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北方华远:基于3d MAX技术的喷泉动画设计

北京北方华远喷泉安装工程有限公司 发布于:2016-10-18 23:12:54

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北方华远喷泉10月18日号讯:


本文是采用3 D M A X模拟真实喷泉喷射的全过程。利用3 D M A X技术构造三维的喷泉造型, 并赋给它表面颜色、 纹理, 然后设计喷泉的运动、 变形,设计灯光的强度、 位置及移动, 最后生成一系列可供动态实时播放的喷泉动画。利用计算机模拟喷泉动画,可用于大型喷泉组景效果预览, 预先发现设计中的不和谐之处, 避免在施工之后发现不可弥补的缺陷。

( 1 )采用的动画方法
三维计算机动画的产生一般可有三种方法:即基于图形的关键帧动画或三维形体插值动画.参数关键帧动画和算法动画。本文的喷泉动画设计采用三种方法混合使用。如喷泉参数模型本身采用参数关键帧动画。它是通过给出一系列合适的参数值来建立关键帧, 然后对这些参数采用相应的插值方法进行插值, 然后从插值的参数中逐一地构造出中间图形。再如喷泉运动是设置一些参数 ( 如反弹力)运用运动学和动力学的物理规则来控制,这些运动规律由算法来描述。
( 2 )同 步性的问题
在三维动画中, 最困难的问题之一是描述具有同步性和平行性的运动。我们所说的 “ 运动”可能意味着几种不同类型的动画事件:①像物体的旋转、 平移的物理运动。②像物体的形状、 大小、色彩变化的物理变化。③虚拟摄影机的运动。在喷泉的动画设计中,会同时碰到形状、大小、色彩的变化,应加以同步控制。形状和大小的变化可通过相应的物理变换或物理规则来实现:色彩的变化可以通过指定物体颜色、材质以及光源的性质利用光照模型的计算来实现。
( 3 )关键帧的制作
关键帧的制作是在三维造型的基础上,即以三维编辑程序建立的三维场景作为初始关键帧,然后在初始关键帧的基础上建立其他关键帧。即通过一系列变换 ( 改变元素的位置、方向、 大小等属性)来制作新的关键帧。 对三维场景中的各元 素所进行的变换可以通过TrackInfo和KeyInfo来实现跟踪和修改 。
( 4 )喷泉组合的 构成原理
喷泉的组成要特别注意整体旋律,它是喷泉造型的主线,包括旋律线和节奏两个部分。所谓旋律线, 在空间形态上, 指的 是喷泉形式要素在其组合中的长短、大小、疏密、断续等秩序。通常说,喷泉艺术品由几条旋律线构成,每条旋律线都是一种力的图式, 几条旋律线围绕中心旋律线聚合成整体旋律,形成整体的力的图式,从而发生整体的艺术效应。比 如莲池喷泉, 作品在力型上选择了雄浑热烈的基调,其中心旋律线由数十条直线构成,采取圆形排列,强烈挺拔, 气势冲天。然后有两条旋律线围绕中心旋律线组合:一条由上百条的弧线组成圆形排列,向中心汇聚。弧线斜度小,呈暖感,顶部显椭圆形,优柔而带有几分飘逸。另一条由四个笋状水柱组成,三角形的锐角呈紧张向上状,水柱立于四方显得稳重有力。由这三条旋律线整合成一种力的图式:壮美、有力而奔放。
除了空间形态,喷泉的旋律线还具有时间形态,即 旋律线的上行下行、 左向右向等形态的波动。人的情感本是心理力的运动,艺术之魅力就在于诱发并导向这种运动, 使人在审美时始终处于期待的状态。旋律线若固定在静态,时间一长,观众会失去新鲜感,这时若辅以时间动态,便能够发生新的艺术效应。莲池喷泉的中心旋律线如果分三级逐步递升上行, 就会增添高涨热烈的气氛,而弧形的旋律线如果再作3 6 0 度的摇动,更会造成气势上的震荡。喷泉的旋律线的时态是多样的,当前最常见的是:就地升降摇动,向心离心跳动, 形状组合变动等。随着现代高科技的发展,它的时态必将会更为丰富、更复杂、更为动人。
节奏是旋律的重要组成部分,它贯串于旋律线之中。所谓节奏,即有序的节拍,它是旋律线J 决 与慢、 开与合、高与低、静与动、疏与密的时态律动和空间组合。节奏具有双重功能:其一,节奏的本身就是力的图式,包含着特定的意味。比如快节奏会呈现轻松、欢乐、热烈、激昂,反之, 慢节奏会呈现出宁静、优美、优郁、沉重、痛苦。其二,节奏在喷泉中融合于旋律线中,化为旋律线的有机形态,与旋律线的力的图式合二为一,由之而发生更为复杂的意味,造成一种朦胧美。
4 喷泉动画的实现
( 1 )变频泉动画的实现过程
变频泉动画的设计要求是围成圆形的一组90支喷射器同步喷射,分三级逐步递升上行.每级停留一定时间。它的运动轨迹如果是靠变化喷射器自 身的喷射参数或者加载G r a v i t y 重力装置, 靠改变重力场的约束参数来进行动态模拟,在实际中发现很难实现。在实际的动画设计中,采用了一种简单易行的方法:在喷射器的上方反向加载Deflector反射导向板,通过调节Deflector的弹力参数可以模拟重力场。三级逐步递升上行的运动过程是靠 D e f l e c t o r 的位置动画来实现。
整个过程分为两个上升段,三个停留段和一个下降段,共需设置8 个关键帧。特别要注意的是在调整物体相邻关键帧之间的运动速度时选择功能曲线通过关键点的合适的输人切线 ( IncomingTangent)和输出切线 (OutgoingTangent )类型,使之符合喷泉的物理特性。
( 2 )跑泉的动画设计
跑泉的动画设计要求与变频泉不同。变频泉是同步喷射,同步消失,具有相同的节奏。而跑泉的各支喷射器喷射的时间要求按照不同的线形如正弦型喷射。因此在实际动画设计时,应准确计算好各个喷泉喷射的时间。本文采用参数关键帧动画方法进行设计动画。假如按照施工设计要求,相邻两个喷射器的喷射时间相差半秒, 那么按照一般动画的标准2 4帧护 砂计算,那么在动画设计时,两个SuperSpray的EmitStart 就要相差1 2 帧。需要注意的是SuperSpray自身并不能产生回落,真正的喷泉回落动画效果是通过控制SuperSpray上方的Deflector的运动产生。即单个SuperSpray的动画由自身的喷射程序完成喷射和用Deflector完成喷泉的回落过程。整个跑泉的过程所用关键帧数为SuperSpray
数目。

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