虚拟引擎在三维动漫中的应用研究

姬宇晴

（河北美术学院　动画学院，河北　新乐　050700）

虚拟引擎在三维动漫中的应用研究

姬宇晴

（河北美术学院动画学院，河北新乐050700）

我国动漫产业经由长期发展，取得了喜人的成绩，然而，仍滞后于国外动漫，涌现出制造不精细、观念落后等一系列问题，同时，开发周期偏长，急需攻克.而虚拟引擎是一种现代技术，它的出现为三维动漫制作提供了希望与可能，减小了工作量，凭借虚拟引擎自身优良的功能可规范制作.现阶段，其精细度虽与预渲染动漫存在差距，但仍能节省较多时间与一定的金钱，有利于优质作品的创造.

虚拟引擎；三维动漫；应用；研究

虚拟引擎作为虚拟现实的关键技术，应用范围宽广，无论是在生产过程，还是在研究活动中均涉及虚拟引擎，它可促进项目研究和系统评估.国外在虚拟引擎中所开展的研究活动较多，除涉及内科外科外，还关联用户交互.VRT的出现冲出了实验室概念，并得到充分利用.我国通过不懈的努力，也实现了VRT的广泛应用.本文主要以虚拟引擎为对象，探讨在三维动漫方面的具体应用.

1　虚拟引擎当前的研究状况

七十年代以后，世界各国纷纷努力研究VRT，以美国为首，在这一时期取得的成绩均建立在长期探索之上.目前，无论是美国，还是英国均有所收获.除美国、英国外，瑞典也在VRT方面展开了研究，且取得的成果还赢得了一致认可与高度赞扬［1］.对于德国而言，其虚拟现实应用体现在不同领域，例如，工业制造活动.防范新产品研发潜藏的风险；通过产品展示，赢得更多客户；应用到培训活动.CRT促进了CRF的提高，工人不必深入基地，仅仅利用VRF便能操作机器.

每一个国家均已着手研究VRT，尤其是日本，在虚拟知识库以及游戏开发方面均取得了卓越的成绩.

国内在虚拟现实方面的研究较少，处在初级阶段，粗略对比便可发现，我国应进一步努力，也要在虚拟现实中需投入更多.我国面向虚拟现实技术所提出的举措吸引了研究人员的眼球，纷纷投身到VR中，创设虚拟环境，并把虚拟现实技术探索划入重点项目行列，大多数研究单位以及各所高校也加入到了研究队伍中.

2　需求分析

优质的图形引擎依赖于动漫模块设计，同时，动漫自身的质量影响着图形引擎的综合性能.合理的系统设计应明确用户的实际需求，进而让系统满足用户需求，在此基础之上，开展方案设计，按部就班，遵循设计的简洁、直白性，让用户正确认识设计架构，灵活运用.

图形渲染引擎指代实现场景管理、达成渲染效果的引擎.在该引擎中，其渲染一定要通过渲染窗口来完成，因此，一定要协同宿主操作系统构造渲染窗口，且能够支撑OpenGL.本文主要选取第三方库，即SDL，属于跨平台开发、设计库，在图形与声音等方面具有优良支撑.在未来，该窗口支撑会利用EGL来达成，主要因为未来世界不存在图形系统支撑，而我们的任务便是设立一个图形系统，与EGL配置相关的内容将是主要研究内容之一.

图形渲染模块涵盖模型与纹理分析研究、缓冲区数据框架与渲染工序的封装，主要为封装的OpenGL，此种封装无需用户熟悉底层细节，仅仅利用接口便可实现功能利用.在模型研究中，用户参照规范模型文件构造渲染所需数据据框架，进而为底层渲染模块提供便利；在纹理研究中，该引擎可适用于若干图片格式，最大限度地利用可拓展性［2］.

为强化图形引擎的实际功能，增加可拓展性，笔者将进一步优化动漫模块，并将此对为主要研究内容.完成动漫模块设计工作后，将其整合至图形渲染系统中，在这一过程所参照的方法应满足软件设计理论，保证高内聚与低耦合.

三维图形引擎内部的动漫模块应实现下述功能：节点动漫以及骨骼动漫.其中节点动漫能够达成实体平移变换、关键帧设计、动漫轨迹构造、动漫状态保障，要求尽量有序、合理达成节点动漫.而骨骼动漫主要建立在骨架之上.本文所探讨的动漫模块应符合下述需求：

其一，支撑节点动漫，可构造若干关键帧动漫，通过时间完成动漫控制；

其二，探讨达成节点动漫的基本操作，涉及节点平移、转换、尺寸缩小与放大；

其三，支撑骨骼动漫，可探究网格、分析骨架文件；

现有区域金融风险研究更多属于根据历史资料的静态风险管理，通常忽略动态因素，或者为了简便处理建立在线性相关假设上。未来研究将更加契合经济系统开放而复杂的特点，充分考虑风险因素的动态变化，构建科学全面的指标。模型选择要多借鉴国外先进研究经验，根据我国情形进行适当改进，克服数据搜集的困难，对区域金融风险进行精细严密的研究。

其四，依托骨骼蒙皮技术完成皮肤形变；

其五，探索骨骼动漫细节问题，例如，动漫提速与降速效果的达成.

3　依托虚拟引擎制作动漫的基本原理

经过多年发展，虚拟引擎更加完善，已演变为复杂系统，无论是在建模、动漫、光影设计、物理系统，还是在所用插件、编辑工具中，囊括开发过程的每一个环节.

首先，在光影效果中.光影效果指代场景内部光源所产生的具体影响，主要表现在人和物中.光影效果一般通过引擎进行控制，其中折射与动态光源等几乎都利用引擎编程来达成［3］.

其次，在动漫中.现阶段，主要包含骨骼动漫与模型动漫这两种系统.前者借助内置骨骼促使物体作出各种动作，应用较多；而后者则是依托模型进行变形操作.引擎将上述两种动漫系统提前体植入，促进了角色设计.对于骨骼动漫系统而言，骨架共同组成骨骼，进而构建成网格.网格顶点以及骨架密切相连，因此，其在模型中的空间位置均以骨架为参照，并非指示在世界中的具体位置.由此可知，若变换骨架，则各顶点位置也会出现一定改变.这表明一定要让骨骼运动，节约了较多的内存.另外，骨骼动漫还存在其它优点，可参照能干扰顶点的骨架科学估价.同时，也存在缺点和不足，若想让有机的东西正常运动，需要在其内部增设更多的骨架，这在某一层面增加了处理时间［4］.

引擎还存在另一显著功能，即可提供物理系统，进而让物体运动依照特定规律.以角色的跳跃动作为例，系统设计的重力值关乎着跳跃的实际高度，影响着下落速度，且子弹飞行轨迹也与物理系统相关.

碰撞探测作为物理系统的关键组成部分，能够探测每一种物体对应的物理边缘.若两个3D物体相互碰撞，则该技术能够规避相互穿过问题，促使人碰撞墙壁时，不会出现穿墙而过的现象，更不可能撞倒墙壁，这是因为碰撞探测会参照人体与墙壁之间的特征判断两者的实际位置与对应关系.

摄影机系统是另外一个基本功能.借助镜头自身的变换推拉，改变人们的视角，使得场景也随之不断变化，进而丰富三维感受，营造一种身临其境的氛围［6］.

4　依托虚拟引擎制作动漫的主要方法

首先，借助三维建模软件完成角色建模，设定人物材质、贴图，赋予角色模型以骨骼，设计骨骼动漫，营造三维场景.

对于3DSMAX提出不同的建模手段，包含自底向上建模与自上到下建模.因自底向上建模主要由基本几何体不断塑造，最终变成完整模型，此种方法具有显著优点，可提前估测三维模型，进一步认识整个网格涉及的所有面，面数控制决定着引擎的实际计算时间，在具体调整环节，应额外留心模型布线问题［7］.

其次，格式调整.对角色模型以及场景模型进行格式调整处理，同时导入到引擎中，营造三维场景，围绕场景内部的物体合理添设纹理贴图，适当添加角色模型，结合场景适当增设灯管，配置摄影机，科学设置［8］.

随后，在虚拟引擎内部合理编制脚本语言，实现动漫控制.具体包含粒子系统脚本与骨骼动漫脚本等的构建.现阶段，主要存在顶点动漫与骨骼动漫这两种模型.从处理器性能层面而言，骨骼动漫具有一定的优势，便于创建、创建效率较高.不同样式的骨骼动漫能够进行整合处理，大部分引擎均支撑顶点动漫，然而，并非各引擎均支撑骨骼动漫.要求角色模型一定会动，主要由角色可利用动作决定.在各动漫阶段，对应的制作方法均相同，只有优秀的脚本写作者方可用脚本完成骨架创建，达成骨骼动漫.

最后，将动漫转移至后期处理工序，将其编辑成动漫，一般包含配音以及特效控制这两项内容.

5　结语

原三维动漫的整体开发周期偏长，需要配置多种开发设备，开发成本大，这主要是因为动漫制作需要进行重复劳动，从而提升制作成本，拉长开发周期.但使用虚拟引擎实现动漫制作能够缩减开发成本，降低开发时间，值得大力推广和进一步研究.综合来说，依托虚拟引擎进行动漫制作既可节省时间，还可提升经济效益，市场价值巨大.

〔1〕王洪福，陈雷霆，李东魁，等.三维图形引擎中骨骼蒙皮动漫的一种实现方法［J］.计算机应用研究，2013，23（12）:349-350，356.

〔2〕唐亚辉，赵宏林，常迎春，等.基于Unity3D平台的篮球游戏三维动漫设计与实现［J］.计算机与现代化，2015（2）:73-76.

〔3〕陈骏.三维动漫制作与虚拟现实结合技术研究［J］.计算机光盘软件与应用，2014（14）:224-224，226.

〔4〕甄杰，郑力明.基于OGRE的动漫制作引擎设计与实现［J］.微计算机信息，2015，27（2）:160-162.

〔5〕王涛.基于UDK的虚拟现实技术在三维虚拟数字校园中的应用与研究［J］.电子设计工程，2014（15）:33-36.

〔6〕周演.三维虚拟漫游中相关技术的研究［D］.江苏大学，2013.38-40.

〔7〕汤磊.基于Virtools的三维场景实时漫游系统的研究与开发［D］.大庆石油学院，2014.

〔8〕许梅，周晓成.虚拟现实技术在景观建筑创作中的应用——基于大观园交互式漫游系统的三维设计 ［J］.南风，2015（35）:48-49.

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2016-03-12