三維動畫與計算機(jī)圖形圖像理論研究

張明君

摘要：近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)方面的飛速發(fā)展，帶動了各行各業(yè)技術(shù)水平的提高，而計算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展近些年是人們有目共睹的。3D動畫技術(shù)是隨著近些年我國計算機(jī)水平技術(shù)發(fā)展而衍生出的一項(xiàng)計算機(jī)繪圖技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以結(jié)合計算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像的處理和運(yùn)算。本文中，作者結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，對計算機(jī)的圖像理論和成像原理進(jìn)行了簡要的分析，并提出了相關(guān)的改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：三維動畫;計算機(jī)圖形;理論研究

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0055-02

隨著我國計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近些年突飛猛進(jìn)的發(fā)展，三維動畫的制作水平也不斷提高。在各個領(lǐng)域中，三維動畫被廣泛用于電影電視劇和廣告動畫片等特效的制作。三維動畫從原理上來講，是計算機(jī)制作技術(shù)衍生出的一種立體動態(tài)的圖像，—般電影和動畫的畫面刷新率為24幀每秒，具體內(nèi)容主要是模仿現(xiàn)實(shí)生活場景或者現(xiàn)實(shí)中人類的一系列表情動作。通過三維動畫制作的動畫表情十分逼真，可以隨著現(xiàn)實(shí)世界中環(huán)境的轉(zhuǎn)變而發(fā)生變化。隨著我國政策的扶持和技術(shù)水平的發(fā)展。三維動畫技術(shù)操作的關(guān)鍵點(diǎn)，是利用計算機(jī)結(jié)合3D動畫可以更好地實(shí)現(xiàn)AR的虛擬畫面，并以此服務(wù)于更多領(lǐng)域。此外，三維動畫可以在教學(xué)過程中不斷更新教學(xué)體系，融入最新的計算機(jī)教學(xué)理論，使學(xué)生能夠更好的接受到最新的三維動畫制作知識，為日后的工作產(chǎn)生一定的幫助，積累相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。

1三維動畫的成象原理

三維動畫是通過計算機(jī)軟件進(jìn)行圖形和圖像整合處理技術(shù)，這種技術(shù)借助于計算機(jī)的變成系統(tǒng)和動畫軟件，在組合后生成一系列的景物和畫面，在目前使用前一幀的部分來進(jìn)行，后一幀的修改計算機(jī)動畫是通過采取圖像動態(tài)，結(jié)合聲音的方式產(chǎn)生整體效果。即一段三維動畫有多個動態(tài)，由多個靜態(tài)的圖像所組成，將靜態(tài)的圖片進(jìn)行一定速度的播放，設(shè)置計算機(jī)圖像軟件中的—個分支點(diǎn)將同一個圖像進(jìn)行位移改變了點(diǎn)的位置，這樣既能保持原有動畫不發(fā)生形變，也能保證下一個畫面與上一個畫面的完美結(jié)合，形成有機(jī)的動態(tài)。在計算機(jī)三維程序中，要使畫面做得更加立體和真實(shí)，就要使物體的正面背面?zhèn)让嬲w三維空間的視覺看出不同角度的立體內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的計算機(jī)語言種類也較多，一般分為線性語言、通用語言和圖形語言三種。

2三維動畫的制作原理

就三維動畫的制作原理來看，這種軟件主要是依托時間差的概念，運(yùn)用計算機(jī)軟件在三維動畫中通過幀這一單位來計算動畫的播放速度和播放時間。通常來說，每一幀就是一個靜止的二維畫面，通過不同的幀進(jìn)行連續(xù)的播放，形成動態(tài)的動畫效果幀數(shù)的概念，就是說在每一秒單位中所傳數(shù)的圖片數(shù)量就是幀數(shù)。同樣，也可以將幀數(shù)理解為圖形的處理器，每秒刷新的次數(shù)也可以成為幀數(shù)。對于某一個時間點(diǎn)到另一個時間點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，稱為三維動畫中的關(guān)鍵幀，而前、后關(guān)鍵要完全呈現(xiàn)出兩種不同的動態(tài)情況，中間動態(tài)和變化動態(tài)都可以通過三維軟件來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。此外，還有一種三維動畫設(shè)計的方法，利用線條樣式的驅(qū)動動畫，結(jié)合物體的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行素材資源的整合編輯，除了三維動畫之外，其它的動畫設(shè)計原理也往往是這兩種技術(shù)組成的。

3技術(shù)問題和改進(jìn)方法

就三維動畫的組成原理來說，它是由單個或多個二維的動畫進(jìn)行多角度拼接而組成的，它的設(shè)計可以進(jìn)行涉及任何場場合的任何物體，可以對動畫中的人物和角色對現(xiàn)實(shí)的物品進(jìn)行仿真和模擬。同時，三維動畫可以結(jié)合計算機(jī)建模的數(shù)學(xué)圖形理論，使制作出的動畫更具有真實(shí)感立體感。利用三維動畫的制作方式，可以針對動畫角色中的不同對象進(jìn)行制作，同時集合在某一個關(guān)鍵幀進(jìn)行更好的人物動態(tài)處理。隨著時間的變化，關(guān)鍵幀也會發(fā)生各種位移變化。

3.1關(guān)鍵幀動畫的制作

三維動畫的關(guān)鍵幀是由傳統(tǒng)的動畫制作技術(shù)之上演變而成的，動畫的每一幀、每一段都由連續(xù)動畫或一個靜止的畫面所組成，這種制作方式比較普及和簡單，不需要對每一幀進(jìn)行逐個的繪制和更改，只需要選取靜止幀的幾個重要點(diǎn)進(jìn)行描繪即可。一般來說，關(guān)鍵幀會通過畫面中的動作變化進(jìn)行選取，在變化的瞬間作為真的轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行修改，修改后確定為關(guān)鍵幀。在關(guān)鍵幀制作完成后，對中間幀再進(jìn)行細(xì)化的描繪，使二者相有機(jī)的結(jié)合到一起，就完成了部分三維動畫的生產(chǎn)和制作。

隨著目前計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，動畫技術(shù)也隨之出現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新。為了實(shí)現(xiàn)各種條件下的插值算法，當(dāng)今在三維動畫中采取了很多的新型數(shù)學(xué)公式，來更好的計算出3D模型的速度以及不連續(xù)l生的特點(diǎn)和動畫路徑。這樣，可以更好的完成3D動畫的制作，通過對插值和函數(shù)的調(diào)整，更好地改變物體的運(yùn)動速度和運(yùn)動軌跡。總的來說，這種關(guān)鍵幀的設(shè)計主要是通過數(shù)學(xué)中的函數(shù)變化來控制軟件的模型，使動畫做得更加逼真。

3.2變形動畫的制作

變形動畫是在動畫中的一種高級技術(shù)，它通過對動畫中的人物和其它物體進(jìn)行變形而形成更好的視覺沖擊力，這一技術(shù)在二維動畫中是基于圖像MRPH的技術(shù)為基礎(chǔ)產(chǎn)生的。在這種動畫軟件中，其本身的插值產(chǎn)生變形為WRP，要實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)，就要對圖形進(jìn)行特殊的定義而進(jìn)行單一的操作，通過點(diǎn)或者矢量結(jié)構(gòu)之間的距離和架構(gòu)來分析圖像的路徑和結(jié)構(gòu)。在三維的動畫制作過程中，一般也分為兩大類：一是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變形，這種制作通過M}{PH進(jìn)行變形來改變兩個物體問三維模式的對應(yīng)關(guān)系和差值，同時融人物體特征的結(jié)構(gòu);二是進(jìn)行自由格式的轉(zhuǎn)換和變形。這種變形主要是插入了WRP 3D模型的使用功能，使三維的物體發(fā)生形變時能夠進(jìn)行形變自由的切換或放射轉(zhuǎn)變，一旦在物體將要發(fā)生形變時，可以直接改變物體的函數(shù)參數(shù)。

3.3人體動畫的制作

人體動畫的模式是三維動畫制作中最吸引人，也是難度最高的技術(shù)手法。在早期的計算機(jī)繪圖中，由于軟件的技術(shù)水平不夠，所以對人的外形控制技術(shù)較差。隨著動畫水平和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種3D人物的制作已經(jīng)成為了人體動畫設(shè)計中的關(guān)鍵要素，他需要根據(jù)每個人的輪廓骨骼肌肉關(guān)節(jié)體型等不同點(diǎn)在設(shè)計中注意每一個元素，此外在集合模型中也要還原出人的動態(tài)真實(shí)性。當(dāng)今，在我國國內(nèi)的一些3D動畫電影中，對人體動畫的制作往往是簡單的外形模仿，利用旋轉(zhuǎn)的復(fù)制法，通過3D旋磨的模式，使感受器對于人的真實(shí)運(yùn)動軌跡進(jìn)行記錄和復(fù)制，可以在動畫中產(chǎn)生出模擬人體的真實(shí)運(yùn)動狀態(tài)。

3.4物理建模方法

物理特性的建模，是根據(jù)幾何模型中的物理特點(diǎn)，通過數(shù)學(xué)函數(shù)的引進(jìn)進(jìn)行數(shù)值計算，在對物體的模仿過程中，不同的物體會產(chǎn)生不同的運(yùn)動路徑和自身的屬性。通過物理特性的介入，可以使物體本身的物理參量和幾何運(yùn)動模式進(jìn)行結(jié)合，更好的顯示出物理參量和其他參量之間的關(guān)系，對于3D動畫的整體制作效果有很大的提高和幫助。

3.5位移動畫操作

位移動動畫技術(shù)是三維動畫制作過程中的一個較為普遍的使用方式，這一方式要求有兩個或者兩個以上的關(guān)鍵幀組成的圖形，通過延長幀和色彩的調(diào)整，在物體表面設(shè)置一個為一的向量，在保持物體的結(jié)構(gòu)前提之下形成相應(yīng)的動畫;同時，通過這種技術(shù)也可以制作出火焰冰雹雨水等一系列的自然景觀。

4結(jié)語

在我國的十三五規(guī)劃中，已經(jīng)將動畫產(chǎn)業(yè)歹0位了我國的朝陽產(chǎn)業(yè)，并在政策上予以了大力的扶持。而隨著我國計算機(jī)技術(shù)和動畫制作技術(shù)的發(fā)展，也制作出了一些水平較高廣受好評的影視作品。在實(shí)際的學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中，教師應(yīng)該充分融入到計算機(jī)圖像理論的最新研究成果，讓學(xué)生掌握這項(xiàng)技術(shù)的前沿，進(jìn)而更好地學(xué)習(xí)和制作三維動畫，促使這一產(chǎn)業(yè)在社會中更好的發(fā)展。