基于多媒體數據庫的三維動畫制作技術研究

張錦宇

摘要： 隨著圖形圖像技術的發展，三維動畫技術在游戲、影視特技以及教育科研等領域廣泛應用，由于傳統制作技術在三維動畫制作中存在清晰度低的問題，因此，提出基于多媒體數據庫的三維動畫制作技術研究。引入多媒體數據庫建立三維模型，結合三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，實現三維動畫制作，通過制定三維動畫清晰度對比實驗，可知本文技術相比于傳統三維動畫制作技術，動畫清晰度高。

關鍵詞：多媒體數據庫;三維動畫;制作技術;清晰度

中圖分類號：J218.7? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0219-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

三維動畫制作技術并非單一學科或技術，其綜合了計算機圖像學、心理學、物理學以及數學等眾多新興技術，完成圖像由靜態到三維動畫的轉變。本文將多媒體數據技術引用到三維動畫[1]制作中，以三維造型、合成渲染等技術實現動畫制作。利用視覺暫留現象，運用專業動畫知識，對未知世界進行大膽創作。目前這項技術在國際上備受關注，在影視制作及游戲制作中都用應用

給人們帶來了極佳的視覺體驗[2]。

1 基于多媒體數據庫的三維動畫制作技術設計

1.1 引入多媒體數據庫

多媒體數據庫[3-4]具有允許用戶儲存和查詢的特征。本文設計的三維動畫制作技術，可以將多媒體數據庫直接應用到三維動畫制作中。

多媒體數據庫的檢索被稱為基于動畫內容的檢索，正在檢索的多媒體數據源通常是對制定對象進行檢索，因此多媒體數據庫須通過模型設計實現基于動畫內容來組織多媒體數據源，并為多媒體數據庫建立索引。

1.2 建立三維模型

本文三維動畫制作技術的基礎就是模型的建立，建立三維模型的內容包括：建立多邊形模型、建立面片模型以及建立特殊模型，三維動畫制作的圖像材質、貼圖及燈光等后續制作流程都是在模型的基礎上完成的。三維模型建立的內容集成了多個模型的修改器，修改器把原本粗糙的三維模型變得生動和真實，利用傳統方法建立三維模型比較直觀，但是基于多媒體數據庫建立三維模型更快捷，尤其是在模型中建立多個對象，每一個對象的參數化控制以及定位的精確性顯得三維模型[5-6]的靈活性，下面介紹幾種利用多媒體數據庫建立三維模型所用到的函數和命令。

多媒體數據庫中的節點類包括三維動畫中的所有場景對象，每一種多媒體數據庫中的場景對象都是由節點類派生的，利用數據庫中構造函數構建場景對象。

控制程序的流程是通過for循環表達式使計算機生成多個場景對象，并對生成的場景對象進行批量修改和操作，這樣對for的循環操作更方便快捷，控制程序流程的語法表達格式為：

通過上述的函數和命令，有利于創建復雜的對象以及場景，是傳統三維動畫制作技術難以完成的。

1.3 確定三維動畫理論

三維動畫理論[7]是將創造出來的每一個動作片段進行細致記錄后，以恒定的速度來播放此片段，通過人類感知當中的類似動作的現象產生出運動幻覺的媒介，因此三維動畫的產生主要是以人對外界事物的認知捕捉原理作為基礎的，大量的光子刺激人的視網膜才使人具有視覺，人的視覺接收是眼睛通過接收物體發出的光或者反射的光來感知物體的存在，并將反射光的形狀映射到人的大腦中，這種刺激一般情況下在微觀層面上是不連續的，但是從宏觀層面的角度講卻是連續的刺激。不論采用什么方式進行三維動畫的創作，除了依靠人對外界事物的認知捕捉原理[8]之外，還要熟悉基本的三維動畫理論，理解事物實際運動的過程，這樣才能更加真實的在計算機當中模擬和仿真動作的形成，達到更加形象地動畫效果，三維動畫理論框圖如圖1所示。

三維動畫的研究者往往要經過長期的實踐操作和仿真研究，建立一套三維動畫的運動規律體系，其中迪斯尼公司動畫師們在20世紀20年代總結了12條經典動畫運動原理，在當時二維動畫制作技術的基礎上總結出來的，至今三維動畫已經在各個領域得到廣泛應用。

1.4 確定三維動畫的制作過程

三維動畫制作技術是一門綜合了眾多學科專業知識的創新技術，在制作過程中涉及多個領域，要想掌握三維動畫制作技術，不但要掌握一定的計算機知識，還要精通一些三維動畫軟件，例如photoshop、coreldraw等，專業技術人員還需要具備非常深厚的藝術功底。

首先要進行前期構架設置。根據要制作的故事模型進行人物外形規劃，通過人物的肢體、容貌以及對白的過程來表現人物的性格特征，必要時交代特定的時代背景與發生地點。三維動畫結構主要包括戲劇化模式和散文模式，戲劇化模式比較重視故事情節的起伏波動效果，具有比較合理的段落銜接，故事的因果關系也比較詳細;而散文模式是利用人物的日常情緒表現出來的技巧使大眾獲得一定的人生啟示，故事的交代上可能不是很完整，但是要更加凸顯生活中的細節。三維動畫的畫面設計可以作為設計資料的進一步放大行為，使人物角色與動畫的運動節奏瞬間達到一致，讓三維動畫的整體效果顯得更加生動。在區分角色背景時，三維動畫的設計稿會將制作中的需求清晰地呈現出來，描繪景色的工作人員會按照導向審定結果進行動畫片段的恰接。

其次要匹配三維模型與材質。人物角色在實際運動中是由骨骼帶動肌肉產生的，在基于多媒體數據庫的三維動畫制作中也是將骨骼作為牽引，由骨骼帶動模型產生的動畫。三維動畫中的骨骼是制作人物角色動畫的主要手段，三維動畫模型制作完成后，要建立一套骨骼系統，將骨骼系統與模型統一結合，這一結合的過程稱之為蒙皮。動畫模型經過蒙皮后，就可以通過骨骼的旋轉來控制三維模型的變形，上述步驟全部完成后，為了確保每一根骨骼對三維模型的控制范圍，還要進行刷權重，綁定模型前要注意檢查清楚模型是否已經將歷史清除，如果歷史沒有被清除要對模型進行清除歷史的操作，這樣可以避免出現一些不必要的麻煩，綁定模型之后，還要注意將綁定的模型交給動畫組的相關技術人員進行動簡，來避免動畫組的工作人員在調動動畫的時候出現不必要的麻煩。

1.5 實現基于多媒體數據庫的三維動畫制作

根據三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，基于多媒體數據庫的引入，建立三維模型，實現三維動畫的制作。

三維模型的建立可以實現三維動畫的制作，三維動畫的制作流程如圖2所示。

引入多媒體數據庫，建立三維模型，依托三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，實現基于多媒體數據庫的三維動畫制作，完成本文設計的三維動畫制作技術。

2 實例分析

為了驗證本文設計的基于多媒體數據庫的三維動畫制作技術的實用性，采用傳統制作技術以及本文設計的三維動畫制作技術，制定三維動畫清晰度對比實驗。

2.1 實驗方法及步驟

本實驗設計一個海底世界動畫作品，利用水底對光線的折射原理，再加入輔助器來模擬動畫的真實效果，實驗引入清晰度指標作為實驗結果判定標準，清晰度表示三維動畫各細部影紋的清晰程度，具體操作步驟如下：

（1）創建燈箱：打開“創建”，設置畫面的長度，打開位圖，調整strength給水底的地面加入材質，由于在水底的光線是由陽光透過水面后到達水底的，所以水面對光線的折射作用很強烈，這一效果就是由目標平行燈來實現的;

（2）設置光彩動畫：利用平行聚光燈上的貼圖來模擬水底光影折射效果，然后在貼圖上做動畫，實現光在水底的折射運動;

（3）創建水底水草以及水草動畫：在步驟1的基礎上創建面，然后設置Noise參數，復制水草后設置水草動畫;

（4）創建石頭：通過編輯網格來完成水底石頭的動畫，編輯網格是一個功能強大的修改器，可以做出非常復雜的模型：

（5）賦予水草和石頭材質貼圖;

（6）創建水底氣泡和魚兒并賦予材質貼圖;

（7）渲染動畫。

2.2 實驗結論

根據采用不同三維動畫制作技術得到的三維動畫清晰度實驗結果可知（如圖3所示），兩種技術對三維動畫清晰度有很大差別，本文設計的基于多媒體數據庫的三維動畫制作技術對三維動畫制作的清晰度較高，大約為1008像素，而采用傳統三維動畫制作技術制作的三維動畫的清晰度為552像素，由此可知本文三維動畫制作方法清晰度更高，更能滿足實際需要。

3 結束語

本文提出了基于多媒體數據庫的三維動畫制作技術研究，通過引入多媒體數據庫，構建三維模型，再結合三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，實現本文研究作。實驗數據表明，本文設計的三維動畫制作技術相比于傳統三維動畫制作技術，制作出來的動畫清晰度高。希望本文的研究能夠為三維動畫制作技術提供理論依據。

參考文獻：

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[5] 馬國俊. 學習金字塔模型在民族高校三維動畫制作教學中的應用[J]. 實驗室研究與探索， 2016， 35（12）：174-177.

[6] 蔣信寶. 機械制圖課程教學模型三維立體動畫庫的開發與應用[J]. 職業， 2016（14）：145-147.

[7] 尚冠衛. 基于三維動畫與虛擬現實技術的理論研究[J]. 戲劇之家， 2017（20）：137-138.

[8] 陳鴻益， 干靜， 李璠，等. 基于認知實驗的二、三維原理型動畫對比研究[J]. 機械， 2016， 43（6）：18-21.

【通聯編輯：張薇】