基于Maya技术的24式太极拳三维教学动画制作探讨

张蕾 刘宏亮 蔡安琪

摘 要：24式太极拳作为一种传统的中医养身保健运动，内外俱练、神形双修，深受广大人民群众的喜爱。为了方便太极拳课程的教学和学生们的自学，结合当前流行的三维动画技术，进行了太极拳教学动画视频的制作探讨，利用Maya与中国武术的结合，让学生能够更自主、更直观的掌握太极拳各招式要领，同时也极大的丰富了太极拳的教学形式。

关键词：24式太极拳；Maya；教学动画；三维

太极始于无极，分两仪。由两仪分三才，由三才显四象，演变八卦。太极拳是中华民族辩证的理论思维与武术、艺术、气功引导术的完美结合，是高层次的人体文化。它的运动特点：中正安舒、轻灵圆活、松柔慢匀、开合有序、刚柔相济，动如“行云流水，连绵不断”这种运动即自然又高雅，可亲身体会到音乐的韵律，哲学的内涵，美的造型，诗的意境。在高级的享受中，使疾病消失，使身心健康。

《24式太极拳》是南京中医药大学所有学生的公共必修课，由于陈旧的教学方式使学生感到枯燥无味，在24式太极拳教学过程中形成了一些教学死角：学生学习兴趣不高，课堂教学过程较单一，技术动作容易遗忘。因而，笔者探讨利用目前流行的三维动画制作软件Maya创造一个虚拟老师的角色来教授太极拳，它使得传统与现代结合。在教学中，以老师身教为基础，更丰富的传递信息，更方便的指导演示。三维动画短片运用现代技术来弥补课堂教学时间短、不能顾及所有学生等不足点，这就是它的价值所在，用技术来方便人类。同时，这也是一种教学方式的变更和进步，增加了课堂的信息量和视听的兼顾性，为更多的人学习太极拳提供了很好的途径。所以，这套三维教学动画有利于太极拳运动在世界各地的传播和学习，让更多的人群来了解这项运动，了解中国文化。

三维技术是当下炙手可热的焦点技术。作为信息技术的衍生，三维技术将过去不能体验到的转变为现实。现如今，三维模拟仿真度越来越高，也吸引了大批人才向三维技术方向发展。随着时间的推进，计算机硬件技术也是不断在提升，三维技术依靠着强大的硬件支持，在广阔的平台上越走越远、越走越宽，成为时下的一大热点，而跨学科跨领域合作也是现下需要的，三维技术与其他方面的结合更突显了优势。Maya是Autodesk旗下的著名三维建模和动画软件。其在三维动画的制作上较之其他软件具有强大的优势，它涵盖了模型、材质、灯光、动画、特效等动画制作的一整套流程，其所呈现出的非凡的数字艺术效果以及其人性化的友好操作界面设置，为众多的动画人所青睐。

笔者根据24式太极拳的教学特点和教学需求，结合了maya技术的制作要求，制定出该动画视频的研究路线，如图1所示。

1 前期概念设计

针对教学动画的内容以及目的，辅助一些需求分析，前期主要进行整体规划与设计，并进行角色造型设计、场景设计以及分镜创作。选用适合教授太极拳的角色的原画，以及比较平和易于表现太极拳的场景环境，可以有原画的参考，也可以自行设计。笔者选用了自行设计场景的想法，而角色是采用了游戏模型的原画。

分镜头设计可参考资料搜集阶段找到的真人教学视频以及相关教学书籍等，分镜展示了画面布局，以及一些可供角色设计、场景设计阶段参考的意见，例如角色与场景的比例大小等。由于制作的是教学动画视频，在前期设计阶段中也需要考虑到后期合成工作。例如，一些语音提示、背景音乐等等。整体设计建立在太极拳教学的基础上，各个功能环节紧扣太极拳知识。

2 项目实现模块

2.1 建模

建模是动画制作的基础，Maya提供的建模方法包括：NURBS建立角色、多边形建立角色、细分建模和雕刻建模。对于人物角色来说，通常是以人体某點作为根基开始然后向外扩展。项目中采用多边形建模方式建立人体模型及场景模型，从基本的polygon物体开始，通过挤压、加线、减线、移动点线面等操作制作出。24式太极拳中的场景模型在采用多边形建模后的线框图展示如图2所示。人物角色模型的布线要比场景模型的布线更为复杂，涉及到更多Move、Extrude等操作，当线的段数增加后，带来的视觉效果就是曲线更加平滑，更符合人体的生理曲线。三维人体模型线框图如图3所示。

2.2 材质与灯光

材质拥有很多可视属性，色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等属性能够很大程度上模拟现实环境中任何材质，通过各个属性的不同组合，形成形形色色的效果。项目中利用插件Unfold3D，对人体模型和场景模型进行UV的分离与整理，将三维模型上的构造拆解到二维上铺平绘制贴图进入到PhotoShop中绘制贴图。

贴图绘制好后，还要通过Maya中的材质球节点将贴图与模型连接起来。人物角色材质大致是带有高光的，主要为体现人体皮肤的质感，因此为角色模型添加一个Blinn材质球。人物模型图如图4所示。

场景材质中的木材、石壁、砖瓦均是不带高光的，所以为场景模型添加一个Lambert材质球。场景外罩一个大的环境球，并为其添加一个Lambert材质，模拟天空的环境，在场景中部添加一个调好的水面材质，作为水面。另外，材质的重要辅助是光，离开光材质是无法体现的。灯光照明在动画制作中是不可缺少的元素，在场景中打上平行光，将砖头的凹凸纹理、墙壁的凹凸纹理很好的表现出来，水纹效果和透明效果也能看出，亭台的窗棂还附加了镂空效果。如图10所示。场景展示图如图5所示。

2.3 骨骼的创建与绑定

要想让模型“动起来”，在Maya中通过对模型创建骨骼与模型蒙皮来实现。让模型依附于骨骼，且对各个点赋予权重，则可以控制模型的活动。通过对人体生理构造的研究，确定骨骼的创建与真实人体骨骼系统的关系，将真实人体骨骼系统简化得出建立需要的骨骼系统。躯干处主要三块骨头支撑，肩处一块，颈两块，头与下巴两块，手臂两块，手指按照正常人体结构走，股骨一块，腿两块，脚踝一块脚掌两块。

骨骼创建好后，还需要对骨骼创建控制器以便进行控制，以及需要对模型进行蒙皮。由于人体是有些许拉伸的，所以角色是柔性蒙皮。蒙皮后，就要对模型进行权重的调整，通过调整权重尽量模拟真实人体运动时模型的形态。将权重强度值调整至适当的程度，以便接近人物动作展示的标准程度。

2.4 动画制作

由于动画视频是通过在时间轴上不断改变输出图像，利用人眼的延时来造成动起来的效果，从而形成“动画”。于是制作动画的主要思想是插入关键帧。

在Maya工作区域中，对时间轴上某一帧的动作进行设置关键帧，并且在连贯动作时通过调节动画曲线使动作更加流畅。每个控制器有位移、旋转等属性，在动画曲线编辑器里与时间结合即可构成相应的曲线。一帧图像代表了时间节点中此刻将呈现什么样的图像，一秒钟包含24帧图像，连续播放起来就是动画。动画制作主要基于分镜设计。动画片段其实就是各个动作聚合而成，每个分镜详细创作则成為layout故事板。

2.5 渲染

渲染设置主要通过设置图片大小、图片帧数、渲染器选择、品质这几个参数。硬件条件决定了渲染速度。渲染之前必须要定位三维场景中的摄像机，透过已设置好的相机，将其中呈现的角色、场景、动画，在时间轴上各个节点处形成相应的图片。这些图片就是在该相机中的呈现，通过后期合成制作为视频，以每秒24帧图片的播放速度动态呈现。

由于动画片段由图片序列构成，所以依靠Maya强大的渲染功能渲染成图片帧，进行后期合成以及进一步操作。渲染过程能够比较真实的展现在Maya中营造的效果，包括材质、灯光构成的一些效果，这些细节能够在单独帧中得以体现，并且也能在合成视频时体现。图6展示了动画项目中的某帧渲染后的效果。

2.6 后期合成

后期合成是项目制作的最后一步。将项目工程中渲染出的图片序列导入进AfterEffects中进行合成。按照每秒24帧的帧速率将图片序列帧合成为视频文件。在Composition Settings中选择相关设置，另外也可在选取的背景音乐中添加声音效果，利用Audition将各个声音素材混缩到一个音轨上，导出成音频素材，作为视频的背景音乐。

24式太极拳的三维教学动画制作是中国传统保健学、计算机学科及动画技术交叉整合的创新应用，运用时下比较热门的三维动画技术将古老传统医学中的养生拳法展现出来。在教学方式上，打破了由一名老师教授多名学生的现状，使用教学动画对学生进行较为系统、全面的太极拳教育，通过精美、细腻的三维动画展现达到现实演示的效果。项目的开发过程是一个探索和实践的过程，从对现实生活中的场景将其电子化，从收集资料学习到真正的开发实战，无一不提高了我们的创新意识、激发了创新精神、锻炼了创造能力，这是一次与时俱进、又传承经典，利用现代流行的信息技术将传统文化发扬光大的研究与应用。

[参考文献]

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[4]完美动力.Maya绑定.海洋出版社，2012.

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