基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究

尚冠卫

【摘 要】在平面的二维系中加入一个方向向量就构成了三维，三维即可确定一个空间位置，基于此的三维技术就可以借助计算机技术根据无数点的空间位置在电脑软件中集合构成一个立体的存在，将三维技术运用到动漫发展中就产生了三维动画。随着现代信息科技的不断发展，为更好地对计算机生成的虚拟景象进行体验，虚拟现实技术应运而生。本文主要是基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究，同时对两者之间的关系做进一步的探讨分析。

【关键词】三维动画；虚拟现实技术；理论研究

中图分类号：TP391.4 文献标志码：A 文章编号：1007-0125（2017）20-0135-02

三维动画和虚拟现实技术都是在计算机软件开发、硬件不断创新突破的基础上而产生的新兴技术，在国内外都得到高度重视，欧美、日本等国家在理论建设、软件开发包括基本理念等方面都领先很多。三维图形技术是三维动画和虚拟现实技术发展的基本技术手段，两者是在三维图形技术基础上发展起来的具有不同特点的计算机先进技术；三维动画技术以虚拟仿真为特点，虚拟现实技术更强调的是人与虚拟图像之间的交互体验，虚拟现实技术是在三维动画基础上进一步发展起来的现代高科技技术，两者之间既有各自的技术特点和应用领域，又相互作用、相互推进。

一、三维动画研究

计算机图形技术和二维动画技术是对三维动画进行理论研究的两个有效着力点，一方面，三维动画是将计算机图形技术引进到动画创作、动漫发展的重要实践成果；另一方面，三维动画是在二维动画的基础上进一步发展，从平面性画面升级为立体性的形象。

计算机图形技术是基于计算机进行图像的绘制、生成、表现的技术，“以物体在计算机中的模型为依据，通过计算机的处理产生物体真实或想象的图形”[1]，既包括图形的创作又要对其进行展示；另外，不同于传统的图形技术，计算机技术以数据为表现形式，是虚拟的电子信息。三维动画是计算机图形技术的重要应用领域，WAVEFRONT、3DSMAX、LIGHTWAVE3D、SOFTIMAGE等都是在计算机图形技术基础上发展起来的三维动画制作软件，通过造型、动画、绘图和着色输出等步骤完成三维动画的创作。动画经历了从二维到三维的发展过程，在表现形式上经历了一个将图像由静止发展为运动、由平面发展为立体的转变过程，在創作手段上由传统的纸质书画发展为计算机数字编制。计算机图形技术变革了二维动画的创作理念和创作方式，借助计算机软硬件的不断更新发展为三维动画的发展提供了坚实的技术保障和技术支撑。

进行三维动画制作的第一步是进行三维建模，即通过三维造型软件在计算机的虚拟三维空间中设计好对象的形状、位置等；第二步动画，将已建好的图像按一定顺序呈现出来形成连续的画面展示，可以通过旋转、变色、错切、镜像等多种变换形式来实现动画的效果；第三步绘图，“动画的重点是非交互的美学和视觉效果，绘图包括贴图和光线控制等，目的是保证制作的动画逼真”[2]；最后一步是着色输出，后期合成涵盖音效、三维动态、静态等多种合成，形成成品。

三维动画的应用领域非常广泛，其应用到动漫产业发展中是我们最为熟悉、发展势头最为强劲的模式之一。三维动画应用到动漫产业的发展中不仅拉动了大批量的资金投入，而且对动漫产业的技术更新和发展起到了决定性作用。同时，随着科学技术不断投入生产、实践，三维动画在医学、教育、军事等多个领域都有长足的发展，影响着日常生活和社会生产进步的方方面面。

二、虚拟现实技术研究

虚拟现实技术是一门综合性的计算机技术，其融合了计算机图形、传感器技术、仿真技术等多种科学技术，“利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户‘投入到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术”[3]，包括对虚拟环境的创建及体验虚拟环境等多个技术环节。

虚拟现实技术是基于计算机综合技术发展起来的人与机器进行互动、对话的技术，主要包括对环境的模拟创造、用户的感知体验等。对环境的模拟创造由计算机来完成，要求是逼真的、生动的而且是实时动态的，既要满足人体生理学、心理学等相关规律，而且要以人的真实体验感受为前提去用技术完成虚拟环境的创制。虚拟现实技术中的用户感知体验是全方位的，涉及人类的听觉、触觉、嗅觉等各种感官作用，致力于实现虚拟环境中的难分真假的充分的、真切的体验。虚拟环境进行仿真体验只是虚拟现实技术发展的第一步，其更高的旨趣在于人与机器的互动，在进行模拟环境的体验的同时，人的感官、动作等能够通过传感器技术、立体显示技术等再反馈给计算机，计算机根据已有的程序等再进行数据的输出，从而形成人与机器之间的互动。

以人与机器的交互体验为重点的虚拟现实技术不仅改变了传统的人与机器进行信息交换的方式和手段，而且极大地拓宽了人类进行技术研究、科学创新的思维和理念。人类与机器的传统互动方式是通过鼠标、键盘机其他一些操作设备设施来实现的，侧重的是人对机器已有信息或机器状态的一个调控，人机之间的互动没有真正发生。虚拟现实技术的人机互动正朝着智能化方向发展，全息投影技术是近几年来发展得比较火的人机互动典型，将真实的现实存在与虚拟的现实存在集中到一个空间内；全息投影技术利用干涉和衍射原理记录，再现现实中真实存在的三维图像，不仅能够产生虚拟的立体的景象，而且虚拟景象与现实的真实物体能够有机互动并呈现出来。

三、三维动画与虚拟现实技术

计算机图形技术是三维动画和虚拟现实发展的理论基础和技术支持，两者在技术手段上同属一支，在一些技术手段和技术处理上具有共性。三维动画是虚拟现实技术发展的基础，虚拟现实技术需要利用三维动画技术在初始阶段对所要构建的场景和对象进行描绘、加工。三维动画最大的特点是虚拟仿真性，即将表现的重点放在对场景和对象的再现上，而虚拟现实技术强调人机之间的实时交互性，需要实现的是人与机器之间的共振。三维动画与虚拟现实技术既有各自的特点、相互区别，又有着共同的理论基础与发展旨趣，两者是相互联系、相互作用的。endprint

“沉浸感”是现代虚拟现实技术的典型特点之一，指人能够完全沉浸到计算机虚拟、构造出来的情境中去，“有进入一个真实世界的感觉，一切仿佛都是真实的，能够让人的思维的创造性和发散性得到有效加强”[4]。在利用虚拟现实技术进行场景设置、虚拟体验时，需要利用三维动画进行建模，通过三维动画技术将计算机技术与要表现的某一领域有机结合起来进行综合利用，经过技术加工后能呈现出逼真的模拟场景和对象；然后，要通过传感技术、仿真技术、人机互动技术等将人的特殊需求通过技术处理传递给计算机，这时要求三维动画本身是连续性的、实时性的，真正实现虚拟现实技术的交互体验，人能够主动地参与到场景中并对其环境、对象等进行干预、改变，实现自由的交流和沟通。

随着科学技术的不断发展，三维动画与虚拟现实技术越来越多地被有机结合起来用于多个领域，既有效发挥了三维动画技术再现、仿真的优势，又充分融合进了人的体验，尤其是在体验性服务消费中得到了很好的开发利用。将三维动画与虚拟现实技术进行充分融合，运用到现代房产销售中就取得了显著效果，利用三维动画技术构建出仿真的虚拟样板房，客户通过相关虚拟现实技术手段对线上样板房进行实时体验，为保证体验效果，当三维动画与虚拟现实在模型建立有所冲突时，从虚拟现实技术的实时性需求出发，满足虚拟现实对场景的需求，“常用一些简单的框架来代替复杂模型，但为了保证建模具有一定的真实性，可采用贴图的方式来弥补视觉上的不足”[5]。线上样板房模式既能保证客户对房屋建筑的功能、使用的充分感知，极大地节约了建筑成本和资金投入，而且客户在体验过程中能够根据各自不同的需求进行实时干预、体验不同的服务，使得售楼服务更加个性化、人性化。

以计算机图形技术为基础的三维动画直接推动了我国动漫产业的发展，虽然国产三维动画的整体水平较之欧美等先進国家还有很大差距，但在三维动画的创意、制作等方面在近年来都有了质的飞跃，在动漫市场中的份额和影响力在不断提升。遵循三维动画虚拟仿真的思维路线发展起来的虚拟现实技术更多的关注人的体验，着眼于人机互动，在现实生产、生活的多领域都得以广泛利用，改变了传统社会机器的冰冷面目，实现了人与物之间的互通。科学技术在推动生产力发展、提升生活品质的同时也带来了一定的挑战，在用技术推进三维动画与虚拟现实不断创新、升级的同时，也要充分关注技术变革带来的道德伦理、人文关怀等问题，真正实现“科技让生活更美好”的旨意，用技术升级体验、用科技装点生活。

参考文献：

[1]何岩.浅析计算机图形技术及其应用系统[J].消费电子，2013（8）：100.

[2]高立伟.浅析三维动画与虚拟现实技术[J].中国传媒科技，2017，（01）：121-122.

[3]李敏，韩丰.虚拟现实技术综述[J].软件导刊，2010，09（6）：142-144.

[4]田丰.基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究[J].电子世界，2015（15）：148-149.

[5]夏蕾.虚拟现实技术与三维设计技术[J].电子制作，2015，（11）：98.endprint