楊璐萍

【摘要】三維動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)世界的模擬還原，是一種更高端、運(yùn)用價(jià)值更高的圖形與圖像技術(shù)，相較于其他技術(shù)，它們具有實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、交互性更明顯的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于影視制作、游戲制作、城市規(guī)劃、模擬演練等過(guò)程中，給人們的生活和工作效率、效果的進(jìn)一步提升提供了很大的技術(shù)支持。未來(lái)世界的發(fā)展必然是向著更高端的技術(shù)運(yùn)用方向發(fā)展的，對(duì)于三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，對(duì)基于三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論研究是促進(jìn)兩項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和進(jìn)一步運(yùn)用的前提和基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】三維動(dòng)畫(huà);虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);理論研究

三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了更為突出和廣泛的使用，他們的誕生為影視、游戲等行業(yè)技術(shù)的革新帶來(lái)了極大的幫助，為人們帶來(lái)了更加新穎的、更高端的感官體驗(yàn)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展的推動(dòng)下，三維動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在未來(lái)得到更多方面、更深層次的運(yùn)用。通過(guò)運(yùn)用三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人們的想象能夠得到更高程度的展現(xiàn)，立足于三維圖像技術(shù)，結(jié)合傳感、多媒體等多種技術(shù)將想象轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)象，因此，它們還能被廣泛用于場(chǎng)景再現(xiàn)、特殊訓(xùn)練、高端制造等環(huán)節(jié)中。在科技與經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的趨勢(shì)下，計(jì)算機(jī)綜合性能得到了不斷的提升，未來(lái)三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)得到更進(jìn)一步的融合與發(fā)展。

1. 三維動(dòng)畫(huà)的簡(jiǎn)單概述

三維動(dòng)畫(huà)是一種以軟硬件、數(shù)學(xué)、圖形、美術(shù)等多種領(lǐng)域?yàn)榛A(chǔ)的圖像圖形技術(shù)，它被廣泛運(yùn)用于影視制作中，在很大程度上促進(jìn)了影視視覺(jué)效果的提升，在經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、學(xué)術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著極高的價(jià)值。簡(jiǎn)單地說(shuō)，三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的繪圖功能把一幀一幀的動(dòng)畫(huà)高效銜接在一起的技術(shù)，但它并不是簡(jiǎn)單地對(duì)每一幀的圖像進(jìn)行錄入，還需要利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖形三維數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終形成圖像動(dòng)畫(huà)。

三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的原理主要包含造型、動(dòng)畫(huà)、繪圖、著色四部分。其中，造型需要借助三維造型軟件對(duì)三維物體進(jìn)行繪制，并需要提前設(shè)計(jì)好三維形象的形態(tài)以及位置。所以造型部分需要兩個(gè)流程，第一，要先繪制成基本的圖形，然后再將所有三維物體進(jìn)行組合，最終形成更復(fù)雜的三維形體;第二，在繪制完成后，需要將各個(gè)三維物體放置在適當(dāng)?shù)奈恢?，最終組成系統(tǒng)完整的三維場(chǎng)景。動(dòng)畫(huà)目的在于讓各種三維圖像“動(dòng)”起來(lái)，需要設(shè)計(jì)人員的繪制也需要計(jì)算機(jī)的處理;非交互的美學(xué)與視覺(jué)保證是繪圖的關(guān)鍵，在繪圖中必須要保證動(dòng)畫(huà)的真實(shí)感;著色也就是將上述步驟間連接的環(huán)節(jié)，是保證播放效果和滿足播放需求的重要環(huán)節(jié)。三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)具有對(duì)真實(shí)物體的擬人表現(xiàn)、真實(shí)性更高、圖像利用率更高、融合多個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科的特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域中都有很高的利用價(jià)值，例如教育領(lǐng)域、影視游戲制作、工業(yè)生產(chǎn)等等?？梢哉f(shuō)三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)既能夠用于生活必須的衣食住行中，也能用于商業(yè)活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)以及醫(yī)學(xué)教育等各種領(lǐng)域中。

2. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的簡(jiǎn)單概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)VR技術(shù)，是興起于上世紀(jì)末的新興技術(shù)，它的發(fā)展融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、AI技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，它具有極強(qiáng)的交互作用，完成了對(duì)傳統(tǒng)人機(jī)交互模式的顛覆，塑造了更高端、更生動(dòng)真實(shí)的交互模式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種結(jié)合了人與信息的技術(shù)，在計(jì)算機(jī)三維環(huán)境的構(gòu)建下，形成真實(shí)感極強(qiáng)的場(chǎng)景，這些場(chǎng)景可以是真實(shí)世界中存在的，也可以是人們腦海中的想象畫(huà)面。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用下，不論多復(fù)雜的抽象概念都能夠得以真實(shí)生動(dòng)的展示出來(lái)，是對(duì)人類(lèi)意志體現(xiàn)較高的技術(shù)?？傊?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種融合了更多領(lǐng)域、更多學(xué)科、更多技術(shù)的新興技術(shù)，能夠給予視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感官最大的滿足，是一種更高級(jí)的技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，其中以交互性更強(qiáng)、沉浸感更高、構(gòu)想性更高三大優(yōu)勢(shì)最為突出。在交互性方面，人們只需要通過(guò)佩戴使用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，就能夠?qū)崿F(xiàn)在虛擬場(chǎng)景中的一切操作。計(jì)算機(jī)通過(guò)采集人們頭部、身體等運(yùn)動(dòng)信號(hào)來(lái)調(diào)整場(chǎng)景中的圖像和聲音，它能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行針對(duì)性的回應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)和互動(dòng)。沉浸感方面，它是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)，它指的是用戶通過(guò)特定設(shè)備對(duì)虛擬場(chǎng)景的感知程度以及投入程度。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景中，人們所看到的、聽(tīng)到的、摸到的真實(shí)感受都非常強(qiáng)烈，與現(xiàn)實(shí)世界基本上沒(méi)有區(qū)別，逼真的體驗(yàn)會(huì)讓人們沉浸在場(chǎng)景中。這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所真正追求的目的，即用戶能夠“真實(shí)”融入到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)的場(chǎng)景中，能夠有切身體會(huì)、身臨其境的感受。構(gòu)想性方面，需要通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將抽象虛擬轉(zhuǎn)化為真實(shí)具體，這個(gè)過(guò)程就是構(gòu)想過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展時(shí)間有限，應(yīng)用范圍還不夠廣泛，目前運(yùn)用于科研、設(shè)計(jì)、軍事、藝術(shù)、游戲等領(lǐng)域，但隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，它的運(yùn)用將會(huì)更加廣泛和普遍。

3. 三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合可能性分析

三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都是以三維圖形為基礎(chǔ)的技術(shù)，并且都融合了計(jì)算機(jī)、傳感等多種技術(shù)，融合了數(shù)學(xué)、物理、美學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，都是藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合形式。三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的呈現(xiàn)需要通過(guò)計(jì)算機(jī)等技術(shù)對(duì)三維圖形進(jìn)行加工處理，形成后就無(wú)法改變，用戶只能觀看不能互動(dòng)，因此，在交互性保障上三維動(dòng)畫(huà)要稍稍落后于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則很好的彌補(bǔ)了三維動(dòng)畫(huà)交互性欠缺的問(wèn)題，用戶通過(guò)特定工具就能實(shí)現(xiàn)在虛擬場(chǎng)景中的一切行為，具有很高的自由度，能夠根據(jù)自身喜好對(duì)場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行選擇，完成了與虛擬世界的交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了三維動(dòng)畫(huà)的不足，但三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之間也是存在一定的聯(lián)系的。要建立虛擬場(chǎng)景，首先需要利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)景的基本建模，在虛擬場(chǎng)景中的一花一木、道路、建筑等一切所需都需要三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)來(lái)完成創(chuàng)建。在虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建過(guò)程中，三維空間坐標(biāo)很難確認(rèn)，需要通過(guò)三維建模軟件進(jìn)行確認(rèn)。虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建不是簡(jiǎn)單、獨(dú)立的三維動(dòng)畫(huà)創(chuàng)建，需要保證其交互性和構(gòu)想性，因此，在一些特殊的細(xì)節(jié)處理上還需要使用到貼圖。可見(jiàn)，三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之間的關(guān)系既是互相彌補(bǔ)，又是互相聯(lián)系的，將三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行融合是可行的。

4. 三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合運(yùn)用

3DS MAX是常用的三維動(dòng)畫(huà)造型軟件，本文將以它與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合運(yùn)用為例對(duì)三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合運(yùn)用進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

4.1 三維虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建

3DS MAX的對(duì)象模型有多邊形建模、非均勻有理B樣條曲線建模、細(xì)分曲面建模等等，在三維虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建過(guò)程中，往往需要組合運(yùn)用。多邊形建模適用于對(duì)形狀較規(guī)則、沒(méi)有彎曲面的三維物體，在多邊形建模的使用過(guò)程中，需要先創(chuàng)建完成基礎(chǔ)三維物體，然后結(jié)合需求對(duì)其形狀進(jìn)行完善調(diào)整。多邊形建模具有簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也具有無(wú)法創(chuàng)建有曲面或者對(duì)光滑度有需求的物體。非均勻有理B樣條曲線建模是計(jì)算機(jī)圖形中的一種數(shù)學(xué)概念，它能夠創(chuàng)建出對(duì)光滑度有需求的三維物體，同時(shí)能夠?qū)?fù)雜度高、真實(shí)度要求高的模型進(jìn)行創(chuàng)建，是對(duì)多邊形建模缺點(diǎn)的彌補(bǔ)，但同時(shí)他也具有自身的弊端，因?yàn)樗仨氁揽壳嫫鳛榛A(chǔ)建模，所以它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常有限，在很大程度上限制了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度的提升，在創(chuàng)建復(fù)雜度較高的模型時(shí)還可能會(huì)對(duì)曲面進(jìn)行裁剪，但裁剪的同時(shí)又意味著很容易出現(xiàn)計(jì)算措施，造成模型破壞。細(xì)分曲面技術(shù)是上世紀(jì)末引入的三維建模技術(shù)，是對(duì)非均勻有理B樣條曲線建模缺點(diǎn)的彌補(bǔ)，它通過(guò)多面體完成對(duì)網(wǎng)格的控制，再通過(guò)控制網(wǎng)格生成平滑度高的曲面，細(xì)分曲面技術(shù)的網(wǎng)格的形狀各異，所以它可以創(chuàng)建出更多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并同時(shí)保證曲面的平滑度。此外，細(xì)分曲面技術(shù)還能落實(shí)于細(xì)節(jié)，能夠在結(jié)構(gòu)中添加細(xì)節(jié)，但不會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)造成影響，也不會(huì)增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。不可否認(rèn)的是，細(xì)分曲面技術(shù)也同樣存在一定的局限性，因?yàn)樵摷夹g(shù)誕生時(shí)間較其他建模較短，所以很多控制、工具都不夠成熟完善，尚不能用于復(fù)雜度過(guò)高的建模之中。

4.2 圖像繪制

IBR技術(shù)能夠在普通計(jì)算機(jī)上完成真實(shí)感圖形的繪制，并保證實(shí)時(shí)性，但它需要以預(yù)先準(zhǔn)備的圖像為基礎(chǔ)，才能生成不同的圖像畫(huà)面，相比傳統(tǒng)繪制技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)更加突出，主要表現(xiàn)于以下幾個(gè)方面：第一，IBR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圖形繪制過(guò)程中的獨(dú)立性，它只與生成圖像的分辨率有關(guān);第二，它對(duì)預(yù)先提供的圖像要求不高，不論是計(jì)算機(jī)合成的，還是實(shí)際拍攝到的都可以作為基礎(chǔ)使用;第三，IBR技術(shù)對(duì)計(jì)算資源的要求也不高，它能夠在普通的計(jì)算機(jī)上完成場(chǎng)景的繪制和展示。3DS MAX在IBR中的應(yīng)用效果非常好，IBR技術(shù)的文理視圖以及貼圖控制能力，能夠?qū)D像進(jìn)行方便快捷的處理和控制。3DS MAX為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建好模之后，可以根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)模型輸出的文件類(lèi)型更改為環(huán)境可接受的文件類(lèi)型。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用中，常需要視差和景深視圖，可以在3DS MAX中用雙攝影機(jī)對(duì)人眼進(jìn)行模擬，滿足視差與景深需求，提高場(chǎng)景立體感和真實(shí)感，在雙攝影機(jī)的設(shè)置上，要注意攝影機(jī)之間的位置。

5. 結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)得到了更廣泛的運(yùn)用，同時(shí)對(duì)其技術(shù)要求也不斷增加，他們?cè)诟髯灶I(lǐng)域中發(fā)揮著突出價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)及性能的完善，在未來(lái)的運(yùn)用過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的研究方向?qū)?huì)發(fā)生一定的改變，將二者進(jìn)行融合運(yùn)用是必然趨勢(shì)。在未來(lái)的研究中，首先需要解決的問(wèn)題是虛擬場(chǎng)景的構(gòu)造問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展基石是動(dòng)畫(huà)技術(shù)，所以，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也必將推動(dòng)三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的發(fā)展，二者將會(huì)在未來(lái)社會(huì)中得到更為廣泛和普遍的運(yùn)用。

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