高 銘，楊友良，景會成

（1. 唐山市人民政府 應急管理辦公室，河北 唐山 063000；2. 河北聯(lián)合大學 電氣工程學院，河北 唐山 063000）

基于虛擬現(xiàn)實的動漫制作

高 銘1，楊友良2，景會成2

（1. 唐山市人民政府 應急管理辦公室，河北 唐山 063000；2. 河北聯(lián)合大學 電氣工程學院，河北 唐山 063000）

從建立與現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)需求相適應的培訓及現(xiàn)場模擬體系出發(fā)，進行基于虛擬現(xiàn)實的安全培訓動漫影片制作關鍵技術研究，開發(fā)出了安全培訓動漫影片制作平臺并進行了影片制作輸出。實用制作及成片培訓效果表明，該技術達到了預期研發(fā)目的，輸出的培訓影片提升了培訓效率和效果。

安全培訓；動漫制作；產(chǎn)業(yè)化；虛擬現(xiàn)實

近年來，國家在加強安全生產(chǎn)監(jiān)管工作的同時，高度重視安全生產(chǎn)培訓工作。各級安全生產(chǎn)監(jiān)管部分大力開展安全生產(chǎn)培訓工作，取得了很大的成績，但在取得成績的同時，也暴露了一些亟待解決的問題，其中安全生產(chǎn)培訓內(nèi)容針對性不強，安全生產(chǎn)培訓的形式和方法單一[1]就是其中的兩個主要問題之一。本文從解決安全生產(chǎn)的技術問題出發(fā)來解決安全生產(chǎn)培訓中培訓內(nèi)容針對性不強、培訓方式單一的問題，利用多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術進行安全培訓動漫制作進行了相關研究[2,3]。

1 制作流程控制

動漫片采用模塊化的流程制作模式，從前期策劃、中期制作及至后期合成全面采取“輸出描述—進度規(guī)劃—實現(xiàn)處理—評估驗證”的處理流程，規(guī)范環(huán)境、參數(shù)、效果等的公共標準各跨平臺交換的格式定義要求，在有效保證了制作進度的同時，提高了輸出質(zhì)量和最終效果的一致性。

2 輸出格式選擇

2.1 過程輸出模式

在不同制作單元（或模塊）內(nèi)的中間狀態(tài)的格式和規(guī)范，這主要采用以下輸出格式：各不同模塊間對象的傳送，格式上原則采取業(yè)界的標準如FBX、OBJ等形式，同時基于不同的接口選擇特定互導方式，實現(xiàn)不同制作環(huán)節(jié)間平滑順暢銜接；在合成輸出素材上，選擇32位（8R8G8B8A）TGA圖片序列，在提供高品質(zhì)色彩信息的同時，提供更好后期處理支持能力。

3.2 影片輸出

鑒于目前高清設備普及，本片原始輸出采取720 P的高清格式，具有數(shù)倍于DVD的清晰度，同時在色彩表現(xiàn)能力上也有著質(zhì)的飛躍，有效增加了影片的表現(xiàn)力。

3 場景、角色及材質(zhì)貼圖制作

3.1 角色

角色設計基于寫實風格，創(chuàng)造出真實可信的人物形象，如圖1所示。

在角色建模中，人物軀干主休采用3d Max，高細節(jié)部分采用poset，面部采用SI生成。最終連接、蒙皮工作在3d Max中完成。

3.2 場景

主要建模在3D max及Maya完成，基于不同模型采用多種建模方式，主要是polygon建模工具，同時在制作形狀較為復雜的模型的時候利用了max軟件的插件-polyboost，該插件的功能較為強大，可以快捷的創(chuàng)建復雜模型。

在創(chuàng)建復雜地形時，采用了e-onvue軟件中的地形生成器（Terrian Editor）。創(chuàng)建復雜曲面時，利用了maya中的nurbs建模方式。

3.3 材質(zhì)貼圖

在材質(zhì)上，基于不同物體特性選用不同的材質(zhì)類型，如：Lambert、Phong、phongE、Blinn、Anisotropic等基礎類型，表現(xiàn)出物體細膩、真實質(zhì)感，如圖2所示。

貼圖方面，主要使用了diffuse、bump通道，必要時使用self-illumination、reflect、normal等通道進行效果制作。

采用normal map在保證渲染效率的前提下，可有效提高模型的細節(jié)表現(xiàn)力。

4 動畫制作及鏡頭表現(xiàn)

4.1 動畫制作[4]

以輔助訓練和人機工程為目標建立了三維人物角色模型。在對角色動畫制作上，主要考慮角色的造型、運動調(diào)整、材質(zhì)設置及渲染等。角色造型和運動調(diào)整是角色動畫的關鍵與難點，這兩個方面的技術可細分成很多具體的門類，以從不同的角度解決問題。

三維人物角色模型建立主要通過關鍵幀的方式來生成運動動畫。模型的分層，針對角色動畫，形體動畫基于3D MAX的CS骨骼系統(tǒng)制作，表情動畫采用變形通道確定基本表情類型，在影片中混合生成復雜逼真的面部表情，如圖3。

其它各類動畫如移動、變形等，采用不同制作方法，通過曲線編輯器實現(xiàn)，部分物理特性明顯的動畫則基于動力學模擬實現(xiàn)，如圖4。

4.3 鏡頭表現(xiàn)

充分運用各類鏡頭表現(xiàn)手法來描述故事內(nèi)容，烘托現(xiàn)場氛圍，包括：主觀與客觀鏡頭的運用，增強臨場感；不同焦距鏡頭和選焦手法的運用，增加空間表現(xiàn)力，強調(diào)構圖、情節(jié)重點；推、拉、搖、移、跟等種鏡頭運動方式充分展示環(huán)境結構，體現(xiàn)畫面動感；組合鏡頭運用嚴格遵循三角形原理，關系、過肩、正反打及至越軸等鏡頭的組合使用在清楚地交待劇情的同時，保證了空間的連貫性；各類鏡頭特效的應用進一步提升畫面的表現(xiàn)力，如圖5所示。

5 燈光及特效制作

5.1 燈光運用

燈光在影片內(nèi)中在控制畫面亮度水平和反差關系的同時，用來突出角色和景物的造型特點，營造場景氣氛，實現(xiàn)畫面構圖結構。本片中充分運用主光、輔光、輪廓光、背景光、眼神光及效果光來塑造戲劇效果，增加視覺表現(xiàn)力。

大量燈光特效（如，輝光（Glow），光暈（Halo）以及鏡頭閃光（Flare）等）的應用進一步增強畫面效果和氛圍，同時結合MR等物理光照算法進一步增強了畫面的真實感，如圖6所示。

5.2 特效制作

在制作過程中主要涉及了煙霧、爆炸、火焰及水流等特效的制作。其中煙霧及火焰的制作主要采用了max插件afterburn及fumefx來進行制作。afterburn適用于制作的煙霧及火焰顆粒感較強，且結合粒子可以快捷的制作爆炸效果，如圖7所示。

流水效果的制作部分主要采用了realflow 4.3.8。該軟件完全依據(jù)物理仿真，而且與各大三維軟件有良好的交互接口，所制作出來的效果非常出色。

6 后期合成及音效制作

后期合成工作主要在AE中完成，借助AE強大的功能和豐富的插件資源，對原始素材完成二次制作和特效添加工作，從而形成最終的成品序列幀，交由剪輯模塊完成最后的處理。

7 結論

以影片《煤礦新工安全培訓教育》的制作為案例，詳細闡述了動漫片的思維創(chuàng)意過程。以上技術經(jīng)過實際制作驗證和輸出影片的培訓應用，制作平臺和制作技術均達到了研究效果，為動漫片的虛擬技術應用探討了新路。

[1] 褚百合.安全生產(chǎn)培訓工作中存在的問題集對策[J].安全,2008,6:45-46.

[2] 何敏.國內(nèi)三維動畫技能培訓現(xiàn)狀分析[J].科技信息, 2010,17:693-703.

[3] 鄭彥平,賀鈞.虛擬現(xiàn)實技術的應用現(xiàn)狀及發(fā)展[J].信息技術,2005(12):94-96.

[4] 段新昱.虛擬現(xiàn)實基礎與VRML編程[M].北京:高等教育出版社,2004.

（責任編輯、校對：田敬軍）

Animation Production Based on Virtual Reality

GAO Ming1Yang You-liang2Jing Hui-cheng2

(1. Office of Emergency Administration, Tangshan City People's Government, Tangshan 063000, China; 2. School of Electrical Engineering, Hebei United University, Tangshan 063000, China)

For the safety training in the domestic’s coal enterprises using the old model, means of performance are rigid, and form of performance is single. So the efficiency of training is low and the cost is high. Most trainees’ ability of dispose of unexpected problems is lacking. To improve training efficiency and effectiveness, this study researches the key technologies of produced the safety training’s animation film, and builds a modern enterprise to adapt to production needs and on-site simulation training system. It developed a production platform of safety training video and made the film production output. In the research of practice work, we first researched the form of industrialization direction and the definition of market, and made an in-depth research in the system of production platform and the output of film production.

safety training; animation production; industrialization; virtual reality

TP216

A

1009-9115(2012)02-0064-03

2012-02-11

高銘（1976-），男，河北唐山人，研究方向為信息化。