摘? 要：虛擬仿真技術(shù)是借助計算機技術(shù)實現(xiàn)的一種虛擬系統(tǒng)，能夠?qū)ΜF(xiàn)實中存在的事物和環(huán)境進(jìn)行模仿。虛擬仿真技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展而發(fā)展起來的，它在當(dāng)前社會的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，且已成為人們認(rèn)識世界的一種基本方式。虛擬仿真技術(shù)在三維動畫制作中得到了廣泛應(yīng)用，文章分析了虛擬仿真技術(shù)的特點和應(yīng)用原理，并對其在三維動畫制作中的應(yīng)用展開了探析。

關(guān)鍵詞：計算機虛擬仿真技術(shù);三維動畫制作;交互技術(shù)

中圖分類號：TP391.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0084-03

Abstract：Virtual simulation technology is a virtual system realized by means of computer technology，which can imitate the existing things and environment in reality. With the rapid development of computer technology，virtual simulation technology has been widely used in various fields of current society，and has become a basic way for people to understand the world. Virtual simulation technology has been widely used in the production of three-dimensional animation. This paper analyses the characteristics and application principles of virtual simulation technology，and explores its application in the production of three-dimensional animation.

Keywords：computer virtual simulation technology;3D animation production;interaction technology

0? 引? 言

隨著信息時代的到來，虛擬技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前社會發(fā)展中一項必不可少的技術(shù)，又被稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)或者模擬技術(shù)。[1]計算機虛擬仿真技術(shù)是在上個世紀(jì)八十年代產(chǎn)生的，它是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，其需要借助計算機硬件、軟件和三維傳感器構(gòu)成。在實際的應(yīng)用過程中，計算機虛擬仿真技術(shù)具有較高的仿真性能，能夠帶給人們一種真實的體驗感，讓人們感覺“身臨其境”。[2]由于采用計算機仿真技術(shù)制作的三維動畫所呈現(xiàn)出來的畫面具有很強的真實感，因而在軍事領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、航空領(lǐng)域均運用了此項技術(shù)進(jìn)行模擬、試驗等操作。因此，計算機虛擬仿真技術(shù)在當(dāng)前的三維動畫制作中得到了廣泛的應(yīng)用。[3]計算機虛擬仿真技術(shù)對于三維動畫制作來說，發(fā)揮著重大的作用，具有非常重大的意義。

1? 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展得益于計算機技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用體系得到了較好的完善，并且，我國的很多領(lǐng)域中都涉及到了虛擬仿真技術(shù)，如在室內(nèi)設(shè)計、旅游教學(xué)和城市建設(shè)等方面，都應(yīng)用到了虛擬仿真技術(shù)。

1.1? 虛擬仿真技術(shù)的定義

對于虛擬仿真技術(shù)，可以從多個方面對其進(jìn)行分析，從狹義的虛擬仿真技術(shù)方面進(jìn)行分析，虛擬仿真技術(shù)是隨計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一項技術(shù)，這種技術(shù)屬于試驗研究類技術(shù)，借助虛擬仿真技術(shù)，能夠?qū)⑻摂M的空間進(jìn)行構(gòu)建;從廣義的層面對虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行分析，這種技術(shù)是幫助人們認(rèn)識世界、探索未知世界的。當(dāng)前的計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已經(jīng)相對成熟，在這種背景下，虛擬仿真技術(shù)能夠得到更加全面的發(fā)展和完善，從而借助虛擬的世界將真實的世界進(jìn)行展現(xiàn)。

1.2? 虛擬仿真技術(shù)的特點

虛擬仿真技術(shù)在進(jìn)行分類歸納的過程中，可以從四個方面將其進(jìn)行分類，其中分別是交互性、沉浸性、虛幻性、逼真性。下面將對虛擬仿真技術(shù)的特點進(jìn)行具體的分析。

1.2.1? 交互性

交互性，在虛擬仿真技術(shù)中主要指的是人與自然環(huán)境之間所產(chǎn)生的互動。虛擬環(huán)境是人類通過設(shè)計展現(xiàn)出來的，因此，使用虛擬環(huán)境的人能夠通過改變虛擬環(huán)境中的某些因素將虛擬環(huán)境進(jìn)行改變，同時，如果對虛擬環(huán)境中的某些因素進(jìn)行控制，該因素對應(yīng)的地方便能夠出現(xiàn)相應(yīng)的改變。例如：通過虛擬仿真技術(shù)模仿導(dǎo)彈發(fā)射過程時，使用者通過點擊相關(guān)的按鈕，虛擬環(huán)境中的導(dǎo)彈就會發(fā)射，同時，導(dǎo)彈如果觸碰到了目標(biāo)就會產(chǎn)生爆炸，同樣會產(chǎn)生火光和碎片，人們能夠看到火光和碎片的產(chǎn)生，這便是虛擬仿真技術(shù)的交互性。

1.2.2? 沉浸性

虛擬仿真技術(shù)，顧名思義，將現(xiàn)實世界中存在的事物進(jìn)行仿真模擬。通過虛擬仿真技術(shù)，能夠為使用者提供視覺、聽覺、嗅覺等多種感覺，讓使用者能夠有一種身臨其境的感覺，這便是虛擬仿真技術(shù)的沉浸性。

1.2.3? 虛幻性

虛擬仿真技術(shù)所構(gòu)建的畫面都是對真實存在事物的仿真模擬，這些事物可以是真實存在的，也可以是未來可能會存在的，但是所構(gòu)建的虛擬系統(tǒng)卻不是真實存在的，因此，虛擬仿真技術(shù)具有虛幻性。

1.2.4? 逼真性

虛擬仿真技術(shù)能夠構(gòu)建出非常逼真的事物，讓人們感覺到構(gòu)建出的虛擬事物與現(xiàn)實世界是一樣的，這是體現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)逼真性的一個方面;另一個方面是，在虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)中，能夠通過控制其中的某些元素而出現(xiàn)相應(yīng)的變換，讓使用者有身臨其境的感覺。

1.3? 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用原理

1.3.1? 基于三維圖形的實時顯示技術(shù)

三維圖形的實時顯示技術(shù)是當(dāng)前三維動畫制作中的一項重要技術(shù)，通過借助三維圖形的實時顯示技術(shù)能夠有效地提高三維動畫的制作效率，這是因為借助三維圖形的實時顯示技術(shù)能夠?qū)⑷S幾何圖形形成的時間有效地縮短，不僅如此，還需要將每秒鐘刷新的頻率定為15副，畫面的背景、陰影以及其他的要素都要符合相關(guān)的規(guī)定。[4]對于圖形的場景分塊，要能夠?qū)D片進(jìn)行場景分塊，并將其中的分塊場景進(jìn)行消隱，這樣一來就可以降低一些復(fù)雜場景的復(fù)雜度。一些復(fù)雜的場景在普通技術(shù)下很難拆分，但在虛擬仿真技術(shù)的協(xié)助下，可以將場景分為多個模塊，在一個復(fù)雜場景的其中一個模塊顯像時，其他場景都為隱匿狀態(tài)。消隱技術(shù)就是通過轉(zhuǎn)換人的視點來讓人們看到不同的畫面場景的。

1.3.2? 虛擬仿真技術(shù)中的交互技術(shù)

在虛擬仿真技術(shù)的系統(tǒng)中，某些界面需要人為的操縱才能最終達(dá)到目的，人們通過操作界面人為改變虛擬環(huán)境中的虛擬值，就是交互技術(shù)?，F(xiàn)今成熟的交互技術(shù)有三大類，有直接用戶交互技術(shù)、物理控制技術(shù)和虛擬控制技術(shù)。他們的區(qū)別就在于操作方式不同，例如：直接用戶交互技術(shù)就是通過人的現(xiàn)實動作映射到創(chuàng)造的虛擬場景中以形成三維動畫，它的特點是可以直觀的表現(xiàn)和靈活的改變動作。物理控制技術(shù)便是通過操縱輸入設(shè)備如鼠標(biāo)、鍵盤、手柄等來進(jìn)行虛擬環(huán)境的交互。這種技術(shù)更能讓人體會到虛擬場景的存在，但和直接用戶交互技術(shù)相比缺少了一定的靈活性。虛擬控制技術(shù)便是輸入一定參數(shù)，讓虛擬物在虛擬環(huán)境中進(jìn)行交互，讓用戶可以更加直觀的了解虛擬環(huán)境中的因素，為虛擬環(huán)境的變化提供了更多可能性。

2? 虛擬仿真技術(shù)在三維動畫制作中的應(yīng)用

2.1? 虛擬仿真技術(shù)的建模軟件和語言

Multigen Creator是虛擬仿真技術(shù)的建模軟件，其用于建立建筑模型，并為許多模型的建立提供了素材，可以方便簡潔的控制比例，增加貼圖。VRML（Virtual Rcality Modclling Language）是虛擬仿真建模語言，在應(yīng)用建模軟件之前需要學(xué)習(xí)相關(guān)的建模語言來輔助建模。[5]

2.2? 三維動畫制作軟件

三維動畫制作軟件很多，功能各異，不同的三維動畫制作軟件有著各自的特色，常見的有Maya、3ds Max、Premiere、Houdini及Zbrush，其中3ds Max和Maya兩款功能最強大、應(yīng)用范圍最廣，也是現(xiàn)在最主流的三維動畫設(shè)計軟件。兩者比較而言，3ds Max作為世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件，完全能滿足制作高質(zhì)量動畫的需要，只是它更多的效果制作依賴于外部插件。如分別用Maya和3ds Max制作同一個項目時，Maya會比3ds Max花更多的時間和步驟，但其具有更大的可控制性和可操作性，在生成的圖像上也比用3ds Max生成的圖像有更多的細(xì)節(jié)。Maya在建模、渲染、制作數(shù)字角色和場景時讓用戶擔(dān)當(dāng)了導(dǎo)演、演員、場景設(shè)計者和攝影師的角色。

2.3? 三維動畫建模

計算機虛擬仿真技術(shù)在很多方面都有其作用，在制作三維動畫時，首先就要建立三維模型。三維模型包括對虛擬場景、三維動畫人物、動作表現(xiàn)的制作。進(jìn)行三維建模時，要通過虛擬仿真技術(shù)和交互技術(shù)的相互配合來完成相關(guān)模型的建立，主要是通過現(xiàn)實仿真技術(shù)來建模，再引入一些三維動畫人物來體現(xiàn)需要展示的內(nèi)容。虛擬仿真技術(shù)的難點也在于設(shè)計人員需要在建模過程中充分準(zhǔn)備材料，整理好虛擬場景、虛擬人物的相關(guān)素材資料，與此同時還要進(jìn)行三維圖紙的準(zhǔn)備來保證三維動畫的正常建立。在準(zhǔn)備一些實物的三維動畫時，還需要相關(guān)設(shè)計人員提前進(jìn)行人工拍攝、航拍等工作來獲取真實信息，最終確定三維動畫的元素。在計算機技術(shù)未成熟之前，還需投入大量的人力財力來完成建?；顒?。因此，要想快速完成虛擬仿真技術(shù)在三維動畫上的應(yīng)用，必須加快建模的速度來提高工作效率。

2.4? 應(yīng)用領(lǐng)域

虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展，必然導(dǎo)致其運用范圍的持續(xù)擴大。目前，虛擬仿真技術(shù)在三維動畫上的應(yīng)用已經(jīng)開始向航空領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域發(fā)展。[6]三維動畫可以通過仿真模擬技術(shù)制造出一個虛擬場景，可以對未來進(jìn)行無損害模擬，通過模擬分析來找出所有可能發(fā)生的事件，對現(xiàn)今掌握的技術(shù)進(jìn)行模擬實驗，并對可能出現(xiàn)的危險進(jìn)行有效規(guī)避，這在軍事、航空領(lǐng)域是非常重要的一項技術(shù)。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以創(chuàng)造出虛擬環(huán)境來進(jìn)行模擬演練，借助這項技術(shù)，人們就可以更好地對我們的世界進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)更多的未知領(lǐng)域。在建筑方面，虛擬仿真技術(shù)可以快速建立三維動畫，人們可以更加直觀的觀察一些高大精密的建筑。與CAD技術(shù)不同的是，虛擬仿真技術(shù)建立的是三維動畫，更加直觀、更加立體，符合人的美學(xué)概念，更加生動的表現(xiàn)一個建筑的空間結(jié)構(gòu)。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)上，能夠給我國的工業(yè)帶來非常良好的發(fā)展前景。

3? 結(jié)? 論

虛擬仿真技術(shù)將現(xiàn)實中存在的物體映射到虛擬環(huán)境中，用虛擬的三維動畫場景和人物體現(xiàn)事物本質(zhì)，將一些抽象的事物具體反映成動畫呈現(xiàn)在人們眼前，使人們能夠更好地理解動畫內(nèi)容所表達(dá)的含義。計算機虛擬仿真技術(shù)在各個方面的應(yīng)用，既能夠方便我們的生活，加快工業(yè)進(jìn)步，使航天領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域都有所發(fā)展，還能促進(jìn)我國的經(jīng)濟發(fā)展。在三維動畫制作過程中，通過借助虛擬仿真技術(shù)，給人們的視野帶來極大的沖擊，讓人們能夠真實地感受到三維動畫所傳達(dá)的內(nèi)容。虛擬仿真技術(shù)不但可以增強三維動畫制作的效果，也可更好地促進(jìn)三維動畫制作技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬新影.淺析計算機虛擬仿真技術(shù)在三維動畫制作中的應(yīng)用 [J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018，15（3）：161+163.

[2] 方偉.基于VRML仿真教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計探析 [J].欽州學(xué)院學(xué)報，2018，33（8）：70-74.

[3] 王偉.三維動畫與VR技術(shù)相結(jié)合的研究 [J].文化創(chuàng)新比較研究，2017，1（22）：33-34.

[4] 王迪.基于計算機三維動畫建模技術(shù)的中國皮影藝術(shù)新傳承 [J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（3）：217-219.

[5] 梁道懷.淺談提高計算機三維動畫軟件Maya建模效率的措施 [J].職業(yè)，2017（32）：67.

[6] 陳曉偉，霍軍.計算機三維動畫技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用探究 [J].科教導(dǎo)刊-電子版（上旬），2017（34）：262.

作者簡介：曾龍凱（1988.07-），男，漢族，湖南祁陽人，碩士，助教，研究方向：計算機多媒體動畫設(shè)計與制作。