計算機虛擬仿真技術在三維動畫制作中的應用

摘? 要：虛擬仿真技術是借助計算機技術實現的一種虛擬系統，能夠對現實中存在的事物和環境進行模仿。虛擬仿真技術是隨著計算機技術的飛速發展而發展起來的，它在當前社會的各個領域中得到了廣泛的應用，且已成為人們認識世界的一種基本方式。虛擬仿真技術在三維動畫制作中得到了廣泛應用，文章分析了虛擬仿真技術的特點和應用原理，并對其在三維動畫制作中的應用展開了探析。

關鍵詞：計算機虛擬仿真技術;三維動畫制作;交互技術

中圖分類號：TP391.9? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0084-03

Abstract：Virtual simulation technology is a virtual system realized by means of computer technology，which can imitate the existing things and environment in reality. With the rapid development of computer technology，virtual simulation technology has been widely used in various fields of current society，and has become a basic way for people to understand the world. Virtual simulation technology has been widely used in the production of three-dimensional animation. This paper analyses the characteristics and application principles of virtual simulation technology，and explores its application in the production of three-dimensional animation.

Keywords：computer virtual simulation technology;3D animation production;interaction technology

0? 引? 言

隨著信息時代的到來，虛擬技術已經成為當前社會發展中一項必不可少的技術，又被稱為虛擬現實技術或者模擬技術。[1]計算機虛擬仿真技術是在上個世紀八十年代產生的，它是隨著計算機技術的發展而發展的，其需要借助計算機硬件、軟件和三維傳感器構成。在實際的應用過程中，計算機虛擬仿真技術具有較高的仿真性能，能夠帶給人們一種真實的體驗感，讓人們感覺“身臨其境”。[2]由于采用計算機仿真技術制作的三維動畫所呈現出來的畫面具有很強的真實感，因而在軍事領域、建筑領域、航空領域均運用了此項技術進行模擬、試驗等操作。因此，計算機虛擬仿真技術在當前的三維動畫制作中得到了廣泛的應用。[3]計算機虛擬仿真技術對于三維動畫制作來說，發揮著重大的作用，具有非常重大的意義。

1? 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術的發展得益于計算機技術的發展。當前，虛擬仿真技術應用體系得到了較好的完善，并且，我國的很多領域中都涉及到了虛擬仿真技術，如在室內設計、旅游教學和城市建設等方面，都應用到了虛擬仿真技術。

1.1? 虛擬仿真技術的定義

對于虛擬仿真技術，可以從多個方面對其進行分析，從狹義的虛擬仿真技術方面進行分析，虛擬仿真技術是隨計算機技術和網絡技術發展起來的一項技術，這種技術屬于試驗研究類技術，借助虛擬仿真技術，能夠將虛擬的空間進行構建;從廣義的層面對虛擬仿真技術進行分析，這種技術是幫助人們認識世界、探索未知世界的。當前的計算機技術和網絡發展已經相對成熟，在這種背景下，虛擬仿真技術能夠得到更加全面的發展和完善，從而借助虛擬的世界將真實的世界進行展現。

1.2? 虛擬仿真技術的特點

虛擬仿真技術在進行分類歸納的過程中，可以從四個方面將其進行分類，其中分別是交互性、沉浸性、虛幻性、逼真性。下面將對虛擬仿真技術的特點進行具體的分析。

1.2.1? 交互性

交互性，在虛擬仿真技術中主要指的是人與自然環境之間所產生的互動。虛擬環境是人類通過設計展現出來的，因此，使用虛擬環境的人能夠通過改變虛擬環境中的某些因素將虛擬環境進行改變，同時，如果對虛擬環境中的某些因素進行控制，該因素對應的地方便能夠出現相應的改變。例如：通過虛擬仿真技術模仿導彈發射過程時，使用者通過點擊相關的按鈕，虛擬環境中的導彈就會發射，同時，導彈如果觸碰到了目標就會產生爆炸，同樣會產生火光和碎片，人們能夠看到火光和碎片的產生，這便是虛擬仿真技術的交互性。

1.2.2? 沉浸性

虛擬仿真技術，顧名思義，將現實世界中存在的事物進行仿真模擬。通過虛擬仿真技術，能夠為使用者提供視覺、聽覺、嗅覺等多種感覺，讓使用者能夠有一種身臨其境的感覺，這便是虛擬仿真技術的沉浸性。

1.2.3? 虛幻性

虛擬仿真技術所構建的畫面都是對真實存在事物的仿真模擬，這些事物可以是真實存在的，也可以是未來可能會存在的，但是所構建的虛擬系統卻不是真實存在的，因此，虛擬仿真技術具有虛幻性。

1.2.4? 逼真性

虛擬仿真技術能夠構建出非常逼真的事物，讓人們感覺到構建出的虛擬事物與現實世界是一樣的，這是體現虛擬仿真技術逼真性的一個方面;另一個方面是，在虛擬仿真技術系統中，能夠通過控制其中的某些元素而出現相應的變換，讓使用者有身臨其境的感覺。

1.3? 虛擬仿真技術的應用原理

1.3.1? 基于三維圖形的實時顯示技術

三維圖形的實時顯示技術是當前三維動畫制作中的一項重要技術，通過借助三維圖形的實時顯示技術能夠有效地提高三維動畫的制作效率，這是因為借助三維圖形的實時顯示技術能夠將三維幾何圖形形成的時間有效地縮短，不僅如此，還需要將每秒鐘刷新的頻率定為15副，畫面的背景、陰影以及其他的要素都要符合相關的規定。[4]對于圖形的場景分塊，要能夠將圖片進行場景分塊，并將其中的分塊場景進行消隱，這樣一來就可以降低一些復雜場景的復雜度。一些復雜的場景在普通技術下很難拆分，但在虛擬仿真技術的協助下，可以將場景分為多個模塊，在一個復雜場景的其中一個模塊顯像時，其他場景都為隱匿狀態。消隱技術就是通過轉換人的視點來讓人們看到不同的畫面場景的。

1.3.2? 虛擬仿真技術中的交互技術

在虛擬仿真技術的系統中，某些界面需要人為的操縱才能最終達到目的，人們通過操作界面人為改變虛擬環境中的虛擬值，就是交互技術。現今成熟的交互技術有三大類，有直接用戶交互技術、物理控制技術和虛擬控制技術。他們的區別就在于操作方式不同，例如：直接用戶交互技術就是通過人的現實動作映射到創造的虛擬場景中以形成三維動畫，它的特點是可以直觀的表現和靈活的改變動作。物理控制技術便是通過操縱輸入設備如鼠標、鍵盤、手柄等來進行虛擬環境的交互。這種技術更能讓人體會到虛擬場景的存在，但和直接用戶交互技術相比缺少了一定的靈活性。虛擬控制技術便是輸入一定參數，讓虛擬物在虛擬環境中進行交互，讓用戶可以更加直觀的了解虛擬環境中的因素，為虛擬環境的變化提供了更多可能性。

2? 虛擬仿真技術在三維動畫制作中的應用

2.1? 虛擬仿真技術的建模軟件和語言

Multigen Creator是虛擬仿真技術的建模軟件，其用于建立建筑模型，并為許多模型的建立提供了素材，可以方便簡潔的控制比例，增加貼圖。VRML（Virtual Rcality Modclling Language）是虛擬仿真建模語言，在應用建模軟件之前需要學習相關的建模語言來輔助建模。[5]

2.2? 三維動畫制作軟件

三維動畫制作軟件很多，功能各異，不同的三維動畫制作軟件有著各自的特色，常見的有Maya、3ds Max、Premiere、Houdini及Zbrush，其中3ds Max和Maya兩款功能最強大、應用范圍最廣，也是現在最主流的三維動畫設計軟件。兩者比較而言，3ds Max作為世界上應用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件，完全能滿足制作高質量動畫的需要，只是它更多的效果制作依賴于外部插件。如分別用Maya和3ds Max制作同一個項目時，Maya會比3ds Max花更多的時間和步驟，但其具有更大的可控制性和可操作性，在生成的圖像上也比用3ds Max生成的圖像有更多的細節。Maya在建模、渲染、制作數字角色和場景時讓用戶擔當了導演、演員、場景設計者和攝影師的角色。

2.3? 三維動畫建模

計算機虛擬仿真技術在很多方面都有其作用，在制作三維動畫時，首先就要建立三維模型。三維模型包括對虛擬場景、三維動畫人物、動作表現的制作。進行三維建模時，要通過虛擬仿真技術和交互技術的相互配合來完成相關模型的建立，主要是通過現實仿真技術來建模，再引入一些三維動畫人物來體現需要展示的內容。虛擬仿真技術的難點也在于設計人員需要在建模過程中充分準備材料，整理好虛擬場景、虛擬人物的相關素材資料，與此同時還要進行三維圖紙的準備來保證三維動畫的正常建立。在準備一些實物的三維動畫時，還需要相關設計人員提前進行人工拍攝、航拍等工作來獲取真實信息，最終確定三維動畫的元素。在計算機技術未成熟之前，還需投入大量的人力財力來完成建模活動。因此，要想快速完成虛擬仿真技術在三維動畫上的應用，必須加快建模的速度來提高工作效率。

2.4? 應用領域

虛擬仿真技術的快速發展，必然導致其運用范圍的持續擴大。目前，虛擬仿真技術在三維動畫上的應用已經開始向航空領域、軍事領域、建筑領域發展。[6]三維動畫可以通過仿真模擬技術制造出一個虛擬場景，可以對未來進行無損害模擬，通過模擬分析來找出所有可能發生的事件，對現今掌握的技術進行模擬實驗，并對可能出現的危險進行有效規避，這在軍事、航空領域是非常重要的一項技術。通過互聯網技術，可以創造出虛擬環境來進行模擬演練，借助這項技術，人們就可以更好地對我們的世界進行探索，發現更多的未知領域。在建筑方面，虛擬仿真技術可以快速建立三維動畫，人們可以更加直觀的觀察一些高大精密的建筑。與CAD技術不同的是，虛擬仿真技術建立的是三維動畫，更加直觀、更加立體，符合人的美學概念，更加生動的表現一個建筑的空間結構。將虛擬仿真技術應用到工業上，能夠給我國的工業帶來非常良好的發展前景。

3? 結? 論

虛擬仿真技術將現實中存在的物體映射到虛擬環境中，用虛擬的三維動畫場景和人物體現事物本質，將一些抽象的事物具體反映成動畫呈現在人們眼前，使人們能夠更好地理解動畫內容所表達的含義。計算機虛擬仿真技術在各個方面的應用，既能夠方便我們的生活，加快工業進步，使航天領域、軍事領域、建筑領域都有所發展，還能促進我國的經濟發展。在三維動畫制作過程中，通過借助虛擬仿真技術，給人們的視野帶來極大的沖擊，讓人們能夠真實地感受到三維動畫所傳達的內容。虛擬仿真技術不但可以增強三維動畫制作的效果，也可更好地促進三維動畫制作技術的發展。

參考文獻：

[1] 馬新影.淺析計算機虛擬仿真技術在三維動畫制作中的應用 [J].科技創新導報，2018，15（3）：161+163.

[2] 方偉.基于VRML仿真教學系統的設計探析 [J].欽州學院學報，2018，33（8）：70-74.

[3] 王偉.三維動畫與VR技術相結合的研究 [J].文化創新比較研究，2017，1（22）：33-34.

[4] 王迪.基于計算機三維動畫建模技術的中國皮影藝術新傳承 [J].電腦知識與技術，2017，13（3）：217-219.

[5] 梁道懷.淺談提高計算機三維動畫軟件Maya建模效率的措施 [J].職業，2017（32）：67.

[6] 陳曉偉，霍軍.計算機三維動畫技術在建筑設計中的應用探究 [J].科教導刊-電子版（上旬），2017（34）：262.

作者簡介：曾龍凱（1988.07-），男，漢族，湖南祁陽人，碩士，助教，研究方向：計算機多媒體動畫設計與制作。