粒子特效技术在教学演示动画资源开发中的应用

郭艳 张敏 陈静怡

摘要：在数字媒体应用技术飞速发展的今天，粒子特效技术以其特有的奇幻性、夸张性和流动性，广泛用于影视、广告设计，在教学资源的开发中，粒子特效技术还可用于实验实训动画演示教学及交互仿真系统，模拟光、电、火、水等。本文以3ds Max的粒子系统制作药片散落动画为例，介绍了3ds Max粒子流源的功能及主要参数的设置方法，从而对粒子特效技术用于教学资源开发提供实际借鉴。

关键词：粒子特效技术;教学演示动画;3ds Max粒子系统

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）36-0200-02

1 3ds Max粒子系统

粒子系统是三维计算机图形学中模拟一些特定的模糊现象的技术，它可以模拟火、爆炸、烟、水流、火花、落叶、云、雾、雪、尘、流星尾迹的自然现象，或者类似光影轨迹等抽象视觉效果。3ds Max粒子流是一种多功能且强大的粒子系统，它使用一种称为粒子视图的特殊对话框来使用事件驱动模型。以下通过制作一个维生素C药品散落动画介绍3ds Max粒子流源主要功能及其主要参数的设置方法。

2 3ds Max粒子流源的设计制作过程

首先制作三维场景创建桌面、药瓶、药片模型，物体形状和比例要求符合现实生活，通过3ds Max自带的程序贴图制作场景中模型的材质和贴图，制作药瓶倒药的动画，动作能符合物体的运动规律，运用3ds Max粒子流源制作药片散落动画，药片掉落过程及落到桌面要带有缓冲。以下介绍药品散落动画具体制作过程。

（1）场景建模

创建三维场景前先设计广告动画场景——维生素C药瓶、药片和桌面。在透视图场景中创建一个长和宽均为150cm的平面作为桌面，长度分段和宽度分段数均为1。再创建半径为5cm，高度15cm，圆角0.5cm的切角圆柱体作为药瓶，高度分段数为3，圆角分段数为2，边数为10，端面分段数为3。将药瓶模型转换为可编辑多边形，激活药瓶模型人“多边形”选择模式，框选圆柱顶面区域，将顶面向上挤出2cm，形成药瓶瓶颈部分。制作瓶口厚度，将选定的面继续向上挤出0.2cm，用缩放工具向内收缩一定厚度，再挤出0cm，再向内收缩，再挤出0cm，用移动工具将选定面向下移动至瓶颈与瓶身交界处。制作瓶口螺纹，激活“边”选择模式，框选瓶口所有竖线，连接3条边，向内紧缩-70，生成3条边。激活“顶点”选择模式，框选中间所有的顶点，使用等比缩放工具向外放大一点，形成瓶口螺纹。创建长度为1cm，宽度为2cm，高度为0.5cm，圆角为0.1cm的“切角长方体”作为药片，长度分段数为3，宽度和高度分段数为1，圆角分段数为2，调整药片的形状。

（2）材质与贴图

为场景中模型赋相应的材质与贴图。先制作文字贴图素材，在前视图创建字体为黑体，大小为10的文本——“维生素C”，给文本添加“倒角”命令，设置倒角值的起始轮廓为-0.1cm，级别1高度为2cm，轮廓0.1cm，级别2高度为-0.1cm，轮廓为-0.1cm，级别3高度为-0.1cm，轮廓为-0.1cm，制作倒角文字效果。打开材质编辑器，给文字制作金属材质，设置金属明暗器，漫反射颜色为橙色，高光级别为120，光泽度为75，自发光贴图为衰减，反射贴图也为衰减，凹凸贴图类型为斑点，大小为0.1，将该材质赋给“维生素C”，渲染前视图，保存“维C贴图.jpg”文件。再给药片制作材质，将药片材质的漫反射颜色设置为黄色，凹凸贴图选择“维C贴图.jpg”，数量为-100，瓷砖U为2.5，V为1.3，将文字放置在药片正中间。接下来为药瓶制作多维/子对象复合材质，先编辑药瓶模型的ID值，中间是“文字”，两边是橙色，其余部分是白色，分别设置“红”“字”“白”3个ID子材质，高光级别是60，光泽度为35，其中文字取消“瓷砖”复选勾，U方向瓷砖数为3。最后制作桌布材质，设置高光级别和光泽度都为0，漫反射贴图类型选择棋盘格，UV瓷砖数为5，颜色#1为蓝色，颜色#2为“维C贴图.jpg”，UV瓷砖数为15，W角度为-60度，使白色区域出现文字图案。为药瓶添加“UVW贴图”修改器命令，选择“柱形”贴图方式，调整文字在药瓶上正中位置。

（3）制作药片散落动画

打开“时间配置”窗口，设置帧速率为“电影”，总帧数为201帧。先制作药丸粒子，创建“粒子流源”粒子系统，在顶视图桌面中间位置上方创建一个粒子流源，徽标大小3cm，图标类型“圆形”，直径5cm。设置数量倍增“视口%”数为100%，單击“粒子视图”打开“粒子视图”窗口，单击事件001的“出生001”，在其参数面板中设置发射开始为50，发射停止为80，数量为600，使药丸粒子第50帧开始散落，第80帧停止发射，药丸总数量为600。预览动画发现粒子散落速度过快，单击事件001的“速度001”，在其参数面板设置速度为50cm，变化20cm，散度为15，使粒子呈现无规律且分散下落的形态。制作药丸粒子的第一次碰撞反弹，先创建导向板，单击创建空间扭曲的导向器，选择导向板，在顶视图桌面上拖拽导向板，其大小与桌面一致，使用对齐工具将导向板对齐桌面。粒子散落弹起后要受到重力的影响，单击创建空间扭曲的力，选择“重力”对象类型，在顶视图桌面上创建一个重力图标。打开“粒子视图”窗口，在事件001中添加“碰撞”，并“按列表”选择导向板Deflector001，将导向板作为药丸粒子产生碰撞的物体。创建新的事件002“力”，在“按列表”选项中选择重力Gravity001，设置“影响%”值为100。设置第2次碰撞，添加“碰撞”到事件002中，按列表选择导向板。将粒子替换成药片，将“图形实例”替换事件001的“图形”，在其参数面板中将“药丸模型”添加到粒子几何体对象，设置比例%为60，再选择场景中的药片模型，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“隐藏选定对象”，隐藏药片模型。单击事件001的“显示”选项，在其参数面板中设置显示类型为“几何体”，预览第50帧以后的动画，可以看到十字叉变成药片，同样将其他事件的“显示”选项也改为“几何体”，复制事件001的“图形实例001（药丸模型）”，以“粘贴实例”方式复制到事件002、事件003和事件004，4个“图形实例”都以斜体字方式显示，这样碰撞反弹后的十字叉粒子也会变成药丸，最后药丸停留在桌面上，药丸散落过程中各药丸间不应该出现交叠，应该保持距离，先给事件001添加“保持分离”命令，设置“力”为100cm，加速度限制为1000，核心半径为1cm，衰减区域为1cm，这个参数根据药片的大小尺寸来设定，再复制事件001的“保持分离”，粘贴实例到事件002和事件003，事件001“旋转001”默认是“随机3d”，即药丸开始散落时，各药丸状态是不同的，但落到桌面反弹后静止时的状态应该是平铺在桌面上的，复制“旋转001”到事件004，将“随机3d”改成“随机水平”，如图3所示。

（4）制作药瓶动画

药瓶倾倒过程为了符合其运动规律，在提升到一定高度后应该有个旋转及抬升的过程，此动画设计中，为了控制旋转速度，要尽可能多创建几个关键帧，还要注意最后停留的位置瓶口与粒子流源相对位置要重合，否则会出现药片出口与瓶口不对应的错误演示。启用“自动关键点”，药瓶在第0帧放置在桌布，第20帧向右上方移动并向右下方旋转30度，第50帧向上移动并向右下方旋转80度，动画制作完成后，取消“自动关键点”，如图4所示。

创建摄像机，单击创建—摄像机—目标摄像机，在顶视图正中间创建一个目标摄像机，将目标点放置在药瓶处，镜头选择35mm备用镜头，将透视图转换为摄像机视图，创建—灯光—目标平行光，启用“阴影”，强度倍增0.8，聚光区/光束90cm，衰减区/区域150cm，在顶视图右下方拖拽目标平行光至药瓶点，调整光的角度及位置。渲染第85帧动画，像素1280*720，再渲染avi动画，如图5所示。

3 结语

本文介绍的药品散落动画制作应用了3ds Max三维建模、材质与贴图、粒子系统、灯光与摄像机，通过制作维生素C药片的粒子特效，可以让我们了解三维粒子系统创建及设置的方法，通过此案例可以引申出其他粒子特效的制作，为学习者设计影视片头动画、实验实训演示动画，开发虚拟仿真系统提供一定的借鉴。

参考文献：

[1] 张敏.“实验探究型”微课的设计与制作——以高职动漫专业“三维特效”微课为例[J].中国信息技术教育，2014（11）：14，16.

[2] 张敏.基于专项能力培养的高职网络动画制作课程标准的构建[J].文艺生活，2015（5）：200-201.

[3] 张敏. 基于空间微信的高职三维制作课程教学的研究与实践[J].电子制作，2016（9）：40-41.

【通联编辑：王力】