基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究

沈陽工程學院 田 豐

基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究

沈陽工程學院 田 豐

三維動畫技術和虛擬現實技術在近幾年的發展速度非常的快，二者的基礎都是三維圖形技術，都是通過計算機來實現的。本文結合了對三維動畫技術和虛擬現實技術的介紹來對三維動畫和虛擬現實技術之間的聯系進行了分析。

三維動畫；虛擬現實；計算機圖形

1 引言

我們存在于一個由三維物體所組成的世界中，生活中我們接觸到的大多數物體都是處于一個三維狀態，三維動畫技術與虛擬現實技術在三維圖形技術基礎上的出現與發展，讓我們的世界更加豐富多彩。設計者能夠通過動畫技術來最大限度地運用自己所具有的想象力，用數字的形式進行創作，與此相對而言，虛擬現實技術實質上是建立在三維圖形技術的基礎上，利用主體視覺技術，多媒體技術，傳感技術等技術手段去構成一個虛擬的世界。本文對三維動畫技術和虛擬現實技術進行了介紹，并分析了它們兩者之間的關系。

2 三維動畫技術

生活給予我們最直接的呈現方式是一幅一幅不同的畫面與圖像，往往停留在我們記憶中的事情也是一幅一幅不同的畫面與圖像，故此圖像是我們生存環境中最直接以及最自然的表達方法。三維動畫技術是指利用繪圖程序將一幅幅的景物畫面呈現出來，后一幀畫面相比前一幀畫面有了部分修改。該技術中下一幀的圖像并不是簡單的輸入就可以完成的，需要通過計算機對三維數據進行計算，從而生成圖像。通過運用這個技術，就可以將角色和場景的原始數據在計算機中建立起來，然后計算機再對角色和場景的運動軌跡和動作進行設置。在生成動畫之后，可以添加攝影機和燈光在場景中，還可以賦予對應的材質給角色和場景。計算機是完成所有三維動畫技術的根本，所有數據的處理都要經過計算機才能完成，可以制作數字化角色的動畫，并通過不同的媒體呈現出來，甚至可以通過最新的技術結合到實拍的鏡頭當中。綜上所述，得知運動是三維動畫的主要核心，通過不同角色和場景的運動創造出一個虛擬的世界，一切都是利用計算機來完成的。

3 虛擬現實技術

虛擬現實技術就是一種對虛擬世界進行創造以及體驗的計算機系統。跟三維動畫一樣，都是通過計算機生成想象中的世界。具體來說，就是運用計算機，通過三維動畫等技術產生身臨其境的視覺、聽覺甚至是觸覺體驗的虛擬環境，用戶可以在這個環境當中切身的體驗和感受這個世界中的內容，實現用戶和環境的交互。這個系統的實現涉及到很多方面，有計算機圖形學、多傳感器、圖像處理與模式識別、語音處理以及網絡技術等等，能夠讓用戶產生身臨其境的感覺，仿佛處身在一個真實的世界當中，可以實時地對虛擬環境中的物體進行操作，并可以在虛擬世界中自由行走。

虛擬現實技術最基本的特征是交互性、構想性以及沉浸感，在這些年的不斷發展過程當中都是以這幾點作為基本原則來進行的，在虛擬環境中人自由的與可操作對象進行的交流和溝通，進而達到自己預想的目標，可稱之為交互性；構想性與多媒體技術以及計算機可視化技術截然不同，其具體形容是指能讓人完全沉浸于虛擬環境當中，且能真切的感受到虛擬環境當中的內容，此內容是依據不同的虛擬環境而有所改變；沉浸感是指人進入虛擬環境中的時候，有進入一個真實世界的感覺，一切仿佛都是真實的，能夠讓人的思維的創造性和發散性得到有效的加強。在這幾年，虛擬現實技術發展飛快，目前研究較為領先的是英國和美國，我國也在大力發展虛擬現實技術。

4 三維動畫技術與虛擬現實技術的關系

三維動畫技術和虛擬現實技術的基礎都是三維圖形技術，三維動畫技術將計算機科學，數學，物理，藝術與其他學科結合起來綜合利用，再以計算機技術來生成多種連續性的虛擬化的真實畫面，是一項由藝術與計算機圖形的組成的技術。其動畫作品在被用戶使用的交互性上具有記到的局限性，經過技術加工剪輯所呈現的動畫作品一旦形成后就成了用戶只能對其直接觀看的最終產品，不能改變其中的內容，不能和動畫產生交互。

而虛擬現實技術就很好地解決了這個問題，虛擬現實的特點是臨場感、交互性和真實感。早期，用戶可以通過手柄等操作方式控制自己在虛擬世界中的移動，而現在，虛擬世界甚至可以直接感受用戶的腳步，用戶只需要在特定的儀器上行走就可以在虛擬世界中移動，并通過手勢等操作對虛擬世界中的物體進行控制和操作，用戶的圖像也是實時的，正是這種操作和圖像的實時性讓人和虛擬世界具有了交互。虛擬現實既可以用于建筑設計結構和園林設計的交互瀏覽，讓用戶自己塑造自己想要的環境，也可以讓自己置身在虛擬世界當中玩游戲，享受切身的游戲體驗。用戶在虛擬世界中具有絕對的行動自由權，可依據自身喜歡和需求選擇體驗不同的項目。虛擬現實產品所具有觀看不受觀察角度與時間等限制，都可以由用戶根據自身需求創造屬于自己的瀏覽路線以及瀏覽內容。

三維動畫技術和虛擬現實技術之間是相互聯系的，如果要建立一個虛擬的校園系統，第一步就是利用三維動畫技術進行建模。在空間中，實體的對象一般包括建筑、地形、綠地、樹木和道路等等，這些實體需要通過專用的三維建模軟件或者編寫程序來進行創建。編寫程序的方法就是通過程序，利用圖形繪制函數來對三維空間的坐標進行計算，再根據計算出來的數據來建立模型，因為三維物體的坐標相對復雜，很難確定模型的坐標數據，因此現在絕大多數的人都選擇使用已經比較成熟的三維建模軟件來進行模型的創建工作，如3DSMAX和MAYA等等。創建虛擬場景不同于創建三維動畫技術的場景，需要考慮其交互性和實時性。同時，考慮到節省計算機資源，在一些比較復雜的細節處可以使用貼圖來處理，并不會對模型的真實性造成很大影響。因此，三維動畫技術和虛擬現實技術是相互聯系的，虛擬現實技術需要利用三維動畫技術來進行場景的建模等工作，二者聯系緊密。

5 結言

隨著虛擬現實技術的不斷發展，現在的虛擬世界已經變得越來越逼真，廣大用戶也應用得越來越普遍。設計師的想法能夠通過虛擬現實技術來進行實現，并且擁有者較強的交互性和實時性。也因為虛擬世界的多種多樣，能夠讓人們體驗到不同的世界。虛擬現實技術的技術是動畫技術，因此，虛擬現實技術的發展同樣也推動了動畫技術的不斷發展。目前，在社會的各行各業當中已經廣泛地應用了虛擬現實技術，在之后會變得越來越普遍。

[1]王煒,包衛東．虛擬仿真系統導論[M]．長沙:國防大學出版社,2007．

[2]吳會松．虛擬現實在教育教學中的應用[J]．中國教育技術裝備,2008(14)．

[3]李長山,劉曉明,朱麗萍,李冰．虛擬現實技術及其應用[M]．北京:石油工業出版社,2006．

田豐（1978—），沈陽工程學院信息學院講師，研究方向：數字媒體技術與藝術。