三維運動捕捉技術應用研究

葉欣

三維動畫作為一種新興的動畫類型，因為其極強的真實感與視覺沖擊效果，在動畫制作領域中受到了越來越高的重視。三維動畫制作當中的三維運動捕捉技術也被廣泛運用到實踐生活中。本文主要探討了如何將三維運動捕捉技術與消防模擬訓練相結合，為消防模擬訓練中增設虛擬消防員的實時動態，并解決在進行模擬訓練時所遇到的一系列問題。

【關鍵詞】三維運動 捕捉技術 運動調節 消防模擬 訓練

三維動畫就是我們常說的3D動畫，是指將動畫以一種三維立體的形式來展現的一種新興的計算機技術。隨著現代科學技術的發展，三維動畫更加符合現代人的需求，它讓動畫變得更加生動立體，更加具有真實感與視覺沖擊效果，使動畫更加像我們所認識的真實世界。三利用三維動畫可以很好的展示出消防員在火災救援過程中的動態情景，加強了現實與虛擬的交融，讓虛擬場景變得更加真實且讓人有一種沉浸感，便于適人化虛擬空間理論基礎的研究。如何創造出在虛擬火災現場實施救援的虛擬消防員，并真實展現出在火災救援中會出現的各種專業動作，是目前計算機在制作模擬訓練中所遇到的重要問題之一。

1 三維動畫的制作過程

三維動畫的制作過程與二維動畫的制作過程有所不同，三維動畫的制作要先由制作人員在計算機中制作出動畫角色、背景和運動動作，再給角色以及背景加上材質與顏色，與此同時利用虛擬攝影機來拍攝記錄動畫角色的動作鏡頭，最后由計算機將這些信息進行整理編排，最終以動畫的形式來進行畫面呈現。要制作專業完整的三維動畫有三個階段：一是動畫制作的前期，在這個階段的主要工作是完成動畫的劇本、角色與分鏡頭的設計，這個階段的工作與制作二維動畫時的差異不大；二是動畫制作的中期，這時就要運用到三維動畫制作技術，利用計算機將虛擬場景與動畫制作完成，在這個階段與二維動畫制作的區別就體現出來了；三是動畫制作的后期，在后期主要的工作就是整合并完善第二階段所完成的動畫效果，再添加一些原本所缺少的相關元素。

2 三維動畫的運動調節

三維動畫的制作中，運動技術是一個關鍵步驟，同時也是制作的難點所在，如何調節與設計動畫角色的運動動作，在運動技術中是一個重要問題，雖然我們經常在動漫作品中看到許多氣勢磅礴的場面，讓我們感覺身臨其境。但在三維動畫中，動漫角色就相當于電影中的演員，水能載舟亦能覆舟，如果不能好好設計制作動漫角色的運動就會讓原本精美的動畫作品變得華而不實，這就對動畫制作人員的技術有很高的要求，動畫制作人員需要完全依靠手動來調整動畫角色運動的參數，這是一個相當龐大的工作量，即便是對有豐富動畫制作經驗的制作人員來說，這也是一項非常具有挑戰性的工作。

3 三維運動捕捉技術的原理

三維運動捕捉技術的基礎是計算機圖形原理。計算機將虛擬視頻捕捉設備分布排列在三維空間中用來記錄物體的運動軌跡，并以圖像的形式展現出來，隨后借著計算機對記錄下來的圖像數據進行技術處理，最后獲取不同物體在不同時間上的運動軌跡的的三維空間坐標點。三維運動捕捉技術經過技術發展，已經不只機械式捕捉這一種方法，現在的科學技術已經發展到可以通過電磁、聲波、光學等方式來進行運動軌跡的捕捉。在這些運動捕捉技術中，光學運動捕捉技術因為其快速、精準等優點而獲得了廣大工作者的青睞。

4 三維運動捕捉技術在建立虛擬火災消防員上的運用

運用三維運動捕捉技術可以更好的呈現消防員在火災救援時的作為。在運用三維動畫進行消防人員的建模前，制作人員必須要對消防員的穿著裝備與人物結構比例有一定的了解，這樣才能制作出比例正常的人物模型。

4.1 建立人物模型

這里我們所采用的三維人物模型制作軟件是3dsMAX，制作方法以多邊形建模為主。所謂的多邊形建模是指讓一個對象變換成可以進行編輯的多邊形對象，這種建模方式相對來說較簡單，便于操作，沒有太高的技術含量，適用于建造結構偏復雜的模型。

4.2 鎖定骨骼

在建立好基本的任務模型之后，要給人物添加骨骼，通過移動與縮放的形式讓骨骼與人物模型相適應。因為骨骼與人物模型是獨立的兩個個體，為了讓他們產生關聯就必須將骨骼與模型綁定在一起，這樣才能達到聯動的效果。這里用的是Character Studio中的Physique來實現。

4.3 展UV

在三維模型建立完成后，截下來就是展UV。我們常用的主要是3dsMAX軟件中自帶的修改器來進行展UV。展UV修改器主要是起到讓平面貼圖指定到子對象選擇并對所選的UVW坐標進行編輯。UVW修改器可以作為UVW貼圖起與UVW坐標編輯器單獨使用，也可以與UVW貼圖修改器一起使用。這么做的目的是要讓二維的貼圖指定到子對象，UV處理技術的高低直接關系著最終的貼圖是否能夠有其原本該有的效果。在展UV環節完成后，制作人員將其儲存成為圖片，再通過Photoshop來完成畫貼圖、制作物件紋理的步驟，因為我們所要制作的是消防人員的模型，所以此處我們選擇消防戰斗服的照片作為貼圖制作的基本素材，再運用Photoshop的制作紋理來完成最后的貼圖。

5 結語

三維運動捕捉技術大大方便了我們的生活，不僅被大量運用在三維動畫的制作上，還給我們日常的模擬實訓提供了更多的可能性。運用三維運動捕捉技術來模擬火災救援現場是對這項技術的一個極好應用，它能夠真實展現在火災救援現場時模擬消防人員的實時動向，幫助人們更直觀的觀看并學習到在發生火災時正確的人群疏散方法，有利于減小火災對人們的傷害。

參考文獻

[1]汪華為.論運動捕捉數據在動畫中的應用[J].信息與電腦，2011（7）.

[2]GuoWei.Application of 3-dimensional Motion Capture Technology in Universities[J].china educational technique & equipment，2011（18）.

作者單位

江西工業工程職業技術學院 江西省萍鄉市 337055