Maya动画的分类与实现
作者：李忠
来源：《电子世界》2013年第16期
        【摘要】Maya软件以其全面CG设计功能包含了建模、粒子系统、毛发生成、植物创建、衣料仿真等等，成为现在最流行的三维动画设计软件。本文结合Maya软件的特点，对三维动画进行了分类总结，介绍了各类动画实现方法，为Maya动画的教学与学习提供了参考依据。
        【关键词】Maya；位移动画；形状动画
        Autodesk Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对象包含影视广告、角动画、电影特技等。Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。Maya集成了Alias、Wavefront最先进的动画及数字效果技术。它不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合。因此，Maya成为目前市场上用来进行数字和三维制作的工具中的选解决方案。
        动画从形式上看有两种：一种是空间方位的变化，包括位置、比列、方向等。另一种是形状变化。在这里定义为位移动画与形状动画。在Maya软件里面，根据角动画的特点，位移动画主要包含：关键帧动画、路径动画、constrain约束动画、粒子动画，而形状动画包含：Deformers变形器动画与骨骼动画。
        一、位移动画
        1.关键帧动画
        计算机动画要表现运动或变化，至少前后要给出两个不同的关键状态，而中间状态的变化和衔接电脑可以自动完成。表示关键状态的帧动画叫做关键帧动画（Keyframe Animation）。所谓关键帧动画，就是给需要动画效果的属性，准备一组与时间相关的值，这些值都是在动画序列中比较关键的帧中提取出来的，而其他时间帧中的值，可以用这些关键值，采用特定的插值方法计算得到，从而达到比较流畅的动画效果。在Maya里面，只需要在两个不同的帧上设置物体不同的属性，s键设置关键帧就能实现。例如小球的下落动画，先第1帧，设置小球Y值参数为10，按s键设置关键帧。再在第24帧，设置小球Y值参数为0，按s键设置关键帧。点击时间轴的播放按钮，就能看到小球的下落动画。关键帧动画是
其他动画的基础，无论是Flash、3dmax，所有的关键帧动画制作方法都是一样的。
        2.路径动画
        路径动画也是比较常见的一类动画，在二维动画和三维动画中都有，只是名称不一样。在Maya动画中，路径动画不太常用，基本上用来控制摄像机的运动。实现方法有两种：Set Motion Path Key与Attach to Motion Path。第一种方法，与关键帧动画有些类似，只需要在两个不同的帧上设置物体不同的属性，点击Set Motion Path Key命令就能实现。这种方法会根据模型间的位置自动生成一条曲线来约束小球的运动轨迹，但是曲线不够准确。第二种方法需要先绘制好模型与曲线，使用Attach to Motion Path命令实现动画。这种方法由于路径是自己绘制好的，所以比较准确，且通过该命令的选项设置能够更好的实现我们所需要动画效果。该命令的选项设置中可以控制动画的时间范围、物体的向前轴向、向上轴线、偏移等。
        3.Constrain约束动画
        其实路径动画也属于约束动画，但是Maya中存在着单独的Constrain约束菜单，主要是
用模型来控制模型，所有这里分开来将了。并且约束动画有一个更大的优势，就是一个模型可以同时受到多个多类约束，根据不同帧，所有的约束不同来制作动画。但是路径动画，路径只能有一条。常用约束的种类主要有点约束、目标约束、旋转约束、比例约束、父子约束、法线约束。例如三个模型A、B、C，A与B对C都使用点约束，在第1帧，A对C点约束打开，B对C点约束关掉开，K制动画，在第20帧，B对C点约束打开，A对C点约束关掉，K制动画，播放就会发现在1到20帧，C物体从Ahtml animation属性运动到B。
        4.粒子动画
        粒子系统是Maya动力学系统中最重要的一部分，同时也是当今影视特效制作中最重要的工具。粒子系统的核心是使用最基本的单元“粒子点”来代替物体，通过一束或一点的运动模拟来实现自然界中那些由微观粒子整体形成的物质形态。这些物质形态通常表现为不稳定、随机性、流动性等特点，通过一般的几何面片做动画的方法来实现显然不太可能，例如沙尘暴、烟雾、火焰、风雪、爆炸等自然现象或像拥有上千士兵的军队这样的组动画，粒子系统可以很好地模拟它们。与几何面片总是表现为固定的形态不同的是，粒子系统更多的是依靠个体的属性集合来表现整体的宏观状态。正因为如此，就可以将大量的粒子放在一起
作为一个整体的系统来使用，而使所有的粒子都具有个体属性与总体属性的双重属性。在Maya中，根据粒子的渲染方式不同，可以将粒子系统分为两大类，即硬件渲染粒子和软件渲染粒子。软件渲染粒子可以渲染出阴影、反射甚至折射的效果，比较合适制作那些有立体感、透明度的物质，例如云、水等；而硬件渲染粒子更适合制作那些粒子数量极大，需要渲染速度而很少需要光线反射折射效果的粒子，例如沙子等。整个粒子系统的动画可以通过某些属性的关键帧来实现。
        二、形状动画
        1.Deformers变形器动画
        在真实的自然界中，物体的外形基本分为硬性和软性，石头和面团。硬性物体的外形通常比较固定，而软性物体则可能会有丰富的外形变化。例如人的面部，并不像三维模型那样僵硬，而是具有非常丰富的表情变化。就变形的概念来讲，是指模型的形状发生变化，而物体的拓扑结构保持不变，即点、线、面的数目并没有增加或减少。要使物体形状发生变化最直接的方法就是用移动工具拖动模型上的点。但是这种方法，简单模型还可以，加入是有成千上万个点的面部模型就不能这样做了。Maya提供了丰富的变形工具，统称为变形器（Def
ormers）。变形器对模型进行操作的原理同样是控制模型顶点的位置，它的优势在于可以通过一个变形器来控制一个区域内所的模型顶点，这样模型变形的操作就被大大简化。例如动画中的挤压拉伸效果就可以通过Squash实现，弯曲效果通过Bend实现，扭曲效果通过Twist实现，面部表情变化通过Blend Shape实现。
        2.骨骼动画
        如果把三维动画比作现实生活中的木偶动画，那么木偶动画中的玩偶就相当于Maya中的建模，木偶表演者就相当于Maya动画师，而木偶身体中的钢丝关节，则就是Maya中的骨骼系统。骨骼在动画中并不会被最终渲染，它的作用相当于一个支架，可以模拟真人的骨骼设置，对关节进行移动、旋转等操作。当骨骼设定后，将模型“绑定”到骨骼上，这一步就相当于给机器人装挂各种外部零件一样，然后通过各种设置，对骨骼添加关键帧动画，再由骨骼驱动被绑定到相应关节上的模型。这样，最终的动画中，就可以看到僵硬静止的模型具有了生命力。例如人的模型建好后，根据角的需要绘制好合适骨骼系统，使用蒙皮，就能实现骨头运动带动人体模型的运动效果。
        三、结束语
        Maya已经成为目前世界上最优秀的三维动画制作软件之一，在影视制作中已经取得了惊人的效果，必将引起动画制作者的学习热潮。本文结合Maya软件特点，分析了位移动画与形状动画在Maya中具体形式，位移动画包含了关键帧动画、路径动画、约束动画、粒子动画，形状动画包含了变形器动画与骨骼动画，分析了各类的动画特点以及实现方法，为后续的研究者与学习者提供了参考。
        参考文献
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        作者简介：李忠（1984—），男，河南平顶山人，河南城建学院计算机科学与工程学院助教，研究方向：数字媒体技术。

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