淺析3D打印在三維動畫造型設計中的應用

摘要：3D打印技術，對于三維動畫造型設計而言，實現了藝術與技術的有機結合。基于此，本文就主要以3D打印技術為切入點，對這一技術在三維動畫造型設計方面的應用進行分析，探討動畫產品生產制造環節中，3D打印技術在制造速度、成本和設計等方面的優勢，并對3D打印技術在數字模型與實物模型的轉化應用進行研究。

關鍵詞：3D打印；三維動畫；造型設計；應用方式

前言：

3D打印技術是近年來興起的一種快速打印技術，這種技術主要以建立數字化的模型為基礎，然后結合激光燒結和熔融沉積等技術，來實現對小批量產品的快速制造，有效地減少了對成本的使用。因3D技術的這種優勢契合了動畫領域的應用需求，因此，被應用在三維動畫造型設計中，滿足了模型制造的需求。

一、3D打印技術在造型設計中的優勢

3D打印技術的發展，改變了傳統制造產品制造的方式，極大地提高了產品生產制造的速度，同時也降低了生產制造需要的成本，這對經常需要進行造型設計的三維動畫領域而言，可以在很大程度上滿足其對制造技術的應用需求，與傳統的造型設計方式相比，有著良好的應用優勢，具體來說，主要體現五個方面：

第一，使用3D打印技術進行三維動畫造型設計，可以極大地提高設計的速度，縮短開發周期，忽略了以往復雜的產品設計、制造流程，直接通過數字模型形式和相應的技術，將造型轉化為實體，并且還縮短了動畫實驗產品的實驗和反饋周期，提高了在單位時間內產品的生產率。

第二，降低了對成本的使用。應用3D打印技術制造三維動畫模型，無需使用昂貴的生產線，也不用進行復雜的生產流程，就可以將造型轉化為實體形式，減少了對生產成本的使用。

第三，3D打印技術的使用可以實現三維動畫產品設計和制造的高度化定制。由于在使用這一技術時，可以免除對流水線和模具等物品的使用，這就降低了在這方面的資金投入，減少了對成本的使用。由此可見，這一技術適用于小規模的批量定制化生產[1]。

第四，使用3D打印技術，可以實現三維動畫產品的高度自由化設計，并且可以將多種不同材料和復雜化造型異常定制成型，省去了以往復雜的零件裝配程序，降低了過于復雜造型對產品設計和制造的限制，提高了三維動畫產品自由化設計和制作。

第五，利用3D打印技術，可以有效實現對實物形象的數字虛擬化傳輸、分享以及再次開發設計，利用信息技術和網絡手段，滿足了人們對三維動畫產品的就近生產以及按需制造。

二、3D打印在三維動畫造型設計中的應用

（一）數字-實物-數字模式轉換應用

一般來說，在三維動畫造型設計和產品制造過程中，數字模型和實物模型的轉換順序并不固定，產品項目設計制作環節，往往包含多種形式，常見的有以下幾種：第一，美術造型設計-數字模型構建-3D打印-造型修改-產品掃描監測-三維動畫模型確定。第二，常規造型塑造-3D造型掃描-虛擬數學雕刻-三維動畫產品定型。第三，虛擬造型雕刻-3D造型打印-造型手動修改-3D掃描-數字化虛擬造型雕刻。而在3D打印技術應用過程中，可以將這些動畫產品流程并行與三維動畫制作流程一側，先打印出3D實物模型，以此作為參照物，然后在此基礎上，對動畫模型進行適當的手動修改，在利用3D掃描技術對修改后的模型進行掃描，并將其以數字形式傳輸到制作流程中。這一環節可以多次反復進行，并且可以貫穿于整個生產流程。

（二）將數字模型轉化到實物模型

3D打印技術在使用過程中，主要是以數字模型文件作為基礎，然后在實物模型轉化過程中，使用塑料、光敏材料等具有可粘性的材料，利用逐層打印的方式，實現了物體造型的構造，整個模型制作流程與以往的流程相比，既簡化的程序，又減少了對物料的浪費。而在三維動畫的數字模型轉化為實物模型過程中，主要使用的工藝有兩種：一種是，熔融沉積工藝。在打印制作模型師時，通常是將絲狀的ABS塑料、尼龍繩和玉米淀粉等熱塑性材料，以連續的方式推進到金屬電熱噴頭中，然后加熱并將其擠出來，在此過程中，三軸電動懸架驅動會沿著三維模型的橫截面運動變化，而加熱材料會在噴頭離開后迅速遇冷凝固，在單層橫截面打印結束后，噴頭等工具就會遠離模型，直到全部打印結束。另一種是光固化工藝技術。這種技術與噴墨打印機的工作原理存在很大的相似之處，在工作中通過將液態材料噴涂在模型托盤上，并利用紫外線進行照射，使涂料瞬間凝固出實體。打印環節中，模型托盤與噴頭之間承三軸相對運動狀態，打印出的模型精度極高，但也加大了材料的成本[2]。

（三）實物模型到數字模型的轉化應用

使用3D技術對三維動畫模型信息進行觀測、激勵、分析和處理，可以將實物模型一數字化的形式存儲到計算機虛擬空間中，這樣就實現了對實物模型的數字化轉變。而在轉換過程中，常見的掃描方式主要包含兩種：第一，非接觸式的主動掃描。日常生活中常使用的掃描儀，一般都是借助飛行時間測距法和三角測量法來實現的。其中，基于三角測量法掃描設備，常見的使用工具是手持3D激光掃描儀，利用掃描設備將激光光源，以光點的形式發射到模型上，并使用攝像工具對光點的位置進行偵測。這種情況下，掃描設備的激光光源、光點和攝像機就會構成三角形，在三角形中可以有效的計算出模型與攝像機間的距離，進而得出相應的數據，并被傳輸到計算機設備中，實現了對實物模型的數字化轉變。第二，非接觸式被動掃描。這種掃描方式是在三角測量和軍事遙感測繪基礎上發展而來的，在具體的使用過程中，可以通過對模型體多角度反射的可見光圖進行記錄，并借助專業化的計算機軟件進行像素匹配分析，實現點云拼接，最終獲得正確的3D數字模型。

結論：

隨著網絡技術的完善，3D打印技術已經在很多領域中獲得了有效的應用，既提高了模型產品制作的速度，又在一定程度上降低了生產的成本。對三維動畫產品造型設計領域而言，3D打印技術的開發與使用，改變了以往產品模型制造的方式，優化了制造效果，同時進一步實現了數字模型和實物模型的快速轉換。

參考文獻：

[1]洪達未.淺析3D打印在三維動畫造型設計中的應用[J].計算機產品與流通，2018（11）：91+94.

[2]鄒安，侯俏雯，張鵬.3D打印技術在偶動畫造型設計與制作的應用研究[J].藝術科技，2016，29（9）：53.

作者簡介：韓振嶧（1997.10）男，籍貫：內蒙古，民族：漢，學歷：本科，研究方向：動畫中的3維畫面研究與表現；

通訊作者：陳光宇（1981.10）男，籍貫：遼寧沈陽，民族：漢，學歷：研究生，職稱：講師；研究方向：動畫。