基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究

尚冠衛

【摘 要】在平面的二維系中加入一個方向向量就構成了三維，三維即可確定一個空間位置，基于此的三維技術就可以借助計算機技術根據無數點的空間位置在電腦軟件中集合構成一個立體的存在，將三維技術運用到動漫發展中就產生了三維動畫。隨著現代信息科技的不斷發展，為更好地對計算機生成的虛擬景象進行體驗，虛擬現實技術應運而生。本文主要是基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究，同時對兩者之間的關系做進一步的探討分析。

【關鍵詞】三維動畫；虛擬現實技術；理論研究

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2017）20-0135-02

三維動畫和虛擬現實技術都是在計算機軟件開發、硬件不斷創新突破的基礎上而產生的新興技術，在國內外都得到高度重視，歐美、日本等國家在理論建設、軟件開發包括基本理念等方面都領先很多。三維圖形技術是三維動畫和虛擬現實技術發展的基本技術手段，兩者是在三維圖形技術基礎上發展起來的具有不同特點的計算機先進技術；三維動畫技術以虛擬仿真為特點，虛擬現實技術更強調的是人與虛擬圖像之間的交互體驗，虛擬現實技術是在三維動畫基礎上進一步發展起來的現代高科技技術，兩者之間既有各自的技術特點和應用領域，又相互作用、相互推進。

一、三維動畫研究

計算機圖形技術和二維動畫技術是對三維動畫進行理論研究的兩個有效著力點，一方面，三維動畫是將計算機圖形技術引進到動畫創作、動漫發展的重要實踐成果；另一方面，三維動畫是在二維動畫的基礎上進一步發展，從平面性畫面升級為立體性的形象。

計算機圖形技術是基于計算機進行圖像的繪制、生成、表現的技術，“以物體在計算機中的模型為依據，通過計算機的處理產生物體真實或想象的圖形”[1]，既包括圖形的創作又要對其進行展示；另外，不同于傳統的圖形技術，計算機技術以數據為表現形式，是虛擬的電子信息。三維動畫是計算機圖形技術的重要應用領域，WAVEFRONT、3DSMAX、LIGHTWAVE3D、SOFTIMAGE等都是在計算機圖形技術基礎上發展起來的三維動畫制作軟件，通過造型、動畫、繪圖和著色輸出等步驟完成三維動畫的創作。動畫經歷了從二維到三維的發展過程，在表現形式上經歷了一個將圖像由靜止發展為運動、由平面發展為立體的轉變過程，在創作手段上由傳統的紙質書畫發展為計算機數字編制。計算機圖形技術變革了二維動畫的創作理念和創作方式，借助計算機軟硬件的不斷更新發展為三維動畫的發展提供了堅實的技術保障和技術支撐。

進行三維動畫制作的第一步是進行三維建模，即通過三維造型軟件在計算機的虛擬三維空間中設計好對象的形狀、位置等；第二步動畫，將已建好的圖像按一定順序呈現出來形成連續的畫面展示，可以通過旋轉、變色、錯切、鏡像等多種變換形式來實現動畫的效果；第三步繪圖，“動畫的重點是非交互的美學和視覺效果，繪圖包括貼圖和光線控制等，目的是保證制作的動畫逼真”[2]；最后一步是著色輸出，后期合成涵蓋音效、三維動態、靜態等多種合成，形成成品。

三維動畫的應用領域非常廣泛，其應用到動漫產業發展中是我們最為熟悉、發展勢頭最為強勁的模式之一。三維動畫應用到動漫產業的發展中不僅拉動了大批量的資金投入，而且對動漫產業的技術更新和發展起到了決定性作用。同時，隨著科學技術不斷投入生產、實踐，三維動畫在醫學、教育、軍事等多個領域都有長足的發展，影響著日常生活和社會生產進步的方方面面。

二、虛擬現實技術研究

虛擬現實技術是一門綜合性的計算機技術，其融合了計算機圖形、傳感器技術、仿真技術等多種科學技術，“利用計算機生成一種模擬環境（如飛機駕駛艙、操作現場等），通過多種傳感設備使用戶‘投入到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術”[3]，包括對虛擬環境的創建及體驗虛擬環境等多個技術環節。

虛擬現實技術是基于計算機綜合技術發展起來的人與機器進行互動、對話的技術，主要包括對環境的模擬創造、用戶的感知體驗等。對環境的模擬創造由計算機來完成，要求是逼真的、生動的而且是實時動態的，既要滿足人體生理學、心理學等相關規律，而且要以人的真實體驗感受為前提去用技術完成虛擬環境的創制。虛擬現實技術中的用戶感知體驗是全方位的，涉及人類的聽覺、觸覺、嗅覺等各種感官作用，致力于實現虛擬環境中的難分真假的充分的、真切的體驗。虛擬環境進行仿真體驗只是虛擬現實技術發展的第一步，其更高的旨趣在于人與機器的互動，在進行模擬環境的體驗的同時，人的感官、動作等能夠通過傳感器技術、立體顯示技術等再反饋給計算機，計算機根據已有的程序等再進行數據的輸出，從而形成人與機器之間的互動。

以人與機器的交互體驗為重點的虛擬現實技術不僅改變了傳統的人與機器進行信息交換的方式和手段，而且極大地拓寬了人類進行技術研究、科學創新的思維和理念。人類與機器的傳統互動方式是通過鼠標、鍵盤機其他一些操作設備設施來實現的，側重的是人對機器已有信息或機器狀態的一個調控，人機之間的互動沒有真正發生。虛擬現實技術的人機互動正朝著智能化方向發展，全息投影技術是近幾年來發展得比較火的人機互動典型，將真實的現實存在與虛擬的現實存在集中到一個空間內；全息投影技術利用干涉和衍射原理記錄，再現現實中真實存在的三維圖像，不僅能夠產生虛擬的立體的景象，而且虛擬景象與現實的真實物體能夠有機互動并呈現出來。

三、三維動畫與虛擬現實技術

計算機圖形技術是三維動畫和虛擬現實發展的理論基礎和技術支持，兩者在技術手段上同屬一支，在一些技術手段和技術處理上具有共性。三維動畫是虛擬現實技術發展的基礎，虛擬現實技術需要利用三維動畫技術在初始階段對所要構建的場景和對象進行描繪、加工。三維動畫最大的特點是虛擬仿真性，即將表現的重點放在對場景和對象的再現上，而虛擬現實技術強調人機之間的實時交互性，需要實現的是人與機器之間的共振。三維動畫與虛擬現實技術既有各自的特點、相互區別，又有著共同的理論基礎與發展旨趣，兩者是相互聯系、相互作用的。endprint

“沉浸感”是現代虛擬現實技術的典型特點之一，指人能夠完全沉浸到計算機虛擬、構造出來的情境中去，“有進入一個真實世界的感覺，一切仿佛都是真實的，能夠讓人的思維的創造性和發散性得到有效加強”[4]。在利用虛擬現實技術進行場景設置、虛擬體驗時，需要利用三維動畫進行建模，通過三維動畫技術將計算機技術與要表現的某一領域有機結合起來進行綜合利用，經過技術加工后能呈現出逼真的模擬場景和對象；然后，要通過傳感技術、仿真技術、人機互動技術等將人的特殊需求通過技術處理傳遞給計算機，這時要求三維動畫本身是連續性的、實時性的，真正實現虛擬現實技術的交互體驗，人能夠主動地參與到場景中并對其環境、對象等進行干預、改變，實現自由的交流和溝通。

隨著科學技術的不斷發展，三維動畫與虛擬現實技術越來越多地被有機結合起來用于多個領域，既有效發揮了三維動畫技術再現、仿真的優勢，又充分融合進了人的體驗，尤其是在體驗性服務消費中得到了很好的開發利用。將三維動畫與虛擬現實技術進行充分融合，運用到現代房產銷售中就取得了顯著效果，利用三維動畫技術構建出仿真的虛擬樣板房，客戶通過相關虛擬現實技術手段對線上樣板房進行實時體驗，為保證體驗效果，當三維動畫與虛擬現實在模型建立有所沖突時，從虛擬現實技術的實時性需求出發，滿足虛擬現實對場景的需求，“常用一些簡單的框架來代替復雜模型，但為了保證建模具有一定的真實性，可采用貼圖的方式來彌補視覺上的不足”[5]。線上樣板房模式既能保證客戶對房屋建筑的功能、使用的充分感知，極大地節約了建筑成本和資金投入，而且客戶在體驗過程中能夠根據各自不同的需求進行實時干預、體驗不同的服務，使得售樓服務更加個性化、人性化。

以計算機圖形技術為基礎的三維動畫直接推動了我國動漫產業的發展，雖然國產三維動畫的整體水平較之歐美等先進國家還有很大差距，但在三維動畫的創意、制作等方面在近年來都有了質的飛躍，在動漫市場中的份額和影響力在不斷提升。遵循三維動畫虛擬仿真的思維路線發展起來的虛擬現實技術更多的關注人的體驗，著眼于人機互動，在現實生產、生活的多領域都得以廣泛利用，改變了傳統社會機器的冰冷面目，實現了人與物之間的互通。科學技術在推動生產力發展、提升生活品質的同時也帶來了一定的挑戰，在用技術推進三維動畫與虛擬現實不斷創新、升級的同時，也要充分關注技術變革帶來的道德倫理、人文關懷等問題，真正實現“科技讓生活更美好”的旨意，用技術升級體驗、用科技裝點生活。

參考文獻：

[1]何巖.淺析計算機圖形技術及其應用系統[J].消費電子，2013（8）：100.

[2]高立偉.淺析三維動畫與虛擬現實技術[J].中國傳媒科技，2017，（01）：121-122.

[3]李敏，韓豐.虛擬現實技術綜述[J].軟件導刊，2010，09（6）：142-144.

[4]田豐.基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究[J].電子世界，2015（15）：148-149.

[5]夏蕾.虛擬現實技術與三維設計技術[J].電子制作，2015，（11）：98.endprint