三维动画与计算机图形图像理论研究

张明君

摘要：近些年，随着我国经济方面的飞速发展，带动了各行各业技术水平的提高，而计算机领域的发展近些年是人们有目共睹的。3D动画技术是随着近些年我国计算机水平技术发展而衍生出的一项计算机绘图技术，这项技术可以结合计算机内的数据结构进行图像的处理和运算。本文中，作者结合实际的工作经验，对计算机的图像理论和成像原理进行了简要的分析，并提出了相关的改进建议。

关键词：三维动画;计算机图形;理论研究

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0055-02

随着我国计算机网络技术近些年突飞猛进的发展，三维动画的制作水平也不断提高。在各个领域中，三维动画被广泛用于电影电视剧和广告动画片等特效的制作。三维动画从原理上来讲，是计算机制作技术衍生出的一种立体动态的图像，—般电影和动画的画面刷新率为24帧每秒，具体内容主要是模仿现实生活场景或者现实中人类的一系列表情动作。通过三维动画制作的动画表情十分逼真，可以随着现实世界中环境的转变而发生变化。随着我国政策的扶持和技术水平的发展。三维动画技术操作的关键点，是利用计算机结合3D动画可以更好地实现AR的虚拟画面，并以此服务于更多领域。此外，三维动画可以在教学过程中不断更新教学体系，融入最新的计算机教学理论，使学生能够更好的接受到最新的三维动画制作知识，为日后的工作产生一定的帮助，积累相应的经验。

1三维动画的成象原理

三维动画是通过计算机软件进行图形和图像整合处理技术，这种技术借助于计算机的变成系统和动画软件，在组合后生成一系列的景物和画面，在目前使用前一帧的部分来进行，后一帧的修改计算机动画是通过采取图像动态，结合声音的方式产生整体效果。即一段三维动画有多个动态，由多个静态的图像所组成，将静态的图片进行一定速度的播放，设置计算机图像软件中的—个分支点将同一个图像进行位移改变了点的位置，这样既能保持原有动画不发生形变，也能保证下一个画面与上一个画面的完美结合，形成有机的动态。在计算机三维程序中，要使画面做得更加立体和真实，就要使物体的正面背面侧面整体三维空间的视觉看出不同角度的立体内容，能够实现这一功能的计算机语言种类也较多，一般分为线性语言、通用语言和图形语言三种。

2三维动画的制作原理

就三维动画的制作原理来看，这种软件主要是依托时间差的概念，运用计算机软件在三维动画中通过帧这一单位来计算动画的播放速度和播放时间。通常来说，每一帧就是一个静止的二维画面，通过不同的帧进行连续的播放，形成动态的动画效果帧数的概念，就是说在每一秒单位中所传数的图片数量就是帧数。同样，也可以将帧数理解为图形的处理器，每秒刷新的次数也可以成为帧数。对于某一个时间点到另一个时间点的转换，称为三维动画中的关键帧，而前、后关键要完全呈现出两种不同的动态情况，中间动态和变化动态都可以通过三维软件来进行实现。此外，还有一种三维动画设计的方法，利用线条样式的驱动动画，结合物体的运动轨迹和运动规律进行素材资源的整合编辑，除了三维动画之外，其它的动画设计原理也往往是这两种技术组成的。

3技术问题和改进方法

就三维动画的组成原理来说，它是由单个或多个二维的动画进行多角度拼接而组成的，它的设计可以进行涉及任何场场合的任何物体，可以对动画中的人物和角色对现实的物品进行仿真和模拟。同时，三维动画可以结合计算机建模的数学图形理论，使制作出的动画更具有真实感立体感。利用三维动画的制作方式，可以针对动画角色中的不同对象进行制作，同时集合在某一个关键帧进行更好的人物动态处理。随着时间的变化，关键帧也会发生各种位移变化。

3.1关键帧动画的制作

三维动画的关键帧是由传统的动画制作技术之上演变而成的，动画的每一帧、每一段都由连续动画或一个静止的画面所组成，这种制作方式比较普及和简单，不需要对每一帧进行逐个的绘制和更改，只需要选取静止帧的几个重要点进行描绘即可。一般来说，关键帧会通过画面中的动作变化进行选取，在变化的瞬间作为真的转折点进行修改，修改后确定为关键帧。在关键帧制作完成后，对中间帧再进行细化的描绘，使二者相有机的结合到一起，就完成了部分三维动画的生产和制作。

随着目前计算机技术的发展，动画技术也随之出现了技术创新。为了实现各种条件下的插值算法，当今在三维动画中采取了很多的新型数学公式，来更好的计算出3D模型的速度以及不连续l生的特点和动画路径。这样，可以更好的完成3D动画的制作，通过对插值和函数的调整，更好地改变物体的运动速度和运动轨迹。总的来说，这种关键帧的设计主要是通过数学中的函数变化来控制软件的模型，使动画做得更加逼真。

3.2变形动画的制作

变形动画是在动画中的一种高级技术，它通过对动画中的人物和其它物体进行变形而形成更好的视觉冲击力，这一技术在二维动画中是基于图像MRPH的技术为基础产生的。在这种动画软件中，其本身的插值产生变形为WRP，要实现这种技术，就要对图形进行特殊的定义而进行单一的操作，通过点或者矢量结构之间的距离和架构来分析图像的路径和结构。在三维的动画制作过程中，一般也分为两大类：一是拓扑结构变形，这种制作通过M}{PH进行变形来改变两个物体问三维模式的对应关系和差值，同时融人物体特征的结构;二是进行自由格式的转换和变形。这种变形主要是插入了WRP 3D模型的使用功能，使三维的物体发生形变时能够进行形变自由的切换或放射转变，一旦在物体将要发生形变时，可以直接改变物体的函数参数。

3.3人体动画的制作

人体动画的模式是三维动画制作中最吸引人，也是难度最高的技术手法。在早期的计算机绘图中，由于软件的技术水平不够，所以对人的外形控制技术较差。随着动画水平和计算机技术的发展，这种3D人物的制作已经成为了人体动画设计中的关键要素，他需要根据每个人的轮廓骨骼肌肉关节体型等不同点在设计中注意每一个元素，此外在集合模型中也要还原出人的动态真实性。当今，在我国国内的一些3D动画电影中，对人体动画的制作往往是简单的外形模仿，利用旋转的复制法，通过3D旋磨的模式，使感受器对于人的真实运动轨迹进行记录和复制，可以在动画中产生出模拟人体的真实运动状态。

3.4物理建模方法

物理特性的建模，是根据几何模型中的物理特点，通过数学函数的引进进行数值计算，在对物体的模仿过程中，不同的物体会产生不同的运动路径和自身的属性。通过物理特性的介入，可以使物体本身的物理参量和几何运动模式进行结合，更好的显示出物理参量和其他参量之间的关系，对于3D动画的整体制作效果有很大的提高和帮助。

3.5位移动画操作

位移动动画技术是三维动画制作过程中的一个较为普遍的使用方式，这一方式要求有两个或者两个以上的关键帧组成的图形，通过延长帧和色彩的调整，在物体表面设置一个为一的向量，在保持物體的结构前提之下形成相应的动画;同时，通过这种技术也可以制作出火焰冰雹雨水等一系列的自然景观。

4结语

在我国的十三五规划中，已经将动画产业歹0位了我国的朝阳产业，并在政策上予以了大力的扶持。而随着我国计算机技术和动画制作技术的发展，也制作出了一些水平较高广受好评的影视作品。在实际的学习和教学过程中，教师应该充分融入到计算机图像理论的最新研究成果，让学生掌握这项技术的前沿，进而更好地学习和制作三维动画，促使这一产业在社会中更好的发展。