵幀進行屬性和時間上的調整，同樣也可以通過「切線手柄（Tangent Handle）」來控制關鍵幀之間的曲線形態來改變過渡計算的方式。

在製作複雜動畫的時候，對過渡計算的控制也決定了動畫的質量。曲線編輯器也許比較難懂，但是通過簡單的練習，相信大家很快就能掌握。

本周小課堂就結束啦！有任何學術疑問歡迎在後台留言哦！我們下期再見~！

*以上內容收納整理自百科及《動畫師之路-經典動畫原理學習手冊》，圖片來源於書籍和網路。

*「動畫學術聯盟」開放約稿，如有專訪、發稿、新片上線及其他商務方面事務請聯繫下圖相關負責人，非常感謝。