張蕾 劉宏亮 蔡安琪

摘 要：24式太極拳作為一種傳統(tǒng)的中醫(yī)養(yǎng)身保健運(yùn)動(dòng)，內(nèi)外俱練、神形雙修，深受廣大人民群眾的喜愛。為了方便太極拳課程的教學(xué)和學(xué)生們的自學(xué)，結(jié)合當(dāng)前流行的三維動(dòng)畫技術(shù)，進(jìn)行了太極拳教學(xué)動(dòng)畫視頻的制作探討，利用Maya與中國武術(shù)的結(jié)合，讓學(xué)生能夠更自主、更直觀的掌握太極拳各招式要領(lǐng)，同時(shí)也極大的豐富了太極拳的教學(xué)形式。

關(guān)鍵詞：24式太極拳；Maya；教學(xué)動(dòng)畫；三維

太極始于無極，分兩儀。由兩儀分三才，由三才顯四象，演變八卦。太極拳是中華民族辯證的理論思維與武術(shù)、藝術(shù)、氣功引導(dǎo)術(shù)的完美結(jié)合，是高層次的人體文化。它的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：中正安舒、輕靈圓活、松柔慢勻、開合有序、剛?cè)嵯酀?jì)，動(dòng)如“行云流水，連綿不斷”這種運(yùn)動(dòng)即自然又高雅，可親身體會(huì)到音樂的韻律，哲學(xué)的內(nèi)涵，美的造型，詩的意境。在高級(jí)的享受中，使疾病消失，使身心健康。

《24式太極拳》是南京中醫(yī)藥大學(xué)所有學(xué)生的公共必修課，由于陳舊的教學(xué)方式使學(xué)生感到枯燥無味，在24式太極拳教學(xué)過程中形成了一些教學(xué)死角：學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，課堂教學(xué)過程較單一，技術(shù)動(dòng)作容易遺忘。因而，筆者探討利用目前流行的三維動(dòng)畫制作軟件Maya創(chuàng)造一個(gè)虛擬老師的角色來教授太極拳，它使得傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合。在教學(xué)中，以老師身教為基礎(chǔ)，更豐富的傳遞信息，更方便的指導(dǎo)演示。三維動(dòng)畫短片運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)來彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)間短、不能顧及所有學(xué)生等不足點(diǎn)，這就是它的價(jià)值所在，用技術(shù)來方便人類。同時(shí)，這也是一種教學(xué)方式的變更和進(jìn)步，增加了課堂的信息量和視聽的兼顧性，為更多的人學(xué)習(xí)太極拳提供了很好的途徑。所以，這套三維教學(xué)動(dòng)畫有利于太極拳運(yùn)動(dòng)在世界各地的傳播和學(xué)習(xí)，讓更多的人群來了解這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，了解中國文化。

三維技術(shù)是當(dāng)下炙手可熱的焦點(diǎn)技術(shù)。作為信息技術(shù)的衍生，三維技術(shù)將過去不能體驗(yàn)到的轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)如今，三維模擬仿真度越來越高，也吸引了大批人才向三維技術(shù)方向發(fā)展。隨著時(shí)間的推進(jìn)，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)也是不斷在提升，三維技術(shù)依靠著強(qiáng)大的硬件支持，在廣闊的平臺(tái)上越走越遠(yuǎn)、越走越寬，成為時(shí)下的一大熱點(diǎn)，而跨學(xué)科跨領(lǐng)域合作也是現(xiàn)下需要的，三維技術(shù)與其他方面的結(jié)合更突顯了優(yōu)勢(shì)。Maya是Autodesk旗下的著名三維建模和動(dòng)畫軟件。其在三維動(dòng)畫的制作上較之其他軟件具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，它涵蓋了模型、材質(zhì)、燈光、動(dòng)畫、特效等動(dòng)畫制作的一整套流程，其所呈現(xiàn)出的非凡的數(shù)字藝術(shù)效果以及其人性化的友好操作界面設(shè)置，為眾多的動(dòng)畫人所青睞。

筆者根據(jù)24式太極拳的教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)需求，結(jié)合了maya技術(shù)的制作要求，制定出該動(dòng)畫視頻的研究路線，如圖1所示。

1 前期概念設(shè)計(jì)

針對(duì)教學(xué)動(dòng)畫的內(nèi)容以及目的，輔助一些需求分析，前期主要進(jìn)行整體規(guī)劃與設(shè)計(jì)，并進(jìn)行角色造型設(shè)計(jì)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)以及分鏡創(chuàng)作。選用適合教授太極拳的角色的原畫，以及比較平和易于表現(xiàn)太極拳的場(chǎng)景環(huán)境，可以有原畫的參考，也可以自行設(shè)計(jì)。筆者選用了自行設(shè)計(jì)場(chǎng)景的想法，而角色是采用了游戲模型的原畫。

分鏡頭設(shè)計(jì)可參考資料搜集階段找到的真人教學(xué)視頻以及相關(guān)教學(xué)書籍等，分鏡展示了畫面布局，以及一些可供角色設(shè)計(jì)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)階段參考的意見，例如角色與場(chǎng)景的比例大小等。由于制作的是教學(xué)動(dòng)畫視頻，在前期設(shè)計(jì)階段中也需要考慮到后期合成工作。例如，一些語音提示、背景音樂等等。整體設(shè)計(jì)建立在太極拳教學(xué)的基礎(chǔ)上，各個(gè)功能環(huán)節(jié)緊扣太極拳知識(shí)。

2 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)模塊

2.1 建模

建模是動(dòng)畫制作的基礎(chǔ)，Maya提供的建模方法包括：NURBS建立角色、多邊形建立角色、細(xì)分建模和雕刻建模。對(duì)于人物角色來說，通常是以人體某點(diǎn)作為根基開始然后向外擴(kuò)展。項(xiàng)目中采用多邊形建模方式建立人體模型及場(chǎng)景模型，從基本的polygon物體開始，通過擠壓、加線、減線、移動(dòng)點(diǎn)線面等操作制作出。24式太極拳中的場(chǎng)景模型在采用多邊形建模后的線框圖展示如圖2所示。人物角色模型的布線要比場(chǎng)景模型的布線更為復(fù)雜，涉及到更多Move、Extrude等操作，當(dāng)線的段數(shù)增加后，帶來的視覺效果就是曲線更加平滑，更符合人體的生理曲線。三維人體模型線框圖如圖3所示。

2.2 材質(zhì)與燈光

材質(zhì)擁有很多可視屬性，色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發(fā)光度等屬性能夠很大程度上模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中任何材質(zhì)，通過各個(gè)屬性的不同組合，形成形形色色的效果。項(xiàng)目中利用插件Unfold3D，對(duì)人體模型和場(chǎng)景模型進(jìn)行UV的分離與整理，將三維模型上的構(gòu)造拆解到二維上鋪平繪制貼圖進(jìn)入到PhotoShop中繪制貼圖。

貼圖繪制好后，還要通過Maya中的材質(zhì)球節(jié)點(diǎn)將貼圖與模型連接起來。人物角色材質(zhì)大致是帶有高光的，主要為體現(xiàn)人體皮膚的質(zhì)感，因此為角色模型添加一個(gè)Blinn材質(zhì)球。人物模型圖如圖4所示。

場(chǎng)景材質(zhì)中的木材、石壁、磚瓦均是不帶高光的，所以為場(chǎng)景模型添加一個(gè)Lambert材質(zhì)球。場(chǎng)景外罩一個(gè)大的環(huán)境球，并為其添加一個(gè)Lambert材質(zhì)，模擬天空的環(huán)境，在場(chǎng)景中部添加一個(gè)調(diào)好的水面材質(zhì)，作為水面。另外，材質(zhì)的重要輔助是光，離開光材質(zhì)是無法體現(xiàn)的。燈光照明在動(dòng)畫制作中是不可缺少的元素，在場(chǎng)景中打上平行光，將磚頭的凹凸紋理、墻壁的凹凸紋理很好的表現(xiàn)出來，水紋效果和透明效果也能看出，亭臺(tái)的窗欞還附加了鏤空效果。如圖10所示。場(chǎng)景展示圖如圖5所示。

2.3 骨骼的創(chuàng)建與綁定

要想讓模型“動(dòng)起來”，在Maya中通過對(duì)模型創(chuàng)建骨骼與模型蒙皮來實(shí)現(xiàn)。讓模型依附于骨骼，且對(duì)各個(gè)點(diǎn)賦予權(quán)重，則可以控制模型的活動(dòng)。通過對(duì)人體生理構(gòu)造的研究，確定骨骼的創(chuàng)建與真實(shí)人體骨骼系統(tǒng)的關(guān)系，將真實(shí)人體骨骼系統(tǒng)簡(jiǎn)化得出建立需要的骨骼系統(tǒng)。軀干處主要三塊骨頭支撐，肩處一塊，頸兩塊，頭與下巴兩塊，手臂兩塊，手指按照正常人體結(jié)構(gòu)走，股骨一塊，腿兩塊，腳踝一塊腳掌兩塊。

骨骼創(chuàng)建好后，還需要對(duì)骨骼創(chuàng)建控制器以便進(jìn)行控制，以及需要對(duì)模型進(jìn)行蒙皮。由于人體是有些許拉伸的，所以角色是柔性蒙皮。蒙皮后，就要對(duì)模型進(jìn)行權(quán)重的調(diào)整，通過調(diào)整權(quán)重盡量模擬真實(shí)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)模型的形態(tài)。將權(quán)重強(qiáng)度值調(diào)整至適當(dāng)?shù)某潭?，以便接近人物?dòng)作展示的標(biāo)準(zhǔn)程度。

2.4 動(dòng)畫制作

由于動(dòng)畫視頻是通過在時(shí)間軸上不斷改變輸出圖像，利用人眼的延時(shí)來造成動(dòng)起來的效果，從而形成“動(dòng)畫”。于是制作動(dòng)畫的主要思想是插入關(guān)鍵幀。

在Maya工作區(qū)域中，對(duì)時(shí)間軸上某一幀的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置關(guān)鍵幀，并且在連貫動(dòng)作時(shí)通過調(diào)節(jié)動(dòng)畫曲線使動(dòng)作更加流暢。每個(gè)控制器有位移、旋轉(zhuǎn)等屬性，在動(dòng)畫曲線編輯器里與時(shí)間結(jié)合即可構(gòu)成相應(yīng)的曲線。一幀圖像代表了時(shí)間節(jié)點(diǎn)中此刻將呈現(xiàn)什么樣的圖像，一秒鐘包含24幀圖像，連續(xù)播放起來就是動(dòng)畫。動(dòng)畫制作主要基于分鏡設(shè)計(jì)。動(dòng)畫片段其實(shí)就是各個(gè)動(dòng)作聚合而成，每個(gè)分鏡詳細(xì)創(chuàng)作則成為layout故事板。

2.5 渲染

渲染設(shè)置主要通過設(shè)置圖片大小、圖片幀數(shù)、渲染器選擇、品質(zhì)這幾個(gè)參數(shù)。硬件條件決定了渲染速度。渲染之前必須要定位三維場(chǎng)景中的攝像機(jī)，透過已設(shè)置好的相機(jī)，將其中呈現(xiàn)的角色、場(chǎng)景、動(dòng)畫，在時(shí)間軸上各個(gè)節(jié)點(diǎn)處形成相應(yīng)的圖片。這些圖片就是在該相機(jī)中的呈現(xiàn)，通過后期合成制作為視頻，以每秒24幀圖片的播放速度動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。

由于動(dòng)畫片段由圖片序列構(gòu)成，所以依靠Maya強(qiáng)大的渲染功能渲染成圖片幀，進(jìn)行后期合成以及進(jìn)一步操作。渲染過程能夠比較真實(shí)的展現(xiàn)在Maya中營造的效果，包括材質(zhì)、燈光構(gòu)成的一些效果，這些細(xì)節(jié)能夠在單獨(dú)幀中得以體現(xiàn)，并且也能在合成視頻時(shí)體現(xiàn)。圖6展示了動(dòng)畫項(xiàng)目中的某幀渲染后的效果。

2.6 后期合成

后期合成是項(xiàng)目制作的最后一步。將項(xiàng)目工程中渲染出的圖片序列導(dǎo)入進(jìn)AfterEffects中進(jìn)行合成。按照每秒24幀的幀速率將圖片序列幀合成為視頻文件。在Composition Settings中選擇相關(guān)設(shè)置，另外也可在選取的背景音樂中添加聲音效果，利用Audition將各個(gè)聲音素材混縮到一個(gè)音軌上，導(dǎo)出成音頻素材，作為視頻的背景音樂。

24式太極拳的三維教學(xué)動(dòng)畫制作是中國傳統(tǒng)保健學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)科及動(dòng)畫技術(shù)交叉整合的創(chuàng)新應(yīng)用，運(yùn)用時(shí)下比較熱門的三維動(dòng)畫技術(shù)將古老傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的養(yǎng)生拳法展現(xiàn)出來。在教學(xué)方式上，打破了由一名老師教授多名學(xué)生的現(xiàn)狀，使用教學(xué)動(dòng)畫對(duì)學(xué)生進(jìn)行較為系統(tǒng)、全面的太極拳教育，通過精美、細(xì)膩的三維動(dòng)畫展現(xiàn)達(dá)到現(xiàn)實(shí)演示的效果。項(xiàng)目的開發(fā)過程是一個(gè)探索和實(shí)踐的過程，從對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景將其電子化，從收集資料學(xué)習(xí)到真正的開發(fā)實(shí)戰(zhàn)，無一不提高了我們的創(chuàng)新意識(shí)、激發(fā)了創(chuàng)新精神、鍛煉了創(chuàng)造能力，這是一次與時(shí)俱進(jìn)、又傳承經(jīng)典，利用現(xiàn)代流行的信息技術(shù)將傳統(tǒng)文化發(fā)揚(yáng)光大的研究與應(yīng)用。

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