蔡 勁 / 四川職業(yè)技術(shù)學院計算機科學系

淺談數(shù)字模型的應(yīng)用領(lǐng)域

蔡 勁 / 四川職業(yè)技術(shù)學院計算機科學系

隨著以計算機為主要工具進行視覺設(shè)計和生產(chǎn)的一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)的形成，國際上習慣將利用計算機技術(shù)進行視覺設(shè)計和生產(chǎn)的領(lǐng)域通稱為CG。它既包括技術(shù)也包括藝術(shù)，幾乎囊括了當今電腦時代中所有的視覺藝術(shù)創(chuàng)作活動,三維動畫、影視特效、多媒體技術(shù)、以計算機輔助設(shè)計為主的建筑設(shè)計及工業(yè)造型設(shè)計等。目前CG動畫在工業(yè)娛樂市場中的份額逐年增長，所以在這個前提下，數(shù)字模型作為CG動畫必不可少的基石，它的應(yīng)用值得進一步學習和研究。

數(shù)字模型；CG；三維動畫

1.引言

三維模型經(jīng)常用三維建模工具這種專門的軟件生成，但是也可以用其它方法生成。作為點和其它信息集合的數(shù)據(jù)，三維模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。盡管通常按照虛擬的方式存在于計算機或者計算機文件中，但是在紙上描述的類似模型也可以認為是三維模型。

三維模型廣泛用任何使用三維圖形的地方。實際上，它們的應(yīng)用早于個人電腦上三維圖形的流行。許多計算機游戲使用預(yù)先渲染的三維模型圖像作為sprite用于實時計算機渲染。

現(xiàn)在，三維模型已經(jīng)用于各種不同的領(lǐng)域。在醫(yī)療行業(yè)使用它們制作器官的精確模型；電影行業(yè)將它們用于活動的人物、物體以及現(xiàn)實電影；視頻游戲產(chǎn)業(yè)將它們作為計算機與視頻游戲中的資源；在科學領(lǐng)域?qū)⑺鼈冏鳛榛衔锏木_模型；建筑業(yè)將它們用來展示提議的建筑物或者風景表現(xiàn)；工程界將它們用于設(shè)計新設(shè)備、交通工具、結(jié)構(gòu)以及其它應(yīng)用領(lǐng)域；在最近幾十年，地球科學領(lǐng)域開始構(gòu)建三維地質(zhì)模型。

圖1　古墓麗影游戲中的角色模型

2.什么是數(shù)字模型、CG和三維動畫

所謂數(shù)字模型，是指計算機用計算機語言，用0，1開關(guān)原理在計算機內(nèi)部編寫排列出來，在計算機中顯示出來虛擬的空間圖像信息。常用計算機或者其它視頻設(shè)備進行顯示。顯示的物體可以是現(xiàn)實世界的實體，也可以是虛構(gòu)的東西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。

CG（Computer Graphics）計算機圖形圖像學，是一種使用數(shù)學算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計算機顯示器的柵格形式的科學。如何在計算機中表示圖形圖像，以及如何利用計算機進行圖形圖像的生成、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計算機圖形圖像學的主要研究內(nèi)容。圖形圖像通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來看，圖形圖像主要分為兩類，一類是由線條組成的圖形，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是類似于照片的明暗圖(Shading)，也就是通常所說的真實感圖像。計算機圖形學圖像的研究內(nèi)容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法，以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實等。

三維動畫又稱3D動畫，隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一新興技術(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)的對象的形狀尺寸建立模型以及場景，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它動畫參數(shù)，最后按要求為模型賦上特定的材質(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。

3.數(shù)字模型在不同風格CG動畫中具體的應(yīng)用

3.1數(shù)字模型在CG影視動畫中的具體應(yīng)用

在電影、電視廣告、動漫產(chǎn)業(yè)上都有很好的應(yīng)用。在受制于人力物力的局限性下，有些場景很難實現(xiàn)，例如張藝謀的《英雄》中那萬箭齊發(fā)的場景，04年上映的《后天》中城市中被海水淹沒這樣浩大的場景，這些實現(xiàn)起來都非常困難。CG動畫的運用均可稱為畫龍點睛的神來之筆，沒有這些CG動畫的加入，如何能展現(xiàn)這浩大的場景。還有些許場景，根本無法現(xiàn)實。無論是流星撞擊地球場面，還是追溯到恐龍時代的場景，還有遙遠的未來時空。這些種種在現(xiàn)實無法實現(xiàn)。電影應(yīng)該是影片的想象空間非常廣闊，為觀眾描繪出了神奇的世界。

3.2數(shù)字模型在CG游戲動畫中的具體應(yīng)用

游戲中角色動畫中，在數(shù)字模型構(gòu)建上多采用模擬建模中的多邊形建模，因為在游戲開發(fā)和應(yīng)用中，受限于游戲引擎和帶寬的限制，也是為了保障游戲畫面流暢。在游戲產(chǎn)業(yè)中運用數(shù)字模型的就豐富多了，現(xiàn)在的3D游戲，都是在數(shù)字模型為基礎(chǔ)，建立起來的。

3.3數(shù)字模型在CG插畫創(chuàng)作中的具體應(yīng)用

數(shù)字模型在構(gòu)建的三維模型上，建立的立體感，轉(zhuǎn)化為二維平面的視覺創(chuàng)作，在創(chuàng)作立體感的插畫視覺這個方面更突出。

3.4數(shù)字模型在醫(yī)療、教育、軍事中的具體應(yīng)用

隨著3D打印機的發(fā)展，可以將原本只能在電腦中實現(xiàn)的三維模型，打印成為實實在在的可以觸摸到的三維模型，這一重大實現(xiàn)將可以大大的節(jié)約經(jīng)濟成本和人力成本等等，設(shè)計師可以在電腦中建立好數(shù)字模型，然后將其打印出來，作為樣品，進行一系列的科學實驗，在醫(yī)療和軍事中，可以首先打印樣品，在真真的生產(chǎn)之前，就可以試驗是否可以實際應(yīng)用。在教育中，可以使其成為實實在在的課件，讓教育更加立體化。

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