工程三维动画都是怎么制作出来的？需要哪些步骤呢？今天这篇文章幕维·帧实动画将为大家介绍三维动画各个阶段的制作步骤。

制作的流程是将一个想法转化为成品的一系列过程，就三维制作流程而言，通常分为 9 个阶段：前期制作、模型、UV 贴图、纹理和着色、绑定、动画、灯光、渲染和合成等。每个阶段的具体流程会因项目和工作室的不同而有所区别。

三维动画创作过程

前期制作

工程三维动画前期制作基本上是一个想法经历探索、角色设计和发现的阶段。在这个阶段，创意和概念会变得充实，产品、风格、原型、故事、环境和美学能够确立。

前期制作阶段

前期制作由故事、脚本、故事板、动态分镜、角色设计组成，如果没有完整的前期制作，任何三维动画的制作流程（甚至是其他项目的制作流程），都不可能成功。

分镜脚本

在创建动画之前，团队必须知道要创建什么，要给自己设定一个目标，一切工作都要以实现这个目标来进行。三维动画师的愿景越详细，就越容易将其变为现实。

有一个可靠的计划意味着每个参与者都确切地知道他们必须做什么，并将准备好去做，从而使制作阶段和后期制作阶段变得更有效率。

更重要的是，详细的愿景甚至可以让后期的即兴创作变得更容易。有了一个完善的、丰富的计划，不仅能够让制作者把握整体，视野更加宽广，会有更多的创意素材可供即兴创作，并且更容易知道如何将其融入项目中。

模型

模型是三维制作流程中的一个重要阶段，如果说前期是概念化的创意，模型则是把这个创意用一种实在的、具体的事物转变为一种可视化的存在。根据前期制作阶段的概念化艺术创建视觉、三维对象（或模型）在保持其物理性质的同时也要做到一种艺术上的解释，避免观众产生审美疲劳。模型阶段的资产包括角色、道具和环境，这些因素的组合变换能让同样的物体在不同的环境下产生不一样的表现，提升三维动画的丰富度和细节程度。

软件的使用

这些模型可以使用如 Maya 或 3D Studio Max C4D等不同的三维软件创建，无论选择哪种工具，它们都有一些三维建模的共同要素，包括点、边、多边形和 NURBS。通过多边形建模、曲线建模、数字雕刻程序化建模、UV 贴图等四种不同的建模方式进行建模。

UV 贴图是将现有三维模型的顶点组件信息转化为二维贴图的艺术，将二维贴图存在于一个新的坐标系中，称为 UV 纹理空间。

字母 U 和 V 表示该二维空间的两个轴，因为 X、Y 和 Z 已经用于表示模型空间中三维对象的轴，而 W（除了 XYZ) 用于计算四元数旋转，这是计算机图形学中的常见操作。

UV贴图

UV 贴图的过程类似于切开牛奶盒的侧面，不同的是，UV 纹理图上的扁平表面不需要与三维模型的对应面有相同的比例和形状。

运用这个优势我们可以有的放矢地为重点表面分配更大面积的 UV，这样我们就可以更容易地对需要刻画的模型细节进行纹理处理。反之，那些通常不被摄像机看到的次要却面积较大的表面，我们可以缩小它的 UV 贴图，以减轻电脑后期渲染的压力。

纹理和着色器

纹理贴图（Texture）和着色器（Shader）是三维制作流程中的一个重要阶段，在这个阶段中，三维模型被赋予不同的材质，这个过程一般是由着色器和纹理贴图共同完成的。

着色器是由一组可以体现在表面的属性组成，这些属性决定了光线与该表面的互动方式。当下主流的 PBR 流程（Physically-Based Rendering）的着色器大致包括基础色，金属度，粗糙度，法线等属性。

纹路贴图

为了表现物体表面丰富的细节，我们需要创建纹理贴图，一般来说 PBR 流程的贴图大致包括：

法线贴图（Normal Map）：一般为切线空间法线，利用 RGB 三种颜色在切线空间储存复杂的细节。

颜色图（Base Color Map）：包括一个表面原始的、均匀照明的颜色信息。

粗糙度图（Roughness Map）：描述一个表面的粗糙度。

金属度（Metallic Map）：描述一个表面的金属性。

纹理贴图效果图

绑定

绑定最简单的形式是为三维模型创建一个骨架，以便移动模型。绑定不仅涉及到骨架的创建，还涉及到定义这个骨架/模型的控制器，这样我们就可以用这些控制间接地操纵模型，它很像木偶师使用绳子移动木偶的方式，因此木偶师，也就是三维制作者的任何一个细微的调整都会改变模型的性质，非常考验三维制作者的专业水平。

角色绑定

绑定过程中使用的一些关键术语包括：

关节（Joints）：与人体中的关节相似，关节是一个特定模型的支点或衔接点。例如，肩膀、肘部、膝盖。

权重（Weight Painting）：权重是一个绘制关节对模型上任何给定顶点影响量的过程，它对于准确模型在操纵时的变形方式非常重要。

蒙皮（Skinning）：蒙皮是将实际模型与骨骼关节绑定的过程。没有蒙皮这个步骤，移动骨架无法影响到实际模型的移动。

FK（正向运动）：如果躯干的骨骼组被视为躯干单个骨骼的父级，而胸部是躯干骨骼组的父级，子级是手臂、腿和头的骨骼链。在这个层次结构中，每个关节下的子关节都继承了父关节的空间属性变化。正向运动是在影响方向上对这个骨架进行操纵，即从父级部位影响到子级部位。

IK（逆向运动）：逆向运动是一种逆转操纵影响骨骼的方法。例如我们将一只脚约束在地面上，对骨盆关节的操纵并不会影响到脚的位置。

动画

三维制作流程中的动画是利用现有的三维资产，通过运动使角色变得生动的过程。除角色主体外，三维动画也包括三维场景中的其他物体，如摄像机、灯光，甚至特效。

动画是获取三维对象并使其移动的过程。动画有几种不同的风格，有关键帧动画，动画师逐帧操作对象，类似于旧的手绘卡通。

灯光

三维制作流程接下来的这一阶段是向三维场景中添加灯光。灯光的使用可以决定一个场景如何引导观众，以及如何设定一个场景或环境的情绪基调。

三维软件包中常见的灯光包括：

点光源（Point/Omni lights）：从空间中的一个点向外发出的光，它通常用于模拟灯泡或蜡烛。

方向光（Directional lights）：光线方向在三维空间中平行，它通常用于模仿太阳光或远处的光源。

聚光灯（Spot lights）：在设定的边界内，从一个点向特定的方向发出圆锥形的光。

区域光（Area lights）：类似于点光源，它从一个源头向所有方向发射，然而这个源头不是一个点而是一个表面。

环境光（Ambient lights）：为场景添加一个基准照明，它既不从任何特定的源头向各个方向投射光线，也不投射阴影，通常用于柔化戏剧性的阴影或柔和地照亮场景中不受主光影响的区域。

灯光渲染效果图

渲染

渲染是将场景中的所有信息（物体、材料、灯光、摄像机）结合起来产生单个或一系列的最终渲染图像的过程。这通常是制作过程中计算密集的部分，根据场景的复杂性、所需的质量水平和预期的平台，可能需要从几秒钟到几小时的时间来产生渲染图像。

通常有两种类型的渲染：

实时渲染：主要用于交互式媒体，如游戏，每秒需要在屏幕上显示多个渲染的图像（要求每秒至少 24 个图像/帧，以防止卡顿）并实时显示。这对互动媒体很重要，因为观众对场景的操作是不可预测的。

预渲染：通常在渲染时间不是一个限制因素的情况下使用的，正因为如此，它可以满足视觉上极其复杂和计算上要求极高的场景。这在电影、商业广告和其他基于图像的媒体中最常见。

在三维制作流程中，渲染意味着导出视频序列，但每个元素（环境、角色、道具等等）都是单独渲染的，然后在后期制作中重新合成。

合成

合成是三维制作的最后阶段，它是一个对渲染图像进行调整或与其他图像或图层相结合，以创建一个更复杂、更有凝聚力的构图的过程。

合成阶段

使用 AE软件进行合成

合成师负责通过组合特定镜头或图像的所有元素来创建最终图像。这需要对流程有深入的了解和广泛的三维技能。

通常，合成师会将整个作品组合在一起。合成软件还提供了丰富的效果，使合成师能够添加粒子、光效和文本。

不论是为电影、广告、动画剧集还是许多其他目的创建三维动画，都会涉及许多步骤和许多动画师一起工作，才能创作出优秀的项目。

任何制作都需要一个适当的系统来确保流程尽可能高效，专业三维动画等高度复杂的工作通常需要由动画师和创意团队按紧凑的时间表工作，因此有效的制作流程对于按时准备好最终产品并达到预期的质量水平至关重要。

廣角品牌机构旗下的幕维帧实动画深度服务于港珠澳大桥、深中通道等项目，拥有数十年行业从业经验，在工程领域具有很高的知名度。我们致力于用三维动画表现工程，传播工程品牌文化。