三維動畫與計算機圖形圖像理論研究

張明君

摘要：近些年，隨著我國經濟方面的飛速發展，帶動了各行各業技術水平的提高，而計算機領域的發展近些年是人們有目共睹的。3D動畫技術是隨著近些年我國計算機水平技術發展而衍生出的一項計算機繪圖技術，這項技術可以結合計算機內的數據結構進行圖像的處理和運算。本文中，作者結合實際的工作經驗，對計算機的圖像理論和成像原理進行了簡要的分析，并提出了相關的改進建議。

關鍵詞：三維動畫;計算機圖形;理論研究

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0055-02

隨著我國計算機網絡技術近些年突飛猛進的發展，三維動畫的制作水平也不斷提高。在各個領域中，三維動畫被廣泛用于電影電視劇和廣告動畫片等特效的制作。三維動畫從原理上來講，是計算機制作技術衍生出的一種立體動態的圖像，—般電影和動畫的畫面刷新率為24幀每秒，具體內容主要是模仿現實生活場景或者現實中人類的一系列表情動作。通過三維動畫制作的動畫表情十分逼真，可以隨著現實世界中環境的轉變而發生變化。隨著我國政策的扶持和技術水平的發展。三維動畫技術操作的關鍵點，是利用計算機結合3D動畫可以更好地實現AR的虛擬畫面，并以此服務于更多領域。此外，三維動畫可以在教學過程中不斷更新教學體系，融入最新的計算機教學理論，使學生能夠更好的接受到最新的三維動畫制作知識，為日后的工作產生一定的幫助，積累相應的經驗。

1三維動畫的成象原理

三維動畫是通過計算機軟件進行圖形和圖像整合處理技術，這種技術借助于計算機的變成系統和動畫軟件，在組合后生成一系列的景物和畫面，在目前使用前一幀的部分來進行，后一幀的修改計算機動畫是通過采取圖像動態，結合聲音的方式產生整體效果。即一段三維動畫有多個動態，由多個靜態的圖像所組成，將靜態的圖片進行一定速度的播放，設置計算機圖像軟件中的—個分支點將同一個圖像進行位移改變了點的位置，這樣既能保持原有動畫不發生形變，也能保證下一個畫面與上一個畫面的完美結合，形成有機的動態。在計算機三維程序中，要使畫面做得更加立體和真實，就要使物體的正面背面側面整體三維空間的視覺看出不同角度的立體內容，能夠實現這一功能的計算機語言種類也較多，一般分為線性語言、通用語言和圖形語言三種。

2三維動畫的制作原理

就三維動畫的制作原理來看，這種軟件主要是依托時間差的概念，運用計算機軟件在三維動畫中通過幀這一單位來計算動畫的播放速度和播放時間。通常來說，每一幀就是一個靜止的二維畫面，通過不同的幀進行連續的播放，形成動態的動畫效果幀數的概念，就是說在每一秒單位中所傳數的圖片數量就是幀數。同樣，也可以將幀數理解為圖形的處理器，每秒刷新的次數也可以成為幀數。對于某一個時間點到另一個時間點的轉換，稱為三維動畫中的關鍵幀，而前、后關鍵要完全呈現出兩種不同的動態情況，中間動態和變化動態都可以通過三維軟件來進行實現。此外，還有一種三維動畫設計的方法，利用線條樣式的驅動動畫，結合物體的運動軌跡和運動規律進行素材資源的整合編輯，除了三維動畫之外，其它的動畫設計原理也往往是這兩種技術組成的。

3技術問題和改進方法

就三維動畫的組成原理來說，它是由單個或多個二維的動畫進行多角度拼接而組成的，它的設計可以進行涉及任何場場合的任何物體，可以對動畫中的人物和角色對現實的物品進行仿真和模擬。同時，三維動畫可以結合計算機建模的數學圖形理論，使制作出的動畫更具有真實感立體感。利用三維動畫的制作方式，可以針對動畫角色中的不同對象進行制作，同時集合在某一個關鍵幀進行更好的人物動態處理。隨著時間的變化，關鍵幀也會發生各種位移變化。

3.1關鍵幀動畫的制作

三維動畫的關鍵幀是由傳統的動畫制作技術之上演變而成的，動畫的每一幀、每一段都由連續動畫或一個靜止的畫面所組成，這種制作方式比較普及和簡單，不需要對每一幀進行逐個的繪制和更改，只需要選取靜止幀的幾個重要點進行描繪即可。一般來說，關鍵幀會通過畫面中的動作變化進行選取，在變化的瞬間作為真的轉折點進行修改，修改后確定為關鍵幀。在關鍵幀制作完成后，對中間幀再進行細化的描繪，使二者相有機的結合到一起，就完成了部分三維動畫的生產和制作。

隨著目前計算機技術的發展，動畫技術也隨之出現了技術創新。為了實現各種條件下的插值算法，當今在三維動畫中采取了很多的新型數學公式，來更好的計算出3D模型的速度以及不連續l生的特點和動畫路徑。這樣，可以更好的完成3D動畫的制作，通過對插值和函數的調整，更好地改變物體的運動速度和運動軌跡。總的來說，這種關鍵幀的設計主要是通過數學中的函數變化來控制軟件的模型，使動畫做得更加逼真。

3.2變形動畫的制作

變形動畫是在動畫中的一種高級技術，它通過對動畫中的人物和其它物體進行變形而形成更好的視覺沖擊力，這一技術在二維動畫中是基于圖像MRPH的技術為基礎產生的。在這種動畫軟件中，其本身的插值產生變形為WRP，要實現這種技術，就要對圖形進行特殊的定義而進行單一的操作，通過點或者矢量結構之間的距離和架構來分析圖像的路徑和結構。在三維的動畫制作過程中，一般也分為兩大類：一是拓撲結構變形，這種制作通過M}{PH進行變形來改變兩個物體問三維模式的對應關系和差值，同時融人物體特征的結構;二是進行自由格式的轉換和變形。這種變形主要是插入了WRP 3D模型的使用功能，使三維的物體發生形變時能夠進行形變自由的切換或放射轉變，一旦在物體將要發生形變時，可以直接改變物體的函數參數。

3.3人體動畫的制作

人體動畫的模式是三維動畫制作中最吸引人，也是難度最高的技術手法。在早期的計算機繪圖中，由于軟件的技術水平不夠，所以對人的外形控制技術較差。隨著動畫水平和計算機技術的發展，這種3D人物的制作已經成為了人體動畫設計中的關鍵要素，他需要根據每個人的輪廓骨骼肌肉關節體型等不同點在設計中注意每一個元素，此外在集合模型中也要還原出人的動態真實性。當今，在我國國內的一些3D動畫電影中，對人體動畫的制作往往是簡單的外形模仿，利用旋轉的復制法，通過3D旋磨的模式，使感受器對于人的真實運動軌跡進行記錄和復制，可以在動畫中產生出模擬人體的真實運動狀態。

3.4物理建模方法

物理特性的建模，是根據幾何模型中的物理特點，通過數學函數的引進進行數值計算，在對物體的模仿過程中，不同的物體會產生不同的運動路徑和自身的屬性。通過物理特性的介入，可以使物體本身的物理參量和幾何運動模式進行結合，更好的顯示出物理參量和其他參量之間的關系，對于3D動畫的整體制作效果有很大的提高和幫助。

3.5位移動畫操作

位移動動畫技術是三維動畫制作過程中的一個較為普遍的使用方式，這一方式要求有兩個或者兩個以上的關鍵幀組成的圖形，通過延長幀和色彩的調整，在物體表面設置一個為一的向量，在保持物體的結構前提之下形成相應的動畫;同時，通過這種技術也可以制作出火焰冰雹雨水等一系列的自然景觀。

4結語

在我國的十三五規劃中，已經將動畫產業歹0位了我國的朝陽產業，并在政策上予以了大力的扶持。而隨著我國計算機技術和動畫制作技術的發展，也制作出了一些水平較高廣受好評的影視作品。在實際的學習和教學過程中，教師應該充分融入到計算機圖像理論的最新研究成果，讓學生掌握這項技術的前沿，進而更好地學習和制作三維動畫，促使這一產業在社會中更好的發展。