虚拟现实（VR）彩色动画的交互性设计分析

摘要：虚拟现实技术的主要特点是其本身就有一定的交互性以及沉浸感，在虚拟现实技术与动画技术相融合时这一点尤为重要，这也直接体现了虚拟现实技术与动画交互的意义。

关键词：虚拟现实（VR） 动画 交互性设计

在虚拟现实技术不断发展的过程中，其已经渗透到了我国的不同行业与领域，包括游戏、教育、医学、影视、动画等。目前虚拟现实技术与游戏和动画的融合层出不穷，本文简要分析虚拟现实（VR）动画的交互性设计。

一、VR动画关键技术

（一）VR动画的交互性节点设计

在虚拟现实（VR）动画设计中，所有的人物运动、状态、运动节奏等内容的制作效果对最终动画的效果有着十分直接且密切的影响。为了确保所有的虚拟现实技术的应用效果优异，同时保证所有的动作自然且生动，需要根据角色自身的剧情需要，严格按照要求去标定动画的节点坐标。为了进一步分析虚拟现实（VR）设计效果，需要假设（u，v）和（Xw，Yw，Zw）分别为点Pl在场景图像中，其中分别对应着虚拟现实（VR）动画设计中的亚像素坐标、单世界三维坐标。通过下述算式将动画场景中的亚像素坐标来获得径向和切向畸变中摄像机坐标的归一化坐标。

{xd（1）}={ax 0 u0}{u}

{xd（2）}={0 ay v0}{v}

{1}={0 0 1}{1}

分析上述的算式可以得出，在虛拟现实（VR）动画设计的过程中，利用xd（1）、xd（2）作为归一化的动画场景。在虚拟现实（VR）动画设计中x、y轴向左边点;而其中的u0、v0则表示为动画场景中的中心像素坐标。在经过xd（1）、xd（2）的归一化处理后，分析当下的动画场景，可以在动画中将xn作为图像坐标，并且利用图像和坐标通过多次的迭代，其目的是实现xd（1）、xd（2）的径向和切向畸变补偿，当虚拟现实（VR）动画设计中的xn其所对应的初始估计值为xd。为此，在进行计算的过程中，应该利用算式：通过xn=[x y]=xd（1）xd（2）来表示xn，利用式{xd（1）}={ax 0 u0}{u}{xd（2）}={0 ay v0}{v}{1}={0 0 1}{1}联合求解，得到归一化处理后的动态坐标xn，可以将其表示为：

xn=[x y=（xd（1）-δ（1））/kradial][（xd（2）-δ（2））/k radial]。

分析上式中的内容，其中算式中的δ（1）和δ（2）分别指的是在虚拟现实（VR）动画设计中的切线畸变值。利用所获得的xn值当作虚拟现实（VR）动画设计中的线性模型，并且得到：Zc{x y 1}=Zc{Xc/Zc Yc/Zc 1}=R{Xw Yw Z}w+t。

在上述算式中t和R分别指的是，在虚拟现实（VR）动画设计中的摄像机外部平移向量以及其所选择的对应选择矩阵。针对上述几个算式进行分析，能够在短期内获取动画场景中图像的候选网格节点，并且找到其中的深度坐标值。[1]

（二）三维动画运动捕捉

在虚拟现实技术中，三维动画以及三维场景的创建也是该技术有待分析的内容之一，应明确在三维场景创建的过程中如何构建一个良好的人体模型尤为重要，其直接关系到后期的整体建设以及技术动作的选择、动作的模拟。当前应选择相对较为成熟的运动控制技术，可以采用运动捕捉技术或者是动画插件实现在虚拟现实技术中。对所有的三维动画进行动作的制作，设置捕捉动作的系统模块，能够让动作在一个连续的事件上获取更多的追踪，并且形成个体的固件，这是动作的关键节点，也是关键内容之一。在获取三维空间的运动过程中，一定要考虑到如何对所有的动作神态进行有效的捕捉，并且在动作捕捉后要对数据内容进行优化处理，将动作直接加载到Character Studio中，并且调整所有的动作姿态，确保三维动画所呈现的人物骨骼、人物的动态、人物的状态，能够满足虚拟现实技术中对动作的实际需求。在利用TouchSensor对所有的动作系统捕捉后，还要考虑到如何将这些动作实现动画模型的设计，如何进一步提高动画在设计时的整体效果。为了进一步满足当前用户对虚拟现实技术的实际需求，需要根据用户的操作感知进行确定，尽可能满足所有在三维交互过程中常见的节点设定以及应用，确保应用效果得到提升。目前常见的节点应用方式有以下三种：SphereSensor节点、CylinderSensor节点和TouchSensor节点等。如果在本次设计使用的过程中，选择了TouchSensor传感器创建动用户的动作时，应该考虑到TouchSensor节点本身所依据的是转化输出的触发信号，DEF能够定义节点的唯一id以及名字，进而让用户在使用触发器时能够确保文件的使用规范性。USE也可以实现USE节点定义的id，使得TouchSensor对节点对象的引用，更多的是明确节点对象的使用方式，进而提高编码的转换效率。TouchSensor时间传感器，则是为了根据某一种规律来保证在控制时间内对虚拟现实技术中的动画人物造型进行控制，确保在TouchSensor时间传感器的节点中可以创造一个虚拟时间，使动画的动态对象变化过程中能够实现将所有的动作节点及时获取，实现空间中的动画变化状态相同。无论是变形或者是位移等都可以利用TouchSensor时间传感器，不会产生过分的可视效果，其更多的是为了去巡捕插件中的问题，并且对不同的时间所产生的时间节点进行动画效果的匹配，满足运动数据以及模型在匹配过程中的要求。应该考虑到在利用TouchSensor时间传感器时，其节点中所对应的是动画场景，不同的坐标分量一定要考虑到其坐标以及归一化的处理，确保摄像机的坐标系能够提高其转化的效果，得到工作坐标与设想坐标系的转化，进而获得更多的三维任务。要求在整体设计过程中尽可能地根据实际尺寸进行建模，做好测绘工作以及历史档案资料的管理工作，更加精准地反映出模型的实际空间尺度以及色彩的变化区别。在进行模型名称的填写时，一定要考虑到模型与交互对象色彩变换的正确性。

（三）运动数据和模型的匹配

明确不同节点在空间坐标系的确定方法，找到在整个虚拟现实彩色动画交互型设计分析过程中其关键性节点的空间坐标位置，根据其关键性节点的位置将其逐步进行转化，进而形成运动序列。其所形成的运动序列，是一个三维结构的骨骼动画，能够确保动画使用效果以及动画的选择效果得到改善。目前也可以利用动画捕捉技术获取更多的数据，对数据的运动进行定向处理，已知在虚拟现实技术中利用骨架结构的三维运动可以将其融入三维的模型中，或者是采用3DMax、Maya软件对所有的运动进行定向的功能，在不同比例下开展结构数据以及三维模型的任务构建，使得其运动的模型与运动的数据可以相互匹配，提高运动的整体效果。在虚拟动画设计的过程中，为了使得真实的形象能够更加饱满，做好对现实物体中形象的展现，需要高度重视在建模过程中的色彩展现，使用标准的模型库进行创建。其中所有的动画都需要根据其环境以及建筑群特点将色彩完全地展现出来，特别是动画中所涉及的环境中的颜色、建筑群中的色彩以及光影的变幻，确保虚拟现实动画中环境的模样能够与实际生活中环境的模样、色彩的变化处于完全相同的状态，选择不同的类型色彩进行建模，能够让模型更加满足人们对虚拟现实动画的实际需求。在制定标准的材料库时，也需要了解到高精度的物品表面纹理是什么，需要结合建模的贴图方向以及贴图的颜色、光影的折射、影射方面。

二、VR技术与动画结合设计的应用

目前，随着虚拟现实技术的不断发展，在其与彩色动画交互性设计的过程中，也可以利用动画捕捉技术。该技术能够在最短时间内获取更多且更有效的数据，通过已获得的数据对所有的运动进行定向处理。后期动画制作也包括前、中、后三个不同的阶段。而在动画设计案例过程中，所谓的前期制作是指对本次的设计主题进行确定，并且根据设计主题的内容选择不同的场景做好角色的分析以及分镜的构造、画图的设计等。中期工作阶段则要考虑到不同动画本身的表现效果，以及不同动画在进行材质渲染和虚拟交互软件进行材质渲染或是虚拟交互软件应用的过程中，了解其动态交互的整体效果及内涵等。而后期制作则主要包括一些动态的交互输出、听觉元素的合成。虚拟现实技术与动画交互性设计时，应考虑到利用哪些软件进行动画交互性的设计，其中主要选择的是3DMax、Maya、Zbrush和Virtools软件。

（一）交互节点的整体设计

在节点交互设计的过程中，一定要考虑到给予观众合理的、交互的出发点，提高虚拟现实动画技术的应用效果，并且表现出其中所蕴含的提示性、合理性、引导性，根据动画的内容展现出动画的内容构架以及观赏性。这是设计过程中的重点内容，提高动画的设计效果，引导动画整体发展，将动画作为故事情节穿插在其中，使得观众通过不同的互动行为，感受到不同的故事分线，提高交互的整体使用效果。而在VR技术的动画制作过程中，则包括建模材质以及动画画面的选择。在图像建模时，用传统的图像方法能够实时地收集不同图像的色彩内容以及相关信息，并且利用后期的软件处理形成无缝的衔接。目的是为了在短时间内生成色彩相同的全景图，并且可以有效地实现参数的调节设置，所形成的是更为逼真的整体场景。

（二）VR技术的动画制作

本次分析时利用的是3DMax、Maya三维动画制作软件，在3DMax、Maya基础之上可以融入一些次世代游戏作者的技术，提高动画的整体效果、造型的效果，触发动画的真实性。在建模之前，多数情况下是通过Polygon作为多边形建模的方式，Polygon可以让动画中的骨骼动画造型更加完美，而在曲线的选择上则需要利用Nurbs曲线完成，要在曲线输出之前将格式改为Nurbs，无论是Polygon模型向Nurbs模型进行转换，或者是这两个模型之间的互相转化，都需要采用原始模型，并且建造二级建模方式，避免由于建模模型过多而出现的曲线不合理问题。[2]

虚拟交互动画的目标就是完美的视觉艺术效果，要呈现出与现实生活基本一致的色彩效果，三维虚拟场景模型的表面通过存储光照信息进行优化，使三维模型色彩的仿真度得到有效提高。此种项目场景通过烘焙贴图的方式来对实现光影、色彩、材质等贴图的烘焙。确保所有贴图信息在使用时的完整性，而色彩也需要尽可能地做到真实，能够满足用户对虚拟现实彩色动画交互性设计的实际需求，可以利用PS软件对图像进行处理，无论是纹样或是贴图的剪裁、锐化等都可以直接修改。这种修改方式也能够确保贴图在后期使用时，呈现最逼真的视觉效果。

三、结语

综上所述，虚拟现实技术在当前数字动画中的应用十分常见，其能够给予人们更好的观赏体验。随着虚拟现实技术的发展速度越来越快，在人们的日常生活中应用的频率也相对较高。各行各业都在利用虚拟现實技术不断地向前发展，这也为我国社会发展找到了一个全新的突破口。对虚拟现实彩色动画交互性设计进行分析，能够提高数字动画制作效果，既可以促进我国数字动画行业不断向前发展，也可以解决一系列在以往虚拟现实技术中存在的动画叙事限定问题。

参考文献：

[1]吴磊.基于虚拟现实技术（VR）的动画交互性设计分析[J].信息技术，2019 （07）：125-128+132.

[2]包春新.虚拟现实（VR）动画的交互性设计研究[J].电视技术，2018 （08）：82-87.

（作者简介：冷晨曦，男，硕士研究生，江西财经职业学院信息工程学院，讲师，研究方向：多媒体设计）

（责任编辑 刘月娇）