基于虚拟现实的动漫制作

高 铭，杨友良，景会成

（1. 唐山市人民政府 应急管理办公室，河北 唐山 063000；2. 河北联合大学 电气工程学院，河北 唐山 063000）

基于虚拟现实的动漫制作

高 铭1，杨友良2，景会成2

（1. 唐山市人民政府 应急管理办公室，河北 唐山 063000；2. 河北联合大学 电气工程学院，河北 唐山 063000）

从建立与现代企业生产需求相适应的培训及现场模拟体系出发，进行基于虚拟现实的安全培训动漫影片制作关键技术研究，开发出了安全培训动漫影片制作平台并进行了影片制作输出。实用制作及成片培训效果表明，该技术达到了预期研发目的，输出的培训影片提升了培训效率和效果。

安全培训；动漫制作；产业化；虚拟现实

近年来，国家在加强安全生产监管工作的同时，高度重视安全生产培训工作。各级安全生产监管部分大力开展安全生产培训工作，取得了很大的成绩，但在取得成绩的同时，也暴露了一些亟待解决的问题，其中安全生产培训内容针对性不强，安全生产培训的形式和方法单一[1]就是其中的两个主要问题之一。本文从解决安全生产的技术问题出发来解决安全生产培训中培训内容针对性不强、培训方式单一的问题，利用多媒体技术和虚拟现实技术进行安全培训动漫制作进行了相关研究[2,3]。

1 制作流程控制

动漫片采用模块化的流程制作模式，从前期策划、中期制作及至后期合成全面采取“输出描述—进度规划—实现处理—评估验证”的处理流程，规范环境、参数、效果等的公共标准各跨平台交换的格式定义要求，在有效保证了制作进度的同时，提高了输出质量和最终效果的一致性。

2 输出格式选择

2.1 过程输出模式

在不同制作单元（或模块）内的中间状态的格式和规范，这主要采用以下输出格式：各不同模块间对象的传送，格式上原则采取业界的标准如FBX、OBJ等形式，同时基于不同的接口选择特定互导方式，实现不同制作环节间平滑顺畅衔接；在合成输出素材上，选择32位（8R8G8B8A）TGA图片序列，在提供高品质色彩信息的同时，提供更好后期处理支持能力。

3.2 影片输出

鉴于目前高清设备普及，本片原始输出采取720 P的高清格式，具有数倍于DVD的清晰度，同时在色彩表现能力上也有着质的飞跃，有效增加了影片的表现力。

3 场景、角色及材质贴图制作

3.1 角色

角色设计基于写实风格，创造出真实可信的人物形象，如图1所示。

在角色建模中，人物躯干主休采用3d Max，高细节部分采用poset，面部采用SI生成。最终连接、蒙皮工作在3d Max中完成。

3.2 场景

主要建模在3D max及Maya完成，基于不同模型采用多种建模方式，主要是polygon建模工具，同时在制作形状较为复杂的模型的时候利用了max软件的插件-polyboost，该插件的功能较为强大，可以快捷的创建复杂模型。

在创建复杂地形时，采用了e-onvue软件中的地形生成器（Terrian Editor）。创建复杂曲面时，利用了maya中的nurbs建模方式。

3.3 材质贴图

在材质上，基于不同物体特性选用不同的材质类型，如：Lambert、Phong、phongE、Blinn、Anisotropic等基础类型，表现出物体细腻、真实质感，如图2所示。

贴图方面，主要使用了diffuse、bump通道，必要时使用self-illumination、reflect、normal等通道进行效果制作。

采用normal map在保证渲染效率的前提下，可有效提高模型的细节表现力。

4 动画制作及镜头表现

4.1 动画制作[4]

以辅助训练和人机工程为目标建立了三维人物角色模型。在对角色动画制作上，主要考虑角色的造型、运动调整、材质设置及渲染等。角色造型和运动调整是角色动画的关键与难点，这两个方面的技术可细分成很多具体的门类，以从不同的角度解决问题。

三维人物角色模型建立主要通过关键帧的方式来生成运动动画。模型的分层，针对角色动画，形体动画基于3D MAX的CS骨骼系统制作，表情动画采用变形通道确定基本表情类型，在影片中混合生成复杂逼真的面部表情，如图3。

其它各类动画如移动、变形等，采用不同制作方法，通过曲线编辑器实现，部分物理特性明显的动画则基于动力学模拟实现，如图4。

4.3 镜头表现

充分运用各类镜头表现手法来描述故事内容，烘托现场氛围，包括：主观与客观镜头的运用，增强临场感；不同焦距镜头和选焦手法的运用，增加空间表现力，强调构图、情节重点；推、拉、摇、移、跟等种镜头运动方式充分展示环境结构，体现画面动感；组合镜头运用严格遵循三角形原理，关系、过肩、正反打及至越轴等镜头的组合使用在清楚地交待剧情的同时，保证了空间的连贯性；各类镜头特效的应用进一步提升画面的表现力，如图5所示。

5 灯光及特效制作

5.1 灯光运用

灯光在影片内中在控制画面亮度水平和反差关系的同时，用来突出角色和景物的造型特点，营造场景气氛，实现画面构图结构。本片中充分运用主光、辅光、轮廓光、背景光、眼神光及效果光来塑造戏剧效果，增加视觉表现力。

大量灯光特效（如，辉光（Glow），光晕（Halo）以及镜头闪光（Flare）等）的应用进一步增强画面效果和氛围，同时结合MR等物理光照算法进一步增强了画面的真实感，如图6所示。

5.2 特效制作

在制作过程中主要涉及了烟雾、爆炸、火焰及水流等特效的制作。其中烟雾及火焰的制作主要采用了max插件afterburn及fumefx来进行制作。afterburn适用于制作的烟雾及火焰颗粒感较强，且结合粒子可以快捷的制作爆炸效果，如图7所示。

流水效果的制作部分主要采用了realflow 4.3.8。该软件完全依据物理仿真，而且与各大三维软件有良好的交互接口，所制作出来的效果非常出色。

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强大的功能和丰富的插件资源，对原始素材完成二次制作和特效添加工作，从而形成最终的成品序列帧，交由剪辑模块完成最后的处理。

7 结论

以影片《煤矿新工安全培训教育》的制作为案例，详细阐述了动漫片的思维创意过程。以上技术经过实际制作验证和输出影片的培训应用，制作平台和制作技术均达到了研究效果，为动漫片的虚拟技术应用探讨了新路。

[1] 褚百合.安全生产培训工作中存在的问题集对策[J].安全,2008,6:45-46.

[2] 何敏.国内三维动画技能培训现状分析[J].科技信息, 2010,17:693-703.

[3] 郑彦平,贺钧.虚拟现实技术的应用现状及发展[J].信息技术,2005(12):94-96.

[4] 段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].北京:高等教育出版社,2004.

（责任编辑、校对：田敬军）

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

高铭（1976-），男，河北唐山人，研究方向为信息化。