基于三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的理論研究

尚冠衛(wèi)

【摘 要】在平面的二維系中加入一個方向向量就構(gòu)成了三維，三維即可確定一個空間位置，基于此的三維技術(shù)就可以借助計算機技術(shù)根據(jù)無數(shù)點的空間位置在電腦軟件中集合構(gòu)成一個立體的存在，將三維技術(shù)運用到動漫發(fā)展中就產(chǎn)生了三維動畫。隨著現(xiàn)代信息科技的不斷發(fā)展，為更好地對計算機生成的虛擬景象進行體驗，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應運而生。本文主要是基于三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的理論研究，同時對兩者之間的關(guān)系做進一步的探討分析。

【關(guān)鍵詞】三維動畫；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；理論研究

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2017）20-0135-02

三維動畫和虛擬現(xiàn)實技術(shù)都是在計算機軟件開發(fā)、硬件不斷創(chuàng)新突破的基礎上而產(chǎn)生的新興技術(shù)，在國內(nèi)外都得到高度重視，歐美、日本等國家在理論建設、軟件開發(fā)包括基本理念等方面都領(lǐng)先很多。三維圖形技術(shù)是三維動畫和虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的基本技術(shù)手段，兩者是在三維圖形技術(shù)基礎上發(fā)展起來的具有不同特點的計算機先進技術(shù)；三維動畫技術(shù)以虛擬仿真為特點，虛擬現(xiàn)實技術(shù)更強調(diào)的是人與虛擬圖像之間的交互體驗，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在三維動畫基礎上進一步發(fā)展起來的現(xiàn)代高科技技術(shù)，兩者之間既有各自的技術(shù)特點和應用領(lǐng)域，又相互作用、相互推進。

一、三維動畫研究

計算機圖形技術(shù)和二維動畫技術(shù)是對三維動畫進行理論研究的兩個有效著力點，一方面，三維動畫是將計算機圖形技術(shù)引進到動畫創(chuàng)作、動漫發(fā)展的重要實踐成果；另一方面，三維動畫是在二維動畫的基礎上進一步發(fā)展，從平面性畫面升級為立體性的形象。

計算機圖形技術(shù)是基于計算機進行圖像的繪制、生成、表現(xiàn)的技術(shù)，“以物體在計算機中的模型為依據(jù)，通過計算機的處理產(chǎn)生物體真實或想象的圖形”[1]，既包括圖形的創(chuàng)作又要對其進行展示；另外，不同于傳統(tǒng)的圖形技術(shù)，計算機技術(shù)以數(shù)據(jù)為表現(xiàn)形式，是虛擬的電子信息。三維動畫是計算機圖形技術(shù)的重要應用領(lǐng)域，WAVEFRONT、3DSMAX、LIGHTWAVE3D、SOFTIMAGE等都是在計算機圖形技術(shù)基礎上發(fā)展起來的三維動畫制作軟件，通過造型、動畫、繪圖和著色輸出等步驟完成三維動畫的創(chuàng)作。動畫經(jīng)歷了從二維到三維的發(fā)展過程，在表現(xiàn)形式上經(jīng)歷了一個將圖像由靜止發(fā)展為運動、由平面發(fā)展為立體的轉(zhuǎn)變過程，在創(chuàng)作手段上由傳統(tǒng)的紙質(zhì)書畫發(fā)展為計算機數(shù)字編制。計算機圖形技術(shù)變革了二維動畫的創(chuàng)作理念和創(chuàng)作方式，借助計算機軟硬件的不斷更新發(fā)展為三維動畫的發(fā)展提供了堅實的技術(shù)保障和技術(shù)支撐。

進行三維動畫制作的第一步是進行三維建模，即通過三維造型軟件在計算機的虛擬三維空間中設計好對象的形狀、位置等；第二步動畫，將已建好的圖像按一定順序呈現(xiàn)出來形成連續(xù)的畫面展示，可以通過旋轉(zhuǎn)、變色、錯切、鏡像等多種變換形式來實現(xiàn)動畫的效果；第三步繪圖，“動畫的重點是非交互的美學和視覺效果，繪圖包括貼圖和光線控制等，目的是保證制作的動畫逼真”[2]；最后一步是著色輸出，后期合成涵蓋音效、三維動態(tài)、靜態(tài)等多種合成，形成成品。

三維動畫的應用領(lǐng)域非常廣泛，其應用到動漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展中是我們最為熟悉、發(fā)展勢頭最為強勁的模式之一。三維動畫應用到動漫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中不僅拉動了大批量的資金投入，而且對動漫產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更新和發(fā)展起到了決定性作用。同時，隨著科學技術(shù)不斷投入生產(chǎn)、實踐，三維動畫在醫(yī)學、教育、軍事等多個領(lǐng)域都有長足的發(fā)展，影響著日常生活和社會生產(chǎn)進步的方方面面。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門綜合性的計算機技術(shù)，其融合了計算機圖形、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)等多種科學技術(shù)，“利用計算機生成一種模擬環(huán)境（如飛機駕駛艙、操作現(xiàn)場等），通過多種傳感設備使用戶‘投入到該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行自然交互的技術(shù)”[3]，包括對虛擬環(huán)境的創(chuàng)建及體驗虛擬環(huán)境等多個技術(shù)環(huán)節(jié)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是基于計算機綜合技術(shù)發(fā)展起來的人與機器進行互動、對話的技術(shù)，主要包括對環(huán)境的模擬創(chuàng)造、用戶的感知體驗等。對環(huán)境的模擬創(chuàng)造由計算機來完成，要求是逼真的、生動的而且是實時動態(tài)的，既要滿足人體生理學、心理學等相關(guān)規(guī)律，而且要以人的真實體驗感受為前提去用技術(shù)完成虛擬環(huán)境的創(chuàng)制。虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的用戶感知體驗是全方位的，涉及人類的聽覺、觸覺、嗅覺等各種感官作用，致力于實現(xiàn)虛擬環(huán)境中的難分真假的充分的、真切的體驗。虛擬環(huán)境進行仿真體驗只是虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的第一步，其更高的旨趣在于人與機器的互動，在進行模擬環(huán)境的體驗的同時，人的感官、動作等能夠通過傳感器技術(shù)、立體顯示技術(shù)等再反饋給計算機，計算機根據(jù)已有的程序等再進行數(shù)據(jù)的輸出，從而形成人與機器之間的互動。

以人與機器的交互體驗為重點的虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅改變了傳統(tǒng)的人與機器進行信息交換的方式和手段，而且極大地拓寬了人類進行技術(shù)研究、科學創(chuàng)新的思維和理念。人類與機器的傳統(tǒng)互動方式是通過鼠標、鍵盤機其他一些操作設備設施來實現(xiàn)的，側(cè)重的是人對機器已有信息或機器狀態(tài)的一個調(diào)控，人機之間的互動沒有真正發(fā)生。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人機互動正朝著智能化方向發(fā)展，全息投影技術(shù)是近幾年來發(fā)展得比較火的人機互動典型，將真實的現(xiàn)實存在與虛擬的現(xiàn)實存在集中到一個空間內(nèi)；全息投影技術(shù)利用干涉和衍射原理記錄，再現(xiàn)現(xiàn)實中真實存在的三維圖像，不僅能夠產(chǎn)生虛擬的立體的景象，而且虛擬景象與現(xiàn)實的真實物體能夠有機互動并呈現(xiàn)出來。

三、三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

計算機圖形技術(shù)是三維動畫和虛擬現(xiàn)實發(fā)展的理論基礎和技術(shù)支持，兩者在技術(shù)手段上同屬一支，在一些技術(shù)手段和技術(shù)處理上具有共性。三維動畫是虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的基礎，虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要利用三維動畫技術(shù)在初始階段對所要構(gòu)建的場景和對象進行描繪、加工。三維動畫最大的特點是虛擬仿真性，即將表現(xiàn)的重點放在對場景和對象的再現(xiàn)上，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)強調(diào)人機之間的實時交互性，需要實現(xiàn)的是人與機器之間的共振。三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)既有各自的特點、相互區(qū)別，又有著共同的理論基礎與發(fā)展旨趣，兩者是相互聯(lián)系、相互作用的。endprint

“沉浸感”是現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)的典型特點之一，指人能夠完全沉浸到計算機虛擬、構(gòu)造出來的情境中去，“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(chuàng)造性和發(fā)散性得到有效加強”[4]。在利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行場景設置、虛擬體驗時，需要利用三維動畫進行建模，通過三維動畫技術(shù)將計算機技術(shù)與要表現(xiàn)的某一領(lǐng)域有機結(jié)合起來進行綜合利用，經(jīng)過技術(shù)加工后能呈現(xiàn)出逼真的模擬場景和對象；然后，要通過傳感技術(shù)、仿真技術(shù)、人機互動技術(shù)等將人的特殊需求通過技術(shù)處理傳遞給計算機，這時要求三維動畫本身是連續(xù)性的、實時性的，真正實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互體驗，人能夠主動地參與到場景中并對其環(huán)境、對象等進行干預、改變，實現(xiàn)自由的交流和溝通。

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越多地被有機結(jié)合起來用于多個領(lǐng)域，既有效發(fā)揮了三維動畫技術(shù)再現(xiàn)、仿真的優(yōu)勢，又充分融合進了人的體驗，尤其是在體驗性服務消費中得到了很好的開發(fā)利用。將三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行充分融合，運用到現(xiàn)代房產(chǎn)銷售中就取得了顯著效果，利用三維動畫技術(shù)構(gòu)建出仿真的虛擬樣板房，客戶通過相關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段對線上樣板房進行實時體驗，為保證體驗效果，當三維動畫與虛擬現(xiàn)實在模型建立有所沖突時，從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實時性需求出發(fā)，滿足虛擬現(xiàn)實對場景的需求，“常用一些簡單的框架來代替復雜模型，但為了保證建模具有一定的真實性，可采用貼圖的方式來彌補視覺上的不足”[5]。線上樣板房模式既能保證客戶對房屋建筑的功能、使用的充分感知，極大地節(jié)約了建筑成本和資金投入，而且客戶在體驗過程中能夠根據(jù)各自不同的需求進行實時干預、體驗不同的服務，使得售樓服務更加個性化、人性化。

以計算機圖形技術(shù)為基礎的三維動畫直接推動了我國動漫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，雖然國產(chǎn)三維動畫的整體水平較之歐美等先進國家還有很大差距，但在三維動畫的創(chuàng)意、制作等方面在近年來都有了質(zhì)的飛躍，在動漫市場中的份額和影響力在不斷提升。遵循三維動畫虛擬仿真的思維路線發(fā)展起來的虛擬現(xiàn)實技術(shù)更多的關(guān)注人的體驗，著眼于人機互動，在現(xiàn)實生產(chǎn)、生活的多領(lǐng)域都得以廣泛利用，改變了傳統(tǒng)社會機器的冰冷面目，實現(xiàn)了人與物之間的互通。科學技術(shù)在推動生產(chǎn)力發(fā)展、提升生活品質(zhì)的同時也帶來了一定的挑戰(zhàn)，在用技術(shù)推進三維動畫與虛擬現(xiàn)實不斷創(chuàng)新、升級的同時，也要充分關(guān)注技術(shù)變革帶來的道德倫理、人文關(guān)懷等問題，真正實現(xiàn)“科技讓生活更美好”的旨意，用技術(shù)升級體驗、用科技裝點生活。

參考文獻：

[1]何巖.淺析計算機圖形技術(shù)及其應用系統(tǒng)[J].消費電子，2013（8）：100.

[2]高立偉.淺析三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].中國傳媒科技，2017，（01）：121-122.

[3]李敏，韓豐.虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜述[J].軟件導刊，2010，09（6）：142-144.

[4]田豐.基于三維動畫與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的理論研究[J].電子世界，2015（15）：148-149.

[5]夏蕾.虛擬現(xiàn)實技術(shù)與三維設計技術(shù)[J].電子制作，2015，（11）：98.endprint