虚拟现实技术在三维动画中的应用研究

摘 要：虛拟现实（Virtual Reality）作为近年来出现的高新技术，是结合多个领域的综合集成技术，如今已在医学研究、房产开发、文化传播、工业仿真等多个方向有了深入的研究且得到广泛应用。相对而言，娱乐方面涉及的方向却较为单一，主要以虚拟现实游戏为主。从2016年起，出现了多个优秀VR动画作品，如谷歌的VR动画Pearl，这是现在三维动画制作的一种全新的表现形式。本文研究的内容正是这种带有交互内容的三维动画，能够在实现制作出极具沉浸感的VR场景的同时将交互功能融入其中，带给体验者全新的感受。

关键词：虚拟现实;动画;交互;体验;技术

对于未来虚拟现实在娱乐方面的一些热门发展方向，我们都会发散思维提出许多十分有建设性的设想：游戏、电影、通信、传媒……然而绝大多数情况下，我们并不会想到动画。毕竟从传统影片意义上来说，动画片一直是以平面的屏幕播放形式出现的，由此我们提出了一个研究方向，即如何将这种平面播放的影片VR化。由于VR环境下所实现的内容要求我们融入其中，成为影片发展中的一员，观看VR影片不再仅仅只是作为一个旁观者出现。我们在制作时需要加入许多交互功能，让影片不仅具有观赏性，更具有功能性。这将是一种全新的体验，让我们可以和动画剧情互动。我们仍然是旁观者，却又不仅仅是旁观者。

虚拟现实动画就是用虚拟现实技术以动画的形式表现出来，它是建立在虚拟现实及动画技术的基础上出现的。我们在了解什么是虚拟现实及动画的意思后就能全面理解虚拟现实动画的概念。在三维动画制作领域，VR技术所带来的最大革命性变化则是改变了作品的固有体验方式。通过VR技术，制作者可以全方位地还原一个虚拟动画世界，体验者在感官上可以近乎真实的感触走进这个虚拟世界，从而能够多角度、多层次地体验与欣赏该作品。“例如，有的观众会着重观察动画角色的细微表情，有的观众则对角色周围的环境感兴趣，这些各不相同的关注点将形成更为复杂的信息流。由于信息获取的复杂性，VR技术会使传统的动画视听语言不再发挥作用，而观众的关注内容也让动画创作者更加难以把握。换句话说，现在全世界行之有效的动画创作方法论将失效。”VR技术和三维动画相结合可实现在场景中制作多个触发点，从而引导不同的剧情的发展方向。这种类型的动画将限制一部分剧情的触发，让影片本身存在多种不同的结局。许多人希望可以制作出一部能够高度重复播放的动画，让人们在一遍遍观看同一部动画的同时获得不同的结局。与此同时，值得我们注意并规避的问题是，假如人们事先不知道这种动画的制作方式，他们很可能也就不会去重复观看。一些热爱阅读的人或许曾经读过这样一种特殊形式的小说，小说的剧情内容会通过引导读者翻到不同的页码选择接下来的故事发展走向。而VR动画在原理上则与此相同，与之不同的是体验者的选择完全是下意识、不自觉的，体验者只需沉浸在故事情节中，从而忘记了故事的发展其实是自己选择的结果。

虚拟现实交互动画与传统动画的不同之处很明显。VR提供了一种体验内容的新方式，但对于内容制作者来说，改变了他们对虚拟现实动画内容的处理方式。虽然线性媒体往往会涉及锁定镜头或拍摄角度，但虚拟现实体验与现实世界的互动类似，有多个优势点总是在变化。这意味着我们必须以新的方式开始思考虚拟现实动画。虚拟现实和线性项目之间最大的区别是，制作者赋予自己制作的动画新视角。这给了制作者很多相对于用户关于运动的规模和速度的思考、反应。这种方法当然适用于室内规模（或更大的）虚拟现实体验，因为用户随时都可以查看周围的动画，而且需要随时查看动画效果。与此同时，虚拟现实动画的发展也会带动其相关产业的发展，一部优秀、成熟的虚拟现实动画的发布，会带动周边娱乐产业的发展。目前，虚拟现实内容有着很大的不同，从实验片，到宣传电影，再到产品捆绑、游戏和动画短片。这意味着虚拟现实中有多种媒介，以及混合的动画制作方法。在未来的VR行业发展中，动画产品的制作与体验者之间的体验将不再是传统的“发送—接收”这种单向的信息传递方式。体验者不仅可以沉浸在虚拟的动画环境中，还可以决定情节内容的发展。这种通过互动形式形成的体验者身份的转变很可能模糊动画与游戏的界限，最终形成一个在虚拟与真实世界中区分开的中间性的带有娱乐性质的体验内容。由于用户可以在虚拟现实中查看所有的角度，通常的摄影和编辑的线性叙事已经消失了。现在用户才是摄像机操作员。因此，根据经验和故事的不同，虚拟现实动画的制作过程也需要明确和限制观众观看的内容，这才是VR交互动画的根本。例如，影片Herry是全球第一个VR动画片，它不像其他的360°电影。在这部电影中，用户需要根据剧情自行寻找方向改变故事的结局。开发人员表示，玩家将能够重新播放每一集，在其中发现新的对话和动画，或选择哪一集，以及玩家希望看到的下一个内容，这感觉像是利用一个直观的和有创造性的方式来延长游戏长度。

大多虚拟现实动画领域的专家认为，当前的动画工具和技术在虚拟现实世界中仍然有效，但也需要考虑新的因素，在虚拟现实中进行动画制作时，需要考虑的是连续镜头，并引导玩家进行一次体验。在虚拟现实中进行动画制作需要考虑诸多事情，还有如何为虚拟现实做动画？在大多数情况下，它涉及与线性项目相同的技术方法。其中一个主要的区别是，通过佩戴VR头戴设备的必要性来评估动画的过程。当然，动画制作在虚拟现实中一般是利用头盔（以及其他工具）。到目前为止，大多数制作都使用相同或相似的设备。制作者对于虚拟现实技术的挑战之一是在没有摄像头的情况下连续拍摄。考虑如何连接到另一个动画师的作品，这样它才是无缝的。在此建议使用两种方法。一是构成连接帧，两个镜头之间的动画无缝匹配构成一个，将其中一个角色隐藏。另一个是切换帧的对象。这是让我们知道如何带领观众在虚拟的世界里切换到下一个故事点。

我们制作VR短片的方法之一是明确镜头的开始与布局，因此观众在故事开始时能够找到他们希望切换的地方。然后，在其余的部分我们会将观众的注意力通过人物的动作或使用道具转移到规定位置。用虚拟现实（VR）讲故事是动画制作下一个大技术。真人体验是当前发展的重点，动画也将受益于这样的消费定位。例如，电子游戏口袋妖怪Go成功地将增强现实（AR）放在了公众的手中，以获得乐趣和利润。当然，虚拟现实将如何讲故事仍然是未知的。但毫无疑问，它将产生一定的影响，虽然最终它将采取何种形式仍然是个谜。可以说，电子游戏将是第一个感受到好处的行业。沉浸式地讲故事将是电子游戏内容的全新表现形式，而在这个领域的技术开发已经使得虚拟世界和现实世界之间的距离变得越来越小。在风格上，由于动画是很短的，基本上传统的二维动画势必要求我们按照动画师选择的角度观看。虚拟世界的自由、漫游的性质给这种风格带来了全新的挑战。将2d设计转换成3d效果确实是非常出效果的。很多类似的尝试也都是令人满意的，但是现在却没有一个能让人信服的论证来证明3d在风格上优于最初的2d设计。从这个意义上说，三维还是占据了上风。动画在很大程度上是凭借艺术家的技术与审美来创造和影响观众的情绪。将这种负担转移到更大的层次上，意味着动画将不再是故事的内容，更多的是关于消费者的体验。也许虚拟现实最大的问题是它如何影响消费者的认知和想象能力。如今，屏幕提供了一种物理障碍，填补了观众其他方面的空白。消除这个障碍则消除了填补空白和对未知进行推测的心理任务。

虚拟现实有打开市场的巨大潜力，虚拟现实可能意味着在具有这样的交互性的设置之前，消费者从未有机会重复观看或体验过两次同样的电影或电视节目。虚拟现实本身并不是什么可怕的东西。对动画的构思、制作和消费方式的彻底改变也正在进行中。真正普及交互动画估计要在未来的10～15年。“在这个世界上存在两种类型的人：那些了解并相信VR具有潜力的人，和从未尝试过且不甚了解的人。”在虚拟现实动画制作中的每一个步骤都允许出现新的形式因素，使我们能够利用计算的力量创造出前所未有的新应用和体验。虚拟现实是一种新的形式因素，它拓展了开发者和故事讲述者的创造力。其实在短时间内任何现有的游戏开发者都可以开始为虚拟现实构建应用程序，而对于那些没有游戏开发经历或技术背景的人，在一段时间的学习后也是可以学会的。

对于虚拟现实技术，人们需要知道些什么？虚拟现实技术的开发与游戏并没有太大区别。除了需要额外的硬件和软件依赖之外，开发的基本工具并没有太大的差别。也许从某种程度上来说，虚拟现实似乎脱离了故事本身，成了一种故事体验。它不像普通动画那样在媒体宣传上有那么多的方式。它可以是卡通的或者是写实的，但是必须有一些东西来决定它是如何发展的。虚拟现实和人工智能的可怕之处在于，在我们意识到这一点之前，我们可能已经跨越了从基本人工智能到先进的自我意识的界限。与此同时，定格动画也在虚拟现实中联系紧密，定格动画一直贯穿虛拟现实领域。在这个新的虚拟现实世界中，艺术家可以简单地将动画模型放入虚拟环境中。通过实时渲染模型并在环境中捕捉每个图像，引擎可以还原所有图形的几何细节和表面属性。让真实的人进入虚拟现实的创造者制作的项目中观看，这与用户紧密相关的是，假如动画中有动作和手势指令显示制作人员制作的模型在“近距离VR”中可以互动和体验。动画也就可以由用户的交互动作来终止。这就需要我们认识到，VR从来不是一个孤立的方向，而是一门跨学科的专业。想要做一部成熟的VR动画则需要结合多个专业的内容。并且现代社会在互联网的大环境中更需要鼓励多个学科相互交融，碰撞出更有新意、更独特，更能适应社会发展的新门类。这是当前社会的需要，也是VR能够发展的必备环境与条件。其带来的好处是，这些合作将带来新的见解和创造力。就如同在VR技术中占据最大应用比例的两个方向——艺术与技术。客观地讲，这两个方面在这个领域中同样重要，也使得原本关系并不密切的艺术家与工程师这两个职业在某种条件下合二为一。多个学科的交融会促成许多新兴职业。首先，我们可以在虚拟现实的学科环境中了解我们的合作者在哪里，以及他们关注的内容;其次，拥有技术、工具。虚拟现实技术的合作也将有助于激发创意和团队有效合作。

现今，虚拟现实在游戏领域应用较广，VR游戏独有的沉浸感远胜电脑端、手机端游戏。理论上，从画面效果来讲，VR动画制作画面效果与VR游戏是十分相似的，甚至远远高于VR游戏，因此我们完全可以预想到观看VR动画时所体验到的新奇与震撼。VR动画在沉浸感与画面效果上已不必多加阐述，更重要的是在VR动画独特的观看模式下，制作者在情节内容上可以尝试与传统动画区分开来，加入交互设计方面的内容。动画的制作有诸多形式，在虚拟现实技术的影响力不断延展的今天，动画确实应该在观看方式上尝试脱离传统的屏幕，在内容上与交互功能相结合，希望能够呈现越来越多有创造性且适用于虚拟现实环境的三维动画，我们也一直期待真正的交互式动画的诞生。

参考文献：

[1] 吴小明，柏蓉. VR时代[M].北京：机械工业出版社，2016：45-46.

[2] 恩斯特·克莱恩.玩家1号[M].刘宇韬，译.成都：四川科学技术出版社，2011：18-19.

[3] 胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京邮电大学出版社，2009：23-24.

作者简介：宋柏峰（1971—），男，黑龙江哈尔滨人，硕士，产品设计专业，讲师，研究方向：虚拟现实。