馬思源+周航

（大連工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與信息工程學(xué)院，遼寧 大連 116000）

摘 要：X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維立體動(dòng)畫設(shè)計(jì)，是目前游戲動(dòng)畫設(shè)計(jì)開發(fā)的常用技術(shù)之一。在計(jì)算機(jī)設(shè)備上，通過X3D虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，創(chuàng)建三維的立體空間游戲動(dòng)畫場景，利用其中的各種節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行模型設(shè)計(jì)和場景設(shè)計(jì)，可以提高虛擬現(xiàn)實(shí)軟件產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量和效率。本文將對(duì)基于x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的游戲動(dòng)畫設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：X3D虛擬現(xiàn)實(shí)；游戲；動(dòng)畫設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2017）18-0160-01

利用X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行游戲動(dòng)畫設(shè)計(jì)開發(fā)，可以保證軟件產(chǎn)品具有較高的質(zhì)量，讓用戶感受到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的魅力，使其可以在模擬現(xiàn)實(shí)的游戲場景中，與虛擬模型和虛擬場景進(jìn)行游戲交互，獲得較為真實(shí)的游戲體驗(yàn)。X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在視覺、聽覺、畫面感等方面的營造上都有較為出色的表現(xiàn)，可以獲得接近真實(shí)的較為自然的效果，是目前使用較多的動(dòng)畫設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)之一。

一、游戲動(dòng)畫節(jié)點(diǎn)設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)

1.復(fù)雜幾何節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要包括基本節(jié)點(diǎn)、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、動(dòng)態(tài)感知節(jié)點(diǎn)等，其中復(fù)雜幾何節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是其中的重點(diǎn)，特別是復(fù)雜幾何節(jié)點(diǎn)中的IndexedFaceSet“面”節(jié)點(diǎn)。通過該節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)面的創(chuàng)建，既能夠創(chuàng)建立體幾何造型，又能組成實(shí)體模型，并對(duì)其著色。該節(jié)點(diǎn)一般作為geometry域的值出現(xiàn)，在其定義過程中，首先定義一個(gè)“面”節(jié)點(diǎn)用于創(chuàng)建空間面造型，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)空間物體面的梭鏢和顏色進(jìn)行設(shè)置，從而確定空間面。還可以通過Appearance和Material節(jié)點(diǎn)對(duì)面節(jié)點(diǎn)的文理、明暗、透明度等進(jìn)行描述。

IndexedFaceSet面節(jié)點(diǎn)主要包括USE、DEF、coordIndex、ccw、solid、creaseAngle等子節(jié)點(diǎn)。其中DFE用于定義節(jié)點(diǎn)的名字，使其擁有唯一ID，方便在其他節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行引用。USE則用于引用DFE的節(jié)點(diǎn)ID，忽略DFE的其他屬性，提高編碼效率。coordIndexed為節(jié)點(diǎn)提供坐標(biāo)，起始編號(hào)為0，按一定順序進(jìn)行坐標(biāo)索引，并使用-1對(duì)不同多邊性的索引進(jìn)行分割。Ccw為面提供順、逆時(shí)針的方向索引，當(dāng)其值為“true”時(shí)表示逆時(shí)針，當(dāng)其值為“false”時(shí)可以翻轉(zhuǎn)solid及法線方向。Solid的值也是個(gè)布爾量，當(dāng)值為“true”時(shí)，只構(gòu)建面的表面，當(dāng)值為“false”時(shí)，面的正面和背面都需要構(gòu)建。CreaseAngle定義相連面的渲染方式角，當(dāng)值為0時(shí)銳利的渲染所有的邊，當(dāng)值為3.14時(shí)，平滑的渲染所有的邊。

2.控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)?？刂萍狱c(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)游戲場景的動(dòng)畫效果，比如模擬海浪運(yùn)動(dòng)、模擬四季變化過程中樹葉顏色的變化等。通過對(duì)控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)點(diǎn)，可以使游戲場景更加鮮活、真實(shí)。X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了多個(gè)控制動(dòng)畫的補(bǔ)插器，PositionInterpolator是其中較為常用的位置補(bǔ)插器節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)描述了一系列用于動(dòng)畫的關(guān)鍵值，不創(chuàng)造具體造型，通過在一組SFVec3f值之間進(jìn)行線性插值，使物體移動(dòng)起來，形成動(dòng)畫。

二、斜拉橋場景的設(shè)計(jì)與開發(fā)

斜拉橋場景設(shè)計(jì)是利用X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)斜拉橋場景的規(guī)劃布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)思想上，融合了傳統(tǒng)開發(fā)模式和漸進(jìn)式軟件開發(fā)模式，創(chuàng)建出來的X3F斜拉橋場景能夠?qū)⑻摂M空間與現(xiàn)實(shí)空間相融合。其主要場景設(shè)計(jì)包括橋體、橋墩、引橋、拉線等，涉及到的造型除了斜拉橋本身，還包括河流，車輛等，要實(shí)現(xiàn)河水流動(dòng)和汽車行駛等動(dòng)畫效果。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

斜拉橋場景設(shè)計(jì)的要點(diǎn)遭遇場景造型設(shè)計(jì)的真實(shí)性和三維動(dòng)畫效果的自然性，只有做到這兩點(diǎn)，才能讓用戶體現(xiàn)到較為真實(shí)的感覺。該場景設(shè)計(jì)采用漸進(jìn)式軟件開發(fā)技術(shù)，主要開發(fā)過程包括場景和造型的設(shè)計(jì)、編程與調(diào)試。采用虛擬現(xiàn)實(shí)程序設(shè)計(jì)語言X3D開發(fā)工具，對(duì)其進(jìn)行木塊化設(shè)計(jì)。通過關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)河水流動(dòng)、汽車行駛等三維動(dòng)畫效果，在造型設(shè)計(jì)上，要注意控制場景的光暗、紋理和透明度，使其具有真實(shí)的視覺效果。主要應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)包括面節(jié)點(diǎn)、背景節(jié)點(diǎn)、坐標(biāo)變換節(jié)點(diǎn)、時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)等。在X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下，可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

三、結(jié)語

總而言之，利用X3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行游戲場景動(dòng)畫設(shè)計(jì)可以獲得較為真實(shí)的設(shè)計(jì)效果，給用戶帶來身臨其境的體驗(yàn)，有利于提升游戲動(dòng)畫產(chǎn)品的競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯天鵬.基于X3D的燈飾交互定制系統(tǒng)的研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]莫雨帆.虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)方法[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2012.

[3]張金釗，張金銳，張金鏑.X3D基本語法、文件結(jié)構(gòu)和編程思想[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2010（15）：05-09.

[4]羅為君.基于XNA的虛擬現(xiàn)實(shí)三維引擎設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長沙：湖南大學(xué)，2010.