浅谈数字模型的应用领域

蔡劲

【摘 要】随着以计算机为主要工具进行视觉设计和生产的一系列相关产业的形成，国际上习惯将利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域通称为CG。它既包括技术也包括艺术，几乎囊括了当今电脑时代中所有的视觉艺术创作活动，三维动画、影视特效、多媒体技术、以计算机辅助设计为主的建筑设计及工业造型设计等。目前CG动画在工业娱乐市场中的份额逐年增长，所以在这个前提下，数字模型作为CG动画必不可少的基石，它的应用值得进一步学习和研究。

【关键词】数字模型；CG；三维动画

1.引言

三维模型经常用三维建模工具这种专门的软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。尽管通常按照虚拟的方式存在于计算机或者计算机文件中，但是在纸上描述的类似模型也可以认为是三维模型。

三维模型广泛用任何使用三维图形的地方。实际上，它们的应用早于个人电脑上三维图形的流行。许多计算机游戏使用预先渲染的三维模型图像作为sprite用于实时计算机渲染。

现在，三维模型已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影；视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用领域；在最近几十年，地球科学领域开始构建三维地质模型。

图1 古墓丽影游戏中的角色模型

2.什么是数字模型、CG和三维动画

所谓数字模型，是指计算机用计算机语言，用0，1开关原理在计算机内部编写排列出来，在计算机中显示出来虚拟的空间图像信息。常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的东西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。

CG（Computer Graphics）计算机图形图像学，是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。如何在计算机中表示图形图像，以及如何利用计算机进行图形图像的生成、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形图像学的主要研究内容。图形图像通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形图像主要分为两类，一类是由线条组成的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是类似于照片的明暗图（Shading），也就是通常所说的真实感图像。计算机图形学图像的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

三维动画又称3D动画，随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。

3.数字模型在不同风格CG动画中具体的应用

3.1数字模型在CG影视动画中的具体应用

在电影、电视广告、动漫产业上都有很好的应用。在受制于人力物力的局限性下，有些场景很难实现，例如张艺谋的《英雄》中那万箭齐发的场景，04年上映的《后天》中城市中被海水淹没这样浩大的场景，这些实现起来都非常困难。CG动画的运用均可称为画龙点睛的神来之笔，没有这些CG动画的加入，如何能展现这浩大的场景。还有些许场景，根本无法现实。无论是流星撞击地球场面，还是追溯到恐龙时代的场景，还有遥远的未来时空。这些种种在现实无法实现。电影应该是影片的想象空间非常广阔，为观众描绘出了神奇的世界。

3.2数字模型在CG游戏动画中的具体应用

游戏中角色动画中，在数字模型构建上多采用模拟建模中的多边形建模，因为在游戏开发和应用中，受限于游戏引擎和带宽的限制，也是为了保障游戏画面流畅。在游戏产业中运用数字模型的就丰富多了，现在的3D游戏，都是在数字模型为基础，建立起来的。

3.3数字模型在CG插画创作中的具体应用

数字模型在构建的三维模型上，建立的立体感，转化为二维平面的视觉创作，在创作立体感的插画视觉这个方面更突出。

3.4数字模型在医疗、教育、军事中的具体应用

随着3D打印机的发展，可以将原本只能在电脑中实现的三维模型，打印成为实实在在的可以触摸到的三维模型，这一重大实现将可以大大的节约经济成本和人力成本等等，设计师可以在电脑中建立好数字模型，然后将其打印出来，作为样品，进行一系列的科学实验，在医疗和军事中，可以首先打印样品，在真真的生产之前，就可以试验是否可以实际应用。在教育中，可以使其成为实实在在的课件，让教育更加立体化。

参考文献：

[1]Donald Hearn.计算机图形学（第三版）[M].电子工业出版社，2010.

[2]孙家广.计算机图形学[M].清华大学出版社，1998.

[3]廖详忠.数字艺术论[M].中国广播电视出版社，2006.

[4]米橙质.中国数字艺术发展趋势[M].清华大学出版社，2008.