虛擬現實技術在三維動畫場景中的運用研究

袁泓洋

（墨爾本大學,澳大利亞墨爾本 VIC 3010）

一、虛擬現實技術的特點與三維動畫場景的優勢

1.虛擬現實技術的特點

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR技術）是建立在計算機基礎之上，借助虛擬現實眼鏡（VR眼鏡）、虛擬現實耳機（VR耳機）等設備，利用物理空間與投影設備相結合的方式，使用戶產生身臨其境的感知體驗的一種技術。它是一種特殊的呈現形式，將虛擬的物體運用在大腦結構中，刺激用戶的多種感官，從而引導用戶進入虛擬現實世界。虛擬現實技術主要有以下三種特點：

（1）沉浸性（Immersion），又叫作臨場感。用戶使用專用設備，將自身沉浸于虛擬環境之中。如同真實世界一樣，用戶能使用語言、肢體動作等方式與虛擬環境中的對象進行交流。多感知性是影響沉浸性的主要因素，理想的虛擬現實應該具有人類所具有的所有感知功能，因此用戶在虛擬環境中獲得的感官刺激越多，沉浸感就會越強。VR眼鏡就很好地利用了虛擬現實技術中的沉浸性特點，用戶透過VR眼鏡，輔之以立體音效，讓用戶覺得電影的一切都是在自己身邊發生的，能夠產生真實的觀影體驗。

（2）交互性（Interaction），是指借助專用的交互設備，與虛擬環境之間以自然的方式進行交互。用戶可以對模擬環境內的物體進行操作，同時也會得到環境的自然反應。舉個簡單的例子，當用戶在虛擬環境中看到了一個足球，在用腳踢球的過程中，可以感受到腳與球的接觸以及球的滾動，這樣一種交互行為也從側面增強了用戶的沉浸感。交互性如今也被運用在許多方面，在藝術設計過程中，虛擬現實技術的交互性有助于學生真實感知藝術設計的變化過程，通過立體眼鏡可以觀察三維空間動態；VR手套可以完成抓取、移動等操作；頭盔顯示器可以實現空間自由行走移動等。

（3）構想性（Imagination），該特點體現了人類的想象力。用戶可以在虛擬環境中模擬一件未發生事件的多種可能性。例如，建筑師可以將自己設計的不同建筑模型投放在模擬的環境中，通過對比挑選出最適宜的設計。不僅如此，有些在現實中不存在的事物，也可以通過虛擬現實技術將其呈現出來，例如滅絕的動物、龍的形象等，都可以在虛擬環境中進行構造和展現。

2. 三維動畫場景的優勢

（1）三維動畫場景是利用三維電腦軟件模型所搭建的，攝像機在三維場景模型中可以實現直接穿插，拍攝預覽動畫，能夠輕松實現鏡頭的組接、推、拉等操作，以此來解決鏡頭的單調性問題。

（2）三維場景在制作過程中會用到四視圖，能夠精準還原現實場景，因此三維動畫場景能夠設計一些宏觀場面或精致度較高的畫面，拓展傳統動畫的設計思路以及觀者的視覺享受。

（3）制作三維動畫場景的軟件都會自帶動畫設置，可以增加場景的真實性與生動性，化解場景如背景的尷尬。

3.虛擬現實技術與三維動畫場景的共同訴求

虛擬現實技術與三維動畫場景存在著共同的訴求。虛擬現實技術是利用相關軟件形成三維動畫效果，在虛擬世界中呈現出理想化的世界；三維動畫場景則是依靠計算機技術所預先處理好的，用戶接受設計者在場景中所傳達的信息，通過動畫色彩、光線以及鏡頭處理等方式，為觀眾呈現出特定的空間環境。這種特定的空間，常常具有某些理想化色彩。兩者的最終目的，都是為用戶提供一個理想化的、具有沉浸感的虛擬世界。

二、虛擬現實技術在三維動畫場景中的案例分析

1.三維動畫場景的主要使用范疇

隨著網絡和計算機技術的發展，三維動畫場景在醫療、建筑、影視等領域都得到了廣泛的應用。

（1）醫療領域

醫療行業由于它的嚴謹性和微觀性，當一些病灶在人體內部發生時，醫療工作者是無法通過肉眼判斷病情狀態的。三維動畫場景的搭建則幫助醫療行業解決了這個難題，通過模擬人體內部的場景，將人體細胞、病理演示出來，從而使醫療工作者找到方法進行分析治療。

教師在設計力學演示實驗時一定要簡潔，因為在課堂上做演示實驗的目的就是為了更好地讓學生理解、掌握物理知識，而不是把原本簡單的概念復雜化，教師在設計演示實驗時，一定要考慮學生的學情，設計出來的實驗要滿足當前課堂的需要，也要讓學生能夠對其進行一定程度上的分析。在設計時，還要注意這一演示實驗理論與實際應無差異，切忌紙上談兵。

（2）建筑領域

傳統的建筑表達方式是在規劃圖上標上特定的符號來展示道路、橋梁等內容，但是這些符號并不具有立體性，會導致建筑師在建設過程中出現偏差。利用三維動畫所搭建的城市規劃，景觀，隧道、街景及公園等場景都可以被生動形象地展示出來。通過三維動畫場景圖，能夠更加精確地傳達規劃思想。與此同時，三維動畫場景還能更好地推廣古建筑文化，應用該技術能幫助人們修復破損的古建筑，讓人們完整地領略古建筑的韻味和歷史。

（3）影視領域

文娛產業的發展蒸蒸日上，影視方所嘗試的影片類型也越來越多，例如科幻片、修仙片等。片中不可避免會遇到一些現實中不可能完成的鏡頭或者是實拍成本過高的場景，將三維動畫場景運用到該領域，可以將影視方所要表達的內容進行精準地展現，制作的場景效果可以使觀者身臨其境，提高了畫面的表現形式。

近年來，制作三維動畫場景的軟件水平逐漸改善提升，創作手法向著創新、多元化發展，該技術的應用范圍也將涉及更多行業領域。

2.虛擬現實技術在三維動畫場景中的運用分析

（1）虛擬醫療系統的推廣應用

醫療領域中，虛擬醫療系統已經成為醫療工作者進行手術訓練的方式之一。虛擬醫療系統由3D成像系統和機械臂組成。醫生在使用虛擬醫療系統時，戴上3D眼鏡，握住機械臂，就可以模擬進行人體手術，根據手術的不同要求，醫生可將機械臂在轉換成不同的工具，例如手術刀、鉗子等。該系統不僅能提供病人的三維圖像，還能模擬出觸感，讓醫生感覺自己是在給真正的病人進行手術。醫生通過在系統進行反復的練習，進行術前彩排，提高手術的成功率。

近幾年，房地產事業興起，房產商為了宣傳和推廣，增加銷量，開始采用交互式動畫來向客戶展示房產的面貌?？蛻艨梢栽跀底謽潜P中看到仿真的小區全景及心儀的房屋內的各類設施，并可以在樓盤中任意選擇角度進行觀看，給客戶帶來了交互感和沉浸感。新穎的看房方式吸引了大量的顧客，給房地產事業做出了重要的貢獻。

（3）傳統戲曲表演的重生

戲曲作為一種中國傳統的戲劇模式，也在積極尋找新方式進行文化的傳承與創新。2018年，江蘇大劇院展示了利用虛擬現實技術制作的戲曲《牡丹亭》，表演者穿梭于流動的水墨之間，給觀眾一種沉浸式的體驗，演員也得以跳脫出舞臺的禁錮，與觀眾實現近距離、全方位的互動。傳統戲曲與虛擬現實技術的碰撞，不僅堅守住其文化內核，也積極吸納新技術為未來的創新與發展添磚加瓦。

除了以上提到的案例，虛擬現實技術與三維動畫場景的結合運用還體現在工程操作訓練、航空演練等一些教育教學領域，為教育教學的發展提供了便利。

三、虛擬現實技術在三維動畫場景中運用的現實意義

1.虛擬現實技術發展趨勢

未來，虛擬現實技術會遵循著低成本、高性能的發展原則，從硬件和軟件方面進行技術的提升。虛擬現實技術的發展方向會逐漸趨向更加實時的三維圖像顯示技術和更加智能化的交互設備。同時，虛擬現實技術（VR）也在積極探尋與增強現實技術（AR）、混合現實技術（MR）結合的3R技術，將技術進行深度融合，使人機交互更加自然。

在虛擬現實技術的應用范疇方面，將逐步拓展到與用戶生活更加貼切的公共服務行業。將此技術應用于日常交流、學習等各個方面，使得虛擬現實技術被廣泛運用成為可能。

2.三維動畫場景使用范疇的延伸

三維動畫場景目前還在建筑、醫療等領域都有了自己的一席之地，同時也在文化領域進一步發揮作用，例如數字博物館、線上數字展覽、情景還原等。數字博物館利用多種多樣的表現形式，將展品進行無限復制，從而延長文物的壽命，減少損壞或遺失的問題，人們也可以與文物進行近距離接觸，從而更加了解歷史；線上藝術展覽可以省去場地、產品運輸等時間和成本，解決了時間和場地的限制。例如：2020年一場突如其來的疫情，使得全國很多高校的畢業設計匯報展由線下轉移到了線上。作品展出不但沒有受到時間和空間的限制，而且還獲得了意想不到的好評；用三維動畫場景技術還原一些歷史場景，可以幫助歷史學家及大眾更好地走進歷史、了解歷史?？梢?，此技術日后還會運用在更多的領域，其快速的發展也是順應了社會科技文化發展的需求。

3.虛擬現實技術與三維動畫場景結合的可行性

主觀上講，虛擬現實技術和三維動畫場景都是基于計算機程序所進行的技術，是計算機技術與現實融合的代表。三維動畫場景技術以建立仿真的場景為主，虛擬現實則是更加注重用戶多樣的體驗角度、與虛擬環境之間的交互活動。將虛擬現實運用到三維動畫場景中，既可以保持兩者的特性，又可以互相彌補，相互推進，讓科技更好地融入社會實踐中。

虛擬現實技術的主要制作軟件是MAYA軟件、3ds Max軟件等，制作三維動畫場景也主要用到MAYA、3ds Max等軟件，因此在軟件方面，兩者的契合度很高。在硬件方面，虛擬現實技術主要通過虛擬現實眼鏡、虛擬現實耳機等外部設備進行技術的實現；而三維動畫場景的硬件設備適配性很高，可以輕松嫁接到虛擬現實技術的硬件設備中，實現兩者的結合。所以從客觀上講，將虛擬現實技術應用到三維動畫場景中也是毫無障礙。

四、結語

虛擬現實技術是一門可以給人類帶來諸多益處的新興技術，其交互性強，可以幫助用戶沉浸于虛擬環境之中。將虛擬現實技術運用在三維動畫場景設計中，其應用領域廣泛，可以幫助不同領域的工作人員從多角度觀察，從而得出最佳方案，同時也助力三維動畫場景設計朝著全面化、精細化的方向發展。