三維動漫制作與虛擬現實的融合探討

陳子燕 烏魯木齊職業大學

前言

現階段，我國動漫雖然呈現出蓬勃發展趨勢，然而進程較為緩慢，相比于日本等漫畫產業較為健全的國家相比，我國動漫制造技術存在較大差距。特別在中小型動漫公司中，動漫制作品質較低、效率低以及成本高，致使動漫行業發展緩慢。三種動漫與虛擬現實技術（VR技術）融合是當前動漫行業主流發展趨勢，持續深化研究過程中獲得良好成效。傳統3D制作主要借助計算機開展創意以及后期制作等工作，該方法對于制作人員的專業素質具有較高要求，涵蓋建模、燈光、美工等軟件制作，缺乏共鳴性。而通過應用三維動漫制作和VR融合技術應用，能夠讓動漫作品中人物、動物以及其他事物真實性得到充分提升，促進制作效率，提高作品質量。

1 3D動畫技術和VR技術關系探討

1.1 VR技術與3D動畫技術的聯系

VR技術與3D動畫技術之間存在一定關聯。VR技術是以虛擬世界中3D模型為基礎進行延伸、拓展發展而來，技術人員一般會借助MAYA以及3Dmax等3D動畫制作軟件實現虛擬世界模型構建。在VR模型構建以及開展圖像輸出操作過程中，3D動畫技術能夠為相關人員提供良好方法。所以，VR技術和3D動畫技術主要相似性就是使用方法、實現過程中并無較大差異，同時兩者的技術基礎均為3D圖形技術。其中，VR技術是人們在展望3D技術可以進行自由交互過程中發展而來，此種技術和3D動畫技術之間具有較高相似性，并且一些人把VR技術看作是3D動畫技術的延伸。另外，VR技術與3D動畫技術之間的互補性非常顯著，在交互性中有所體現。因為3D動畫技術在藝術性追求方面較為重視，但是交互性不足，然而將VR技術應用于SD動畫制作過程中，即可以充分彌補相關缺點，充分保證動畫作品藝術表現力，給觀眾帶來良好交互體驗。

1.2 VR技術和3D動畫技術的區別

在3D動畫中，一般借助連續播放計算機提前處理的靜止圖片實現動畫制作，交互性不足。制作3D動畫過程中，觀眾通常被動接受制作人員通過動畫作品所表達的含義以及信息，但是VR技術是以民眾動態信息的傳遞為基礎，同時借助計算機展開處理運算，之后為觀眾提供視覺、聽覺以及觸覺等方面感受，確保可以將角色真實意志充分表現出來。所以交互性是3D動畫技術VR技術之間最關鍵、明顯的區別。同時，3D動畫技術和VR技術之間的區別還體現在VR技術一般會為了提高運算速度，對真實性缺乏重視，以保證實時性要求得到充分滿足。如此，雖然VR技術可以在短時間內將民眾實時動態展現出來，然而僅能夠使其視覺要求得到滿足。而3D動畫則對模型真實性和藝術性有著較高重視程度，所以，一些人物造型比例會較為夸張，比如外星人與怪物等。總而言之，VR技術對于重現現實情況較為重視，3D動畫技術對于藝術創作較為重視。

2 3D動漫和VR技術融合方法

3D動漫VR系統見下圖。

圖1 3D動漫VR系統

該系統把動漫技術、網絡技術、SD建模系統以及VR設備有機結合在一起，實現了可交互動漫虛擬環境構建。該系統主要涵蓋運動捕捉、立體投射以及交互輸入等裝置構成。

2.1 3D建模系統

開展建模工作時，一般按照所模擬現實世界事物復雜程度和模型逼真程度，結合多種方法構建模型數據。對于建模方法應該和所模擬對象具有一定關聯，同時和應用領域具有密切關聯。根據模擬對象各個方面，可以將現階段主流建模方法分為行為、基于物理、虛擬融合、景物外觀等建模方法。景物外觀方法主要是針對景物外觀，涵蓋圖像、幾何等建模方法。虛擬融合方法非常重要，能夠促使計算機虛擬景物和現實環境實現充分融合。物理建模主要將模擬對象物理性質體現出來，提高動漫作品中景物逼真性，主要涵蓋物體變形、碰撞以及動力學等模擬。

對于動漫作品3D模型建模而言，可以借助3D掃描設備對實物進行掃描，構建表面3D數據。表面3D數據即物體表面3D坐標點集，此種3D模型構建方法具有形象逼真、精度高以及速度快等特點。

2.2 運動捕捉系統

對于計算機動畫，手動制作方式需要耗費大量財力、人力以及實踐。若是大批量制作則需要大量角色動畫專業人才以及資金保障，并且制作周期較長，無法通過手動調畫達到真實風格。但是借助VR運動捕捉系統，可以在短時間、低投入條件下快速大批量生產真實風格的動漫作品。相比于手調動畫，該方法的制作周期更多、投入資金更少、真實性更加突出，近年在動漫作品中得到廣泛應用。

2.3 運動數據可調性技術

在運動捕捉方面已經有著較長的研究歷史，特別在骨骼運動領域方面，已經形成較為成熟的技術，在捕捉、追蹤、轉換骨架以及調整骨架等整套流程解決方案已經非常成熟，然而因為自身原因，還存在不足。對于存在的問題，一般借助BOX Film等軟件進行處理，然而動畫師基本上不會使用此類型軟件從，同時各個軟件導入、導出過程中較為復雜。對于角色動畫，通常選擇運動學控制與動力學控制技術開展人體動畫制作，在3D動畫軟件中反向運動學得到廣泛應用。上述兩種技術均是通過人體運動規律實現人體動畫制作，然而因為人體運動的規律具有較強復雜性，所以動畫作品缺乏逼真性，同時，實際運動中的細節信息不足。但是運動捕捉系統能夠完全克服上述控制技術不足，在人體動畫中應用前景較為廣闊。該系統涵蓋計算機動畫、光學、機械、電子、圖形學以及計算機視覺等技術，將跟蹤器設置于運動物體重要部位，通過捕捉系統對跟蹤器對跟蹤器位置進行捕捉，獲取相關運動數據。計算機完成數據識別之后，工作人員能夠將數據輸入模型中并生成動畫，能夠便捷地控制、調整計算機鏡頭中運動物體。另外，可以借助第三方軟件編輯運動捕捉數據，通過軟件匹配數據與模型。

強化三維軟件可調性技術對于捕捉系統的應用，即結合捕捉數據實際特點，通過Maya編程語言Mel進行“媒介”插件編寫。可以借助插入、疊加等方式修改運動數據，在方向動力學以及前向動力學等不同算法間進行轉換，同時能夠開發友好應用界面。為了保證使用便捷性，應該設置一個“中間件”，可以有效提高操作便捷性，可以讓動畫人員輕松掌握，縮短制作時間。

若是需要對捕捉角色進行復雜、大量調節工作時，需要提供一套可以回用于所有條件的骨骼系統，該系統能夠實現前向運動學以及反向運動學的調節，無需針對運動情況選擇相關骨骼。能夠有效促進工作效率，提高工作規范性。因此，骨骼系統應該在復雜程度和功能之間制定平衡點。可以設計角色蒙皮、運動捕捉、向前與反向動力學四套骨骼。不同骨骼之間互相關聯，同時運行快速完成調節任務。

3 結語

在科技快速發展過程中，為3D動畫技術和VR技術發展創造有利條件。同時將VR技術應用于3D技術中能夠有效提高動畫作品質量和效率。所以制作動畫時，應該通過3D建模系統、運動捕捉系統等方法對兩種技術進行充分融合，為動漫行業發展提供技術保障。