張圓惠　王少龍

摘要：數(shù)字化時代下，三維技術(shù)憑借其超強的視覺效果和真實的畫面感等特點，逐步成為多媒體設(shè)計創(chuàng)作中的重要技術(shù)手段。無疑，三維技術(shù)能使人耳目一新。借助三維技術(shù)能還原再現(xiàn)古代科技成果，創(chuàng)造令人驚嘆的視覺特效和真實的感受。本文將圍繞多媒體設(shè)計及三維技術(shù)的優(yōu)良特性及兩者相互關(guān)系，結(jié)合我們團隊設(shè)計創(chuàng)作的古代科技多媒體作品為例，分析三維技術(shù)在古代發(fā)明展示中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維 多媒體設(shè)計 古代發(fā)明 交互 科技

中國古代科技博大精深，發(fā)明成就卓越輝煌、琳瑯滿目，無不滲透出中國人超凡的動手能力和聰明智慧。陳列在博物館中的發(fā)明往往被要求“請勿觸摸”，而大量復(fù)雜且抽象的結(jié)構(gòu)、工藝以及玄妙的原理也讓學(xué)習(xí)者感到茫然。但是，借助于三維技術(shù)手段的多媒體設(shè)計能為古發(fā)明愛好者提供另一條學(xué)習(xí)途徑。本文將以我們團隊設(shè)計創(chuàng)作的古代科技多媒體作品《旋轉(zhuǎn)的智慧》為例，分析三維技術(shù)在古代發(fā)明展示中的應(yīng)用。作品以多媒體技術(shù)為依托，整合科普科教書籍中的信息資源，把發(fā)明物進行了三維仿真建模，人們可以360度觀察操作古代發(fā)明的結(jié)構(gòu)，體驗古代發(fā)明的操作原理，并配合圖文注解全方位了解古代發(fā)明，掌握古代科技文化。

可以說，多媒體設(shè)計實現(xiàn)了古代科普知識的科學(xué)性和趣味性，人們可在交互體驗中，得到透徹的講解；三維模擬技術(shù)渲染出精良的三維立體模型，避免了圖片的平面單一性，表達的效果更加真切，使人馬上下意識地投入和沉浸在科技的學(xué)習(xí)和探索之中。

一、多媒體設(shè)計及三維技術(shù)簡介

多媒體設(shè)計是在科技發(fā)展日新月異的信息時代，由于計算機技術(shù)對人類生活的介入和影響而產(chǎn)生的一種新的設(shè)計藝術(shù)語言，也叫多媒體藝術(shù)設(shè)計，就是利用多媒體，以計算機為中心的多種媒體作為工具來設(shè)計作品，這些媒體包括文本、圖形、動畫、靜態(tài)視頻、動態(tài)視頻和聲音等，并且人們在接受這些媒體信息時具有一定的主動性、交互性。而它的最大特點就是交互性，交互性其實就是用戶在某種程度上的參與，從另一種角度而言，多媒體就是通過硬件、軟件、設(shè)計師和用戶的參與這四項來共同實現(xiàn)的高技術(shù)性藝術(shù)作品。

多媒體設(shè)計是藝術(shù)與科學(xué)交匯融合，以藝術(shù)形式表達科學(xué)，以科學(xué)方式體現(xiàn)藝術(shù)，藝術(shù)的韻味與科學(xué)的嚴謹相互輝映。比如在我們團隊的古代科技多媒體作品開發(fā)過程中，不僅要遵循科學(xué)技術(shù)的規(guī)律，更要挖掘藝術(shù)設(shè)計的感覺，把所要表達的各種媒體信息進行整理，建立起信息與視覺、聽覺特效的新局面。多媒體的設(shè)計，不僅要了解多媒體設(shè)計的特點，設(shè)計的思路和方法，也要掌握一些技術(shù)手段的使用。

三維技術(shù)就是多媒體設(shè)計中非常重要的一種技術(shù)手段，是一種可以在計算機虛擬世界中展現(xiàn)出（x，y，z）三軸坐標圖像的技術(shù)。通過三維軟件可將現(xiàn)有平面圖形轉(zhuǎn)化為立體模型，打造逼真的物體或環(huán)境，模擬實物造型，還可根據(jù)要求設(shè)定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其它動畫參數(shù)，讓計算機自動運算，生成三維動畫。它給人們帶來了全新的視覺刺激和享受，實現(xiàn)了過去無法想象的特技效果。三維技術(shù)以其超強的特效功能及親和力深入到各個領(lǐng)域，計算機硬件技術(shù)的突飛猛進也推動了三維軟件的不斷進步，其中最具代表性的軟件是3DsMax。3DS Max是相對比較成熟的效果圖和動畫制作軟件，自它誕生以來，就—直受到三維技術(shù)人員的極大青睞。盡管它多數(shù)運用于動畫制作軟件，同時也被用于制作單幅的靜態(tài)效果圖。3DS Max擁有多邊形、樣條線等建模方式，能夠?qū)崿F(xiàn)低精度和高精度的模型制作，可以方便地模擬出任意復(fù)雜的材質(zhì)，并可以方便地模擬各種燈光效果。

三維技術(shù)的發(fā)展為多媒體設(shè)計領(lǐng)域帶來了新革命，顯示出了強大的技術(shù)優(yōu)勢和生命力。在設(shè)計過程中需要不斷地把設(shè)計師頭腦中想象的設(shè)計方案用通俗易懂的直觀方式表達出來，從而方便設(shè)計師與非專業(yè)的人士進行交流。用三維技術(shù)作出一系列的三維效果圖，可對設(shè)計方案進行逼真地表現(xiàn)?？梢哉f三維技術(shù)在傳達設(shè)計信息、表現(xiàn)設(shè)計效果有其現(xiàn)實的應(yīng)用價值。

二、應(yīng)用三維技術(shù)展示古代發(fā)明的優(yōu)勢

古代科技具有一定的歷史性，并不容易被大眾所滲透理解，傳統(tǒng)文字上的獲取知識的途徑并不能全面地掌握堆砌的理解，而多媒體設(shè)計的形式可以從綜合利用技術(shù)與藝術(shù)使人全方位掌握新知。多媒體設(shè)計在表現(xiàn)形式上豐富多樣，突破了過去的展墻、圖片、文學(xué)及燈光等靜態(tài)展示手段，以動態(tài)的方式，更加直觀、直體、形象、生動、全面和藝術(shù)地展現(xiàn)在參觀者面前，通過人機交互實現(xiàn)了人們與作品的互動，完成了從單純使用到體驗良好的轉(zhuǎn)變，使人留下深刻印象。借助三維技術(shù)實現(xiàn)古代發(fā)明的結(jié)構(gòu)和原理形象而準確的展示，便可將抽象難懂的科學(xué)知識生動形象的表現(xiàn)出來，三維技術(shù)75面為多媒體設(shè)計中古代發(fā)明的展示提供了行之有效的新手段，提高了學(xué)術(shù)研究和展示手段的科技含量，另75面也增加了展示藝術(shù)效果，把原來只能通過照片或者親自到實地才可以參觀的古代發(fā)明，用一種藝術(shù)與技術(shù)相結(jié)合的全新手段展示出來，使高深枯燥的科學(xué)知識充滿趣味性，能夠吸引更多受眾，向全人類展示我國悠久的古科技文化。下面將以我們團隊制作的多媒體作品《旋轉(zhuǎn)的智慧》為例，分析三維技術(shù)在古代發(fā)明展示中應(yīng)用的優(yōu)勢。

《旋轉(zhuǎn)的智慧》是一部古代科技題材的多媒體設(shè)計作品，體現(xiàn)了藝術(shù)與科技的融合，強調(diào)表現(xiàn)手法、交互設(shè)計和界面設(shè)計的個性特色，特別是三維制作水平及其對內(nèi)容的表現(xiàn)力。在該部作品的總體設(shè)計中，大量制作運用了三維模型、三維動畫，充分表現(xiàn)了四件以“旋轉(zhuǎn)”為核心原理的巧妙科技發(fā)明，即走馬燈、空竹、風(fēng)扇車、龍骨水車。這些發(fā)明曾產(chǎn)生重大影響，推動世界文明的進步，有些甚至影響至今。史事本身無可爭議，但是古文獻記載微言大義，繪圖簡略，難以理解其復(fù)雜結(jié)構(gòu)和原理。通過三維模型、三維動畫表現(xiàn)，形象生動，使讀者一目了然。同時，每項成就配有相關(guān)圖片和詳細的說明文字，給讀者以全貌。

三維建模通俗來講就是利用三維制作軟件，通過虛擬三維空間，構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型。本作品中的古代科技發(fā)明就是采用了三維建模的方式來展示的（圖1），—方面360度展示逼真形象的發(fā)明物，擺脫了實體場館參觀的枯燥與乏味；另—方面，也保證了文物發(fā)明的安全與保護。以其中一件古代發(fā)明走馬燈為例，走馬燈是我國古代的—項燈具發(fā)明，它既是一種照明器具，又是傳統(tǒng)節(jié)日的應(yīng)時之物，它的發(fā)明，從科學(xué)技術(shù)發(fā)展史來看，可以說是現(xiàn)代燃起渦輪機和投影技術(shù)的萌芽。中國歷史博物館雖有實物陳列，然而觀眾只能見其外貌，難窺其內(nèi)部機構(gòu)?？茖W(xué)史著作有剖視圖，但屬靜態(tài)描繪，一般讀者看后仍不甚了了?，F(xiàn)在用三維建模表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)，則有全新效果：走馬燈外形為四方形，外框為木質(zhì)，主體結(jié)構(gòu)由燈芯、燈架組成，內(nèi)部活動部件被外層燈壁擋住，無法查其究竟。通過走馬燈的三維建模與人機交互，操作者可以手動旋轉(zhuǎn)、拆分燈體，燈體可從任意角度觀看外部與內(nèi)部，每一部分都可單獨仔細觀察，知其連接方式，并配以詳細文字解析與細節(jié)圖，使瀏覽者真正獲得了無障礙了解。

三維動畫是近年來隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一項新興技術(shù)。三維動畫軟件在計算機中首先建立一個虛擬的世界，設(shè)計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現(xiàn)對象的形狀尺寸建立模型及場景，再根據(jù)要求設(shè)定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其他動畫參數(shù)，最后按要求為模型賦上特定材質(zhì)，并打上燈光。當這一切完成后，就可以讓計算機自動運算，生成最后的畫面。本作品大量使用三維動畫來表現(xiàn)科技發(fā)明物的運作原理（圖2），比單純的圖片展示與文字描述要生動形象的多。

走馬燈的原理很是巧妙，一是利用熱空氣上升為動力，帶動葉輪轉(zhuǎn)動；二是巧妙利用光線直線傳播原理，投影紙剪人馬圖像于燈壁。傳統(tǒng)的圖文描述并不能清楚形象地表現(xiàn)的十分到位，而借助三維動畫來表現(xiàn)則達到生動直觀的極佳效果：首先用鼠標手動點燃燈內(nèi)蠟燭，然后動畫演示，燈體內(nèi)的空氣受熱后向上流動，上升的熱空氣經(jīng)過紙屏頂上的葉輪，對葉輪上的葉片產(chǎn)生了推力，使得葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪連接在轉(zhuǎn)軸上，因此把紙剪人馬帶著轉(zhuǎn)動起來。燭光沿著直線傳播，被紙剪人馬擋住的地方光線不能通過，在燈壁上便形成了人馬投影，通過三維動畫演示，讀者對走馬燈的工作原理可有較好的直觀理解。

三維技術(shù)是這部多媒體設(shè)計作品中主要的表現(xiàn)技巧，同時為使內(nèi)容與形式的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并使科技與文化很好的融合，圖文處理與界面設(shè)計的表現(xiàn)也有細致推敲，好的界面設(shè)計一定是內(nèi)容提示和藝術(shù)效果的有機結(jié)合，并充分展示出個性特色。在界面的設(shè)計上，不僅突出內(nèi)容特色，而且給人以睿智巧妙的視覺美感。冷峻睿智的科技色彩配以古代科技機巧構(gòu)造線條元素完美結(jié)合，表現(xiàn)智慧的藍色與科技發(fā)明的木質(zhì)形成了冷暖對比，科技矢量抽象元素與發(fā)明物的實物圖又體現(xiàn)了虛實對比。同時，界面設(shè)計也與三維技術(shù)相輔相成，簡約的設(shè)計風(fēng)格有利于三維技術(shù)的表現(xiàn)。

憑借其良好的視覺效果及生動的畫面感等優(yōu)勢，三維技術(shù)為古代發(fā)明的展示開辟了新途徑，這無疑是一種最直觀、最便捷、最見效的方式。面對高深而復(fù)雜的古代科技，三維技術(shù)使人們在了解古代發(fā)明的過程中有了更真實的體驗，給學(xué)習(xí)者提供了全方位學(xué)習(xí)的可能。

三、結(jié)語

三維技術(shù)營造的模型與動畫真實客觀，人們可以任意想象所需要展現(xiàn)的細節(jié)，通過虛擬環(huán)境來得以實現(xiàn)。在古代科技多媒體作品中，該技術(shù)可以通過模擬科技發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理，同時讓人們得到更真實的感受，并從中學(xué)到相關(guān)的古代科技科普知識。

此外，三維技術(shù)具有可重復(fù)使用性和可傳播性。在傳統(tǒng)科普宣傳活動中，由于發(fā)明物的限制和科技發(fā)明本身的特點，許多演示活動將具有很大的局限性和帶來一定的資源消耗。而通過使用三維技術(shù)模擬再現(xiàn)，可以使科技學(xué)習(xí)過程和場景具有可重復(fù)多次使用的特點。

多媒體設(shè)計使人們享受在生動活潑、形象趣味的體驗中。利用三維技術(shù)等現(xiàn)代多媒體技術(shù)展示古代發(fā)明，普及科學(xué)知識，宣傳科學(xué)思想、倡導(dǎo)科學(xué)精神，是一次成功的嘗試?？梢哉f，多媒體使科技學(xué)習(xí)不再乏味單調(diào)。信息時代為古代科技知識的普及提供了如三維技術(shù)等這樣新的載體和新的方法，我們要與時俱進，在實踐中探索新的多媒體發(fā)展創(chuàng)新規(guī)律，將三維技術(shù)充分應(yīng)用于多媒體設(shè)計工作中，以最直觀、最便捷、最見效的方式，向公眾傳播諸如科學(xué)知識、科技成果這樣的珍貴文化，以最快的速度縮短各方面知識文化與公眾之間的距離，使信息傳達更富有時代氣息。