基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究

沈阳工程学院 田 丰

基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究

沈阳工程学院 田 丰

三维动画技术和虚拟现实技术在近几年的发展速度非常的快，二者的基础都是三维图形技术，都是通过计算机来实现的。本文结合了对三维动画技术和虚拟现实技术的介绍来对三维动画和虚拟现实技术之间的联系进行了分析。

三维动画；虚拟现实；计算机图形

1 引言

我们存在于一个由三维物体所组成的世界中，生活中我们接触到的大多数物体都是处于一个三维状态，三维动画技术与虚拟现实技术在三维图形技术基础上的出现与发展，让我们的世界更加丰富多彩。设计者能够通过动画技术来最大限度地运用自己所具有的想象力，用数字的形式进行创作，与此相对而言，虚拟现实技术实质上是建立在三维图形技术的基础上，利用主体视觉技术，多媒体技术，传感技术等技术手段去构成一个虚拟的世界。本文对三维动画技术和虚拟现实技术进行了介绍，并分析了它们两者之间的关系。

2 三维动画技术

生活给予我们最直接的呈现方式是一幅一幅不同的画面与图像，往往停留在我们记忆中的事情也是一幅一幅不同的画面与图像，故此图像是我们生存环境中最直接以及最自然的表达方法。三维动画技术是指利用绘图程序将一幅幅的景物画面呈现出来，后一帧画面相比前一帧画面有了部分修改。该技术中下一帧的图像并不是简单的输入就可以完成的，需要通过计算机对三维数据进行计算，从而生成图像。通过运用这个技术，就可以将角色和场景的原始数据在计算机中建立起来，然后计算机再对角色和场景的运动轨迹和动作进行设置。在生成动画之后，可以添加摄影机和灯光在场景中，还可以赋予对应的材质给角色和场景。计算机是完成所有三维动画技术的根本，所有数据的处理都要经过计算机才能完成，可以制作数字化角色的动画，并通过不同的媒体呈现出来，甚至可以通过最新的技术结合到实拍的镜头当中。综上所述，得知运动是三维动画的主要核心，通过不同角色和场景的运动创造出一个虚拟的世界，一切都是利用计算机来完成的。

3 虚拟现实技术

虚拟现实技术就是一种对虚拟世界进行创造以及体验的计算机系统。跟三维动画一样，都是通过计算机生成想象中的世界。具体来说，就是运用计算机，通过三维动画等技术产生身临其境的视觉、听觉甚至是触觉体验的虚拟环境，用户可以在这个环境当中切身的体验和感受这个世界中的内容，实现用户和环境的交互。这个系统的实现涉及到很多方面，有计算机图形学、多传感器、图像处理与模式识别、语音处理以及网络技术等等，能够让用户产生身临其境的感觉，仿佛处身在一个真实的世界当中，可以实时地对虚拟环境中的物体进行操作，并可以在虚拟世界中自由行走。

虚拟现实技术最基本的特征是交互性、构想性以及沉浸感，在这些年的不断发展过程当中都是以这几点作为基本原则来进行的，在虚拟环境中人自由的与可操作对象进行的交流和沟通，进而达到自己预想的目标，可称之为交互性；构想性与多媒体技术以及计算机可视化技术截然不同，其具体形容是指能让人完全沉浸于虚拟环境当中，且能真切的感受到虚拟环境当中的内容，此内容是依据不同的虚拟环境而有所改变；沉浸感是指人进入虚拟环境中的时候，有进入一个真实世界的感觉，一切仿佛都是真实的，能够让人的思维的创造性和发散性得到有效的加强。在这几年，虚拟现实技术发展飞快，目前研究较为领先的是英国和美国，我国也在大力发展虚拟现实技术。

4 三维动画技术与虚拟现实技术的关系

三维动画技术和虚拟现实技术的基础都是三维图形技术，三维动画技术将计算机科学，数学，物理，艺术与其他学科结合起来综合利用，再以计算机技术来生成多种连续性的虚拟化的真实画面，是一项由艺术与计算机图形的组成的技术。其动画作品在被用户使用的交互性上具有记到的局限性，经过技术加工剪辑所呈现的动画作品一旦形成后就成了用户只能对其直接观看的最终产品，不能改变其中的内容，不能和动画产生交互。

而虚拟现实技术就很好地解决了这个问题，虚拟现实的特点是临场感、交互性和真实感。早期，用户可以通过手柄等操作方式控制自己在虚拟世界中的移动，而现在，虚拟世界甚至可以直接感受用户的脚步，用户只需要在特定的仪器上行走就可以在虚拟世界中移动，并通过手势等操作对虚拟世界中的物体进行控制和操作，用户的图像也是实时的，正是这种操作和图像的实时性让人和虚拟世界具有了交互。虚拟现实既可以用于建筑设计结构和园林设计的交互浏览，让用户自己塑造自己想要的环境，也可以让自己置身在虚拟世界当中玩游戏，享受切身的游戏体验。用户在虚拟世界中具有绝对的行动自由权，可依据自身喜欢和需求选择体验不同的项目。虚拟现实产品所具有观看不受观察角度与时间等限制，都可以由用户根据自身需求创造属于自己的浏览路线以及浏览内容。

三维动画技术和虚拟现实技术之间是相互联系的，如果要建立一个虚拟的校园系统，第一步就是利用三维动画技术进行建模。在空间中，实体的对象一般包括建筑、地形、绿地、树木和道路等等，这些实体需要通过专用的三维建模软件或者编写程序来进行创建。编写程序的方法就是通过程序，利用图形绘制函数来对三维空间的坐标进行计算，再根据计算出来的数据来建立模型，因为三维物体的坐标相对复杂，很难确定模型的坐标数据，因此现在绝大多数的人都选择使用已经比较成熟的三维建模软件来进行模型的创建工作，如3DSMAX和MAYA等等。创建虚拟场景不同于创建三维动画技术的场景，需要考虑其交互性和实时性。同时，考虑到节省计算机资源，在一些比较复杂的细节处可以使用贴图来处理，并不会对模型的真实性造成很大影响。因此，三维动画技术和虚拟现实技术是相互联系的，虚拟现实技术需要利用三维动画技术来进行场景的建模等工作，二者联系紧密。

5 结言

随着虚拟现实技术的不断发展，现在的虚拟世界已经变得越来越逼真，广大用户也应用得越来越普遍。设计师的想法能够通过虚拟现实技术来进行实现，并且拥有者较强的交互性和实时性。也因为虚拟世界的多种多样，能够让人们体验到不同的世界。虚拟现实技术的技术是动画技术，因此，虚拟现实技术的发展同样也推动了动画技术的不断发展。目前，在社会的各行各业当中已经广泛地应用了虚拟现实技术，在之后会变得越来越普遍。

[1]王炜,包卫东．虚拟仿真系统导论[M]．长沙:国防大学出版社,2007．

[2]吴会松．虚拟现实在教育教学中的应用[J]．中国教育技术装备,2008(14)．

[3]李长山,刘晓明,朱丽萍,李冰．虚拟现实技术及其应用[M]．北京:石油工业出版社,2006．

田丰（1978—），沈阳工程学院信息学院讲师，研究方向：数字媒体技术与艺术。