人物角色建模的布线

人物角色建模的布线（精选4篇）

人物角色建模的布线 篇1

摘 要：在三维动画制作教学中，人物角色建模技术是该课程中最难的。人物角色建模对学生的基础要求较高，需要掌握的知识点多。既要熟练掌握软件应用能力，又要熟练掌握人体结构和人体布线规则与方法。要是学生在短期内提高学习积极性和人物角色建模水平，教学方法很重要。本文旨在介绍笔者在人物角色建模技术这一环节的教学中的一点心得体会和大家一起分享。

关键词：三维动画；角色建模；结构布线；人物角色；卡通角色；游戏角色

中图分类号：tp391.41

在三维动画中，角色是指除场景和道具外的所有能够活动的、具有思维能力的对象。如：人物、动物、植物、汽车和飞机等在特定的场景中都可作为角色。其中人物建模是最难的一部份。因为，人物结构最复杂。在建模中不仅要考虑人体的结构比例和骨骼结构，还要充分考虑肌肉结构、分布和作用等。下面将阐述如何让学生快速掌握人物角色建模技术。

寻找教学中的难点

1.1 学生基础，对人物角色建模存在畏难心理

职业院校学生相对普通高校或艺术类院校学生基础较差，大部分学生都没有接触过绘画。报读动漫专业也是听别人介绍，或是一时兴起的选择，根本没有考虑自己的实际情况。选择该专业后，在学习《素描》、《速写》和《动画造型》等专业课程时有一定的难度。若是缺少了必须要的绘画基础做铺垫，三维动画制作结果可想而知。特别是人物角色建模。要掌握人体结构、肌肉结构和骨骼结构等。因此学生要去死记硬背一些操作理论知识，而疏忽这样做的原因，导致学生成了“劣质复印机”，而缺乏创造性，使学生对人物角色建模产生了畏难心理，所以打基础尤为重要。

1.2 对建模相关命令的综合应用能力差

为了适应社会岗位需要，在《三维动画制作》教学中，笔者主要选用maya作为制作工具。maya软件基础知识和建模命令多、大量的建模技术的相关命令与参数需要设置，大部分学生都不重视，觉得太枯燥，不愿多花时间去学这些东西。从而导致人物角色建模过程中对三维动画制作和建模技术的相关命令不熟悉，综合应用能力差，出一点问题就没法解决，完全依赖老师的现象。目前使用的maya软件都是英文版本。大部分学生的英语水平很差，对maya中的英文命令和参数看不懂，只靠死记命令所在位置，这也是影响学生综合应用能力的重要原因。

1.3 对人体结构不了解，布线将无从下手

一个完美的人物角色模型，要求比例结构准确、布线精准，三边面与五星的百分比（3%至5%）合理。所以学习人物角色建模，必须了解人体结构、骨骼结构和肌肉结构以及它们对人物角色建模表现的影响程度等。否则布线和表现结构将无从下手。

《三维动画制作》教学中快速掌握建模技术的方法

针对上面的问题，笔者这几年从事《三维动画制作》教学的经验，主要从以下几个方面让学生快速掌握三维人物角色建模的方法和技巧。

2.1 了解学生基础及特点，制定适合的教学方案

学生基础差，学习兴趣低，但并不笨，他们淘气，有想法，有小聪明，有创造性的思维，如何提高他们的学习兴趣，降低学习的难度是关键。笔者在人物角色建模教学中主要采取以下方法：

（1）在讲解人物角色建模之前，先将制作好的人物角色演示给学生看。学生看到制作出来的人物角色栩栩如生，就会有自己动手的冲动，激发他们的学习兴趣。

（2）整体教学和分解教学相结合。所谓整体教学是指先制作人物角色的大型，再根据要求进行细化处理。所谓分解教学是指将人物角色分解成头部建模→身体建模→四肢建模→手部建模→脚部建模→整体缝合和调节。

（3）老师讲解演示与视频教学相结合。由于人物角色建模相对其他建模复杂。学生只凭老师的一次演示不可能完全掌握。笔者将教学演示内容录制成同步视频。录制的视频不能太长。在30分钟左右为宜。讲解演示完毕后，学生可以根据同步视频进行学习。老师则有更多时间进行巡回指导。

（4）所选案例要贴近实际。且不宜太难。不要一开始就要求学生制作像阿凡达、变形金刚这类人物角色。一做几个星期，时间太长，却看不到成果，会打击学生的学习兴趣。笔者的作法是，先使用简单的有代表性的角色参考图进行一段时间的练习。再要求学生放一面镜子在电脑前，根据对自己的观察，将自己制作成三维人物模型。这样不仅可以提高学生的学习兴趣，也可以很好地培养学生的观察能力。

2.2 加强人体结构教学，帮助学生克服畏难心理

要制作精彩的人物角色模型，人体结构这一关是必须过的。学生普遍觉得人物结构太复杂，骨骼和肌肉的名称太多。从而产生了畏难心理，为了克服学生的畏难心理。笔者主要从以下几个方面去做：

（1）只要求学生记住与人物建模表现有关的骨骼和肌肉的名称，以及它们的分布情况。不能像《素描》和《速写》教学一样，要求学生了解所有骨骼结构和肌肉分布结构。

（2）不要求学生死记硬背。让学生在实际制作中记忆这些骨骼结构、肌肉分布情况以及骨骼和肌肉的表现方法。

在这里以人物头部模型为例。要求学生将头部模型中的骨骼和肌肉名称，以及分布和表现方法全部掌握非常难，笔者让学生在实际操作中分开记忆。将人物头部分解成嘴巴、鼻子、眼睛、耳朵、头盖以及下颌骨的表现。在制作鼻子的时候，重点讲解鼻根、鼻梁、鼻背、鼻头、鼻翼的位置和名称以及怎样去表现。在制作耳朵的时候，再给学生讲解耳轮、对耳轮、耳舟、耳屏、对耳屏、耳垂和三角窝的结构、名称、位置以及表现方法（这些实际操作读者可以参考笔者出版的maya2011三维动画建模案例教程或配套视频）。这样学生在制作过程中不知不觉地记住了这些结构和名称。

（3）就地取材。在学生对人体结构有所了解之后，为了进一步提升学生对结构的了解，建议学生以自己为参照，制作三维模型。如果制作出来的模型让别人一看就能认出是学生本人，则说明该生对结构的表现已经掌握得不错了。（4）循序渐进，加强结构训练。通过上面的训练，学生对人体结构的了解和造型能力已有所进步。此时，可提升难度，要求学生以有名的三维动画人物作为参考进行建模训练。例如阿凡达、变形金刚和黑客帝国中的角色等作为参考来制作。

2.3 加强对建模相关命令的综合应用能力的训练

在教学中，对建模相关命令的综合应用能力的教学也是一大难点。难就难在讲解这些内容比较枯燥又是英文。为了提高学生的建模能力，主要采取了以下方法：

（1）解决学生记忆大量英文命令的难题。为了解决这个难题。笔者在《maya2011三维动画基础案例教程》一书中，配有多媒体视频教学课件。该教程中用到的所有命令均采取英汉对照的方式。例如：对选择的面进行挤出，则编写成：在场景中选择对象。进入对象的face（面）编辑模式。选择需要extrude（挤出）的face（面）。在菜单栏中单击edit mesh（编辑网格）→extrude（挤出）命令进行挤出并对extrude（挤出）的face（面）进行调节。

（2）解决学习maya基础和建模相关命令的综合应用能力。在建模中常用的命令主要分nurbs和polygon（多边形）两大类，总供100多个命令。如果单独讲解这些命令的作用、使用方法和参数，学生会感觉很枯燥也无法记住。为了让学生快速掌握maya基础和建模相关命令的综合应用能力，笔者将所有用到的命令融入到实际应用案例之中，将案例的操作过程编写成教程和配套多媒体教学视频供学生使用。

在录制视频时遵循案例的完整性和时间适度的原则。一般情况下每段视频的长度为30分钟左右。对于复杂的案例，根据模型的特征分成几段相对完整的视频进行录制。为方便学生自学和老师教学，使用flash软件将所有录制的视频制作成多媒体教学课件。

2.4 加强建模技巧的训练，提高学生建模速度

通过上面的学习和训练，学生基本掌握了建模的相关技术。下一阶段就是提高学生的建模技巧和建模速度。具体有如下几点做法：

（1）对比教学。在三维动画建模中最难的是人物角色建模。在教学过程，笔者将男性人体建模与女性人体建模进行同步教学。让学生在建模过程中熟悉男女特征之间的差别，结构的差别和布线之间的差别。在cg建模中，两性的差异主要体现在形体、骨骼结构和肌肉与脂肪分布3个方面。通过对比强化训练，使学生熟练掌握他们之间的差别和布线方法。

（2）对同一个模型采取多种建模方法。在人物角色建模中对同一个模型采用多种建模方法进行教学。以制作人物角色头部模型为例，主要给学生介绍如下4种建模方法。

第一种方法：使用nurbs建模技术，从一个nurbs球体开始，制作头部模型的大型，再将其转换为polygon（多边形）模型。再根据头部结构进行细化。

第二种方法：创建一个polygon（多边形）立方体。设置好合适的段数。进入模型的face（面）编辑模式。删除一半，对另一半进行镜像关联复制。再根据头部结构进行细化。

第三种方法：创建一个polygon（多边形）球体。使用动画中的lattice（晶格）命令。调节出头部的大型。再进入face（面）编辑模式。删除一半，对另一半进行镜像关联复制。再根据头部结构进行细化。

第四种方法：从头部模型的局部开始。使用plan（平面）分别制作头部的眼睛、鼻子、嘴巴和耳朵。在根据头部结构将它们进行缝合处理。

学生通过上面四种建模方法的学习之后，用两个课时的时间，要求学生对这四种建模方法进行总结和对比。再选择一种最适合自己的建模方法。

结束语

在《三维动画制作》教学中，人物角色建模是最难的一部分。对老师和学生都是一个挑战。作为一名职业学校的老师，在培养学生动手能力的同时，也要将理论知识融入到实际操作教学中。使学生既能熟练掌握操作技能，也能掌握相应的理论知识，做到理论与实际相结合，具备举一反三的能力。

参考文献：

[1]三维动画制作[m].北京：高等教育出版社.教育部职业教育与成人教育司推荐教材

[2]王威.maya三维动画制作案例教程[m].北京：电子工业出版社.数码艺术设计系列

[3]许朝侠.3ds max三维动画制作实例教程[m].北京：机械出版社

作者简介：伍福军，男，广西桂林人，现供职于广东省岭南工商第一技师学院，计算机动画工程师，研究方向：计算机动画。

人物角色建模的布线 篇2

计算机工业造型建模方法按实体模型生成的先后顺序可分为正向建模、逆向建模、正向和逆向建模相结合三种。逆向工程建模是一种高效的模型生成方法, 但其生成的模型必须经过适当的处理, 如减噪、取面、曲面调整之后才能使用, 这些处理又要依赖正向建模方法。所以从技术上讲, 逆向建模是以正向建模方法为基础的。

正向建模按使用的技术又可分为内置模型建模、复合对象建模、多边形建模、NUBRS建模、网格建模等几种。

相对于非工业造型曲面平滑、造型灵活的特点, 工业造型模型的曲面则更加规律, 造型的对称性更强, 因此, 工业造型更多地采用多边形建模的方法。

1 细分与布线技术解析

细分与布线是多边形建模的精髓, 尤其是当即将呈现的模型细节丰富, 精度要求也非常高时, 必须利用细分和布线技术对模型进行精细化操作。

在多边形建模中, 细分就是对模型进行细化, 本质上就是通过增加多边形的面数来使模型产生平滑的效果。它是多边形建模中非常重要的技术手段。使用多边形建模从效果上可以分为两个阶段, 细分前和细分后, 细分前模型比较粗糙和简陋, 细分后的模型会比较平滑, 显得较为精致。

在启用细分前, 还要充分考虑多边形的原始结构, 因为多边形的原始结构对最终的细分效果起着至关重要的作用。

当启用了细分后, 细分产生的面有着强烈的收缩趋势, 不同的原始结构决定了不同的收缩趋势, 说得更具体一点, 不同的收缩趋势, 是由构成不同原始结构的点和边决定的, 原有的点和边对模型起着牵引和抑制的作用, 所以点和边才是决定细分最终形态的根本因素。

对点和边的操作是布线的主要工作, 因此布线实质上就是通过对点和边的编辑来影响最终的细分效果。

原理上, 布线的作用体现在三个方面:

1) 模型细化;

2) 改变顶点的法线方向;

3) 调整UV贴图。

模型的细化是通过增加模型的点和边进而增加模型的面数实现的。

后两个方面的作用是通过对顶点和边的调整实现的, 顶点的法线主要用于处理光照, 即借助法线获取顶点相对于场景中光源的位置、距离、夹角等信息, 进而计算顶点所在面接受到的光照强度。

UV贴图指的是带坐标的纹理贴图。为了获得真实的模型渲染效果, 纹理贴图坐标必须和顶点坐标精确对应, 如果出现系统处理不了的贴图误差, 则可以通过手动调节顶点和边完成。

尽管细分之后的模型会变得平滑而精致, 但细分会使多边形产生更多的面, 这不利于编辑和对模型的处理, 所以在进行布线时需要考虑其合理性, 一方面在细分效果不变的情况下, 减少面的数量;另一方面在对模型边缘进行精确切角的同时, 避免三角面的出现。从技术上讲, 三角面在多边形建模中要尽量避免。

2 手机模型的细分布线实例

手机是一种日常生活用品, 也是一种时尚的电子产品, 材质、工艺和性能决定了其主要价值。手机虽然小巧, 但高端手机却造型美观, 制作精良, 而且零件较多。为了在手机模型中实践细分与布线技术, 选取造型稍微复杂的手机形态, 作为应用实例。本实例是一种翻盖折叠类型的手机, 主要部分包括主体、侧面板和顶盖, 建模软件采用3D max2010 64bit professional版。

2.1 简模创建

1) 主体形态的创建

根据手绘造型, 选择最接近主体的基本形态进行创建, 该例中用到的基本形态为切角长方体。接下来把基本形态转化为可编辑多边形, 然后利用connet连接命令进行初级布线, 创建更多的面, 通过对边、面进行拉伸和挤压, 对顶点的个数和位置进行调节, 创建出手机的主体形态。如图1和图2所示。

2) 侧面功能区创建

为了保持和手机主体部分的侧面形状相同, 侧面采用从主体复制的方式创建。然后采用类似主体的处理方法, 转化为可编辑多边形, 初级布线, 创建更多的面。通过对点、边、面进行挤压拉伸、倒角等一系列操作后, 完成侧面基本形态创建。从图3和图4中能清楚看到形状类似的对象在布线时应注意的一些差异细节。

3) 顶盖部分创建

顶盖部分基本形态的创建方法和手机主体类似, 但更复杂。本例做法如下:绘制顶盖右上角形态的顶视图二维样条, 拉伸出右上角的雏形, 然后通过对面进行挤出、插入, 对顶点和边进行焊接, 删除多余的面, 最终得到如图5的手机顶盖的基本形态。

2.2 简模的精细加工

1) 主体的细分与布线

对主体形态的精细加工, 主要通过对一些细节形态的调整完成, 包括使用连接、插入、封口等命令。在边缘部位使用三边法进行布线, 在布线的基础上进行一定程度的细分, 这样既能使对象在细分后能够保持原有的基本形态, 同时还能在边缘产生准确的倒角效果。如图6所示。

2) 侧面部分的细分布线

对侧面部分的精细加工, 主要是对各个功能按钮进行再编辑, 同时对边缘部分进行布线处理, 得到细分后的精细模型。

侧面的功能按钮, 大都以孔的形式呈现。为了在细分后得到圆角矩形孔而非椭圆孔, 在矩形孔的腰上需要均匀绘制两条线, 并和原始边相交。这样对边线能起到牵引和拉伸作用, 防止其塌陷成椭圆, 布线与细分效果如图7。

如图8对左侧面和下方的精细加工采用同样的方式进行通过细分与布线, 最终得到如图9的手机侧边框基本形态。

3) 顶盖部分的细分布线

对顶盖模型的精细加工, 主要也是通过对边缘进行布线完成的。

但由于顶盖原始结构复杂, 布线也更加复杂, 所以对顶盖边缘的布线使用三边法和切角相结合的方式进行。另外, 在处理过程中为了保持各线条的完整性, 需要将增加的各条线段延伸到外侧及后侧的边上。如图10和图11。

2.3 模型装配

该手机模型总共有47个零部件, 在完成所有零部件的精细建模后, 按照该手机的整体结构关系, 进行各个部分的连接和装配, 实现完整的手机数字化建模。如图12和图13。

3 细节处理

在利用细分与布线技术对模型进行精细加工的过程中, 存在许多需要注意的细节问题, 如果处理不好, 不仅难以提高工作效率, 反而会增加模型精细加工的难度。有关细节叙述如下:

1) 细分与布线是两个操作, 应用时, 应按先布线、再细分的顺序进行。

2) 布线工作很少能一次完成, 实际应用中, 往往是一边布线细分, 一边观察效果, 然后逐步改进、完善, 前期布线的合理性直接决定后期编辑的难易程度, 所以布线也要遵循先简单再复杂的原则, 即初级布线要尽量简化。

3) 细分级别直接决定工业造型模型的精细程度, 但细分级别的高低要结合模型的最终形态加以考虑, 不宜太高。比如一立方体, 高度上分两段和分二十段的效果是一样的, 而两段更利于我们后续对各个层级的编辑, 二十段就不可取。

4) 布线要连续。如果布线不连续, 细分后的模型会出现不平整、破洞等各种异常情况, 因此, 在对一个模型进行布线时, 要在多个视图中仔细检查布线的连续性。

5) 断面、多余的点和边等, 也会造成细分后模型的异常。断面是在对边进行复制、插入、拉伸操作后, 没有对面进行缝合造成的, 这往往是因为两条边靠的较近没被发现, 一旦打开细分, 就会发现因断面而造成的模型异常。多余的点和边虽不会造成明显的模型异常, 但会加大后续编辑的难度, 所以, 对多余的点和边, 能删则删, 能焊接的, 就焊接在一起。

6) 避免三角面的出现。

一个面最少需要三条边构成, 但在专业绘图领域, 不用三角形, 物体一样可以被编辑和显示。专业绘图之所以更偏向于使用四边形来绘制物体, 一来显示更加整齐, 二来容易和外部的一些采集设备, 比如3D扫描仪匹配。

多边形建模作为一种专业的建模技术, 构建的模型是基于四边形的。理论上讲, 它不擅长处理三角面, 偶尔出现一两个三角面, 对模型影响不大, 但当模型中三角面的数量积累到一定程度时, 同样会有模型异常情况的发生, 所以从布线伊始, 就要尽量避免三角面在模型中出现。

4 结语

细分与布线技术是多边形建模的常用手段, 在工业造型建模中利用细分与布线技术对建模进行加工, 方法简单, 操作容易, 结合对模型的顶点、边、边界和面进行调整, 可以得到精确而逼真的数字化模型。不过, 细分与布线技术易学难精, 使用中有很多应注意的问题, 比如细分程度、三角面、断面等, 在创建复杂模型时尤其要注意。总体而言, 在高精细建模应用中, 细分与布线技术是一种实用而高效的手段, 正确应用该技术, 能在模型的复杂程度与精细程度之间取得平衡, 为工业造型设计乃至学术科研提供参考依据。

参考文献

[1]关履泰, 罗笑南, 黎罗罗.计算机辅助几何图形设计[M].北京:高等教育出版社&施普林格出版社, 1999.

[2]李桂清.细分曲面造型及应用[D].北京:中国科学院计算机技术研究所, 2000.

[3]朱心雄.自由曲线曲面造型技术[M].北京:科学出版社, 2000.

[4]Kelly L.Murdock.3dsmax宝典[M].田玉敏, 沈金河译.北京:人民邮电出版社, 2007.

[5]冯威, 李冰, 安川林.3dsmax多边形建模细分方法的比较与应用[J].中国医学教育技术, 2008, 22 (2) :152-154.

人物角色建模的布线 篇3

关键词:综合布线系统设计与实现课程 角色扮演法 教学设计方法

综合布线系统设计与实现课程是笔者所在学院计算机应用专业(智能楼宇方向)的一门实践性较强的专业核心课程。核心课程强调依托“技术中心”实现学生职业能力的培养,其课程思想的本质就是教育与生产实践相结合,课程学习与实际工作相一致。课程实施“实践导向”教学法,在教学方法上,课程强调以学生为中心,通过组织学生参与生动、丰富的“学习活动”,融教、学、做于一体,贯彻“在做中学”的高职教育理念。笔者在教学中尝试和探索了项目教学法、模拟公司法和角色扮演法。

一、互动教学与传统教学比较

1.理念不同

在教学理念上,传统教学看重的是经过教学后学生的成绩,而互动式教学则着重于教学过程中“教了什么”和“学会了什么”,是一种提倡师生交流的教学指导思想。

2.教学方法不同

在教学方式上,传统教学往往是教师“一言堂”“满堂灌”,而互动式教学强调师生及学生互相之间开展讨论、交流和沟通。

3.师生关系不同

在师生关系上,互动式教学也区别于传统教学方式,师生关系、教学关系,不再是单向的,而是多向、互

动的。

4.角色不同

学生在教学活动中从单纯接受者的角色转变为学习过程的主体,从“要我学”到“我要学”,从接受式学习改变为发现学习、探究学习,激发学生的创新观念和创新欲望,提升学生的创新兴趣,培养学生孕育新认识、新思想的创新能力。

总之,互动式教学反映了教学过程中教与学的交互、反馈和融合,使得教学过程成为一个协调的整体,是一个对话的过程、理解的过程、创新能力形成的过程。互动式教学方法多种多样,也各有特点,教师需要根据教学内容、教学对象特点灵活运用。

二、角色扮演法

角色扮演法是一种在工学结合一体化课程中的常用方法。它最大的优点是可以帮助学生在完成工作任务的同时,感悟职业角色内涵、体验职业岗位的情感,从而建立一定的职业认同感。在角色扮演教学中,学生作为参与者(演员)或观察者,一起投身到一个真实的问题情境之中,通过行动学习和体会处理实际问题的方式方法及其造成的不同后果;教师在此承担“导演”的任务。角色扮演法教学流程如下。第一步:使小组活跃起来。教师或师生共同确定学习任务,明确解决问题的目标和角色扮演的过程。第二步:挑选演员并进行角色分析。第三步:布置情景,确定演员的行动过程。第四步:培养观察员。指定观察任务,决定要注意观察哪些方面,做好分工,制定观察记录表。第五步:表演。第六步:讨论与评价。共同回顾表演过程、各种反馈意见、讨论主要焦点。第七步:共享经验并进行总结。

三、在综合布线系统设计与实现课程中应用角色扮演教学法

1.教学设计

要进行一节有效的课堂教学,教师要从两个方面做好充分的准备,即备课程的内容和备学生。备课程的内容应该从课程的整体出发,确定本次课的内容在课程中的地位和作用,与课程前后内容有什么衔接关系;从课程的培养目标看,学生应该通过本次课程掌握哪些知识和技能。所谓备学生,就是在对学生现状进行分析的基础上,确定教学方法和教学组织方式、选用教学实施媒体、对学生进行评价,以及考虑在这些环节中学生的参与程度、有可能出现的种种问题、教师的应对措施等。下面以笔者讲授的综合布线系统设计与实现课程的互动课为例作一说明。

(1)课程的导入。在复习回顾课程项目阶段,使学生明确本次课在整个课程中的地位与作用。综合布线系统设计与实现课程共包括6个项目,它们分别是实际工程中的不同的任务阶段,即投标与招标、器材的选择、系统需求分析、系统的设计与施工、系统的测试与验收。本次课的任务是完成系统需求分析中的用户需求调查。它是进行用户需求分析的关键步骤,只有做好用户需求分析,才能完成后面的系统设计,环环相扣。学生明白了任务的重要性,会更重视课程的学习;要进行用户需求调查,必须具备的相关知识是“用户需求调查的内容、方法及要求”。通过提问引入新课。一方面检查分析学生知识现状,另一方面为课程做好铺垫。

(2)确定学习任务。根据项目任务,师生共同确定学习活动的任务,使学生清楚完成任务的具体步骤是什么。

(3)任务的重点和难点。教师应在课前认真分析学习任务的重点和难点,以及教学过程中怎么突破重难点,不能只是形式化地将其列出。本次课程分别指出了扮演不同角色时的重点和难点,是实际工作的要点。教师列出重点和难点能够引起学生足够的注意。

(4)完成任务的方法。完成任务的方法是角色扮演法。角色分析,即明确每个角色的身份是什么、职责是什么,使学生明白工作中角色的使命和自己的任务。教师应该让学生明白,角色扮演不是为表演而表演,他们应该像士兵上战场一样对待学习任务,现在的演练是为将来的工作做准备。教师和学生有了这样的态度,角色扮演活动一定能够完成好。

(5)课程考核标准。明确考核标准的目的是检测课程效果和促进学生学习积极性的提高。考核标准起到指导作用,学生有了明确的目标,就有了努力的方向。因此笔者为本次互动课设定了考核标准,包括基本要求和扩展要求,学生完成基本要求能达到合格标准,完成扩展要求可以加分。大多数学生能够完成基本要求,教师要对他们的努力表示认可,同时,也为那些能力较强、能完成扩展要求的学生提供展示的机会,提高学生的积极性。

(6)创设情景。指的是为学生布置活动的任务背景和现场的布置。现场的布置是为了模拟工作场景,这时也可以充分发挥骨干学生的作用,放手让他们去做,教师只是做一些指导和检查。

(7)小组活动、角色扮演。学生模拟公司中的不同角色包括:(甲方)建设方技术人员、(乙方)设计方的技术人员和观察员。教师作为总导演,应考虑好活动的各个环节,活动中的重点、难点是什么,学生在哪里容易出错,教师要做到心中有数。小组活动最好一组一组地分别进行,这样教师容易控制,否则同时进行,场面会比较混乱,学生也不容易观察活动的整个过程,不利于观察效果。一组同学表演时,教师和其他同学的角色都是观察员,都要填写观察记录表。

(8)讨论与评价。学生与教师共同回顾表演过程,讨论各种反馈意见。观察员或其他同学反馈讨论的主要意见,教师总结整个活动中需要注意的问题,使学生及时了解自身存在的问题以加以改正,并加深印象。

2.互动课实施中的关键问题

(1)内容的选择。工学结合是职业教育课程的本质特征,学习的内容是工作,通过工作实现学习。互动课的特点是生动、直观、学生的参与性强,因此选择的课程内容应该是来源于工作的实际任务,或是对该工作领域比较重要的技能。但在课堂上教师讲授比较枯燥,不能引起学生足够的重视,不直观,没有切身体会。该工作任务有明确的工作情境和特定的人物角色,这时教师采用互动教学可以收到良好的教学效果。

值得指出的是,教师应正确理解互动课的含义。互动的目的是为了达到特定的教学目标,不是简单的要求学生参与。在笔者所在的学院组织的“互动教学竞赛”中,有的教师选择的内容是项目答辩,认为这就是互动,这显然是不合适的。笔者所讲授的综合布线系统设计与实现课程采用项目教学法,课程的培养目标之一是学生要能完成综合布线系统需求分析。而走访用户、进行需求调查是完成用户需求分析的关键步骤之一。根据工作内容,确定特定的教学情境和有特定任务的角色,即甲方的技术人员和乙方的工程师。这样教师采用互动教学和角色扮演,能激发学生的学习兴趣,达到较好的教学效果。

(2)环境的创设。教学环境的创设包括场景的布置、选择和情绪两个方面。场景的布置和选择是指学生具体活动的场所,这可以是在教室里虚拟的工作场景,也可以是实际的工作场所;情绪方面指教师给学生的心理暗示或是使学生积极参与到课堂教学中的一种启发。环境的创设很重要,它是教学实施能够成功不可或缺的一个重要因素。

(3)角色的转变。在互动教学中,教师的角色就像一个导演,而整个课堂教学的主体是学生。教师在学生完成课程的学习任务过程中起着指导、顾问的作用,在必要的环节对学生进行检查控制、评定反馈等,而学生也不再被动地听课,而是通过参与活动变得活跃起来,他们要为完成任务去参与小组讨论、角色扮演等。在这些环节里,当他们遇到困难时,角色扮演方式会激发他们的求知欲,主动去探索解决问题的方法,变被动为主动。

(4)课堂秩序和节奏的掌控。有的教师在互动课堂上,一开始课程的引入部分设计得较好,但一旦课程进展到真正互动部分就失去了对课堂的掌控能力,造成秩序混乱的局面。这是互动课教学的一个难点,要避免出现这样的情况,就需要精心地进行教学设计,不能为互动而互动,流于形式。笔者在综合布线系统设计与实现课程的互动教学中,首先将学生分为3~4人的小组,然后根据工作任务,设计甲方和乙方技术人员的角色。但在角色扮演学习活动中,甲方和乙方技术人员一般情况下各有1名,这样每组还有2名同学没有相应的任务,学生在课堂上没有明确的任务就会觉得一身轻松,无所事事。考虑到这一点,老师又设计了一个“观察员”的角色和一张“观察记录表”,在小组成员中的“甲方和乙方”活动的同时,剩下的2名同学的角色即为“观察员”。他们的任务是认真观察那2名同学的活动,并进行记录,发现问题并吸取经验。然后轮换角色,这样每个学生都有参与不同角色的机会,得到了不同的体验和收获。在活动中做到各尽其责,人人有任务,自然不会出现学生秩序混乱的情景。节奏的掌控是指教师对互动课各个环节的时间的掌控,各环节时间的安排应该根据本节课的教学目标合理安排,突出重点、难点,不能失控。

(5)学生的配合很关键。教学体现在教与学两个方面,教师讲得再精彩,没有学生的积极配合也不会收到好的效果。在互动教学中学生是课堂中的主体,这样学生的配合就更关键了。要想得到学生的配合,笔者实行了一些具体的措施。第一,学生应该对互动课活动的相关知识很熟悉。要达到这个要求,教师应该使学生清楚课程内容的衔接关系,做好充分的准备,如学生要在互动课上做用户需求调查,那课前学生必须对用户需求调查的内容、方法和要求很熟悉。因此,在前一次课中就要做好铺垫,教师采取任务驱动法,让学生自己根据项目背景设计用户需求调查表,这样学生对调查的内容就很了解。第二,为每组指派项目组长。组长负责协助教师指导学生完成工作任务。第三,采取激励机制。学生的进步需要教师的鼓励。在教学中,学生有了进步教师应及时予以肯定,学生的积极性会不断增强,形成良好的学习氛围。本课程采用过程化考核方法,包括任务的完成情况、文档提交情况和学习态度等。

(6)完善的课程资料。课程有较完善的教学资料,包括课程标准、课程活动设计方案、项目任务书、项目指导书等,这些资料对学生的学习具有指导意义。

(7)互动课的评价环节。在综合布线系统设计与实现课程的互动课上,笔者设计了讨论与评价环节,这个环节由学生讨论指出在活动中存在的问题,交流好的经验,取长补短。然后教师总结经验时,采用事先录制好的一段真实的工作场景——乙方对甲方进行需求调查的视频。这时学生都充满好奇地认真观看视频内容,并提出各种问题,因为这些问题是他们在做用户需求调查时没有考虑到的内容,学生的收获很大。

(8)留给学生“空白地带”。在教学中,教师要留给学生“空白地带”,让学生去质疑、解疑。思维是从疑问和惊奇开始的。笔者在课程的互动课上,留给学生充分的自由发挥的空间,让他们大胆去创作,激发他们的表现欲和兴趣。如果教师在教学设计时把每个细节都规定得特别死板,学生就失去了兴趣。

(9)小班教学。笔者所讲授综合布线系统设计与实现课程是学院制定的TC试点课程,采取小班教学。事实证明,小班教学课堂效果较好,便于开展各种活动。

互动教学法可以避免教师唱独角戏,充分调动学生的积极性,从而激发学生学习的兴趣,并且学生主动配合教师,实现有效教学,达到教学目标。教师在采用互动教学方法时,应注意互动课实施中的关键问题,灵活运用互动教学法。

人物角色建模的布线 篇4

电子视频游戏在近十几年已成为一个拥有巨大市场的娱乐媒介,其受众无论在年龄上或是在地理上均具有极大的跨度。沉浸性是衡量一款游戏成功与否的重要标准,优秀的游戏体验往往能令玩家沉浸其中。构造具有情感能力的非玩家控制角色能极大提高人类玩家在游戏中的交互体验,从而提升游戏的沉浸性。因此,作为使游戏角色具有情感表现能力的核心步骤,人工情感建模具有重要的研究意义及应用价值。

人工情感的研究工作由来已久,它有助于增强智能个体在社会体系中的自治性,提高适应能力及社会交互能力。经典的情感建模理论方法主要包含以下三类:1)以Wundt[1],Osgood[2]和C.Breazeal[3]等人提出模型为代表的多维连续空间模型;2)以OCC[4]、AL-MA[5]等为代表的情感评价模型;3)以Sloman[6],Dörner[7]等人的理论为代表的认知决定模型。为使游戏角色能具有更强的自主能力,同时具备良好的可交互性,该文在Dörner所提出的PSI理论的基础上进行情感建模,并通过吸收OCC模型的事件响应机制,使角色能够快速响应交互事件。

2 游戏角色的构建

PSI理论覆盖了人工智能领域中的绝大部分话题,包括知识表示与管理、自然语言处理、机器学习和机器视觉等,其关于情感的核心观点是:情感是认知的产物,同时又对认知过程进行反馈,两者相辅相成。因此,对于情感的建模过程实际上是融合在对游戏角色的构建过程中。该文的游戏角色模型是基于服务端—客户端的C/S模式构建。服务端称为“角色控制器”,充当角色的“大脑”,负责实现动机更新、行为规划和情感生成等功能;客户端则对游戏角色进行可视化,充当角色的“身躯”,用以执行来自服务端的行为指令,并且向服务端发送诸如地图、物体属性之类的感知信息。

2.1 角色控制端的实现

根据PSI理论,控制端的基本设计思想是,角色个体拥有一些预定义的基本需求(如能量、水以及对环境的认知等),并且每一种需求都具有一定的取值范围。一旦个体在与环境交互的过程中,使得某些需求超出了既定的取值范围,则它会试图采取行动,让其回落到相应的取值范围,于是就产生了动机和目标。因此系统中个体的运作方式类似于一个“感知-思考-行动”的循环,其所有的行为均来源于内在动机的驱使,不受到外部系统的干预与控制。四个内建于系统中的调制因子(Modulators)在循环的控制中发挥核心作用,分别是:

(1)激活度(Activation),表示个体对将要执行的感知与反应的预备程度。

(2)辨识度(Resolution),表示个体对于环境感知、行为规划的精细程度,通常而言,粒度越小、精度越高的感知或行为规划需要越长的准备时间。

(3)警惕阈值(Securing threshold),表示个体对于所处环境的警觉程度,当它到达一个新的环境,或者原有的环境中发生了某些其意料之外的变化,那么它的警觉程度便会提高。

(4)选择阈值(Selection threshold),表示个体对于达成某个动机的专注程度,通常用以在互相冲突的动机之间进行选择。

2.1.1 角色控制器的设计

本文采用的角色控制器架构如图1所示,每个角色都具备一个核心的知识库,用以存储对环境的认知及预定义规则。控制器具有五个功能模块,其中动机更新模块用以更新个体在游戏世界中的动机集;动作规划模块根据当前游戏个体的首要动机来产生一系列的动作规划,并对这些动作计划的执行进行监督;调制因子更新模块根据动机满足度以及调制因子间的相互关系,在每个执行周期更新各个调制因子的值;感知更新模块类似于一个传感器,可用以监听来自客户端中有关视觉和对话等信息;情感更新模块在每个执行周期里通过计算调制因子的值来更新各个情感的强度值,并取强度值最大的情感作为该时刻角色的主要情感。

在调制因子更新模块中,我们使用以下公式对各个调制因子的取值进行更新:

其中公式1根据角色当前能量值Senergy及社交认可的满足度Saffiliation对激活度activation进行计算,而后公式2通过激活度计算辨识度resolution;公式3根据角色对环境的认知度Scertainty及角色的健康度Sintegrity来更新警惕阈值;公式4通过公式5所定义的模糊函数,根据角色的能力胜任度Scompetence来计算选择阈值。其中,Senergy、Saffiliation、Scertainty、Sintegrity和Scompetence等动机相关的值都可从游戏环境中实时获取。

2.1.2 情感功能模块设计

角色的情感更新模块是本文工作的一个重点,通过吸纳Bach等人的思想[8],可利用调制因子间的关系构成一个情感空间,并通过该空间来定义各种情感类型。表1列举了几种主要情感与调制因子的不同取值间的映射关系。其中,用“-”表示调制因子在定义指定情感的过程中不发挥作用。

根据OCC情感模型,该文对PSI的情感空间进行了功能上的扩充,使其能满足响应交互事件的需求。图2所示为本文将OCC模型融合进角色设计的流程,其中社交激励来源于角色所在虚拟世界中的交互事件。对于由OCC模型生成的情感,该文采用表2的变化形式将其反馈回PSI情感空间,作用在PSI的各个激励因子上。其中,“-”表示情感对于特定的调制因子不产生影响,↑表示数值上升,↑表示数值下降,符号的重叠表示程度上的加深,如↑↑表示上升的幅度大。

2.2 角色的可视化实现

2.2.1 角色的前端设计

本文选用Unity3D游戏引擎来构建游戏场景及可视化非玩家控制角色个体。Unity3D是由Unity Technologies公司开发的一个让用户能够轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具,是一个全面整合的专业游戏引擎。

在Unity3D环境中,每个非玩家控制角色的个体同样具有五个主要的功能模块。其中,最底层的数据传输模块用来与后端的角色控制器间进行通信,传输感知、对话等信息;感知收集模块是角色在与环境交互过程中用来获取周边信息;动作调度模块通过接收来自角色控制器的行为规划指令,调用角色的动作引擎来完成相关动作;对话控制模块是角色用来与玩家进行对话交流的手段;情感表现模块则是通过接收后端的情感更新信息,在角色中以表情的形式表现出来。

在本文所构建的游戏环境中,非玩家控制角色以一个虚拟轮式机器人的形象得以体现,如图3所示,该机器人具有可以变化的面部表情(主要通过眼睛的变化来表达),且内建了如移动、跳跃和拾取等一系列动作,并可通过编程进行扩展。

该游戏角色可通过改变面部表情来体现自身的情感,该文实现了悲伤、生气、恐惧、高兴、兴奋和惊讶等表情的设计,其中,部分表情的效果如图4所示。

2.2.2 游戏的交互方式设计

操作性及可互动性是任何一款游戏中极其重要的一方面,良好的操作性可带给用户深刻的游戏体验。在本文中,为了让人类玩家能够与虚拟的机器人角色进行互动,进而观察其内在的情感变化过程。我们在虚拟环境中采用了灵活的机制,使用户可以便利地与智能体进行交互。

包括非玩家控制角色在内的任意可交互物体所内建的交互方法都能在游戏界面上以菜单的形式可视化地表现出来。在交互范围之内,用户可通过特定的键盘热键呼唤出一个交互按钮转盘菜单,该菜单内包含了所有用户可操作的动作。如图5所示,对于一个非玩家控制的机器人,只要在足够近的范围之内,玩家可对其执行触碰(Touch)、责骂(Scold)、拥抱(Hug)或亲吻(Kiss)等动作。

3 游戏角色的情感能力考查

为了对整体的系统进行测试,观察非玩家控制角色在与玩家交互过程中的情感动态并判断其合理性,该文设计了以下交互场景:玩家作为轮式机器人的“主人”,与机器人展开对话、行为上的互动。该文赋予玩家对机器人发出拥抱、触摸、拍打、责骂、表扬等的行为能力。

为了方便观察分析,该文将非玩家控制角色在交互过程中根据时间的情感变化动态汇成曲线图。图6即显示了玩家在与机器人交互过程中,机器人在某一个时间段内的情感片段。在这段交互实验中,玩家首先对机器人进行责骂,随后又用拥抱安抚它。

由图6可以看出,在时间点t=230s左右,玩家对机器人进行了责骂。可以发现,机器人的情感在该时刻产生了突变。其中,“快乐”的强度急剧下降,“悲伤”的强度急剧上升,“生气”以及“恐惧”的强度也有所上升,这与人类的真实情感表现极为贴切。在时间点t=440s左右,玩家拥抱了机器人。很明显,机器人逐渐变为“快乐”,其“悲伤”与“生气”等负面情感都快速减弱,同样符合人类的认知。因此,该文的情感建模在非玩家控制的游戏角色中得到了良好的应用,并具有较高的合理性。

4 结束语

对于视频游戏中非玩家控制角色的塑造,该文通过采用人工情感建模的方式提升游戏玩家在与这些角色交互过程中的体验。根据PSI理论关于智能体建模的思想,该文结合OCC情感模型,使得角色能够感知玩家的交互行为,并涌现出相应的情感。通过设置特定的交互场景,并在Unity3D引擎所构建出的虚拟环境中进行实验,验证了本文所提出情感模型的合理性,且该建模方法具有广泛的适用性,能够为其他游戏所使用。

参考文献

[1]WUNDT W M.Principles of physiological psychology[M].Sonnenschein,1904.

[2]OSGOOD C E,SUCI G J,ANNENBAUM P H.The measurement of meaning[M].University of Illinois Press,1971.

[3]BREAZEAL C.Emotion and sociable humanoid robots[J].International Journal of Human-Computer Studies,2003,59(1-2):119-155.

[4]ORTONY A,CLORE G L,COLLINS A.The cognitive structure of emotions[M],Cambridge Univ Pr,1990.

[5]GEBHARD P,ALMA:a layered model of affect[C].New York,NY,USA,2005.

[6]SLOMAN A.Beyond shallow models of emotion[J].Cognitive Processing,2001,2(1):177-198.

[7]DORNER D,GERDES J,MAYER M,et al.A simulation of cognitive and emotional effects of overcrowding[C].Trieste,Italy,2006.