虛擬現實（VR）彩色動畫的交互性設計分析

摘要：虛擬現實技術的主要特點是其本身就有一定的交互性以及沉浸感，在虛擬現實技術與動畫技術相融合時這一點尤為重要，這也直接體現了虛擬現實技術與動畫交互的意義。

關鍵詞：虛擬現實（VR） 動畫 交互性設計

在虛擬現實技術不斷發展的過程中，其已經滲透到了我國的不同行業與領域，包括游戲、教育、醫學、影視、動畫等。目前虛擬現實技術與游戲和動畫的融合層出不窮，本文簡要分析虛擬現實（VR）動畫的交互性設計。

一、VR動畫關鍵技術

（一）VR動畫的交互性節點設計

在虛擬現實（VR）動畫設計中，所有的人物運動、狀態、運動節奏等內容的制作效果對最終動畫的效果有著十分直接且密切的影響。為了確保所有的虛擬現實技術的應用效果優異，同時保證所有的動作自然且生動，需要根據角色自身的劇情需要，嚴格按照要求去標定動畫的節點坐標。為了進一步分析虛擬現實（VR）設計效果，需要假設（u，v）和（Xw，Yw，Zw）分別為點Pl在場景圖像中，其中分別對應著虛擬現實（VR）動畫設計中的亞像素坐標、單世界三維坐標。通過下述算式將動畫場景中的亞像素坐標來獲得徑向和切向畸變中攝像機坐標的歸一化坐標。

{xd（1）}={ax 0 u0}{u}

{xd（2）}={0 ay v0}{v}

{1}={0 0 1}{1}

分析上述的算式可以得出，在虛擬現實（VR）動畫設計的過程中，利用xd（1）、xd（2）作為歸一化的動畫場景。在虛擬現實（VR）動畫設計中x、y軸向左邊點;而其中的u0、v0則表示為動畫場景中的中心像素坐標。在經過xd（1）、xd（2）的歸一化處理后，分析當下的動畫場景，可以在動畫中將xn作為圖像坐標，并且利用圖像和坐標通過多次的迭代，其目的是實現xd（1）、xd（2）的徑向和切向畸變補償，當虛擬現實（VR）動畫設計中的xn其所對應的初始估計值為xd。為此，在進行計算的過程中，應該利用算式：通過xn=[x y]=xd（1）xd（2）來表示xn，利用式{xd（1）}={ax 0 u0}{u}{xd（2）}={0 ay v0}{v}{1}={0 0 1}{1}聯合求解，得到歸一化處理后的動態坐標xn，可以將其表示為：

xn=[x y=（xd（1）-δ（1））/kradial][（xd（2）-δ（2））/k radial]。

分析上式中的內容，其中算式中的δ（1）和δ（2）分別指的是在虛擬現實（VR）動畫設計中的切線畸變值。利用所獲得的xn值當作虛擬現實（VR）動畫設計中的線性模型，并且得到：Zc{x y 1}=Zc{Xc/Zc Yc/Zc 1}=R{Xw Yw Z}w+t。

在上述算式中t和R分別指的是，在虛擬現實（VR）動畫設計中的攝像機外部平移向量以及其所選擇的對應選擇矩陣。針對上述幾個算式進行分析，能夠在短期內獲取動畫場景中圖像的候選網格節點，并且找到其中的深度坐標值。[1]

（二）三維動畫運動捕捉

在虛擬現實技術中，三維動畫以及三維場景的創建也是該技術有待分析的內容之一，應明確在三維場景創建的過程中如何構建一個良好的人體模型尤為重要，其直接關系到后期的整體建設以及技術動作的選擇、動作的模擬。當前應選擇相對較為成熟的運動控制技術，可以采用運動捕捉技術或者是動畫插件實現在虛擬現實技術中。對所有的三維動畫進行動作的制作，設置捕捉動作的系統模塊，能夠讓動作在一個連續的事件上獲取更多的追蹤，并且形成個體的固件，這是動作的關鍵節點，也是關鍵內容之一。在獲取三維空間的運動過程中，一定要考慮到如何對所有的動作神態進行有效的捕捉，并且在動作捕捉后要對數據內容進行優化處理，將動作直接加載到Character Studio中，并且調整所有的動作姿態，確保三維動畫所呈現的人物骨骼、人物的動態、人物的狀態，能夠滿足虛擬現實技術中對動作的實際需求。在利用TouchSensor對所有的動作系統捕捉后，還要考慮到如何將這些動作實現動畫模型的設計，如何進一步提高動畫在設計時的整體效果。為了進一步滿足當前用戶對虛擬現實技術的實際需求，需要根據用戶的操作感知進行確定，盡可能滿足所有在三維交互過程中常見的節點設定以及應用，確保應用效果得到提升。目前常見的節點應用方式有以下三種：SphereSensor節點、CylinderSensor節點和TouchSensor節點等。如果在本次設計使用的過程中，選擇了TouchSensor傳感器創建動用戶的動作時，應該考慮到TouchSensor節點本身所依據的是轉化輸出的觸發信號，DEF能夠定義節點的唯一id以及名字，進而讓用戶在使用觸發器時能夠確保文件的使用規范性。USE也可以實現USE節點定義的id，使得TouchSensor對節點對象的引用，更多的是明確節點對象的使用方式，進而提高編碼的轉換效率。TouchSensor時間傳感器，則是為了根據某一種規律來保證在控制時間內對虛擬現實技術中的動畫人物造型進行控制，確保在TouchSensor時間傳感器的節點中可以創造一個虛擬時間，使動畫的動態對象變化過程中能夠實現將所有的動作節點及時獲取，實現空間中的動畫變化狀態相同。無論是變形或者是位移等都可以利用TouchSensor時間傳感器，不會產生過分的可視效果，其更多的是為了去巡捕插件中的問題，并且對不同的時間所產生的時間節點進行動畫效果的匹配，滿足運動數據以及模型在匹配過程中的要求。應該考慮到在利用TouchSensor時間傳感器時，其節點中所對應的是動畫場景，不同的坐標分量一定要考慮到其坐標以及歸一化的處理，確保攝像機的坐標系能夠提高其轉化的效果，得到工作坐標與設想坐標系的轉化，進而獲得更多的三維任務。要求在整體設計過程中盡可能地根據實際尺寸進行建模，做好測繪工作以及歷史檔案資料的管理工作，更加精準地反映出模型的實際空間尺度以及色彩的變化區別。在進行模型名稱的填寫時，一定要考慮到模型與交互對象色彩變換的正確性。

（三）運動數據和模型的匹配

明確不同節點在空間坐標系的確定方法，找到在整個虛擬現實彩色動畫交互型設計分析過程中其關鍵性節點的空間坐標位置，根據其關鍵性節點的位置將其逐步進行轉化，進而形成運動序列。其所形成的運動序列，是一個三維結構的骨骼動畫，能夠確保動畫使用效果以及動畫的選擇效果得到改善。目前也可以利用動畫捕捉技術獲取更多的數據，對數據的運動進行定向處理，已知在虛擬現實技術中利用骨架結構的三維運動可以將其融入三維的模型中，或者是采用3DMax、Maya軟件對所有的運動進行定向的功能，在不同比例下開展結構數據以及三維模型的任務構建，使得其運動的模型與運動的數據可以相互匹配，提高運動的整體效果。在虛擬動畫設計的過程中，為了使得真實的形象能夠更加飽滿，做好對現實物體中形象的展現，需要高度重視在建模過程中的色彩展現，使用標準的模型庫進行創建。其中所有的動畫都需要根據其環境以及建筑群特點將色彩完全地展現出來，特別是動畫中所涉及的環境中的顏色、建筑群中的色彩以及光影的變幻，確保虛擬現實動畫中環境的模樣能夠與實際生活中環境的模樣、色彩的變化處于完全相同的狀態，選擇不同的類型色彩進行建模，能夠讓模型更加滿足人們對虛擬現實動畫的實際需求。在制定標準的材料庫時，也需要了解到高精度的物品表面紋理是什么，需要結合建模的貼圖方向以及貼圖的顏色、光影的折射、影射方面。

二、VR技術與動畫結合設計的應用

目前，隨著虛擬現實技術的不斷發展，在其與彩色動畫交互性設計的過程中，也可以利用動畫捕捉技術。該技術能夠在最短時間內獲取更多且更有效的數據，通過已獲得的數據對所有的運動進行定向處理。后期動畫制作也包括前、中、后三個不同的階段。而在動畫設計案例過程中，所謂的前期制作是指對本次的設計主題進行確定，并且根據設計主題的內容選擇不同的場景做好角色的分析以及分鏡的構造、畫圖的設計等。中期工作階段則要考慮到不同動畫本身的表現效果，以及不同動畫在進行材質渲染和虛擬交互軟件進行材質渲染或是虛擬交互軟件應用的過程中，了解其動態交互的整體效果及內涵等。而后期制作則主要包括一些動態的交互輸出、聽覺元素的合成。虛擬現實技術與動畫交互性設計時，應考慮到利用哪些軟件進行動畫交互性的設計，其中主要選擇的是3DMax、Maya、Zbrush和Virtools軟件。

（一）交互節點的整體設計

在節點交互設計的過程中，一定要考慮到給予觀眾合理的、交互的出發點，提高虛擬現實動畫技術的應用效果，并且表現出其中所蘊含的提示性、合理性、引導性，根據動畫的內容展現出動畫的內容構架以及觀賞性。這是設計過程中的重點內容，提高動畫的設計效果，引導動畫整體發展，將動畫作為故事情節穿插在其中，使得觀眾通過不同的互動行為，感受到不同的故事分線，提高交互的整體使用效果。而在VR技術的動畫制作過程中，則包括建模材質以及動畫畫面的選擇。在圖像建模時，用傳統的圖像方法能夠實時地收集不同圖像的色彩內容以及相關信息，并且利用后期的軟件處理形成無縫的銜接。目的是為了在短時間內生成色彩相同的全景圖，并且可以有效地實現參數的調節設置，所形成的是更為逼真的整體場景。

（二）VR技術的動畫制作

本次分析時利用的是3DMax、Maya三維動畫制作軟件，在3DMax、Maya基礎之上可以融入一些次世代游戲作者的技術，提高動畫的整體效果、造型的效果，觸發動畫的真實性。在建模之前，多數情況下是通過Polygon作為多邊形建模的方式，Polygon可以讓動畫中的骨骼動畫造型更加完美，而在曲線的選擇上則需要利用Nurbs曲線完成，要在曲線輸出之前將格式改為Nurbs，無論是Polygon模型向Nurbs模型進行轉換，或者是這兩個模型之間的互相轉化，都需要采用原始模型，并且建造二級建模方式，避免由于建模模型過多而出現的曲線不合理問題。[2]

虛擬交互動畫的目標就是完美的視覺藝術效果，要呈現出與現實生活基本一致的色彩效果，三維虛擬場景模型的表面通過存儲光照信息進行優化，使三維模型色彩的仿真度得到有效提高。此種項目場景通過烘焙貼圖的方式來對實現光影、色彩、材質等貼圖的烘焙。確保所有貼圖信息在使用時的完整性，而色彩也需要盡可能地做到真實，能夠滿足用戶對虛擬現實彩色動畫交互性設計的實際需求，可以利用PS軟件對圖像進行處理，無論是紋樣或是貼圖的剪裁、銳化等都可以直接修改。這種修改方式也能夠確保貼圖在后期使用時，呈現最逼真的視覺效果。

三、結語

綜上所述，虛擬現實技術在當前數字動畫中的應用十分常見，其能夠給予人們更好的觀賞體驗。隨著虛擬現實技術的發展速度越來越快，在人們的日常生活中應用的頻率也相對較高。各行各業都在利用虛擬現實技術不斷地向前發展，這也為我國社會發展找到了一個全新的突破口。對虛擬現實彩色動畫交互性設計進行分析，能夠提高數字動畫制作效果，既可以促進我國數字動畫行業不斷向前發展，也可以解決一系列在以往虛擬現實技術中存在的動畫敘事限定問題。

參考文獻：

[1]吳磊.基于虛擬現實技術（VR）的動畫交互性設計分析[J].信息技術，2019 （07）：125-128+132.

[2]包春新.虛擬現實（VR）動畫的交互性設計研究[J].電視技術，2018 （08）：82-87.

（作者簡介：冷晨曦，男，碩士研究生，江西財經職業學院信息工程學院，講師，研究方向：多媒體設計）

（責任編輯 劉月嬌）