虚拟现实技术在三维动画场景中的运用研究

2021-04-14袁泓洋

大众文艺 2021年5期

袁泓洋

（墨尔本大学,澳大利亚墨尔本 VIC 3010）

一、虚拟现实技术的特点与三维动画场景的优势

1.虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR技术）是建立在计算机基础之上，借助虚拟现实眼镜（VR眼镜）、虚拟现实耳机（VR耳机）等设备，利用物理空间与投影设备相结合的方式，使用户产生身临其境的感知体验的一种技术。它是一种特殊的呈现形式，将虚拟的物体运用在大脑结构中，刺激用户的多种感官，从而引导用户进入虚拟现实世界。虚拟现实技术主要有以下三种特点：

（1）沉浸性（Immersion），又叫作临场感。用户使用专用设备，将自身沉浸于虚拟环境之中。如同真实世界一样，用户能使用语言、肢体动作等方式与虚拟环境中的对象进行交流。多感知性是影响沉浸性的主要因素，理想的虚拟现实应该具有人类所具有的所有感知功能，因此用户在虚拟环境中获得的感官刺激越多，沉浸感就会越强。VR眼镜就很好地利用了虚拟现实技术中的沉浸性特点，用户透过VR眼镜，辅之以立体音效，让用户觉得电影的一切都是在自己身边发生的，能够产生真实的观影体验。

（2）交互性（Interaction），是指借助专用的交互设备，与虚拟环境之间以自然的方式进行交互。用户可以对模拟环境内的物体进行操作，同时也会得到环境的自然反应。举个简单的例子，当用户在虚拟环境中看到了一个足球，在用脚踢球的过程中，可以感受到脚与球的接触以及球的滚动，这样一种交互行为也从侧面增强了用户的沉浸感。交互性如今也被运用在许多方面，在艺术设计过程中，虚拟现实技术的交互性有助于学生真实感知艺术设计的变化过程，通过立体眼镜可以观察三维空间动态；VR手套可以完成抓取、移动等操作；头盔显示器可以实现空间自由行走移动等。

（3）构想性（Imagination），该特点体现了人类的想象力。用户可以在虚拟环境中模拟一件未发生事件的多种可能性。例如，建筑师可以将自己设计的不同建筑模型投放在模拟的环境中，通过对比挑选出最适宜的设计。不仅如此，有些在现实中不存在的事物，也可以通过虚拟现实技术将其呈现出来，例如灭绝的动物、龙的形象等，都可以在虚拟环境中进行构造和展现。

2. 三维动画场景的优势

（1）三维动画场景是利用三维电脑软件模型所搭建的，摄像机在三维场景模型中可以实现直接穿插，拍摄预览动画，能够轻松实现镜头的组接、推、拉等操作，以此来解决镜头的单调性问题。

（2）三维场景在制作过程中会用到四视图，能够精准还原现实场景，因此三维动画场景能够设计一些宏观场面或精致度较高的画面，拓展传统动画的设计思路以及观者的视觉享受。

（3）制作三维动画场景的软件都会自带动画设置，可以增加场景的真实性与生动性，化解场景如背景的尴尬。

3.虚拟现实技术与三维动画场景的共同诉求

虚拟现实技术与三维动画场景存在着共同的诉求。虚拟现实技术是利用相关软件形成三维动画效果，在虚拟世界中呈现出理想化的世界；三维动画场景则是依靠计算机技术所预先处理好的，用户接受设计者在场景中所传达的信息，通过动画色彩、光线以及镜头处理等方式，为观众呈现出特定的空间环境。这种特定的空间，常常具有某些理想化色彩。两者的最终目的，都是为用户提供一个理想化的、具有沉浸感的虚拟世界。

二、虚拟现实技术在三维动画场景中的案例分析

1.三维动画场景的主要使用范畴

随着网络和计算机技术的发展，三维动画场景在医疗、建筑、影视等领域都得到了广泛的应用。

（1）医疗领域

医疗行业由于它的严谨性和微观性，当一些病灶在人体内部发生时，医疗工作者是无法通过肉眼判断病情状态的。三维动画场景的搭建则帮助医疗行业解决了这个难题，通过模拟人体内部的场景，将人体细胞、病理演示出来，从而使医疗工作者找到方法进行分析治疗。

教师在设计力学演示实验时一定要简洁，因为在课堂上做演示实验的目的就是为了更好地让学生理解、掌握物理知识，而不是把原本简单的概念复杂化，教师在设计演示实验时，一定要考虑学生的学情，设计出来的实验要满足当前课堂的需要，也要让学生能够对其进行一定程度上的分析。在设计时，还要注意这一演示实验理论与实际应无差异，切忌纸上谈兵。

（2）建筑领域

传统的建筑表达方式是在规划图上标上特定的符号来展示道路、桥梁等内容，但是这些符号并不具有立体性，会导致建筑师在建设过程中出现偏差。利用三维动画所搭建的城市规划，景观，隧道、街景及公园等场景都可以被生动形象地展示出来。通过三维动画场景图，能够更加精确地传达规划思想。与此同时，三维动画场景还能更好地推广古建筑文化，应用该技术能帮助人们修复破损的古建筑，让人们完整地领略古建筑的韵味和历史。

（3）影视领域

文娱产业的发展蒸蒸日上，影视方所尝试的影片类型也越来越多，例如科幻片、修仙片等。片中不可避免会遇到一些现实中不可能完成的镜头或者是实拍成本过高的场景，将三维动画场景运用到该领域，可以将影视方所要表达的内容进行精准地展现，制作的场景效果可以使观者身临其境，提高了画面的表现形式。

近年来，制作三维动画场景的软件水平逐渐改善提升，创作手法向着创新、多元化发展，该技术的应用范围也将涉及更多行业领域。

2.虚拟现实技术在三维动画场景中的运用分析

（1）虚拟医疗系统的推广应用

医疗领域中，虚拟医疗系统已经成为医疗工作者进行手术训练的方式之一。虚拟医疗系统由3D成像系统和机械臂组成。医生在使用虚拟医疗系统时，戴上3D眼镜，握住机械臂，就可以模拟进行人体手术，根据手术的不同要求，医生可将机械臂在转换成不同的工具，例如手术刀、钳子等。该系统不仅能提供病人的三维图像，还能模拟出触感，让医生感觉自己是在给真正的病人进行手术。医生通过在系统进行反复的练习，进行术前彩排，提高手术的成功率。

近几年，房地产事业兴起，房产商为了宣传和推广，增加销量，开始采用交互式动画来向客户展示房产的面貌。客户可以在数字楼盘中看到仿真的小区全景及心仪的房屋内的各类设施，并可以在楼盘中任意选择角度进行观看，给客户带来了交互感和沉浸感。新颖的看房方式吸引了大量的顾客，给房地产事业做出了重要的贡献。

（3）传统戏曲表演的重生

戏曲作为一种中国传统的戏剧模式，也在积极寻找新方式进行文化的传承与创新。2018年，江苏大剧院展示了利用虚拟现实技术制作的戏曲《牡丹亭》，表演者穿梭于流动的水墨之间，给观众一种沉浸式的体验，演员也得以跳脱出舞台的禁锢，与观众实现近距离、全方位的互动。传统戏曲与虚拟现实技术的碰撞，不仅坚守住其文化内核，也积极吸纳新技术为未来的创新与发展添砖加瓦。

除了以上提到的案例，虚拟现实技术与三维动画场景的结合运用还体现在工程操作训练、航空演练等一些教育教学领域，为教育教学的发展提供了便利。

三、虚拟现实技术在三维动画场景中运用的现实意义

1.虚拟现实技术发展趋势

未来，虚拟现实技术会遵循着低成本、高性能的发展原则，从硬件和软件方面进行技术的提升。虚拟现实技术的发展方向会逐渐趋向更加实时的三维图像显示技术和更加智能化的交互设备。同时，虚拟现实技术（VR）也在积极探寻与增强现实技术（AR）、混合现实技术（MR）结合的3R技术，将技术进行深度融合，使人机交互更加自然。

在虚拟现实技术的应用范畴方面，将逐步拓展到与用户生活更加贴切的公共服务行业。将此技术应用于日常交流、学习等各个方面，使得虚拟现实技术被广泛运用成为可能。

2.三维动画场景使用范畴的延伸

三维动画场景目前还在建筑、医疗等领域都有了自己的一席之地，同时也在文化领域进一步发挥作用，例如数字博物馆、线上数字展览、情景还原等。数字博物馆利用多种多样的表现形式，将展品进行无限复制，从而延长文物的寿命，减少损坏或遗失的问题，人们也可以与文物进行近距离接触，从而更加了解历史；线上艺术展览可以省去场地、产品运输等时间和成本，解决了时间和场地的限制。例如：2020年一场突如其来的疫情，使得全国很多高校的毕业设计汇报展由线下转移到了线上。作品展出不但没有受到时间和空间的限制，而且还获得了意想不到的好评；用三维动画场景技术还原一些历史场景，可以帮助历史学家及大众更好地走进历史、了解历史。可见，此技术日后还会运用在更多的领域，其快速的发展也是顺应了社会科技文化发展的需求。

3.虚拟现实技术与三维动画场景结合的可行性

主观上讲，虚拟现实技术和三维动画场景都是基于计算机程序所进行的技术，是计算机技术与现实融合的代表。三维动画场景技术以建立仿真的场景为主，虚拟现实则是更加注重用户多样的体验角度、与虚拟环境之间的交互活动。将虚拟现实运用到三维动画场景中，既可以保持两者的特性，又可以互相弥补，相互推进，让科技更好地融入社会实践中。

虚拟现实技术的主要制作软件是MAYA软件、3ds Max软件等，制作三维动画场景也主要用到MAYA、3ds Max等软件，因此在软件方面，两者的契合度很高。在硬件方面，虚拟现实技术主要通过虚拟现实眼镜、虚拟现实耳机等外部设备进行技术的实现；而三维动画场景的硬件设备适配性很高，可以轻松嫁接到虚拟现实技术的硬件设备中，实现两者的结合。所以从客观上讲，将虚拟现实技术应用到三维动画场景中也是毫无障碍。