張錦宇

摘要： 隨著圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，三維動(dòng)畫技術(shù)在游戲、影視特技以及教育科研等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，由于傳統(tǒng)制作技術(shù)在三維動(dòng)畫制作中存在清晰度低的問題，因此，提出基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作技術(shù)研究。引入多媒體數(shù)據(jù)庫建立三維模型，結(jié)合三維動(dòng)畫理論和三維動(dòng)畫制作過程的確定，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫制作，通過制定三維動(dòng)畫清晰度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可知本文技術(shù)相比于傳統(tǒng)三維動(dòng)畫制作技術(shù)，動(dòng)畫清晰度高。

關(guān)鍵詞：多媒體數(shù)據(jù)庫;三維動(dòng)畫;制作技術(shù);清晰度

中圖分類號(hào)：J218.7? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）26-0219-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

三維動(dòng)畫制作技術(shù)并非單一學(xué)科或技術(shù)，其綜合了計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、心理學(xué)、物理學(xué)以及數(shù)學(xué)等眾多新興技術(shù)，完成圖像由靜態(tài)到三維動(dòng)畫的轉(zhuǎn)變。本文將多媒體數(shù)據(jù)技術(shù)引用到三維動(dòng)畫[1]制作中，以三維造型、合成渲染等技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫制作。利用視覺暫留現(xiàn)象，運(yùn)用專業(yè)動(dòng)畫知識(shí)，對(duì)未知世界進(jìn)行大膽創(chuàng)作。目前這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上備受關(guān)注，在影視制作及游戲制作中都用應(yīng)用

給人們帶來了極佳的視覺體驗(yàn)[2]。

1 基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 引入多媒體數(shù)據(jù)庫

多媒體數(shù)據(jù)庫[3-4]具有允許用戶儲(chǔ)存和查詢的特征。本文設(shè)計(jì)的三維動(dòng)畫制作技術(shù)，可以將多媒體數(shù)據(jù)庫直接應(yīng)用到三維動(dòng)畫制作中。

多媒體數(shù)據(jù)庫的檢索被稱為基于動(dòng)畫內(nèi)容的檢索，正在檢索的多媒體數(shù)據(jù)源通常是對(duì)制定對(duì)象進(jìn)行檢索，因此多媒體數(shù)據(jù)庫須通過模型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)畫內(nèi)容來組織多媒體數(shù)據(jù)源，并為多媒體數(shù)據(jù)庫建立索引。

1.2 建立三維模型

本文三維動(dòng)畫制作技術(shù)的基礎(chǔ)就是模型的建立，建立三維模型的內(nèi)容包括：建立多邊形模型、建立面片模型以及建立特殊模型，三維動(dòng)畫制作的圖像材質(zhì)、貼圖及燈光等后續(xù)制作流程都是在模型的基礎(chǔ)上完成的。三維模型建立的內(nèi)容集成了多個(gè)模型的修改器，修改器把原本粗糙的三維模型變得生動(dòng)和真實(shí)，利用傳統(tǒng)方法建立三維模型比較直觀，但是基于多媒體數(shù)據(jù)庫建立三維模型更快捷，尤其是在模型中建立多個(gè)對(duì)象，每一個(gè)對(duì)象的參數(shù)化控制以及定位的精確性顯得三維模型[5-6]的靈活性，下面介紹幾種利用多媒體數(shù)據(jù)庫建立三維模型所用到的函數(shù)和命令。

多媒體數(shù)據(jù)庫中的節(jié)點(diǎn)類包括三維動(dòng)畫中的所有場(chǎng)景對(duì)象，每一種多媒體數(shù)據(jù)庫中的場(chǎng)景對(duì)象都是由節(jié)點(diǎn)類派生的，利用數(shù)據(jù)庫中構(gòu)造函數(shù)構(gòu)建場(chǎng)景對(duì)象。

控制程序的流程是通過for循環(huán)表達(dá)式使計(jì)算機(jī)生成多個(gè)場(chǎng)景對(duì)象，并對(duì)生成的場(chǎng)景對(duì)象進(jìn)行批量修改和操作，這樣對(duì)for的循環(huán)操作更方便快捷，控制程序流程的語法表達(dá)格式為：

通過上述的函數(shù)和命令，有利于創(chuàng)建復(fù)雜的對(duì)象以及場(chǎng)景，是傳統(tǒng)三維動(dòng)畫制作技術(shù)難以完成的。

1.3 確定三維動(dòng)畫理論

三維動(dòng)畫理論[7]是將創(chuàng)造出來的每一個(gè)動(dòng)作片段進(jìn)行細(xì)致記錄后，以恒定的速度來播放此片段，通過人類感知當(dāng)中的類似動(dòng)作的現(xiàn)象產(chǎn)生出運(yùn)動(dòng)幻覺的媒介，因此三維動(dòng)畫的產(chǎn)生主要是以人對(duì)外界事物的認(rèn)知捕捉原理作為基礎(chǔ)的，大量的光子刺激人的視網(wǎng)膜才使人具有視覺，人的視覺接收是眼睛通過接收物體發(fā)出的光或者反射的光來感知物體的存在，并將反射光的形狀映射到人的大腦中，這種刺激一般情況下在微觀層面上是不連續(xù)的，但是從宏觀層面的角度講卻是連續(xù)的刺激。不論采用什么方式進(jìn)行三維動(dòng)畫的創(chuàng)作，除了依靠人對(duì)外界事物的認(rèn)知捕捉原理[8]之外，還要熟悉基本的三維動(dòng)畫理論，理解事物實(shí)際運(yùn)動(dòng)的過程，這樣才能更加真實(shí)的在計(jì)算機(jī)當(dāng)中模擬和仿真動(dòng)作的形成，達(dá)到更加形象地動(dòng)畫效果，三維動(dòng)畫理論框圖如圖1所示。

三維動(dòng)畫的研究者往往要經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐操作和仿真研究，建立一套三維動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)規(guī)律體系，其中迪斯尼公司動(dòng)畫師們?cè)?0世紀(jì)20年代總結(jié)了12條經(jīng)典動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)原理，在當(dāng)時(shí)二維動(dòng)畫制作技術(shù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，至今三維動(dòng)畫已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1.4 確定三維動(dòng)畫的制作過程

三維動(dòng)畫制作技術(shù)是一門綜合了眾多學(xué)科專業(yè)知識(shí)的創(chuàng)新技術(shù)，在制作過程中涉及多個(gè)領(lǐng)域，要想掌握三維動(dòng)畫制作技術(shù)，不但要掌握一定的計(jì)算機(jī)知識(shí)，還要精通一些三維動(dòng)畫軟件，例如photoshop、coreldraw等，專業(yè)技術(shù)人員還需要具備非常深厚的藝術(shù)功底。

首先要進(jìn)行前期構(gòu)架設(shè)置。根據(jù)要制作的故事模型進(jìn)行人物外形規(guī)劃，通過人物的肢體、容貌以及對(duì)白的過程來表現(xiàn)人物的性格特征，必要時(shí)交代特定的時(shí)代背景與發(fā)生地點(diǎn)。三維動(dòng)畫結(jié)構(gòu)主要包括戲劇化模式和散文模式，戲劇化模式比較重視故事情節(jié)的起伏波動(dòng)效果，具有比較合理的段落銜接，故事的因果關(guān)系也比較詳細(xì);而散文模式是利用人物的日常情緒表現(xiàn)出來的技巧使大眾獲得一定的人生啟示，故事的交代上可能不是很完整，但是要更加凸顯生活中的細(xì)節(jié)。三維動(dòng)畫的畫面設(shè)計(jì)可以作為設(shè)計(jì)資料的進(jìn)一步放大行為，使人物角色與動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏瞬間達(dá)到一致，讓三維動(dòng)畫的整體效果顯得更加生動(dòng)。在區(qū)分角色背景時(shí)，三維動(dòng)畫的設(shè)計(jì)稿會(huì)將制作中的需求清晰地呈現(xiàn)出來，描繪景色的工作人員會(huì)按照導(dǎo)向?qū)彾ńY(jié)果進(jìn)行動(dòng)畫片段的恰接。

其次要匹配三維模型與材質(zhì)。人物角色在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中是由骨骼帶動(dòng)肌肉產(chǎn)生的，在基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作中也是將骨骼作為牽引，由骨骼帶動(dòng)模型產(chǎn)生的動(dòng)畫。三維動(dòng)畫中的骨骼是制作人物角色動(dòng)畫的主要手段，三維動(dòng)畫模型制作完成后，要建立一套骨骼系統(tǒng)，將骨骼系統(tǒng)與模型統(tǒng)一結(jié)合，這一結(jié)合的過程稱之為蒙皮。動(dòng)畫模型經(jīng)過蒙皮后，就可以通過骨骼的旋轉(zhuǎn)來控制三維模型的變形，上述步驟全部完成后，為了確保每一根骨骼對(duì)三維模型的控制范圍，還要進(jìn)行刷權(quán)重，綁定模型前要注意檢查清楚模型是否已經(jīng)將歷史清除，如果歷史沒有被清除要對(duì)模型進(jìn)行清除歷史的操作，這樣可以避免出現(xiàn)一些不必要的麻煩，綁定模型之后，還要注意將綁定的模型交給動(dòng)畫組的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行動(dòng)簡(jiǎn)，來避免動(dòng)畫組的工作人員在調(diào)動(dòng)動(dòng)畫的時(shí)候出現(xiàn)不必要的麻煩。

1.5 實(shí)現(xiàn)基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作

根據(jù)三維動(dòng)畫理論和三維動(dòng)畫制作過程的確定，基于多媒體數(shù)據(jù)庫的引入，建立三維模型，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫的制作。

三維模型的建立可以實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫的制作，三維動(dòng)畫的制作流程如圖2所示。

引入多媒體數(shù)據(jù)庫，建立三維模型，依托三維動(dòng)畫理論和三維動(dòng)畫制作過程的確定，實(shí)現(xiàn)基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作，完成本文設(shè)計(jì)的三維動(dòng)畫制作技術(shù)。

2 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作技術(shù)的實(shí)用性，采用傳統(tǒng)制作技術(shù)以及本文設(shè)計(jì)的三維動(dòng)畫制作技術(shù)，制定三維動(dòng)畫清晰度對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)海底世界動(dòng)畫作品，利用水底對(duì)光線的折射原理，再加入輔助器來模擬動(dòng)畫的真實(shí)效果，實(shí)驗(yàn)引入清晰度指標(biāo)作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)，清晰度表示三維動(dòng)畫各細(xì)部影紋的清晰程度，具體操作步驟如下：

（1）創(chuàng)建燈箱：打開“創(chuàng)建”，設(shè)置畫面的長(zhǎng)度，打開位圖，調(diào)整strength給水底的地面加入材質(zhì)，由于在水底的光線是由陽光透過水面后到達(dá)水底的，所以水面對(duì)光線的折射作用很強(qiáng)烈，這一效果就是由目標(biāo)平行燈來實(shí)現(xiàn)的;

（2）設(shè)置光彩動(dòng)畫：利用平行聚光燈上的貼圖來模擬水底光影折射效果，然后在貼圖上做動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)光在水底的折射運(yùn)動(dòng);

（3）創(chuàng)建水底水草以及水草動(dòng)畫：在步驟1的基礎(chǔ)上創(chuàng)建面，然后設(shè)置Noise參數(shù)，復(fù)制水草后設(shè)置水草動(dòng)畫;

（4）創(chuàng)建石頭：通過編輯網(wǎng)格來完成水底石頭的動(dòng)畫，編輯網(wǎng)格是一個(gè)功能強(qiáng)大的修改器，可以做出非常復(fù)雜的模型：

（5）賦予水草和石頭材質(zhì)貼圖;

（6）創(chuàng)建水底氣泡和魚兒并賦予材質(zhì)貼圖;

（7）渲染動(dòng)畫。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)采用不同三維動(dòng)畫制作技術(shù)得到的三維動(dòng)畫清晰度實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知（如圖3所示），兩種技術(shù)對(duì)三維動(dòng)畫清晰度有很大差別，本文設(shè)計(jì)的基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作技術(shù)對(duì)三維動(dòng)畫制作的清晰度較高，大約為1008像素，而采用傳統(tǒng)三維動(dòng)畫制作技術(shù)制作的三維動(dòng)畫的清晰度為552像素，由此可知本文三維動(dòng)畫制作方法清晰度更高，更能滿足實(shí)際需要。

3 結(jié)束語

本文提出了基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動(dòng)畫制作技術(shù)研究，通過引入多媒體數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建三維模型，再結(jié)合三維動(dòng)畫理論和三維動(dòng)畫制作過程的確定，實(shí)現(xiàn)本文研究作。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計(jì)的三維動(dòng)畫制作技術(shù)相比于傳統(tǒng)三維動(dòng)畫制作技術(shù)，制作出來的動(dòng)畫清晰度高。希望本文的研究能夠?yàn)槿S動(dòng)畫制作技術(shù)提供理論依據(jù)。

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【通聯(lián)編輯：張薇】