三維動(dòng)漫制作相關(guān)技術(shù)研究

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摘要:相對(duì)歐美、日本等國(guó)家而言，我國(guó)的動(dòng)漫制作在比較晚的時(shí)期才開(kāi)始起步，但很快取得了較大的發(fā)展。尤其是在制作三維動(dòng)畫的領(lǐng)域，我國(guó)得到了非常突出的成果。動(dòng)漫制作的發(fā)展離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支持，豐富的素材資料都來(lái)源于先進(jìn)的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。目前，研究人員將多種技術(shù)如動(dòng)漫制作、三維建模、VR技術(shù)等都結(jié)合在一起，以達(dá)到虛擬環(huán)境與三維動(dòng)漫交互的目的。這有利于發(fā)展新的動(dòng)漫風(fēng)格，并改善傳統(tǒng)三維動(dòng)漫制作中的缺陷，使得動(dòng)漫制作更富有靈活性。本文仔細(xì)分析了我國(guó)三維動(dòng)漫制作的現(xiàn)狀，將其與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合在一起進(jìn)行探討，旨在為相關(guān)研究帶來(lái)幫助。

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí);三維動(dòng)漫制作;相關(guān)技術(shù);虛擬環(huán)境

0前言

作為一種比較復(fù)雜的電腦操作技術(shù)，三維動(dòng)漫的制作離不開(kāi)熟練的圖形處理技巧和計(jì)算機(jī)技術(shù)［1］。不僅如此，還要善于運(yùn)用各種圖像生成及處理技術(shù)，這無(wú)疑對(duì)工作人員提出了非常高的要求。制作三維動(dòng)漫由以下三方面的內(nèi)容共同組成，分別是:制作角色動(dòng)畫、制作虛擬環(huán)境、制作后期特效［2］。這項(xiàng)技術(shù)之所以是先進(jìn)的，是因?yàn)樗憩F(xiàn)出了非常接近現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景環(huán)境，給予觀看者生動(dòng)形象的視覺(jué)享受。目前，國(guó)際上的三維動(dòng)漫制作技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的趨向成熟。然而，在我國(guó)這項(xiàng)技術(shù)并未得到充分的應(yīng)用，即便是在近些年制作了一些與此相關(guān)的動(dòng)畫影片，但實(shí)質(zhì)上沒(méi)有被廣大人民所接受［3］。我國(guó)缺少優(yōu)秀的制作三維動(dòng)漫的技術(shù)人才，具體的制作理念和制作技術(shù)還比較陳舊，因此需要大力培養(yǎng)這方面的人才。我國(guó)人口基數(shù)大，動(dòng)漫、游戲等領(lǐng)域有比較廣闊的發(fā)展空間，一定程度上促進(jìn)了三維動(dòng)漫技術(shù)的發(fā)展。動(dòng)漫教學(xué)的一大重點(diǎn)就是制作三維動(dòng)漫，但是制作動(dòng)漫需要花費(fèi)比較高的成本，且效率非常低，經(jīng)常達(dá)不到規(guī)定的要求。在這樣的背景下，在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展三維動(dòng)漫制作技術(shù)，無(wú)疑是一種有效的方法。就傳統(tǒng)動(dòng)漫制作來(lái)看，前期創(chuàng)意與后期特效的制作耗費(fèi)了技術(shù)人員大量時(shí)間，而這種新型制作方法擁有更高的逼真度和靈活性，應(yīng)當(dāng)對(duì)其深入研究。

1三維動(dòng)漫制作

三維動(dòng)漫制作分為前期、中期、后期三個(gè)部分。前期制作主要包括設(shè)計(jì)各種角色和場(chǎng)景模型、三維動(dòng)漫的分鏡頭稿本等，是整個(gè)制作過(guò)程的首要環(huán)節(jié)［4］。前期制作的內(nèi)容體現(xiàn)了一個(gè)完整動(dòng)漫影片的核心內(nèi)容，是非常重要的。中期制作是對(duì)制作的前期內(nèi)容再次處理，將其變得更具有觀賞性。它主要包括渲染、建模等，中期制作要求技術(shù)人員有深厚的美學(xué)功底，并精通多種計(jì)算機(jī)操作和圖像處理技術(shù)，對(duì)技術(shù)人員的綜合素質(zhì)提出了較高的要求［5］。只有優(yōu)秀的人物建模被構(gòu)思出來(lái)，影片的觀賞性和完整性才能得到保證。后期制作是對(duì)前期制作和中期制作的成果進(jìn)行調(diào)整和整合，使得三維動(dòng)漫的聲音和畫面更加和諧，從而讓所制作的影片達(dá)到更好的效果［6］。

2基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維動(dòng)漫制作相關(guān)技術(shù)

2.1三維建模系統(tǒng)

建模在動(dòng)漫制作中是一個(gè)不可或缺的重要過(guò)程。在構(gòu)建數(shù)據(jù)模型時(shí)，需要將虛擬與現(xiàn)實(shí)充分關(guān)聯(lián)，使得現(xiàn)實(shí)生活與虛擬對(duì)象緊密聯(lián)系，共同作用［7］。目前，通用的建模方法是將多種建模結(jié)合在一起，主要包括行為建模、物理建模、景物外觀建模等。其中，景物建模顧名思義就是將生活中的景物外觀作為模擬對(duì)象，并借助一些具體信息來(lái)建設(shè)一個(gè)完好的模型［8］。景物外觀建模要求做出的各種模型必須與現(xiàn)實(shí)景物有基本相同的外觀，即達(dá)到足夠逼真的效果。不僅如此，建造好的模型也要具有物體原有的變形過(guò)程和動(dòng)力學(xué)特征，并結(jié)合虛實(shí)融合技術(shù)，設(shè)計(jì)出和真實(shí)景物相同的模型［9］。將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到仿真模擬之中，可以達(dá)到更高的建模效率和更快的建模速度，且逼真度和靈活性也有所提升。在構(gòu)建模型之前，通過(guò)使用三維掃描儀來(lái)獲取與真實(shí)景物一致的數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)和應(yīng)用三維信息可以借助三維點(diǎn)集方式，從而讓建模達(dá)到更逼真的效果［10］。

2.2運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作好后還需要進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。然而，手工調(diào)節(jié)十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且對(duì)相關(guān)人才的要求也極高，這就可能造成延長(zhǎng)制作周期的嚴(yán)重后果［11］。因此，捕捉顯示動(dòng)作，收集真實(shí)動(dòng)作信息并傳遞給建模系統(tǒng)十分重要。在建模中，系統(tǒng)能夠動(dòng)作信息合理利用，形成栩栩如生的動(dòng)作畫面，給人接近真實(shí)的視覺(jué)享受，使得動(dòng)漫作品更加值得觀賞。這些全都要依靠動(dòng)作捕捉系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)系統(tǒng)不但能夠幫助人們節(jié)省成本投入，縮短制作周期，而且能夠讓動(dòng)畫所呈現(xiàn)的效果更加真實(shí)［12］。

2.3運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)技術(shù)

制作動(dòng)漫時(shí)，人體動(dòng)畫的制作過(guò)程比較復(fù)雜，需要運(yùn)用動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)控制原理［13］。需要注意的是，由于受到運(yùn)動(dòng)難度的約束，生成的圖像不夠真實(shí)，運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)也不明晰，人體動(dòng)畫往往達(dá)不到理想的效果［14］。因此，需要充分運(yùn)用好運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，并將其他領(lǐng)域的技術(shù)如機(jī)械、光學(xué)、圖形學(xué)、電子技術(shù)等協(xié)調(diào)結(jié)合在一起，并在運(yùn)動(dòng)體內(nèi)部設(shè)置跟蹤器，輔助使用捕捉系統(tǒng)使跟蹤器發(fā)揮作用，得到準(zhǔn)確的位置信息［15］。此外，原始數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)特定的計(jì)算機(jī)處理軟件，才能得出用戶所需要的確切的動(dòng)畫制作數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確識(shí)別后，動(dòng)作只需要相關(guān)技術(shù)人員使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型即可生成，還可以調(diào)整鏡頭，控制運(yùn)動(dòng)中的物體［16］。因此，如果要使得制作的三維動(dòng)漫的逼真效果上升到新的高度，就需要將多種技術(shù)結(jié)合在一起，并充分運(yùn)用運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，充分考慮捕捉到的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，應(yīng)用調(diào)節(jié)技術(shù)來(lái)對(duì)制作的三維動(dòng)漫進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，還要注意編程語(yǔ)言的運(yùn)用，借此來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，使用一定的方法來(lái)修改數(shù)據(jù)，壓縮制作三維動(dòng)畫的時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)力學(xué)間的轉(zhuǎn)換。需要對(duì)人體的調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行深入研究，協(xié)調(diào)好不同動(dòng)力學(xué)間的關(guān)系。不同的骨骼需要用到不同的調(diào)節(jié)技術(shù)，以便讓調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的規(guī)范性得到提升。在使用不同的調(diào)節(jié)技術(shù)時(shí)，要結(jié)合多種技術(shù)，找到復(fù)雜的功能與整體功能強(qiáng)化之間的平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)互相影響和作用的效果。

3三維動(dòng)漫制作虛擬環(huán)境的構(gòu)建

三維動(dòng)漫制作在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下能夠取得更好的發(fā)展，如果研究人員能夠合理運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建設(shè)好三維動(dòng)漫的虛擬環(huán)境，必將使制作出的三維動(dòng)漫影片更加逼真和靈活［17］。高校在開(kāi)展動(dòng)漫教學(xué)時(shí)，需要兼顧教學(xué)和科研兩方面的內(nèi)容，既要重視動(dòng)漫制作的教學(xué)工作，讓學(xué)生能夠制作出一些動(dòng)漫作品，保證能達(dá)到良好的教學(xué)效果。同時(shí)也要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)的研究與突破。結(jié)合教學(xué)開(kāi)展情況來(lái)建設(shè)動(dòng)漫虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以很好地達(dá)到以上兩個(gè)目的，使得教學(xué)效果達(dá)到更高的水平。從目前社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，舍棄傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的陳舊觀念，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)來(lái)建設(shè)較大規(guī)模的虛擬實(shí)驗(yàn)室是十分重要的。以網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)和三維動(dòng)漫為根本出發(fā)點(diǎn)，突出三維動(dòng)漫的虛擬現(xiàn)實(shí)，構(gòu)建生動(dòng)的虛擬環(huán)境，從而提供給學(xué)生良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，讓學(xué)生能夠切身體會(huì)到動(dòng)漫與虛擬實(shí)驗(yàn)的區(qū)別。此外，不能忽視專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中各個(gè)攝像頭的放置位置非常重要，放置合理便能夠使得三維動(dòng)漫制作速度變得更快。一般情況下攝像頭放置在房間頂部的四個(gè)角位置。系統(tǒng)的投影設(shè)備則安裝在房間頂部的中央。房間的左右位置擺放三維掃描儀，立體投射屏幕則靠墻安置，其他設(shè)備設(shè)置在屏幕對(duì)面。這樣就保證了房間成為一個(gè)虛擬交互的良好環(huán)境。本研究通過(guò)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，將各種計(jì)算機(jī)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)結(jié)合在一起，建立了逼真而層次分明的虛擬環(huán)境，能實(shí)現(xiàn)和動(dòng)漫角色的互動(dòng)體驗(yàn)。同時(shí)，體驗(yàn)區(qū)可以給用戶實(shí)踐的機(jī)會(huì)，這一定程度上可以幫助用戶對(duì)自己動(dòng)漫知識(shí)的掌握情況進(jìn)行檢驗(yàn)，有利于普及動(dòng)漫和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

4結(jié)語(yǔ)

當(dāng)代信息技術(shù)取得了非常大的發(fā)展進(jìn)步，為發(fā)展三維動(dòng)漫技術(shù)創(chuàng)造了極好的氛圍，也加快了國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展速度。站在客觀的角度分析，三維動(dòng)漫這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)將技術(shù)和藝術(shù)完美結(jié)合，既符合人們對(duì)高科技的需要，也有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，發(fā)展我國(guó)的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)，需要大力發(fā)展三維動(dòng)漫，加強(qiáng)我國(guó)的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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作者：楊小藝 單位：陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院