摘  要： 在三維動(dòng)畫制作軟件中，傳統(tǒng)的人工調(diào)整虛擬人動(dòng)作的工作方式已經(jīng)不再適合現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作。針對(duì)這一問題，提出了一種采用Maya腳本語言編程來實(shí)現(xiàn)人物動(dòng)畫控制的用戶界面，在該界面中，動(dòng)畫師可以通過選擇按鈕移動(dòng)滑塊進(jìn)行關(guān)鍵幀的設(shè)置，從而產(chǎn)生骨架的運(yùn)動(dòng)，形成動(dòng)畫。該方法可以提供對(duì)制作人物特征有用的工具，使得人物動(dòng)畫的制作更簡(jiǎn)單。
關(guān)鍵詞： Maya；MEL語言；人體建模；虛擬士兵動(dòng)畫

　計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫技術(shù)是指使用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)或半自動(dòng)地生成動(dòng)畫的技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的快速發(fā)展和對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的深入研究，三維動(dòng)畫技術(shù)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，動(dòng)畫師可以借助計(jì)算機(jī)創(chuàng)作出具有高度真實(shí)感的虛擬場(chǎng)景和數(shù)字化人物。三維動(dòng)畫技術(shù)在工業(yè)、娛樂、旅游開發(fā)、軍事等多種領(lǐng)域前景廣闊。尤其是對(duì)于文物、遺跡在長(zhǎng)期的保存過程中，無法避免自然消亡、磨損，利用數(shù)字化技術(shù)來模擬，可以避免人直接接觸文物，對(duì)文物遺址也起到一個(gè)很好的保護(hù)和傳播作用。
　目前，國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)及公司利用自己的三維虛擬人運(yùn)動(dòng)及顯示技術(shù)開發(fā)了一些非常實(shí)用的系統(tǒng)， 如美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)的JACK[1]，英國(guó)諾丁漢大學(xué)設(shè)計(jì)的Sammie[2]等。這些系統(tǒng)都有自己的顯示及控制虛擬人運(yùn)動(dòng)的方法， 也取得了比較好的效果，但在虛擬人的幾何外形表示和顯示方面還存在很多不足。本文借助Maya的腳本語言MEL表達(dá)式編程來實(shí)現(xiàn)人物運(yùn)動(dòng)的控制界面，使得動(dòng)畫的制作簡(jiǎn)單又自動(dòng)化。
1 基于MEL的骨骼動(dòng)畫控制界面設(shè)計(jì)
1.1 建立虛擬士兵模型
　國(guó)際上的虛擬人體建模方法主要有棒模型、表面模型和體模型3種[3]，本文采用目前主流的表面模型建模方法。表面模型將人體分成骨架與皮膚， 皮膚位于骨架層之上。這一分層建模方法符合人體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 可以更精確地表達(dá)人體的信息。
　Maya軟件是目前最強(qiáng)大的整合3D建模、動(dòng)畫、效果和渲染的制作軟件之一。它廣泛地應(yīng)用在電影、電視、廣告、電腦游戲和電視游戲等的數(shù)位特效創(chuàng)作， 尤其是在角色動(dòng)畫的制作中。在Maya中建好的模型如圖1所示。

1.3 用戶控制界面的實(shí)現(xiàn)
　Maya的MEL腳本語言是Maya提供給用戶的一種嵌入式腳本語言，使用MEL語言，用戶可以訪問Maya自身的更多屬性，靈活地執(zhí)行更多Maya界面中提供給用戶的菜單命令，甚至可以使用MEL提供給用戶的界面編寫功能來編寫用戶自己的小插件和菜單欄等。
1.3.1 載入綁定好的模型場(chǎng)景
　模型已經(jīng)裝配有骨骼和皮膚，此骨架只是用來擺放模型的關(guān)節(jié)點(diǎn)。在透視面板中隱藏多邊形模型，只單獨(dú)查看關(guān)節(jié)點(diǎn)、IK句柄和定位器。這里關(guān)鍵是模型的脊柱控制，因?yàn)榧怪墓趋拦?jié)點(diǎn)比較多，容易變形。為了給模型添加一些定制屬性，在腳本編輯器中執(zhí)行以下命令，在屬性編輯器中就可以看到圖4所示的屬性。

其生成代碼如下：
　m_backRoot.rotateY=（l_foot.translateY*2）
　-（r_foot.translateY*2）；
　m_backRoot.translateX=（-l_foot.translateY/4）
　-（-r_foot.translateY/4）；
　第1條命令是當(dāng)右腳r_foot在Y軸方向移動(dòng)時(shí)，表達(dá)式將每只腳在Y軸上的平移量乘以2，然后將所得的結(jié)果相減，以決定沿著Y軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)點(diǎn)的程度。第2條命令是將r_foot和l_foot在Y軸方向上平移量的負(fù)值除以4，并將左腳減去右腳作為將脊柱平移開較高的那只腳的量。
1.3.3 創(chuàng)建控制人物動(dòng)畫的用戶界面
　本文創(chuàng)建人物動(dòng)畫控制用戶界面包括以下幾個(gè)部分：
?。?）創(chuàng)建視窗，使用下面的命令：
　window-w 450-h 500-title "mrBlah Controls；
　showWindow mrBlahControls；     
　其中，第1條命令是為該窗口創(chuàng)建框架和標(biāo)題，最后一條命令為啟動(dòng)該窗口?？梢钥吹綀?chǎng)景中生成了一個(gè)空的視窗。
　（2）創(chuàng)建滑軌控制器，使用下面的命令：
　floatSliderButtonGrp-label "Twist"-field true-buttonLabel "Key"-buttonCommand "select -r spineCtrl；-minValue-20.0 -maxValue 20.0
-value 0.0 Twist；
　其中，floatSliderButtonGrp創(chuàng)建控制一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)值的滑塊，-field true標(biāo)記提供一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的文本框，Value表示的是滑塊的最小值與最大值。
?。?）創(chuàng)建橫向和縱向布局，使用下面的命令：
columnLayout-rs 距離數(shù) 布局名；rowLayout-rs 距離數(shù) 布局名；
其中，columnLayout命令在窗口中將很多控件從上到下進(jìn)行排列，rowLayout命令在窗口中將控件從左向右進(jìn)行排列。
　經(jīng)過以上命令，就創(chuàng)建了一個(gè)滑塊控件，其效果圖如圖7所示。

?。?）創(chuàng)建按鈕，使用下面的命令：
　button-w 參數(shù)-h 參數(shù)-l “按鈕名” 按鈕變量名；
　本文中創(chuàng)建的按鈕有Right arm、Left arm、Waist、Right foot和Left foot。在布局了以上的界面之后，最重要的就是把人物的骨骼控制器與按鈕和滑塊結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)允許用戶對(duì)窗口中所選擇的定位器進(jìn)行關(guān)鍵幀的設(shè)置。
2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
　本文選用Maya軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用其腳本語言MEL編程實(shí)現(xiàn)了人物動(dòng)畫控制界面。圖8是人物的初始狀態(tài)，沒有對(duì)其進(jìn)行關(guān)鍵幀設(shè)置。其中，控制界面中的按鈕HiRes是平滑顯示覆蓋于關(guān)節(jié)點(diǎn)上的模型，這里沒有加入頭部信息；LoRes是粗糙顯示覆蓋于關(guān)節(jié)點(diǎn)上的多邊形小塊，并顯示關(guān)節(jié)點(diǎn)本身；Joints是僅顯示關(guān)節(jié)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中為了操作方便，采用僅顯示關(guān)節(jié)點(diǎn)的模型。圖9是人物骨骼節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化的情況，可以看出，在選擇了某一個(gè)需要的按鈕之后，滑動(dòng)上面的滑塊，骨骼就會(huì)發(fā)生變化，這樣動(dòng)畫師實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作進(jìn)行關(guān)鍵幀的設(shè)置就比較直觀而且容易了。

　計(jì)算機(jī)動(dòng)畫是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向， 本文結(jié)合專業(yè)動(dòng)畫軟件Maya對(duì)虛擬人動(dòng)畫進(jìn)行了研究。采用MEL語言表達(dá)式生成了可以控制虛擬人動(dòng)畫的用戶界面，同時(shí)完成了人物骨骼的連接，從而簡(jiǎn)化了動(dòng)畫制作過程。但是在文章中沒有添加士兵頭部的動(dòng)作表情，因此更加逼真的動(dòng)畫效果有待進(jìn)一步研究。
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