Maya软件在篮球技术中的三维动画制作研究

丁广鹏



Maya软件在篮球技术中的三维动画制作研究

丁广鹏

运用文献资料、软件工程等方法，将常态的篮球技术结合Maya软件以三维动画的形式制作，摒弃传统的幻灯、录像等电化式手段。结论：利用Maya软件制作关于篮球技术的三维动画，益于在教学与训练中观察与模仿，并诱导影响学习者的思维方式，实现掌握篮球技术过程由“分解”到“整体”、由“形”到“意”，最终推动篮球教学与训练改革进一步朝现代化、科学化发展。

Maya；篮球技术；三维动画

编号：1007—6891（2016）03—0064—04四川体育科学2016年（第35卷）第3期SICHUAN SPORTS SCIENCE Vol.35，No.3，2016 DOI：10.13932/j.cnki.sctykx.2016.03.16

2015年第28届男篮亚锦赛中国队重回亚洲巅峰，同时获得里约奥运会入场券资格之后，中国篮球要跻身世界篮球第2集团的行列，就必须放弃以主观和经验为主的传统式教学与训练方法，需利用引领当代的先进技术作为推动篮球发展的辅助手段。将先进的Maya软件合理地运用在与篮球技术的结合上，充分显示三维动画在篮球领域中的发展空间和价值。本文以篮球教程的相关内容为参照，旨在建立与完善篮球技术三维动画成品的相关数据库，规范篮球技术教学与训练内容，提出以三维动画模拟的篮球教学训练法弥补传统讲解与示范法的局限与不足，从而总结三维动画技术在篮球技术方面的价值，寻求Maya应用的突破口。

1　研究对象与方法

1.1研究对象

以《球类运动—篮球》（2009年，高等教育出版社）中的篮球场地与设备规格、篮球技术等为研究对象。

1.2研究方法

1.2.1文献资料法通过在陕西师范大学图书馆、西安体育学院图书馆、伊犁师范学院图书馆共查阅《火星时代》、《Maya教程》等书籍10余本；在中国知网以关键词“Maya”、“篮球技术”、“三维动画”等检索相关学术期刊20余篇，为本研究提供理论依据。

1.2.2逻辑分析法三维动画艺术辅助设计已经成为了篮球运动的一种普遍的表现形式，本研究通过Maya软件对篮球技术的制作进行反复揣摩，寻求篮球技术三维动画制作的特点。

1.2.3软件工程法运用Maya2009（32位）软件。

2　结果与分析

2.1基于Maya制作的软硬件配置

2.1.1软件配置Maya是由1998年Alias、Wavefront公司正式推出了一款专门制作人物角色动画的三维软件，目前已发展到Maya2015版本。本研究使用的Maya2009软件以（32位）为标准，亦有中文破解版，其强大的三维制作功能，如虚拟人物骨骼建模、纹理表皮材质程序、赋予虚拟单纯骨骼连接运动的能力等。

2.1.2硬件配置三维动画制作过程对硬件要求较高，Maya2009（32位）软件运行配置：Microsoft Windows XP （Service Pack2或更高的版本）、Vista、Window 7、以及Fedora等平台之上，CPU处理器intel酷睿i5，CPU频率3.6GHz，最好为4核以上，工作功率125W，硬盘容量500GB，总线接口PCI Express 3.0，加强对图像、数据的处理能力。

2.2篮球技术的三维动画制作过程

2.2.1三维虚拟篮球场馆的构建根据高等教育出版社《球类运动—篮球（2009）》第20章篮球场地与设备规定，场地规格如下：长（Length）为28000mm、宽（Widht）为15000mm，线条宽度为50mm（所有尺寸均为净尺寸），任何障碍物包括在球队席就座的人员距比赛场地应至少2m，这是三维场馆建模的基本依据。

第1步将Mya建模方式改为Polygons多边形模式，在top视图中利用Cube工具创建一个比例、大小与室内篮球场馆规格（Length：40000mm、Widht：28000mm、Height：7000mm）一致的模型。点击菜单栏“Edit Mesh”→“Insert Edge Loop Tool”分别确定出门、窗及篮球场标准尺寸的位置与大小，在“Face面级别”下通过工具栏中“Extrude”挤出命令挤出门窗的尺寸厚度及篮球场地的模型。

第2步在篮球场看台的制作中，创建长、宽、高为5个段数的模型，按住Shift键在“面级别”从下至上逐一Delete被加选过的每个台阶的模型，通过Bridge桥接命令将删除过的空间封闭。点击Plane任意创建一个面片，在“边”级别下“Extrude”挤出一个篮球座椅的靠背造型，利用Bevel命令进行切角，使篮球座椅的边缘从外观上显得较为平滑，再使用Tubosmooth光滑功能增加面数，以面数的多少来体现模型表面的光滑和精度，最终达到柔美的效果。

图1　篮球场馆建模

如图1所示，第3步由于现实亦或虚拟的篮球场馆是由门窗、场地、看台、座椅等共同组成，需要分别Creat a new Layer创建图层，来对场景中的物体分层管理。例如，在对“门窗”建模之前，首先应当点击“Creat a new Layer”图标，将其命名为Layer1或Layer menchuang，待完成的模型依次用图层来管理及命名，最终完成三维篮球场馆的制作，命名为Layer changguan。

2.2.2篮球运动员三维动画模型的构建篮球运动员在三维动画中是根据生活映像而创建的虚拟角色的人物缩影。一般在maya人物制作中，应先从头部开始起型，再对躯干以及肢体进行建模，最后补充着装（篮球队服、篮球鞋）、配饰（护腕）、道具（篮球）等。

首先点击图标，在Top视图中创建一个Box，到“点级别”调整Box的大体轮廓，要求与头部大小相似，然后点击Edit Mesh→Cut Faces Tool，在Box上进行切线，分别确定人脸五官的位置与大小，人体是对称结构，所以在建模中只需要建一半的形体，再利用关联镜像原理，将另一半完善。

其次五官大体位置确定后，将其作为标准，通过“Extrude”命令挤压实现篮球运动员脖子与躯干的形体，使用Edit Mesh→Split Polygon Tool加线命令，将线加于肩部、腕部、膝关节、踝关节等部位，增加有效面，缓冲仿真篮球运动员关节的僵直、不灵活等弊端。这样，篮球人物角色的大体轮廓就完成了（如图2）。

图2　篮球运动员建模

2.2.3虚拟篮球运动员的贴图、灯光贴图之前的建模均为素模，在此需要对篮球场地及球员进行贴图，以达到最终真实感。点击菜单栏中Polyons多边形→UV Snapshot输出工具，弹出一个UV输出设置面板，在面板中队篮球运动员各个身体部位进行观察和绘制，在绘制贴图的过程中，图层会比较繁琐，我们通过分组对图层进行管理，如：绘制Head部贴图时，可以将整个头部设置一个组，这个组中包括了Hair、Face、Ears、Nose等图层。本研究使用的是手绘板贴图方式（见图3），能够快速、准确地绘制出虚拟篮球运动员各个部位的贴图，最后将绘制好的贴图保存为Targa格式。

图3　篮球运动员贴图

贴图给予了场景中篮球运动员仿真的外形，为突出场景中所有元素有机的呈现出来，通过灯光实现真实的光影效果。首先在篮球场馆灯光照明中，需先关闭maya场景中默认的灯光，点击工具架中的Rendering功能键，再点击Directional Light平行光，来模拟现实当中的太阳光，箭头所示的方向就为灯光照射的角度，其次快捷键Ctrl+A打开平行光设置面板，将光源放置在采光的位置，灯光的Color颜色调制为暖黄色，如果局部还需要灯光照明，则用Point Light点光源补光，使画面的虚实、对比、层次，物体之间的关系合理化。

2.2.4三维动画中篮球技术的绑定制作人体的运动规律主要是由骨骼带动肌肉来完成的，现实中篮球运动员每一个基本动作都是由骨骼与骨骼之间相继联动完成的。在maya制作中，骨骼的主要作用是用来控制角色人物的运动，模拟真实的篮球运动员技术动作，继联动完成的。

第1步根据人体的解剖学，根关节有且只能有一个，是骨骼中层次最高的关节，所以从根关节即Hip大转子处依次创建并命名：Hip大转子→Knee膝盖→Ankle脚踝→Foot脚掌→Toe脚趾，同时选择菜单栏中Skeleton骨骼系统→IK Handle Tool（IK手柄），单击Hip大转子→Ankle脚踝及Foot脚掌→Toe脚趾，形成两条关节链（一系列关节及其连接在关节上的骨头的组合）。

单纯的骨骼创建并没有赋予骨骼连接运动的能力，这些骨骼之间都是孤立、毫无联系的，要想使三维仿真篮球运动员的篮球技术表现出逼真的动感，就需要对骨骼进行有序的绑定。然后将创建出的骨骼调整至关节部位，使其依附于正确的位置之上，Maya软件中基于正向动力学原理中的“父子关系”来控制骨骼的运动。即一种控制与被控制的关系，当两个骨骼形成父子关系后，父物体发生空间上的变化，子物体也会随着变化。第2步添加IK手柄，将骨骼中父关节的顶端与子关节的末端进行IK链接，此时被链接的骨骼只能做一些简单的、有规律的运动。由于篮球技术依靠篮球运动员某处关节参与完成，在maya骨骼的绑定中是利用二维线的运动来驱动和约束骨与骨之间的关节。点击NURBS Circle圆，将二维线创建在关节以外，在关节参与的技术动作中，通过关键帧来约束动作的范围（见图4、图5）。如：篮球技术中的攻守技术等。

图4　骨骼连接

图5　篮球技术动作绑定

2.2.5篮球技术三维动画渲染输出如图6所示，当篮球场景及篮球运动员人物相继完成后，不能将成品以maya原文件的mb格式展示出来，通常会以静帧（图片形式，静止画面）或序列帧（动画形式，AVI视频）的方式进行展现，本研究就是以静帧的类型渲染输出的。

点击 View视图→Camera Settings摄像机设置→Resolution Gate分辨率安全框，在界面内出现的绿色实线框体即为安全框。渲染过程中，安全框只识别它范围以内的任何形体，范围以外的则无法识别。布置好安全框、架设好摄像机，对渲染面板中的参数调节好之后，在Common通用面板中，分别对File name prefix文件名、Image format图片格式、Renderable Camera摄像机渲染、Image Size图片尺寸等设置，在Maya Software软件面板中，将Quality品质改为Preview quality产品级，点击Rend the current frame （maya software）渲染按钮，将出图的文件保存，进行最终的渲染输出。

图6　渲染输出

2.2.6篮球技术三维动画的特效处理与格式转换在篮球技术三维动画后期的合成阶段，包括对渲染输出的成品背景音乐、相关技术文字说明等音视频信息的添加。选择运用画面高质量的视频编辑软件，如PremiereCS3、会声会影等对素材进行特效的处理，如将零散的篮球技术三维动画成品有序的合成，对相关技术动作关键细节进行慢动作播放、分屏显示、背景诠释特写、背景音乐添加。剪辑留下具有研究价值的相关片段，并转换成MPEG、AVI等通用格式，有利于在教学与训练中提高学习者对篮球技术的高效分析。

3　讨　论

篮球技术的教学与训练，仅依靠语言描述、动作示范、手工绘图操演等守旧的手段和方法会给学习者的理解带来一定难度，充分引用先进的三维动画技术，主要表现在以下几个方面：

3.1篮球技术中的三维动画制作特点

3.1.1全方位观察篮球技术的三维动画过程本身就是从不同的视图（Top顶视图、Front前视图、Side侧视图、Persp透视图）进行制作的，不同的视图显示出不同视觉效果，必要时可以对maya原文件中各个动作的调整来实现学习者主观愿望，获得技术信息，最后通过播放技术动作视频将观察对象的六个面（前后左右纵深）呈现在观察者眼前，形成“无死角”“无遮挡”的画面。

3.1.2篮球技术动作互补、结合在高速度、高强度对抗中完成技术动作，总会有一些“死角”是很难用双眼捕捉到具体动作细节的，利用三维动画，将篮球运动员与运动环境实现互动，通过虚拟真实性，对动作进行分析、评定，使初学者的大脑中产生表现力，产生动态的真实效果，再通过实践的演练，二者穿插进行，相互纠正，从而提高掌握篮球技术的质量。

3.1.3增添教学与训练中的趣味性教学与训练本身就是一个周而复始的过程，然而“兴趣是最好的老师”，三维动画的介入，虚拟三维场景不仅吸引了学习者的眼球，还有效激发了观察者的兴趣和积极性，这种以动画为主的新型模式，形象生动、信息量大，而且克服了传统教学中存在的困难，使时间与空间能够同步，有效的避免了外界不确定因素带来的种种弊端，给学习者一种亲和的感觉。

3.2三维动画制作价值

3.2.1规范篮球技术的动作Maya将后期制作出来的篮球运动员角色进行技术动作的绑定与调试，在关键动作中加入关键帧，输出渲染成品之前，完善一套正确的、规范的篮球技术，将正确的技术动作展现给学者，最终实现三维动画与篮球技术的完美结合，对高校的篮球专修学生或中小学篮球初学者规范其技术动作。

3.2.2提高教学与训练效果在篮球技术中引入三维动画，可以帮助篮球学习者更便捷、牢固的掌握篮球技术中的基本要领，减少盲目的重复练习，从而极大地提高对教学与训练的效率，降低受伤的可能性，实现篮球技术学习的最快进程。

3.3篮球技术中三维动画未来发展的新趋势

2015年中国男篮重夺亚洲冠军，负责男篮运动员的后勤科研团队，已经根据三维动画的形式，分析各运动员在训练中的技术质量，通过技术质量的优越性测试人体肌肉的疲劳程度，从而制定合理的大小训练周期，此项前沿性技术与中国队夺冠是密不可分的。从现有成果看，三维动画技术不仅在篮球、足球等集体对抗性项目中应用，在蹦床、体操等表现难美性项目中，也已经逐渐重视并广泛应用。以三维动画与篮球相结合的现代计算机信息技术，将会进入到各个高校篮球教学与训练的课堂中，同时会涌现出一批既擅长于教学、训练，又精通于三维动画制作的复合型人才。

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In Three-dimensionalAnimation Maya Software In The Basketball Technology Research

DING Guangpeng

Using the method of literature，software engineering.the normal basketball technology combined with the Maya software in the form of the three dimensional animation production，abandon the traditional electrochemical type means such as slide show，video.Conclusion：using Maya software to make 3 d animation about basketball skills，good for observation and imitation in the teaching and training，and induced influence learners'way of thinking，learning basketball technology from“down”to the“whole”，from“form”to the“meaning”and eventually push further towards the modernization，scientific development in the basketball teaching and training.

Maya；Basketball skill；3D animation

G841

A

2016-01-02

2015年伊犁师范学院科研项目，项目编号：2015YSYB32。

伊犁师范学院体育学院，新疆 伊宁，835000。

P.E.School of Yili Normal University，Yining Xinjiang，835000，China.