數(shù)字三維動畫模擬視覺真實(shí)性分析

尚 冰

蘇州高博軟件技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇蘇州 215000

數(shù)字三維動畫由于其精確性、視覺上真實(shí)性和無限的可操作性，使得數(shù)字三維動畫技術(shù)被廣泛應(yīng)用于影視動畫、多媒體課件、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)模擬等多個(gè)領(lǐng)域中。

1 數(shù)字三維動畫模擬視覺真實(shí)性概述

數(shù)字三維動畫用于對模擬真實(shí)和想象世界的視覺再現(xiàn)，它可以使材質(zhì)更加逼真，數(shù)字技術(shù)在三維動畫制作中的應(yīng)用，給動畫制作帶來以下兩個(gè)方面的變化：一方面，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用極大提高了三維動畫制作的效率；另一方面，通過數(shù)字技術(shù)可以獲得高度真實(shí)感的三維視覺效果。

2 數(shù)字三維動畫場景視覺真實(shí)效果的表現(xiàn)手法

2.1 光照與色彩

2.1.1 冷、暖色的應(yīng)用

冷暖度是指色調(diào)的類型和范圍，也被稱為色性，顏色的不同會給人在感官上直接的差異。暖色調(diào)主要有紅、橙、黃等顏色，冷色調(diào)則多為藍(lán)色系。例如許多快餐店都采用暖色系，這是因?yàn)榕梢越o人以歡快、溫暖的感覺，而醫(yī)院和圖書館的墻壁則多采用冷色系，使人能產(chǎn)生寧靜、肅穆的感覺。

2.1.2 顏色的進(jìn)退

顏色還能給人產(chǎn)生進(jìn)與退的心理作用，最典型的進(jìn)色是紅色，具有拉進(jìn)和膨脹的效果，而冷色則使人感覺到后退和收縮。合理的利用顏色的進(jìn)退，可以增加三維動畫中場景的縱深感。

2.1.3 燈光布置

在三維動畫中，沒有設(shè)置虛擬燈光和陰影的動畫場景，會使場景及場景中所要表現(xiàn)的對象缺乏相應(yīng)的景深效果。虛擬燈光的布置方法、強(qiáng)度和顏色及最終的渲染也將影響到場景視覺效果的真實(shí)性。三維動畫場景中燈光布置的手法主要有三角形布光和區(qū)域性布光。

圖1 三角形布光

1）三角形布光。主要是由三個(gè)光源實(shí)現(xiàn)照明的，如下圖1 所示。在三角形布光中，主光是三個(gè)光源中光照面積最大、最影響明亮度的光源；輔助光是用一個(gè)聚光燈照射扇形反射面，以形成一種均勻的、非直射性的柔和光源，用它來填充陰影區(qū)以及被主體光遺漏的場景區(qū)域、調(diào)和明暗區(qū)域之間的反差，而且這種廣泛均勻布光的特性使它為場景打一層底色，定義了場景的基調(diào)。背光通常在場景的后上方，其亮度和光照面積較主光偏弱，其作用是將某個(gè)對象從場景中分離出來。

2）區(qū)域布光。由于三角形布光主要適用于較小的動畫場景，在大型的場景中，三角形布光無法顯示所有的細(xì)節(jié)，所以大型場景中多采用區(qū)域布光的手法。區(qū)域布光可將一個(gè)動畫場景分為多個(gè)區(qū)域，并以每個(gè)小的區(qū)域?yàn)楠?dú)立單元進(jìn)行布光。

2.2 空間構(gòu)圖

2.2.1 主體構(gòu)圖

削弱其它一切因素的表現(xiàn)力，只是著重突出主體對象，使動畫的中心結(jié)構(gòu)重度比周圍小，卻更有吸引力，讓觀眾的視線集中到主體對象上。在下圖2中，為三維動畫影片《蟲蟲特工隊(duì)》的兩個(gè)鏡頭，兩個(gè)鏡頭均是以主角螞蟻菲力為主體對象，利用加強(qiáng)光線或放置于畫面中心的手法，以突出主體形象。

圖2 主體構(gòu)圖

2.2.2 大型場景構(gòu)圖

較復(fù)雜的三維動畫場景中，尤其是所要表現(xiàn)群體畫面，如果只是用簡單的構(gòu)圖方法是難以實(shí)現(xiàn)視覺效果。因此，對于復(fù)雜的大型場景構(gòu)圖，應(yīng)選取一個(gè)最為重要的區(qū)域，并力求統(tǒng)一，使其它次要因素也盡量和諧統(tǒng)一。

3 數(shù)字技術(shù)在三維動畫中模擬物體運(yùn)動的方式

3.1 變形動畫技術(shù)

變形動畫技術(shù)是將一給定的源對象S 光滑的變換為目標(biāo)對象T 的過程。變形動畫技術(shù)包括了圖像變形和三維變形，從三維動畫的效果的來看，變形動畫技術(shù)的應(yīng)用主要有空間變化和形狀變化兩種。

3.2 粒子動畫技術(shù)

粒子系統(tǒng)是模擬不規(guī)則物體的模糊性和動態(tài)性。利用粒子動畫技術(shù)可將景物定義為成千上萬個(gè)不規(guī)則、隨機(jī)分布的粒子，每個(gè)粒子都具有一定的生命周期，可不斷的改變形狀、不斷的運(yùn)動。其動畫效果能體現(xiàn)景物的整體形態(tài)特征的動態(tài)變化，例如動畫場景中的火焰、水、煙霧利用粒子動畫技術(shù)，能給人更加真實(shí)、動態(tài)的視覺體驗(yàn)。

3.3 角色動畫技術(shù)

角色動畫技術(shù)是在三維動畫制作過程中，建立虛擬的人物或動物角色的技術(shù)，角色動畫技術(shù)主要包括了關(guān)節(jié)動畫、骨骼蒙皮、布料動畫、表情、頭發(fā)動畫等，通過角色動畫技術(shù)可使動畫角色的運(yùn)動和變化真實(shí)的表現(xiàn)在三維動畫場景中。例如，三維動畫電影《怪物史瑞克》即是角色動畫技術(shù)在三維動畫中應(yīng)用的代表性作品。

3.4 動作捕捉技術(shù)

動作捕捉技術(shù)涉及物體尺寸測量、物理空間中物體的定位及物體方位測定等方面。通過在運(yùn)動物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由Motion capture 系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。再由計(jì)算機(jī)直接理解處理后的數(shù)據(jù)，動畫師即可以在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的鏡頭中調(diào)整、控制三維模型的運(yùn)動。

4 結(jié)論

數(shù)字三維動畫在視覺感受中所表現(xiàn)出的在光照、色彩、空間、運(yùn)動、動感等多個(gè)方面的優(yōu)勢，使其表現(xiàn)手法能給人以強(qiáng)烈的視覺沖擊感和真實(shí)感，并能以一個(gè)全新的視覺角度向人們展示了數(shù)字動畫世界的魅力。

[1]周蘇，張欣，等.數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]周明全.多媒體技術(shù)應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]陳峰，黃文山.動畫場景設(shè)計(jì)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2010.