3D打印技术在三维动画毕设中的应用初探

杨鲁

摘要：伴随3D打印技术的进步和日趋完美，耗材的多样性，打印出的产品更加精致、质感丰富，周期缩短。该文探索将此项技术有机整合融入三维动画毕业设计中;一方面增加动漫专业课程的趣味性，一方面提升动漫专业学生的造型能力。让学生更好地钻研和学习，激励学生从事设计和科学等领域的工作，培养适应时代需求的多维度创新和创业人才。

关键词：3D打印;三维动画;有机整合

中图分类号：TP3        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）34-0208-02

1 3D打印技术

3D打印技术属于快速成型技术，这项技术是以三维模型文件为基础，运用粉末状态的塑料、尼龙、金属等可黏合材料，采取逐层打印、层层堆叠最终构建出成品的技术。

目前3D打印均是采用数字技术材料打印机来实现的，常在工业设计、珠宝、模具制造等领域用来制造模具，随后被逐渐用于少量产品和零、部件制造。此项技术应用在航空航天、军工类、建筑模具、汽车设计、工业设计、医疗产业、教育、地理信息系统、玩具设计以及其他领域。相比传统的制造业，3D打印具备以下优势：保持成本的基础下构建复杂物件，零、部件一次性成型率高，减少组装工序;按需打印、降低物流成本;设计想象空间无限，技能要求低，便于携带，二次污染少，耗材重复利用率高，以及精确复制等。

3D打印的制作流程：先通过计算机三维建模软件设计构建模型，再将三维模型纵向“分割”成一片片的横截面，即切片处理，生成STL格式文件，导入3D打印机，选择相应耗材，层层堆叠打印到3DP成品。示意图如图1。

STL是3D打印机与三维建模设计软件协作的标准文件格式。STL文件采取三角面构成平面的方式来模拟物件的表面，三角面越小，构成数量级越多，其生成的分辨率越高。

2 国内外3D打印技术在教育教学领域中的探索

欧美国家的3D打印技术被推广并较多的应用在教育领域，率先进入高等学校课堂，逐步向中小学课堂推广。例如，新西兰的一项新课程标准将会配备给基础教育的每4名学生1台3D打印机，以便提供他们打印独立设计的国际象棋棋子。STEM研究院已经宣布与3D印刷公司Stratasys合作，将3D打印机整合到有编程课程的班级中。在英国克利文顿学校的STEM挑战日，学生们进行设计、3D打印，并尝试测试迷你型超音速汽车，并向来访的3D系统公司的工程师进行展示。

在国内，得益于“互联网+”环境下，信息传递的高速化和技术的迅速普及性。各地政府鼎力扶持并发展高新科技产业，3D打印技术是其中一项产业。3D打印热潮在高校持续升温，技术不断推陈出新。以华中科技大学为代表的一批高校也在加大研发力度，山东省临沂大学、青岛职业技术学院等高校尝试开办3D打印课程乃至相关专业。国内众多中小学纷纷开设以3D打印机应用为主的兴趣班或者科学课程，一类以三维模型打印为基础的课程：学生在初步学习了解3D打印技术后，利用网络检索热门、趣味或有需求的模型，在模型下载后运用3D打印机将模型实体化，并进行表面渲染赋予材质的学习过程。一类以“傻瓜型”三维建模软件为基础的课程：学生利用不同类型的三维建模设计软件，快速搭建简易模型，利用3D打印机将设计模型实体化的过程。

在高职类院校中将3D打印技术纳入动漫专业课程体系，再进行创新性研究方面目前尚属于探索阶段。

3 三维动画毕业设计

五年制高职类院校的动漫专业学生，经过四年的系统学习素描基础、色彩理论、人体结构剖析、二、三维动画、影视后期制作等专业课程后。毕业实习前学生根据自身的专长和兴趣选择二维动画、三维动画、影视后期、手绘、室内平面设计等方向，再与导师进行双向选择后，在近四个月的时间内进行毕业作品的设计与制作。具体到三维动画毕业设计方向，依据学生的学业情況和软件操作水平，毕业设计指导老师有的放矢的框定设计范畴，大致分成以下几类。

（1）武备、道具设计：要求模型结构合理，贴图精美表现细节，以刀、枪、盾牌为蓝本进行微创新设计;为战士、法师及刺客类等不同角色服装、道具设计。这一类别主要体现学生的模型制作能力，贴图的绘制水平，装饰性纹理的合理化处理能力，最终呈现作品有战锤、次世代武器、道士装备等。

（2）游戏场景设计：要求低面模型和高精模型结合，植被、植物、岩石等自然环境的搭建，符合游戏策划的时空背景。这一类别主要体现学生合理利用各种技术建模的综合运用能力，天空、地表等贴图的绘制与无缝拼接;古典建筑的拆解和构建，结构部件的合理化重构，中式建筑的斗拱、榫卯结构的分拆与重现。低成本的实现建筑的数字化复原，虚拟化物体转变成实体模型。

（3）静帧艺术作品：要求模型结构布线均匀，合理的面数来表达模型细节，以角色造型为主，可以适当夸张，跨种族特征的生命体有机结合创造新的角色。这一类别主要体现学生高精模型的造型和实现能力，直观地体现学生作品的可视性和合理性。比较多的作品是动漫类造型手办，热门游戏的周边产品，影视作品中的科幻角色重现，如变形金刚、重型装甲机器人、半兽人、科莫多巨型蜥蜴、植物大战僵尸中的大喷菇等。

（4）定格实验偶动画：要求定格人偶模型布线精简、关节合理、适合装配、表情制作注重细节，归类整理定格人偶用到的表情，将其整理成表情素材库。人偶躯干和关节依据不同的需求进行无数次排列组合，合成各种身形体态。

4 有机整合

往届学生制作完成三维动画毕业设计作品，进行展览时呈现方式比较单一，大部分采用数字影像化的方式进行展现，少部分作品的精彩细节开放给参观者互动。本年度的三维动画毕设作品设计与展现，尝试采取数字媒体技术与3D打印技术有机整合，将电脑中设计出的虚拟化物件转变成现实中的真实物件，数字化模型实体化展示呈现。流程图如图2。

三维模型：在MAYA、C4D、3DSMAX等三维软件中进行模型的数字化创建，根据规范删减多余面片。

格式转换：创建好的数字模型导出为OBJ格式，导入3D打印软件转换为STL格式，检查有无破面，细节丢失，面数精简是否合理，有问题再回到三维软件中修改直至无误。

3D打印：选择适合模型需求的打印耗材，将转换好的模型文件设定好参数进行打印，打印周期长短由模型复杂，结构繁复程度决定。

素组模型：模型打印完成后，按照数字模型分解图进行模型的重新拼接、粘连，打印后的水口和毛躁面进行抛光处理等，大部分3D打印模型为白色模型。

艺术处理：预处理完素组模型后，依据毕业设计作品的类别不同进行相应的艺术处理，例如模型分色、球形关节打磨、表情绘制、道具喷漆、旋转站台设计、灯光设置等。

三维动画毕业设计作品通过3D打印技术呈现出来，对于注重造型设计的动漫专业学生极具吸引力。在短短的四个多月时间中，学生突破以往只能在屏幕上进行数字模型制作、动画设计的桎梏，利用3D打印机实现模型实体化呈现和触觉感知，牢记三维空间模型造型的核心概念，进一步消化吸收所学知识。在毕业设计周期中学生通过搜索整理素材、设计制作模型、打印模型小样、修改设计缺陷，直至打印出毕业设计作品。这一套流程下来，学生的三维模型设计得更加具备可视性和合理性。

3D 打印技术应用在三维动画毕业设计中初步改变传统的“以教师为中心”的教学模式，将动漫学科中与造型设计相关的课程整合起来，如将“角色造型”“三维动画”“摄影构图”等造型课程用3D 打印教学有机结合起来，充分探索相关课程的学习活动方式，教学周期、方式及进度，并在此基础上形成并确立“以学生为主体”的自主学习教学模式，让学生从设计二维三视图到制造数字化模型，打印出小样到改良设计再到开发出周边产品，有机地整合融入动漫学科中各课程知识点。在此背景之上学生设计出的毕业作品更加体现个性化、系列化、故事化。

3D打印耗材的多样化，从初期的几种材料，到现在的各类金属、尼龙、PP粉末、有机化学物质等，打造出更富有质感的模型，充分表达作者的想法，促进各种美术风格呈现。3D打印技术的日趋完美和进步会促使模型道具更精致，制作流程提速等。将3D打印技术应用于三维动画毕业设计，毕业设计作品展出后得到参观者的一致好评，互动效果远超以往。这一有机整合在毕业设计阶段充分锻炼了学生从多维度设计的立体思维，有助于学生提前适应创新型企业的产品开发设计过程，与工作岗位有效接轨。另一方面学生可以参与搭建3D 打印技术平台，设计制作出三维模型、并制作成模型资料库，方便师生实践课使用和微创新设计;同时鼓励学生利用3D打印平台优势自主创业，建立小型的个性化定制工作室，通过网络模式进行营销和推广。

美中不足的目前3D打印技術有待改进和提高，并在使用过程中暴露出一些问题。例如中小型3D打印机受限于成本设计，打印周期过长、耗材种类不多;打印的质量与精度达不到要求，打印出来的材料表面粗糙，不够光滑，需要二次加工等。高端和大型3D打印机打印虽然耗材选择丰富，质感美观，但成本过高，打印成品经济性不够，不利于推广等。期待随着3D打印市场的日趋成熟，网络化打印的推广，使得打印成本更加经济，生产周期更加缩短，如此3D打印方能普及开来，应用领域才能更加宽泛。

5 结语

3D打印技术与三维动画毕业设计有机整合为学生提供更好的教育背景，可以让学生在校期间更好地钻研和学习，更能激励学生从事设计和科学领域的工作，培养适应时代需求的多维度创新和创业人才。

参考文献：

[1] 杨数鹏. 3D打印在定格动画中的应用[J].大众文艺，2016.

[2] 付培. 3D打印引入动漫造型设计课程的积极性研究[J].艺术科技， 2017（4）.

[3] 张景龙，徐丽，祝振欣，等.建模课程与网店3D 打印相结合的应用研究[J].长沙航空职业技术学院学报， 2017（9）.

[4] 王强，王翰平，薛海川，等.“互联网+”环境下 3D 打印服务平台评价体系研究[J].时代金融，2018（7）.

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