facial

facial_animation_toolt

（选自<<三维角色动画的艺术>>、清华大学出版社，作者：赖义德）

表情装配通常有两种方式：一种是在面部建立簇或者骨骼，通过这些骨骼或

簇来分区域控制面部的肌肉，再利用这些骨骼产生动画；另一种主要是依靠融合

变形，结合基本的骨骼来装配，基本骨骼是为了控制头部大的运动关系，比如头

部的移动和旋转，还有嘴巴的张与合，眼球的旋转等，融合变形调节笑、哭等细

微的表情变化，这是表情装配使用最多的方式。

使用融合变形要求学习者对角色表情有比较深入的研究，而大多数初学者缺

乏这方面的知识，很难制作较好的目标形状；同时，制作大量的目标形状，也是

一项繁琐的工作，需要花费大量的时间，所以初学者大都害怕进行表情装配，插

件“facial_animation_toolt”则可以帮助解决这些问题。

“facial_animation_toolt”，以下简称为“F-A-T”，其工作原理是在面部顺

着肌肉走向，合理地布置骨骼，然后通过这些骨骼绑定面部肌肉，控制面部表情

变化，更方便的是，“F-A-T”内置了各种各样的表情库，这些库文件可以直接被

套用，快速产生丰富的表情，相当于设定骨骼和调节表情库一次完成。下面具体

介绍这款插件的用法：

一安装

F-A-T插件安装比较简单，直接执行其安装文件即可，安装完毕，工具架上

会自动出现

Institute-of-Animation

的工具架，如图

4-1

：

图4-1

二导入表情对象

执行工具架快捷图标“ba”，打开原始范例文件，先将范例文件另存为一

个新文件，然后在左边的视图中删掉原来的范例模型，再导入需要设置表情的模

型，如图4-2：

图4-2

三定位。

1.

单击“

AFS

”图标，打开“

AFS

”控制面板，单击

GloblePositioning

「全

局位置」按钮，整体移动和缩放这些定位器，与导入的模型进行匹配。

对位大致完成后，再次单击

GloblePositioning

按钮，结束全局对位。（图

图4-3）

图4-3

2.

选择模型，执行

Modify/MakeLive

命令，冻结对象。

3.单击IndividualPositioning「个体定位」按钮，分别调整每个定位器的位

置。如图

4-4

：在场景中保持两个视图，左边是需要操作的模型对象，

右边是对位的参考对象。根据右边的参考对象，确定左边定位器的位置。

在调整定位器的时候，可以先调整一边，再通过

MirrorSelection

按钮，

镜像另一半定位器的位置。所有的定位器的位置调整结束后，再次单击

IndividualPositioning

「个体定位」按钮结束对位。

图4-4

四蒙皮绑定

1.

选择模型，再次执行

Modify/MakeLive

命令，反激活对象。

2.选择头部模型，并且在大纲视图中加选所有骨骼，执行平滑蒙皮「Smooth

Skin

」。（图

4-5

）

图4-5

五连接骨骼和动作库。

单击

ASF

图标，再执行

Data/LoadMotiondate

「导入动作数据库」，确定，

这时候大概要等上30秒，直到动作库数据完全载入。（图4-6）

图4-6

再执行Data/BuildConnections「创建连接」，等待直至连接完成。（图4-7）

图4-7

下面，可以通过旁边的控制面板来调节角色表情了。（图

4-8

）

图4-8

六分配权重

因为每个关节的权重不太合理，所以会出现图

4-8

所示那样很奇怪的表情，

根据每个关节所在的位置，灵活调整权重。凡是在表情变化时不会发生变形的部

分，尤其是脖子的最下面一圈点的权重，要完全分配给关节“

MarkerJoint_Stab

”

（图4-9）；其次是上下嘴巴骨骼的权重、眼睑的权重要分配精确。权重刷好后，

表情基本上就自然了，具体请参考场景文件“

”。

图4-9

七纠正套用表情库的错误。

依次调节控制面板的每个表情，发现很多表情会出现穿插，小的问题可以调

整蒙皮权重来解决，大的问题可以依靠插件来校正，具体方法如下：

1.

如图

4-10

所示，拖动“

LidT

”上面的滑块，发现左眼的表情会出现穿

插。

图

4-10

2.选中该滑块，打开“AFS”面板，如图4-11所示：该滑块的动画数据

自动导入到“

AFS

”窗口中，拖动时间线，可以看到表情变化的过程。

图4-11

3.

面板中关于动画数据编辑的命令：

Load与Unload：载入与卸载，二者自动切换，选择动画滑块，执行该命令，

可以把相关动画数据载入进行编辑，同时

Load

会自动转换成

Unload

，编辑完毕，

单击Unload按钮，释放数据，使当前做的修改生效。

Mirror

：镜像，在修改了一侧的动画数据后，相应的另一侧可以直接执行镜

像命令来修改，比如控制左眼运动的滑块调节好之后，可以直接使用该命令镜像

动画数据到右眼的控制滑块。

MotionDataScale：动画数据缩放，这个滑块用来缩放控制骨骼位移的运动

系数，默认值为

1

，即完全执行导入的运动参数，如果值为

0.5

呢，则只执行原

来位移的一半，反之，值为2，所选关节的位移被扩大2倍。

AdaptationKey

：移动关键帧，对关节的移动增加关键帧。

RotationKey：旋转关键帧，对所选关节的旋转增加关键帧。

4.

图

4-10

所示的穿插主要是因为控制眼部的骨骼运动过大引起的，在通

道栏层窗口中把“FeaturePoints”层显示出来。依次选择如图4-12所

示的关节的相应轴向，拖动

MotionDataScale

滑块，缩小运动系数。拖

动时间线，可以发现问题已经被纠正了。修改完成之后，单击Unload

按钮，确认刚才所做的修改。（注意：鼠标单击则选中对象参数，再次

单击取消选择，插件不能自己取消选择。）

图4-12

5.

解决了左边的穿插后，可以使用

mirror

「镜像」按钮直接来编辑右边眼

睛的穿插，首先选择“LidT”下面的箭头滑块，单击打开“AFS”面板，

导入其动画数据，单击

mirror

按钮，上面左边的操作就被镜像到了右

边眼睛，单击Unload按钮，确认所做的操作。

6.

在两边眼睑的穿插都解决之后，移动

Eyesq

滑块下的夸张动作滑块，会

发现眼部也有较大的穿插，如图4-13：

图

4-13

7.同样选择该控制器，单击“AFS”快捷按钮，导入动画数据，单击““Query”

按钮，选择所有的骨骼参数，缩放动画系数至

0.11

，现在动画正常了，

单击Unload按钮确定。（图4-14）

图4-14

6

眼部控制设置

眼部没有现存的动画数据，需要自己设置。选择“Rlid”上面的滑块，单击

“

AFS

”快捷按钮，导入其动画数据。如图

4-15

：载入之后，发现没有现存的

动画数据，可以使用后面的AdaptationKey和RotationKey来达到目的。具体办

法是：拖动时间滑块到

-100

帧，然后选择

RLID

的所有轴向，移动控制器到如图

4-15位置，然后按下AdaptationKey按钮，再移动时间滑块到100帧，向下移动

眼睑控制器，再次按下

AdaptationKey

按钮，添加了两个关键帧，播放时间线，

可以看到，眼睑的在-100到100帧之间上下运动，单击Unload按钮确定。

图

4-15

同样方法为下眼睑控制器创造关键帧，设置完成如图4-16所示，当然，精

确的权重是好的动画的保证。

图4-16

同样办法设置好“

Llid

”控制器组。具体结果请参考场景文件“

”

（镜像只对MotionDataScale所做的修改有效，所以在制作左边的动画时，不能

使用镜像命令。）。

下面来设置眼球控制器Gaze_V和Gaze_H的动画，同样方法导入动画数据，

同时选择眼部的四个控制关节，向上移动到合适位置，按下

AdaptationKey

按钮，

再移动时间滑块到100帧，向下移动所有控制器，再次按下AdaptationKey按钮，

添加了两个关键帧，单击

Unload

确定。这样，就完成了眼球移动时眼睑的上下

跟随动画。（图4-17）

图4-17

Gaze_H

的动画需要应用到

RotationKey

，具体方法和前面一样。完成之后，

移动中间的小圆圈eyeShift，眼睑就做跟随运动了。

最后一个任务是把眼球的转动和中间的小圈——

eyeShift

控制器的移动关联

起来，可以使用驱动关键帧，也可以使用表达式，使用表达式效率更高。直接打

开表达式编辑器窗口，创建以下表达式：

eye_Y=ateX/3;

eye_X=-ateY/5;

eye_Y=ateX/3;

eye_X=-ateY/5;

这四行表达式很简单，意思就是眼球的X轴向的旋转=控制器Y轴上的反方

向的移动的三分之一，

Y

轴向的旋转

=

控制器

X

轴上的方向的移动的五分之一。

如图4-18所示：再移动中间的眼球控制器，发现没有问题了。

图

4-18

9所有的控制器都调节好之后，最好仔细认识一下这个插件细致的表情控

制，这个控制器做得非常细致，几乎包括了每个局部的调节，也包含了常用表情

的调节，还有基本元音的发声的口型特征，不足之处是控制器太多，不够直观。

10

在表情控制完成之后，这个文件很大，工作起来比较缓慢，可以对动画

文件进行简化，缩小文件大小，如图4-19：执行AFS/Tools/SimplifyAllMotion

Data

「简化动画数据」，默认操作即可。

图4-19

1.1快速创建融合变形目标形状

通过“

F-A-T

”创建制作的表情控制面板，可以满足大多数的动画要求，但

是，它毕竟是套用库文件，也有很大的局限性。

“

F-A-T

”最大的用处是能快速调节众多的融合变形的目标对象，下面实例

说明这个过程：

打开前面完成的场景文件

——

“

”，如图

4-20

：选择控制面板中

的“Joy「高兴」”滑块，滑动到最大，得到了笑的表情，同时，在层窗口中显示

面部的控制骨骼组“

FacialJoints

”，再轻轻移动相关的骨骼，使表情更加自然，

然后复制这个模型，并且为该模型解除移动属性的锁定，移动新模型到合理的位

置，这样，就制作了笑的目标形状。如果对结果不满意，还可以通过常规的调节

办法，继续调整这个模型，直至得到满意的结果。

图4-20

参照上面的方法，可以快速调出多个融合变形目标对象，如图4-21：

图4-21

单独提取某部分的融合变形目标形状

如果只需要鼻子或者眉毛某一个局部的运动，可以通过编辑融合变形权重来

实现，例如：如图4-22所示，要从这个笑的目标形状中，单独提取嘴角的运动，

这是制作表情装配经常遇到的问题。

图4-22

首先选择“joy”，再选择“headba”，执行CreateDeformers/BlendShape，

为“

headba

”创建融合变形，并设变形值为

1

，然后选择“

headba

”，执行

Edit

Deformers>PaintBlendShapeWeightsTool，在变形目标对象列表窗口中选中

“

joy

”，此时，模型完全显示为白色，表示“

joy

”的变形被完全应用在“

headba

”

上，修改权重如下图所示：复制“headba”，得到新的目标模型“joy-mouth”

图4-23

1.2

表情控制面板

1.2.1个性化表情控制面板

通过融合变形来制作表情是表情装配最重要的方法，但是通过融合形状编辑

窗口制作动画的效率比较低，其原因是这些融合形状彼此是孤立的，实际装配中

可以通过一个控制面板把这些表情库联系起来，重新组合，创造更加丰富的变化。

下面具体介绍怎样创建自己的表情控制面板。

1.

制作原理：利用曲线的位移来驱动融合变形的值。驱动的方式可以选择

驱动关键帧，属性连接，表达式等多种方式来实现，下面用一个简单例

子来说明这个过程。

2.制作控制曲线：如图4-24所示，创建控制滑块，并且选择控制滑块，

设置其滑动的取值范围为

0-2

之间。

图4-24

3.

如图

4-25

所示，为控制滑块添加滑动背景曲线和注释文字曲线，注意

锁定这些不需要滑动的曲线。

图4-25

4.

最后，将这些曲线一起打组，缩放和移动组，调整控制曲线的显示大小

和位置，最终完成曲线控制组。

5.

如图

4-26

所示：导入需要控制的表情。

图4-26

6.

把控制滑块的移动与融合表情的目标形状联系起来，驱动关键帧可以很

简单地实现这种连接：控制滑块值为0时，joy为0，控制滑块的值为2

时，

joy

值为

1

，这样就使用控制滑块的移动驱动了“

joy

”的表情变化；

但是使用表达式效率更高，为曲线滑块添加表达式：

=joy_ateY/2;

，得到相同结果，如图

4-27

所示：

图4-27

完整的表情控制面板是怎样的呢？如图

4-28

所示，左图为胖子表情的控制

面板，右上是融合变形桥，右下是最终动画对象，具体调控请参考场景文件

“

”

图4-28

这个控制面板里的融合形状的具体构成如下：

1.嘴巴的控制

第一组：嘴角的目标形状，如图4-29所示，这一组目标形状主要是调节嘴

角的上下变化，在调节笑和哭的表情时比较有用，通过控制器的一起运动，就可

以产生两边上和两边下的结果。

图4-29

控制方法：如图

4-30

所示，簇控制器“

mouth_L1

”上下移动，其取值范围

为-1到1，用它来驱动目标形状“左上”和“左下”，当它值为0时，二者均为0，

当它为

1

时，“左上”为

1

，当它为

-1

时，“左下”为

1

，同样方法使用簇控制器

“mouth_R1”驱动“右上”和“右下。

图4-30

第二组：口型收与扩，目标形状如图4-31所示：

图4-31

具体控制设置如图

4-32

所示：

图4-32

第三组：嘴巴的开合，可以通过融合形状来控制，但是，由于嘴巴需要讲话，

张合是最常见的运动，所以用骨骼控制更加灵活，本例采用了骨骼控制加融合变

形的办法，融合变形主要控制上唇的变化，骨骼主要控制下巴的运动。

如图

4-33

所示：上唇采取了五个融合形状，曲线

Y

轴的移动驱动上唇张开，

曲线X轴移动驱动左右上唇半张，曲线X轴的旋转驱动上下嘴唇的卷曲和内收，

这样使嘴唇产生了更多的组合变化。

图4-33

如图4-34所示：通过骨骼来控制下巴的运动，使用曲线的Y轴的移动来驱

动下颌骨上下转动，使用曲线

X

轴的移动来驱动下颌骨的左右转动。

图4-34

2.牙齿、舌头和口腔的控制

口腔

口腔比较容易，如图4-35所示：首先将口腔模型“gum”，添加5*5*5的晶

格（设置晶格属性eLattice为all），然后先选择晶格，再加选头部模型，将

晶格包裹给头部模型。

图4-35

牙齿

上齿一般是不运动的，直接父子关系（

p

）给头顶骨骼，下齿不是直接父子

关系给下颌骨，而是利用与下颌骨位置重合的子骨骼来单独控制，或者通过一个

定位器作为过渡，父子关系给下颌骨，这样可以通过定位器来单独控制下齿的位

移变化，更加灵活。

舌头

先使用曲线IK绑定舌头，再采用分配不同权重的簇来控制驱动曲线，其根

骨骼父子关系给下颌骨，如图

4-36

所示，控制曲线“

tougue_control

”的

X

轴和

Y轴的位移连接簇的移动，“Twist”连接IK的Twist属性，使舌头产生扭曲，“Out

Tongue

”连接

IK

的

Offt

（偏移）属性，使舌头整体产生了偏移，可以使舌头

伸出口腔，也可以使用拉伸IK，驱动簇在纵深方向的位移，如果需要单独对舌

头的旋转进行控制，可以旋转舌头的根骨骼，具体请参考场景文件

“”。

图4-36

3.鼻子的控制

鼻子的变化较少，如图

4-37

所示：其目标形状只有三个，分别是左上、右

上、和两边上，具体控制参考场景文件“”。

图4-37

4.眼睛的控制

眼睛的融合变形主要控制眼睑的张合，需要四个目标形状，分别如图

4-38

所示：

图4-38

5.眉毛的控制

眉的变化比较多除了左右两边上下四种变化外，还需要注意眉心的上下变

化，最少需要

6

个目标形状，图

4-39

所示的是眉心的上下变化：

图4-39

图4-40所示的是左眉和右眉的上下变化：

图4-40

笔者还在左眉和右眉的控制曲线上叠加了双眉同时上下的控制曲线，使眉毛

的最大运动可以增加一倍，一方面夸张了眉的运动，另一方面使控制更加方便。

眼球的拉伸变化

眼球的控制经常会出现一个问题，如图4-41所示，当眼睑过分拉伸的时候，

眼球会不合理地露出来，尤其在做卡通表情的时候就更明显，可以将眼球分别加

上5*5*5的晶格，再用头部模型包裹【Wrap】晶格，这样，眼球就会随着表情

的变化而变化了，然后调节包裹模型的“

smoothness

”和“

dropoff

”参数来控制

眼球的变形程度。

图4-41

无论多么复杂的表情控制面板，都是在驱动关键帧和融合形状变形的基础上

发展起来的，只要懂得了其制作的原理，就能够根据角色做出丰富而细腻的表情

控制来，读者可以参考光盘所带的场景文件，进一步了解具体细节。

选自<<三维角色动画的艺术>>，作者：赖义德