引言：Maya在角色创作中的核心地位

Autodesk Maya作为行业标准的3D计算机图形软件，在电影、游戏、动画和视觉效果领域占据着不可替代的地位。对于角色艺术家而言，掌握Maya的角色建模与动画制作流程不仅是技术能力的体现，更是实现创意愿景的关键。本指南将系统性地讲解从零开始创建一个完整角色并为其制作动画的全流程，涵盖基础建模、拓扑优化、UV展开、材质贴图、骨骼绑定、权重绘制以及动画制作等核心环节。

为什么选择Maya进行角色创作？

Maya提供了业界最完善的多边形建模工具集、先进的骨骼系统（HumanIK）、强大的变形器（Deformers）以及直观的动画曲线编辑器。相比其他软件，Maya在复杂角色绑定和动画制作方面具有显著优势，特别是在处理电影级高精度角色时，其非破坏性工作流程和强大的API扩展能力让艺术家能够高效完成复杂任务。

第一部分：基础建模（Base Modeling）

1.1 规划与参考收集

在开始建模之前，充分的准备工作至关重要。首先需要明确角色的用途：是用于实时游戏引擎还是离线渲染？这将直接影响模型的面数和细节级别。其次，收集高质量的参考图是成功的关键。建议从多个角度（正面、侧面、背面）收集真实参考，同时准备风格化参考以保持艺术一致性。

实用技巧：在Maya中导入参考图时，使用Image Plane（图像平面）功能。操作步骤：Create > Image Plane > Import，然后在通道盒中调整Width和Height比例，确保参考图比例准确。

1.2 基础几何体创建

我们从一个简单的角色（如类人生物）开始建模。首先创建基础几何体作为身体的”种子”：

# Maya Python脚本：创建基础身体几何体
import maya.cmds as cmds

# 创建一个立方体作为身体基础
body = cmds.polyCube(name='body_base', width=2, height=4, depth=1.5, subdivisionsX=3, subdivisionsY=4, subdivisionsZ=3)[0]

# 调整位置使其站立
cmds.setAttr(body + '.translateY', 2)

# 创建头部基础
head = cmds.polySphere(name='head_base', radius=0.8, subdivisionsX=12, subdivisionsY=12)[0]
cmds.setAttr(head + '.translateY', 4.5)

# 将头部与身体对齐
cmds.parent(head, body)

详细说明：这段脚本创建了一个基础的身体和头部。注意我们设置了适当的细分段数（subdivisions），这为后续的雕刻细节提供了足够的拓扑支持。在Maya中，你可以通过Modify > Convert > Polygon to Subdivision将多边形转换为细分曲面进行更平滑的编辑。

1.3 多边形建模核心工具

Maya的多边形建模工具主要集中在Mesh Tools和Edit Mesh菜单中。以下是关键工具的详细说明：

1.3.1 挤出（Extrude）

挤出是角色建模中最常用的工具。操作步骤：

  1. 选择面或边
  2. 按Shift+右键选择Extrude或使用快捷键Ctrl+Alt+E
  3. 在通道盒中调整Divisions增加细分

实用示例：创建手臂时，从身体侧面选择一个面，执行挤出，然后在通道盒中设置：

  • TranslateX/Y/Z：控制挤出方向
  • Scale：控制挤出宽度变化
  • Divisions：设置为3-4段，为后续的关节弯曲做准备

1.3.2 合并顶点（Merge Vertices）

保持模型水密（watertight）是关键。选择两个相邻顶点后，使用Edit Mesh > Merge（默认阈值0.001）。对于角色建模，建议将阈值设置为0.01，确保精确对齐。

1.3.3 切割工具（Cut Faces Tool）

使用Edit Mesh > Cut Faces Tool可以在模型上添加新的边线，这对于定义肌肉结构和关节位置至关重要。

高级技巧：启用Cut along free edges选项，可以在不破坏现有几何体的情况下添加支撑边。

1.4 对称建模

对于对称角色，使用对称修改器可以节省大量时间。操作步骤：

  1. 选择模型
  2. Mesh > Symmetrize（或使用对称建模工具）
  3. 在通道盒中设置对称轴（通常为X轴）

注意：在建模过程中，保持对称可以确保左右一致性，但最终导出前需要Mesh > Cleanup来合并对称面。

1.5 细节雕刻

当基础形体完成后，需要添加细节。Maya提供了多种雕刻工具：

  • Sculpt Polygons Tool：Mesh Tools > Sculpt Polygons
  • Soft Select：按住B键调整半径，Shift+B调整衰减曲线

示例：雕刻面部细节

  1. 选择Sculpt工具，设置Operation为Push或Pull
  2. 调整Radius（U）为0.1-0.2
  3. 使用Soft Select（按住B键拖动）平滑过渡
  4. 对于眼睛窝，使用Invert操作向内推

第二部分：拓扑优化与Retopology

2.1 为什么需要Retopology？

高模（High Poly）通常包含数百万个面，无法直接用于动画或游戏引擎。Retopology（重拓扑）是创建低面数、四边形主导的干净拓扑的过程，这对于后续的UV展开、骨骼绑定和动画变形至关重要。

2.2 手动Retopology流程

Maya提供了强大的工具来辅助手动重拓扑：

2.2.1 使用Quad Draw工具

Mesh Tools > Quad Draw是Maya的半自动重拓扑工具：

  1. 设置参考：将高模作为参考对象（Create > Reference）
  2. 启用Quad Draw：选择工具后，在高模上点击放置顶点
  3. 智能填充：按住Shift点击三点自动创建四边形面
  4. 保持四边形：尽量避免三角面，确保拓扑流向关节

2.2.2 拓扑规则与最佳实践

四边形流（Quad Flow）：

  • 关节处应至少有3-4圈环线（Edge Loop）
  • 面部需要遵循肌肉走向（如眼轮匝肌、口轮匝肌）
  • 避免五边形和三角面，除非在非变形区域

示例：肘关节拓扑

错误拓扑：
   ▲
  /|\
 / | \
/  |  \
---   ---  ← 三角面会导致弯曲变形

正确拓扑：
   ▲
  /|\
 / | \
/  |  \
---   ---  ← 四边形环线提供平滑弯曲

2.3 自动化Retopology工具

对于快速原型，可以使用Maya的Mesh > Retopology功能：

# 自动重拓扑脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择高模
high_poly = cmds.ls(selection=True)[0]

# 创建低模基础
low_poly = cmds.polyPlane(name='retopo_mesh', width=2, height=4, subdivisionsX=10, subdivisionsY=10)[0]

# 应用Retopology
cmds.select(high_poly, low_poly)
cmds.retopology(options={'targetFaceCount': 5000, 'preserveBorders': True})

注意：自动工具适合快速原型，但手动拓扑对于高质量角色仍是首选。

第三部分：UV展开与贴图坐标

3.1 UV展开基础

UV展开是将3D模型表面”展开”为2D平面的过程，为后续的纹理绘制提供坐标。Maya的UV工具集中在UV Editor中（Windows > UV Editor）。

3.2 UV展开流程

3.2.1 自动UV（快速但不精确）

# 自动UV脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择模型
model = cmds.ls(selection=True)[0]

# 自动UV映射
cmds.polyAutoUV(model, mapType=1)  # 1=平面映射

3.2.2 手动UV展开（推荐）

步骤1：切割UV接缝

  1. 进入边模式，选择隐藏处的边（如后脑勺、腋下、大腿内侧）
  2. UV > Cut UV Edges

步骤2：展开UV

  1. 选择相连的UV壳（UV Shell）
  2. UV > Unfold
  3. 使用UV Layout工具自动排列

实用示例：面部UV展开

# 面部UV展开脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择面部UV
cmds.select('face_uv_shell')
# 切割接缝（沿鼻子和下巴）
cmds.polyCutUV()
# 展开
cmds.unfold()
# 优化布局
cmds.uvLayout()

3.2.3 UV优化检查

使用UV > Check Overlaps确保没有重叠。理想情况下，UV应：

  • 填充0-1空间
  • 保持比例一致（使用Unitize和Move and Sew）
  • 接缝在不可见或隐蔽处

第四部分：材质与贴图

4.1 Maya材质系统概述

Maya使用Hypershade编辑器（Windows > Rendering Editors > Hypershade）管理材质。对于角色，通常使用aiStandardSurface（Arnold渲染器）或Stingray PBS（游戏引擎）。

4.2 创建角色材质

4.2.1 基础材质设置

# 创建Arnold材质脚本
import maya.cmds as cmds

# 创建材质
material = cmds.shadingNode('aiStandardSurface', name='character_skin', asShader=True)
# 创建SG节点
sg = cmds.sets(name='character_skinSG', empty=True, renderable=True, noSurfaceShader=True)
# 连接
cmds.connectAttr(material + '.outColor', sg + '.surfaceShader', force=True)

# 分配给模型
cmds.select('character_body')
cmds.sets(edit=True, forceElement=sg)

4.2.2 PBR材质参数详解

Base Color：基础颜色贴图（Albedo） Metallic：金属度（0-1，皮肤通常为0） Specular Roughness：粗糙度（皮肤约0.3-0.5） Normal：法线贴图（从高模烘焙） Subsurface：次表面散射（皮肤效果）

4.3 贴图烘焙

从高模烘焙法线贴图到低模：

# 法线贴图烘焙脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择低模和高模
low = 'low_poly_body'
high = 'high_poly_body'

# 创建烘焙设置
bake_set = cmds.createNode('bakeSet')
cmds.setAttr(bake_set + '.bakeOnLayer', 1)
cmds.setAttr(bake_set + '.bakeOnLayer', 1)
cmds.setAttr(bake_set + '.bakeOnLayer', 1)

# 执行烘焙
cmds.bake(low, high, bakeSet=bake_set, format='PNG', resolution=2048)

第五部分：骨骼绑定（Rigging）

5.1 骨骼系统基础

骨骼绑定是将模型与虚拟骨骼连接，使其能够变形的过程。Maya的骨骼系统基于关节（Joints）和IK/FK系统。

5.2 创建骨骼结构

5.2.1 基础骨骼创建

# 创建角色骨骼脚本
import maya.cmds as cmds

# 根骨骼
root = cmds.joint(name='root', position=(0, 0, 0))

# 脊柱
spine1 = cmds.joint(root, name='spine_1', position=(0, 1, 0))
spine2 = cmds.joint(spine1, name='spine_2', position=(0, 2, 0))
spine3 = cmds.joint(spine2, name='spine_3', position=(0, 3, 0))

# 头部
head = cmds.joint(spine3, name='head', position=(0, 4, 0))

# 手臂（左）
shoulder_l = cmds.joint(spine3, name='shoulder_L', position=(0.5, 3, 0))
elbow_l = cmds.joint(shoulder_l, name='elbow_L', position=(1.5, 2.5, 0))
wrist_l = cmds.joint(elbow_l, name='wrist_L', position=(2.5, 2, 0))

# 腿（左）
hip_l = cmds.joint(root, name='hip_L', position=(0.3, 0, 0))
knee_l = cmds.joint(hip_l, name='knee_L', position=(0.3, -1.5, 0))
ankle_l = cmds.joint(knee_l, name='ankle_L', position=(0.3, -3, 0))

5.2.2 骨骼层级与命名规范

命名规范：

  • root：根节点
  • spine_1, spine_2, sp3：脊柱
  • shoulder_L/R：左右肩
  • elbow_L/R：左右肘
  • wrist_L/R：左右腕
  • hip_L/R：左右髋
  • knee_L/R：左右膝
  • ankle_L/R：左右踝

层级结构：

root
├── spine_1
│   ├── spine_2
│   │   ├── spine_3
│   │   │   ├── head
│   │   │   ├── shoulder_L
│   │   │   │   ├── elbow_L
│   │   │   │   │   └── wrist_L
│   │   │   ├── shoulder_R
│   │   │   │   ├── elbow_R
│   │   |   │   │   └── wrist_R
│   │   │   └── neck
├── hip_L
│   ├── knee_L
│   │   └── ankle_L
├── hip_R
│   ├── knee_R
│   │   └── ankle_R

5.3 IK/FK系统

5.3.1 IK（反向运动学）设置

IK适合手臂和腿部，因为它们需要接触物体（如地面或武器）。

# 创建IK手柄脚本
import maya.cmds as cmds

# 创建手臂IK（从肩到腕）
ik_handle = cmds.ikHandle(name='arm_ik_L', startJoint='shoulder_L', endEffector='wrist_L', solver='ikRPsolver')[0]

# 创建极向量约束（控制肘部方向）
pole_vector = cmds.spaceLocator(name='pole_vector_L')[0]
cmds.poleVectorConstraint(pole_vector, ik_handle)

# 创建IK控制曲线
ik_ctrl = cmds.circle(name='ik_ctrl_L', radius=0.5, normal=(1,0,0))[0]
cmds.parent(ik_ctrl, pole_vector)

5.3.2 FK（正向运动学）设置

FK适合脊柱和手指，需要逐个关节控制。

5.4 控制器（Controllers）创建

控制器是艺术家直接操作的NURBS曲线，用于驱动骨骼。

# 创建控制器脚本
import maya.cmds as cmds

# 创建主控制器（hips）
hips_ctrl = cmds.circle(name='hips_ctrl', radius=1.5, normal=(0,1,0))[0]
cmds.setAttr(hips_ctrl + '.translateY', 0)

# 创建脊柱控制器
spine_ctrl = cmds.circle(name='spine_ctrl', radius=1.2, normal=(0,1,0))[0]
cmds.setAttr(spine_ctrl + '.translateY', 2)

# 父子约束
cmds.parentConstraint(hips_ctrl, 'root', maintainOffset=True)
cmds.parentConstraint(spine_ctrl, 'spine_2', maintainOffset=True)

5.5 高级绑定技术

5.5.1 变形器（Deformers）

晶格变形器（Lattice）：用于平滑弯曲

# 创建晶格
lattice = cmds.lattice(divisions=(5,5,5), outsideLattice=0, name='body_lattice')[0]
# 将模型放入晶格
cmds.select('character_body', lattice)
cmds.CreateLattice()

簇变形器（Cluster）：用于局部控制

# 创建簇
cluster = cmds.cluster(name='cheek_cluster')[0]
# 权重绘制
cmds.select('character_body', r=True)
cmds.paintWeightsTool()

5.5.2 驱动关键帧（Driven Keys）

用于创建自定义控制，如手指卷曲：

# 驱动关键帧示例
import maya.cmds as cmds

# 创建滑块控制
ctrl = cmds.circle(name='finger_ctrl')[0]

# 设置驱动关系
cmds.setDrivenKeyframe('finger_1.rotateZ', currentDriver=ctrl + '.translateX')
# 当滑块X为0时，手指旋转0
cmds.setAttr(ctrl + '.translateX', 0)
cmds.setAttr('finger_1.rotateZ', 0)
cmds.setDrivenKeyframe('finger_1.rotateZ', currentDriver=ctrl + '.translateX')
# 当滑块X为1时，手指旋转-90
cmds.setAttr(ctrl + '.translateX', 1)
cmds.setAttr('finger_1.rotateZ', -90)
cmds.setDrivenKeyframe('finger_1.rotateZ', currentDriver=character_ctrl + '.translateX')

第六部分：权重绘制（Skinning）

6.1 权重绘制基础

权重决定了骨骼对模型顶点的影响程度。每个顶点可以受多个骨骼影响，权重总和为1。

6.2 绑定蒙皮

6.2.1 平滑绑定（Smooth Bind）

# 平滑绑定脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择模型和根骨骼
cmds.select('character_body', 'root')
# 执行绑定
cmds.smoothBindSkin()
# 设置最大影响骨骼数（通常4）
cmds.setAttr('character_body.influences', 4)

6.2.2 权重绘制工具

使用Paint Skin Weights Tool：

  1. 选择模型
  2. Skin > Edit Smooth Skin > Paint Skin Weights Tool
  3. 在工具设置中选择要绘制的骨骼
  4. 使用Replace模式，设置Opacity为1.0，Value为1.0（完全影响）或0.0（无影响）

实用技巧：

  • 镜像权重：Skin > Mirror Skin Weights（左右对称角色）
  • 平滑权重：Skin > Smooth Skin Weights
  • 导出/导入权重：Skin > Export/Import Weight To Files

6.3 权重绘制最佳实践

关节处权重分布：

  • 关节中心：主要骨骼影响（0.8-1.0）
  • 关节上方和下方：过渡影响（0.3-0.5）
  • 避免权重跳跃（从0直接到1）

示例：肘关节权重

上臂骨骼影响：0.8（上臂区域）
前臂骨骼影响：0.8（前臂区域）
肘关节中心：上臂0.5 + 前臂0.5
过渡区域：上臂0.3 + 前臂0.7

6.4 高级权重技术

6.4.1 使用权重贴图

对于复杂模型，可以导出权重为贴图进行编辑：

# 导出权重贴图
import maya.cmds as cmds

# 选择模型
cmds.select('character_body')
# 导出权重
cmds.exportSkinWeightMaps(directory='C:/weights/', format='PNG', resolution=2048)

6.4.2 组件编辑器

使用组件编辑器精确调整权重：

  1. Windows > General Editors > Component Editor
  2. 选择顶点
  3. 在Smooth Skins选项卡中手动输入权重值

第七部分：动画制作

7.1 动画基础概念

关键帧（Keyframe）：在特定时间点设置的属性值 动画曲线（Animation Curve）：关键帧之间的插值方式 时间轴（Timeline）：控制动画播放

7.2 姿势动画（Pose to Pose）

7.2.1 设置关键帧

# 设置关键帧脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择控制器
cmds.select('hips_ctrl')
# 在第1帧设置初始姿势
cmds.currentTime(1)
cmds.setKeyframe(attribute=['translateX', 'translateY', 'translateZ', 'rotateX', 'rotateY', 'rotateZ'])

# 在第24帧设置结束姿势
cmds.currentTime(24)
cmds.setAttr('hips_ctrl.translateY', 2)
cmds.setKeyframe(attribute=['translateX', 'translateY', 'translateZ', 'rotateX', 'rotateY', 'rotateZ'])

7.2.2 动画曲线编辑器

使用Graph Editor（Windows > Animation Editors > Graph Editor）调整动画曲线：

  • 选择关键帧：点击关键帧点
  • 调整切线：使用切线工具（Tangents菜单）
  • 曲线类型：
    • Spline：平滑曲线（默认）
    • Linear：线性（匀速运动）
    • Clamped：限制斜率（防止过冲）
    • Flat：水平切线（保持值不变）

7.3 循环动画（Looping Animation）

对于行走、跑步等循环动画：

# 创建循环动画脚本
import maya.cmds as cmds

# 假设已有1-24帧的行走周期
# 复制关键帧
cmds.copyKey(time=(1, 24))
# 粘贴到后续帧
cmds.pasteKey(time=(25, 48))
cmds.pasteKey(time=(49, 72))

7.4 动画层（Animation Layers）

对于复杂动画，使用动画层分离不同动作：

  1. Windows > Animation Editors > Trax Editor
  2. 创建新层（Layer > Create）
  3. 将不同动作（如身体移动、手臂摆动）分配到不同层
  4. 调整层权重混合

7.5 动画曲线预设

保存常用动画曲线：

# 保存动画曲线预设
import maya.cmds as cmds

# 选择动画曲线
cmds.select('hips_ctrl.translateY')
# 导出预设
cmds.exportAnimationCurve('C:/presets/bounce.anim')

7.6 动画检查清单

  • 重叠（Overlap）：身体各部分不同时到达
  • 跟随（Follow Through）：动作结束后继续运动
  • 挤压与拉伸（Squash and Stretch）：增加弹性
  • 预备动作（Anticipation）：主动作前的准备
  • 弧线运动（Arcs）：自然运动轨迹
  • 时间与节奏（Timing and Spacing）：关键帧间距决定速度

第八部分：导出与引擎集成

8.1 导出设置

8.1.1 FBX导出（通用格式）

# FBX导出脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择要导出的对象
cmds.select('character_root', hi=True)
# 设置FBX导出选项
cmds.file('C:/exports/character.fbx', exportSelected=True, type='FBX export')
# 设置FBX选项
cmds.FBXExportSkins(v=True)
cmds.FBXExportShapes(v=True)
cmds.FBXExportConstraints(v=True)
cmds.FBXExportCameras(v=False)
cmds.FBXExportLights(v=False)
cmds.FBXExportEmbeddedTextures(v=True)

8.1.2 Alembic导出（缓存动画）

# Alembic导出
import maya.cmds as cmds

# 选择代理几何体
cmds.select('character_proxy')
# 导出动画缓存
cmds.AbcExport(j="-frameRange 1 100 -dataFormat ogawa -root character_proxy -file C:/exports/character.abc")

8.2 引擎集成最佳实践

Unity集成：

  • 确保模型为T-Pose或A-Pose
  • 骨骼命名符合Unity规范（无特殊字符）
  • 导出时选择Deformations和Skins
  • 在Unity中检查材质球和法线方向

Unreal Engine集成：

  • 使用Export for Unreal预设
  • 确保缩放单位为1（Maya单位=厘米）
  • 骨骼朝向：Z轴向上（Maya默认Y轴向上，需调整）
  • 使用FBX Import选项中的Import Bone Tracks保留动画

第九部分：实用技巧与故障排除

9.1 性能优化

  • 显示层：将参考和高模放入显示层，设为模板
  • 代理几何体：动画时使用低面数代理
  • 历史清理：Edit > Delete by Type > History（定期清理）
  • 优化场景：File > Optimize Scene Size

9.2 常见问题解决

问题1：模型变形异常

  • 原因：权重错误或骨骼旋转轴不一致
  • 解决：检查骨骼旋转轴（Display > Transform Display > Local Rotation Axes），重新绘制权重

问题2：动画曲线不流畅

  • 原因：关键帧切线类型错误
  • 解决：在Graph Editor中选择所有关键帧，Tangents > Spline

问题3：UV重叠

  • 原因：展开时未检查
  • 解决：UV > Check Overlaps，手动调整UV壳

9.3 脚本自动化

创建自定义MEL/Python工具提高效率：

# 角色绑定快速设置工具
import maya.cmds as cmds

def quick_rig():
    # 创建骨骼
    root = cmds.joint(p=(0,0,0), name='root')
    # 创建控制器
    ctrl = cmds.circle(name='main_ctrl')[0]
    # 绑定
    cmds.select('character', root)
    cmds.smoothBindSkin()
    # 父子约束
    cmds.parentConstraint(ctrl, root)
    return "Rigging Complete"

# 运行
quick_rig()

结论

Maya角色建模与动画制作是一个系统性工程，需要理论与实践的结合。从基础建模的拓扑规划，到绑定时的权重分配，再到动画的节奏把握，每个环节都直接影响最终质量。建议初学者从简单角色开始，逐步掌握每个模块的核心技能，同时善用Maya的脚本功能自动化重复工作。记住，优秀的角色作品不仅需要技术精度，更需要对解剖学、运动规律和艺术审美的深刻理解。持续练习、分析优秀作品、参与社区交流，是提升技能的最佳路径。# Maya角色建模与动画制作全流程详解 从基础建模到骨骼绑定与动画制作的实用指南

引言：Maya在角色创作中的核心地位

Autodesk Maya作为行业标准的3D计算机图形软件，在电影、游戏、动画和视觉效果领域占据着不可替代的地位。对于角色艺术家而言，掌握Maya的角色建模与动画制作流程不仅是技术能力的体现，更是实现创意愿景的关键。本指南将系统性地讲解从零开始创建一个完整角色并为其制作动画的全流程，涵盖基础建模、拓扑优化、UV展开、材质贴图、骨骼绑定、权重绘制以及动画制作等核心环节。

为什么选择Maya进行角色创作？

Maya提供了业界最完善的多边形建模工具集、先进的骨骼系统（HumanIK）、强大的变形器（Deformers）以及直观的动画曲线编辑器。相比其他软件，Maya在复杂角色绑定和动画制作方面具有显著优势，特别是在处理电影级高精度角色时，其非破坏性工作流程和强大的API扩展能力让艺术家能够高效完成复杂任务。

第一部分：基础建模（Base Modeling）

1.1 规划与参考收集

在开始建模之前，充分的准备工作至关重要。首先需要明确角色的用途：是用于实时游戏引擎还是离线渲染？这将直接影响模型的面数和细节级别。其次，收集高质量的参考图是成功的关键。建议从多个角度（正面、侧面、背面）收集真实参考，同时准备风格化参考以保持艺术一致性。

实用技巧：在Maya中导入参考图时，使用Image Plane（图像平面）功能。操作步骤：Create > Image Plane > Import，然后在通道盒中调整Width和Height比例，确保参考图比例准确。

1.2 基础几何体创建

我们从一个简单的角色（如类人生物）开始建模。首先创建基础几何体作为身体的”种子”：

# Maya Python脚本：创建基础身体几何体
import maya.cmds as cmds

# 创建一个立方体作为身体基础
body = cmds.polyCube(name='body_base', width=2, height=4, depth=1.5, subdivisionsX=3, subdivisionsY=4, subdivisionsZ=3)[0]

# 调整位置使其站立
cmds.setAttr(body + '.translateY', 2)

# 创建头部基础
head = cmds.polySphere(name='head_base', radius=0.8, subdivisionsX=12, subdivisionsY=12)[0]
cmds.setAttr(head + '.translateY', 4.5)

# 将头部与身体对齐
cmds.parent(head, body)

详细说明：这段脚本创建了一个基础的身体和头部。注意我们设置了适当的细分段数（subdivisions），这为后续的雕刻细节提供了足够的拓扑支持。在Maya中，你可以通过Modify > Convert > Polygon to Subdivision将多边形转换为细分曲面进行更平滑的编辑。

1.3 多边形建模核心工具

Maya的多边形建模工具主要集中在Mesh Tools和Edit Mesh菜单中。以下是关键工具的详细说明：

1.3.1 挤出（Extrude）

挤出是角色建模中最常用的工具。操作步骤：

  1. 选择面或边
  2. 按Shift+右键选择Extrude或使用快捷键Ctrl+Alt+E
  3. 在通道盒中调整Divisions增加细分

实用示例：创建手臂时，从身体侧面选择一个面，执行挤出，然后在通道盒中设置：

  • TranslateX/Y/Z：控制挤出方向
  • Scale：控制挤出宽度变化
  • Divisions：设置为3-4段，为后续的关节弯曲做准备

1.3.2 合并顶点（Merge Vertices）

保持模型水密（watertight）是关键。选择两个相邻顶点后，使用Edit Mesh > Merge（默认阈值0.001）。对于角色建模，建议将阈值设置为0.01，确保精确对齐。

1.3.3 切割工具（Cut Faces Tool）

使用Edit Mesh > Cut Faces Tool可以在模型上添加新的边线，这对于定义肌肉结构和关节位置至关重要。

高级技巧：启用Cut along free edges选项，可以在不破坏现有几何体的情况下添加支撑边。

1.4 对称建模

对于对称角色，使用对称修改器可以节省大量时间。操作步骤：

  1. 选择模型
  2. Mesh > Symmetrize（或使用对称建模工具）
  3. 在通道盒中设置对称轴（通常为X轴）

注意：在建模过程中，保持对称可以确保左右一致性，但最终导出前需要Mesh > Cleanup来合并对称面。

1.5 细节雕刻

当基础形体完成后，需要添加细节。Maya提供了多种雕刻工具：

  • Sculpt Polygons Tool：Mesh Tools > Sculpt Polygons
  • Soft Select：按住B键调整半径，Shift+B调整衰减曲线

示例：雕刻面部细节

  1. 选择Sculpt工具，设置Operation为Push或Pull
  2. 调整Radius（U）为0.1-0.2
  3. 使用Soft Select（按住B键拖动）平滑过渡
  4. 对于眼睛窝，使用Invert操作向内推

第二部分：拓扑优化与Retopology

2.1 为什么需要Retopology？

高模（High Poly）通常包含数百万个面，无法直接用于动画或游戏引擎。Retopology（重拓扑）是创建低面数、四边形主导的干净拓扑的过程，这对于后续的UV展开、骨骼绑定和动画变形至关重要。

2.2 手动Retopology流程

Maya提供了强大的工具来辅助手动重拓扑：

2.2.1 使用Quad Draw工具

Mesh Tools > Quad Draw是Maya的半自动重拓扑工具：

  1. 设置参考：将高模作为参考对象（Create > Reference）
  2. 启用Quad Draw：选择工具后，在高模上点击放置顶点
  3. 智能填充：按住Shift点击三点自动创建四边形面
  4. 保持四边形：尽量避免三角面，确保拓扑流向关节

2.2.2 拓扑规则与最佳实践

四边形流（Quad Flow）：

  • 关节处应至少有3-4圈环线（Edge Loop）
  • 面部需要遵循肌肉走向（如眼轮匝肌、口轮匝肌）
  • 避免五边形和三角面，除非在非变形区域

示例：肘关节拓扑

错误拓扑：
   ▲
  /|\
 / | \
/  |  \
---   ---  ← 三角面会导致弯曲变形

正确拓扑：
   ▲
  /|\
 / | \
/  |  \
---   ---  ← 四边形环线提供平滑弯曲

2.3 自动化Retopology工具

对于快速原型，可以使用Maya的Mesh > Retopology功能：

# 自动重拓扑脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择高模
high_poly = cmds.ls(selection=True)[0]

# 创建低模基础
low_poly = cmds.polyPlane(name='retopo_mesh', width=2, height=4, subdivisionsX=10, subdivisionsY=10)[0]

# 应用Retopology
cmds.select(high_poly, low_poly)
cmds.retopology(options={'targetFaceCount': 5000, 'preserveBorders': True})

注意：自动工具适合快速原型，但手动拓扑对于高质量角色仍是首选。

第三部分：UV展开与贴图坐标

3.1 UV展开基础

UV展开是将3D模型表面”展开”为2D平面的过程，为后续的纹理绘制提供坐标。Maya的UV工具集中在UV Editor中（Windows > UV Editor）。

3.2 UV展开流程

3.2.1 自动UV（快速但不精确）

# 自动UV脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择模型
model = cmds.ls(selection=True)[0]

# 自动UV映射
cmds.polyAutoUV(model, mapType=1)  # 1=平面映射

3.2.2 手动UV展开（推荐）

步骤1：切割UV接缝

  1. 进入边模式，选择隐藏处的边（如后脑勺、腋下、大腿内侧）
  2. UV > Cut UV Edges

步骤2：展开UV

  1. 选择相连的UV壳（UV Shell）
  2. UV > Unfold
  3. 使用UV Layout工具自动排列

实用示例：面部UV展开

# 面部UV展开脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择面部UV
cmds.select('face_uv_shell')
# 切割接缝（沿鼻子和下巴）
cmds.polyCutUV()
# 展开
cmds.unfold()
# 优化布局
cmds.uvLayout()

3.2.3 UV优化检查

使用UV > Check Overlaps确保没有重叠。理想情况下，UV应：

  • 填充0-1空间
  • 保持比例一致（使用Unitize和Move and Sew）
  • 接缝在不可见或隐蔽处

第四部分：材质与贴图

4.1 Maya材质系统概述

Maya使用Hypershade编辑器（Windows > Rendering Editors > Hypershade）管理材质。对于角色，通常使用aiStandardSurface（Arnold渲染器）或Stingray PBS（游戏引擎）。

4.2 创建角色材质

4.2.1 基础材质设置

# 创建Arnold材质脚本
import maya.cmds as cmds

# 创建材质
material = cmds.shadingNode('aiStandardSurface', name='character_skin', asShader=True)
# 创建SG节点
sg = cmds.sets(name='character_skinSG', empty=True, renderable=True, noSurfaceShader=True)
# 连接
cmds.connectAttr(material + '.outColor', sg + '.surfaceShader', force=True)

# 分配给模型
cmds.select('character_body')
cmds.sets(edit=True, forceElement=sg)

4.2.2 PBR材质参数详解

Base Color：基础颜色贴图（Albedo） Metallic：金属度（0-1，皮肤通常为0） Specular Roughness：粗糙度（皮肤约0.3-0.5） Normal：法线贴图（从高模烘焙） Subsurface：次表面散射（皮肤效果）

4.3 贴图烘焙

从高模烘焙法线贴图到低模：

# 法线贴图烘焙脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择低模和高模
low = 'low_poly_body'
high = 'high_poly_body'

# 创建烘焙设置
bake_set = cmds.createNode('bakeSet')
cmds.setAttr(bake_set + '.bakeOnLayer', 1)
cmds.setAttr(bake_set + '.bakeOnLayer', 1)
cmds.setAttr(bake_set + '.bakeOnLayer', 1)

# 执行烘焙
cmds.bake(low, high, bakeSet=bake_set, format='PNG', resolution=2048)

第五部分：骨骼绑定（Rigging）

5.1 骨骼系统基础

骨骼绑定是将模型与虚拟骨骼连接，使其能够变形的过程。Maya的骨骼系统基于关节（Joints）和IK/FK系统。

5.2 创建骨骼结构

5.2.1 基础骨骼创建

# 创建角色骨骼脚本
import maya.cmds as cmds

# 根骨骼
root = cmds.joint(name='root', position=(0, 0, 0))

# 脊柱
spine1 = cmds.joint(root, name='spine_1', position=(0, 1, 0))
spine2 = cmds.joint(spine1, name='spine_2', position=(0, 2, 0))
spine3 = cmds.joint(spine2, name='spine_3', position=(0, 3, 0))

# 头部
head = cmds.joint(spine3, name='head', position=(0, 4, 0))

# 手臂（左）
shoulder_l = cmds.joint(spine3, name='shoulder_L', position=(0.5, 3, 0))
elbow_l = cmds.joint(shoulder_l, name='elbow_L', position=(1.5, 2.5, 0))
wrist_l = cmds.joint(elbow_l, name='wrist_L', position=(2.5, 2, 0))

# 腿（左）
hip_l = cmds.joint(root, name='hip_L', position=(0.3, 0, 0))
knee_l = cmds.joint(hip_l, name='knee_L', position=(0.3, -1.5, 0))
ankle_l = cmds.joint(knee_l, name='ankle_L', position=(0.3, -3, 0))

5.2.2 骨骼层级与命名规范

命名规范：

  • root：根节点
  • spine_1, spine_2, sp3：脊柱
  • shoulder_L/R：左右肩
  • elbow_L/R：左右肘
  • wrist_L/R：左右腕
  • hip_L/R：左右髋
  • knee_L/R：左右膝
  • ankle_L/R：左右踝

层级结构：

root
├── spine_1
│   ├── spine_2
│   │   ├── spine_3
│   │   │   ├── head
│   │   │   ├── shoulder_L
│   │   │   │   ├── elbow_L
│   │   │   │   │   └── wrist_L
│   │   │   ├── shoulder_R
│   │   │   │   ├── elbow_R
│   │   |   │   │   └── wrist_R
│   │   │   └── neck
├── hip_L
│   ├── knee_L
│   │   └── ankle_L
├── hip_R
│   ├── knee_R
│   │   └── ankle_R

5.3 IK/FK系统

5.3.1 IK（反向运动学）设置

IK适合手臂和腿部，因为它们需要接触物体（如地面或武器）。

# 创建IK手柄脚本
import maya.cmds as cmds

# 创建手臂IK（从肩到腕）
ik_handle = cmds.ikHandle(name='arm_ik_L', startJoint='shoulder_L', endEffector='wrist_L', solver='ikRPsolver')[0]

# 创建极向量约束（控制肘部方向）
pole_vector = cmds.spaceLocator(name='pole_vector_L')[0]
cmds.poleVectorConstraint(pole_vector, ik_handle)

# 创建IK控制曲线
ik_ctrl = cmds.circle(name='ik_ctrl_L', radius=0.5, normal=(1,0,0))[0]
cmds.parent(ik_ctrl, pole_vector)

5.3.2 FK（正向运动学）设置

FK适合脊柱和手指，需要逐个关节控制。

5.4 控制器（Controllers）创建

控制器是艺术家直接操作的NURBS曲线，用于驱动骨骼。

# 创建控制器脚本
import maya.cmds as cmds

# 创建主控制器（hips）
hips_ctrl = cmds.circle(name='hips_ctrl', radius=1.5, normal=(0,1,0))[0]
cmds.setAttr(hips_ctrl + '.translateY', 0)

# 创建脊柱控制器
spine_ctrl = cmds.circle(name='spine_ctrl', radius=1.2, normal=(0,1,0))[0]
cmds.setAttr(spine_ctrl + '.translateY', 2)

# 父子约束
cmds.parentConstraint(hips_ctrl, 'root', maintainOffset=True)
cmds.parentConstraint(spine_ctrl, 'spine_2', maintainOffset=True)

5.5 高级绑定技术

5.5.1 变形器（Deformers）

晶格变形器（Lattice）：用于平滑弯曲

# 创建晶格
lattice = cmds.lattice(divisions=(5,5,5), outsideLattice=0, name='body_lattice')[0]
# 将模型放入晶格
cmds.select('character_body', lattice)
cmds.CreateLattice()

簇变形器（Cluster）：用于局部控制

# 创建簇
cluster = cmds.cluster(name='cheek_cluster')[0]
# 权重绘制
cmds.select('character_body', r=True)
cmds.paintWeightsTool()

5.5.2 驱动关键帧（Driven Keys）

用于创建自定义控制，如手指卷曲：

# 驱动关键帧示例
import maya.cmds as cmds

# 创建滑块控制
ctrl = cmds.circle(name='finger_ctrl')[0]

# 设置驱动关系
cmds.setDrivenKeyframe('finger_1.rotateZ', currentDriver=ctrl + '.translateX')
# 当滑块X为0时，手指旋转0
cmds.setAttr(ctrl + '.translateX', 0)
cmds.setAttr('finger_1.rotateZ', 0)
cmds.setDrivenKeyframe('finger_1.rotateZ', currentDriver=ctrl + '.translateX')
# 当滑块X为1时，手指旋转-90
cmds.setAttr(ctrl + '.translateX', 1)
cmds.setAttr('finger_1.rotateZ', -90)
cmds.setDrivenKeyframe('finger_1.rotateZ', currentDriver=character_ctrl + '.translateX')

第六部分：权重绘制（Skinning）

6.1 权重绘制基础

权重决定了骨骼对模型顶点的影响程度。每个顶点可以受多个骨骼影响，权重总和为1。

6.2 绑定蒙皮

6.2.1 平滑绑定（Smooth Bind）

# 平滑绑定脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择模型和根骨骼
cmds.select('character_body', 'root')
# 执行绑定
cmds.smoothBindSkin()
# 设置最大影响骨骼数（通常4）
cmds.setAttr('character_body.influences', 4)

6.2.2 权重绘制工具

使用Paint Skin Weights Tool：

  1. 选择模型
  2. Skin > Edit Smooth Skin > Paint Skin Weights Tool
  3. 在工具设置中选择要绘制的骨骼
  4. 使用Replace模式，设置Opacity为1.0，Value为1.0（完全影响）或0.0（无影响）

实用技巧：

  • 镜像权重：Skin > Mirror Skin Weights（左右对称角色）
  • 平滑权重：Skin > Smooth Skin Weights
  • 导出/导入权重：Skin > Export/Import Weight To Files

6.3 权重绘制最佳实践

关节处权重分布：

  • 关节中心：主要骨骼影响（0.8-1.0）
  • 关节上方和下方：过渡影响（0.3-0.5）
  • 避免权重跳跃（从0直接到1）

示例：肘关节权重

上臂骨骼影响：0.8（上臂区域）
前臂骨骼影响：0.8（前臂区域）
肘关节中心：上臂0.5 + 前臂0.5
过渡区域：上臂0.3 + 前臂0.7

6.4 高级权重技术

6.4.1 使用权重贴图

对于复杂模型，可以导出权重为贴图进行编辑：

# 导出权重贴图
import maya.cmds as cmds

# 选择模型
cmds.select('character_body')
# 导出权重
cmds.exportSkinWeightMaps(directory='C:/weights/', format='PNG', resolution=2048)

6.4.2 组件编辑器

使用组件编辑器精确调整权重：

  1. Windows > General Editors > Component Editor
  2. 选择顶点
  3. 在Smooth Skins选项卡中手动输入权重值

第七部分：动画制作

7.1 动画基础概念

关键帧（Keyframe）：在特定时间点设置的属性值 动画曲线（Animation Curve）：关键帧之间的插值方式 时间轴（Timeline）：控制动画播放

7.2 姿势动画（Pose to Pose）

7.2.1 设置关键帧

# 设置关键帧脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择控制器
cmds.select('hips_ctrl')
# 在第1帧设置初始姿势
cmds.currentTime(1)
cmds.setKeyframe(attribute=['translateX', 'translateY', 'translateZ', 'rotateX', 'rotateY', 'rotateZ'])

# 在第24帧设置结束姿势
cmds.currentTime(24)
cmds.setAttr('hips_ctrl.translateY', 2)
cmds.setKeyframe(attribute=['translateX', 'translateY', 'translateZ', 'rotateX', 'rotateY', 'rotateZ'])

7.2.2 动画曲线编辑器

使用Graph Editor（Windows > Animation Editors > Graph Editor）调整动画曲线：

  • 选择关键帧：点击关键帧点
  • 调整切线：使用切线工具（Tangents菜单）
  • 曲线类型：
    • Spline：平滑曲线（默认）
    • Linear：线性（匀速运动）
    • Clamped：限制斜率（防止过冲）
    • Flat：水平切线（保持值不变）

7.3 循环动画（Looping Animation）

对于行走、跑步等循环动画：

# 创建循环动画脚本
import maya.cmds as cmds

# 假设已有1-24帧的行走周期
# 复制关键帧
cmds.copyKey(time=(1, 24))
# 粘贴到后续帧
cmds.pasteKey(time=(25, 48))
cmds.pasteKey(time=(49, 72))

7.4 动画层（Animation Layers）

对于复杂动画，使用动画层分离不同动作：

  1. Windows > Animation Editors > Trax Editor
  2. 创建新层（Layer > Create）
  3. 将不同动作（如身体移动、手臂摆动）分配到不同层
  4. 调整层权重混合

7.5 动画曲线预设

保存常用动画曲线：

# 保存动画曲线预设
import maya.cmds as cmds

# 选择动画曲线
cmds.select('hips_ctrl.translateY')
# 导出预设
cmds.exportAnimationCurve('C:/presets/bounce.anim')

7.6 动画检查清单

  • 重叠（Overlap）：身体各部分不同时到达
  • 跟随（Follow Through）：动作结束后继续运动
  • 挤压与拉伸（Squash and Stretch）：增加弹性
  • 预备动作（Anticipation）：主动作前的准备
  • 弧线运动（Arcs）：自然运动轨迹
  • 时间与节奏（Timing and Spacing）：关键帧间距决定速度

第八部分：导出与引擎集成

8.1 导出设置

8.1.1 FBX导出（通用格式）

# FBX导出脚本
import maya.cmds as cmds

# 选择要导出的对象
cmds.select('character_root', hi=True)
# 设置FBX导出选项
cmds.file('C:/exports/character.fbx', exportSelected=True, type='FBX export')
# 设置FBX选项
cmds.FBXExportSkins(v=True)
cmds.FBXExportShapes(v=True)
cmds.FBXExportConstraints(v=True)
cmds.FBXExportCameras(v=False)
cmds.FBXExportLights(v=False)
cmds.FBXExportEmbeddedTextures(v=True)

8.1.2 Alembic导出（缓存动画）

# Alembic导出
import maya.cmds as cmds

# 选择代理几何体
cmds.select('character_proxy')
# 导出动画缓存
cmds.AbcExport(j="-frameRange 1 100 -dataFormat ogawa -root character_proxy -file C:/exports/character.abc")

8.2 引擎集成最佳实践

Unity集成：

  • 确保模型为T-Pose或A-Pose
  • 骨骼命名符合Unity规范（无特殊字符）
  • 导出时选择Deformations和Skins
  • 在Unity中检查材质球和法线方向

Unreal Engine集成：

  • 使用Export for Unreal预设
  • 确保缩放单位为1（Maya单位=厘米）
  • 骨骼朝向：Z轴向上（Maya默认Y轴向上，需调整）
  • 使用FBX Import选项中的Import Bone Tracks保留动画

第九部分：实用技巧与故障排除

9.1 性能优化

  • 显示层：将参考和高模放入显示层，设为模板
  • 代理几何体：动画时使用低面数代理
  • 历史清理：Edit > Delete by Type > History（定期清理）
  • 优化场景：File > Optimize Scene Size

9.2 常见问题解决

问题1：模型变形异常

  • 原因：权重错误或骨骼旋转轴不一致
  • 解决：检查骨骼旋转轴（Display > Transform Display > Local Rotation Axes），重新绘制权重

问题2：动画曲线不流畅

  • 原因：关键帧切线类型错误
  • 解决：在Graph Editor中选择所有关键帧，Tangents > Spline

问题3：UV重叠

  • 原因：展开时未检查
  • 解决：UV > Check Overlaps，手动调整UV壳

9.3 脚本自动化

创建自定义MEL/Python工具提高效率：

# 角色绑定快速设置工具
import maya.cmds as cmds

def quick_rig():
    # 创建骨骼
    root = cmds.joint(p=(0,0,0), name='root')
    # 创建控制器
    ctrl = cmds.circle(name='main_ctrl')[0]
    # 绑定
    cmds.select('character', root)
    cmds.smoothBindSkin()
    # 父子约束
    cmds.parentConstraint(ctrl, root)
    return "Rigging Complete"

# 运行
quick_rig()

结论

Maya角色建模与动画制作是一个系统性工程，需要理论与实践的结合。从基础建模的拓扑规划，到绑定时的权重分配，再到动画的节奏把握，每个环节都直接影响最终质量。建议初学者从简单角色开始，逐步掌握每个模块的核心技能，同时善用Maya的脚本功能自动化重复工作。记住，优秀的角色作品不仅需要技术精度，更需要对解剖学、运动规律和艺术审美的深刻理解。持续练习、分析优秀作品、参与社区交流，是提升技能的最佳路径。