淺談數字模型的應用領域

蔡 勁 / 四川職業技術學院計算機科學系

淺談數字模型的應用領域

蔡 勁 / 四川職業技術學院計算機科學系

隨著以計算機為主要工具進行視覺設計和生產的一系列相關產業的形成，國際上習慣將利用計算機技術進行視覺設計和生產的領域通稱為CG。它既包括技術也包括藝術，幾乎囊括了當今電腦時代中所有的視覺藝術創作活動,三維動畫、影視特效、多媒體技術、以計算機輔助設計為主的建筑設計及工業造型設計等。目前CG動畫在工業娛樂市場中的份額逐年增長，所以在這個前提下，數字模型作為CG動畫必不可少的基石，它的應用值得進一步學習和研究。

數字模型；CG；三維動畫

1.引言

三維模型經常用三維建模工具這種專門的軟件生成，但是也可以用其它方法生成。作為點和其它信息集合的數據，三維模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。盡管通常按照虛擬的方式存在于計算機或者計算機文件中，但是在紙上描述的類似模型也可以認為是三維模型。

三維模型廣泛用任何使用三維圖形的地方。實際上，它們的應用早于個人電腦上三維圖形的流行。許多計算機游戲使用預先渲染的三維模型圖像作為sprite用于實時計算機渲染。

現在，三維模型已經用于各種不同的領域。在醫療行業使用它們制作器官的精確模型；電影行業將它們用于活動的人物、物體以及現實電影；視頻游戲產業將它們作為計算機與視頻游戲中的資源；在科學領域將它們作為化合物的精確模型；建筑業將它們用來展示提議的建筑物或者風景表現；工程界將它們用于設計新設備、交通工具、結構以及其它應用領域；在最近幾十年，地球科學領域開始構建三維地質模型。

圖1　古墓麗影游戲中的角色模型

2.什么是數字模型、CG和三維動畫

所謂數字模型，是指計算機用計算機語言，用0，1開關原理在計算機內部編寫排列出來，在計算機中顯示出來虛擬的空間圖像信息。常用計算機或者其它視頻設備進行顯示。顯示的物體可以是現實世界的實體，也可以是虛構的東西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。

CG（Computer Graphics）計算機圖形圖像學，是一種使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。如何在計算機中表示圖形圖像，以及如何利用計算機進行圖形圖像的生成、處理和顯示的相關原理與算法，構成了計算機圖形圖像學的主要研究內容。圖形圖像通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術上來看，圖形圖像主要分為兩類，一類是由線條組成的圖形，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是類似于照片的明暗圖(Shading)，也就是通常所說的真實感圖像。計算機圖形學圖像的研究內容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法，以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現實等。

三維動畫又稱3D動畫，隨著計算機軟硬件技術的發展而產生的一新興技術。三維動畫軟件在計算機中首先建立一個虛擬的世界，設計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現的對象的形狀尺寸建立模型以及場景，再根據要求設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其它動畫參數，最后按要求為模型賦上特定的材質，并打上燈光。當這一切完成后就可以讓計算機自動運算，生成最后的畫面。

3.數字模型在不同風格CG動畫中具體的應用

3.1數字模型在CG影視動畫中的具體應用

在電影、電視廣告、動漫產業上都有很好的應用。在受制于人力物力的局限性下，有些場景很難實現，例如張藝謀的《英雄》中那萬箭齊發的場景，04年上映的《后天》中城市中被海水淹沒這樣浩大的場景，這些實現起來都非常困難。CG動畫的運用均可稱為畫龍點睛的神來之筆，沒有這些CG動畫的加入，如何能展現這浩大的場景。還有些許場景，根本無法現實。無論是流星撞擊地球場面，還是追溯到恐龍時代的場景，還有遙遠的未來時空。這些種種在現實無法實現。電影應該是影片的想象空間非常廣闊，為觀眾描繪出了神奇的世界。

3.2數字模型在CG游戲動畫中的具體應用

游戲中角色動畫中，在數字模型構建上多采用模擬建模中的多邊形建模，因為在游戲開發和應用中，受限于游戲引擎和帶寬的限制，也是為了保障游戲畫面流暢。在游戲產業中運用數字模型的就豐富多了，現在的3D游戲，都是在數字模型為基礎，建立起來的。

3.3數字模型在CG插畫創作中的具體應用

數字模型在構建的三維模型上，建立的立體感，轉化為二維平面的視覺創作，在創作立體感的插畫視覺這個方面更突出。

3.4數字模型在醫療、教育、軍事中的具體應用

隨著3D打印機的發展，可以將原本只能在電腦中實現的三維模型，打印成為實實在在的可以觸摸到的三維模型，這一重大實現將可以大大的節約經濟成本和人力成本等等，設計師可以在電腦中建立好數字模型，然后將其打印出來，作為樣品，進行一系列的科學實驗，在醫療和軍事中，可以首先打印樣品，在真真的生產之前，就可以試驗是否可以實際應用。在教育中，可以使其成為實實在在的課件，讓教育更加立體化。

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