三维运动捕捉技术应用研究

叶欣

三维动画作为一种新兴的动画类型，因为其极强的真实感与视觉冲击效果，在动画制作领域中受到了越来越高的重视。三维动画制作当中的三维运动捕捉技术也被广泛运用到实践生活中。本文主要探讨了如何将三维运动捕捉技术与消防模拟训练相结合，为消防模拟训练中增设虚拟消防员的实时动态，并解决在进行模拟训练时所遇到的一系列问题。

【关键词】三维运动 捕捉技术 运动调节 消防模拟 训练

三维动画就是我们常说的3D动画，是指将动画以一种三维立体的形式来展现的一种新兴的计算机技术。随着现代科学技术的发展，三维动画更加符合现代人的需求，它让动画变得更加生动立体，更加具有真实感与视觉冲击效果，使动画更加像我们所认识的真实世界。三利用三维动画可以很好的展示出消防员在火灾救援过程中的动态情景，加强了现实与虚拟的交融，让虚拟场景变得更加真实且让人有一种沉浸感，便于适人化虚拟空间理论基础的研究。如何创造出在虚拟火灾现场实施救援的虚拟消防员，并真实展现出在火灾救援中会出现的各种专业动作，是目前计算机在制作模拟训练中所遇到的重要问题之一。

1 三维动画的制作过程

三维动画的制作过程与二维动画的制作过程有所不同，三维动画的制作要先由制作人员在计算机中制作出动画角色、背景和运动动作，再给角色以及背景加上材质与颜色，与此同时利用虚拟摄影机来拍摄记录动画角色的动作镜头，最后由计算机将这些信息进行整理编排，最终以动画的形式来进行画面呈现。要制作专业完整的三维动画有三个阶段：一是动画制作的前期，在这个阶段的主要工作是完成动画的剧本、角色与分镜头的设计，这个阶段的工作与制作二维动画时的差异不大；二是动画制作的中期，这时就要运用到三维动画制作技术，利用计算机将虚拟场景与动画制作完成，在这个阶段与二维动画制作的区别就体现出来了；三是动画制作的后期，在后期主要的工作就是整合并完善第二阶段所完成的动画效果，再添加一些原本所缺少的相关元素。

2 三维动画的运动调节

三维动画的制作中，运动技术是一个关键步骤，同时也是制作的难点所在，如何调节与设计动画角色的运动动作，在运动技术中是一个重要问题，虽然我们经常在动漫作品中看到许多气势磅礴的场面，让我们感觉身临其境。但在三维动画中，动漫角色就相当于电影中的演员，水能载舟亦能覆舟，如果不能好好设计制作动漫角色的运动就会让原本精美的动画作品变得华而不实，这就对动画制作人员的技术有很高的要求，动画制作人员需要完全依靠手动来调整动画角色运动的参数，这是一个相当庞大的工作量，即便是对有丰富动画制作经验的制作人员来说，这也是一项非常具有挑战性的工作。

3 三维运动捕捉技术的原理

三维运动捕捉技术的基础是计算机图形原理。计算机将虚拟视频捕捉设备分布排列在三维空间中用来记录物体的运动轨迹，并以图像的形式展现出来，随后借着计算机对记录下来的图像数据进行技术处理，最后获取不同物体在不同时间上的运动轨迹的的三维空间坐标点。三维运动捕捉技术经过技术发展，已经不只机械式捕捉这一种方法，现在的科学技术已经发展到可以通过电磁、声波、光学等方式来进行运动轨迹的捕捉。在这些运动捕捉技术中，光学运动捕捉技术因为其快速、精准等优点而获得了广大工作者的青睐。

4 三维运动捕捉技术在建立虚拟火灾消防员上的运用

运用三维运动捕捉技术可以更好的呈现消防员在火灾救援时的作为。在运用三维动画进行消防人员的建模前，制作人员必须要对消防员的穿着装备与人物结构比例有一定的了解，这样才能制作出比例正常的人物模型。

4.1 建立人物模型

这里我们所采用的三维人物模型制作软件是3dsMAX，制作方法以多边形建模为主。所谓的多边形建模是指让一个对象变换成可以进行编辑的多边形对象，这种建模方式相对来说较简单，便于操作，没有太高的技术含量，适用于建造结构偏复杂的模型。

4.2 锁定骨骼

在建立好基本的任务模型之后，要给人物添加骨骼，通过移动与缩放的形式让骨骼与人物模型相适应。因为骨骼与人物模型是独立的两个个体，为了让他们产生关联就必须将骨骼与模型绑定在一起，这样才能达到联动的效果。这里用的是Character Studio中的Physique来实现。

4.3 展UV

在三维模型建立完成后，截下来就是展UV。我们常用的主要是3dsMAX软件中自带的修改器来进行展UV。展UV修改器主要是起到让平面贴图指定到子对象选择并对所选的UVW坐标进行编辑。UVW修改器可以作为UVW贴图起与UVW坐标编辑器单独使用，也可以与UVW贴图修改器一起使用。这么做的目的是要让二维的贴图指定到子对象，UV处理技术的高低直接关系着最终的贴图是否能够有其原本该有的效果。在展UV环节完成后，制作人员将其储存成为图片，再通过Photoshop来完成画贴图、制作物件纹理的步骤，因为我们所要制作的是消防人员的模型，所以此处我们选择消防战斗服的照片作为贴图制作的基本素材，再运用Photoshop的制作纹理来完成最后的贴图。

5 结语

三维运动捕捉技术大大方便了我们的生活，不仅被大量运用在三维动画的制作上，还给我们日常的模拟实训提供了更多的可能性。运用三维运动捕捉技术来模拟火灾救援现场是对这项技术的一个极好应用，它能够真实展现在火灾救援现场时模拟消防人员的实时动向，帮助人们更直观的观看并学习到在发生火灾时正确的人群疏散方法，有利于减小火灾对人们的伤害。

参考文献

[1]汪华为.论运动捕捉数据在动画中的应用[J].信息与电脑，2011（7）.

[2]GuoWei.Application of 3-dimensional Motion Capture Technology in Universities[J].china educational technique & equipment，2011（18）.

作者单位

江西工业工程职业技术学院 江西省萍乡市 337055