虚拟现实技术在动画设计中的创新与应用

陆文婧

摘 要：作为独立性较强的全新媒介形式和先进集成技术，虚拟现实技术呈现出立体视觉，改变了公众认知世界的方式，使公众获得交互感知体验，极大地创新了动画制作的创作方式，为传统动画设计带来了全新的发展机遇。将虚拟现实技术融入和应用到动画设计领域已经成为必然的发展趋势，可以有效拓展动画设计的艺术传达方式，优化动画设计流程，提高动画设计质量。本文主要对虚拟现实技术进行了概述，分析了动画设计领域中应用虚拟现实技术的意义，并从动画设计前期、中期和后期分别论述了虚拟现实技术在动画设计中的创新与应用，以期有效提高动画设计、视觉呈现效果，进一步推动动画设计的发展。

关键词：虚拟现实技术；动画设计；创新；应用

中图分类号：J954文献标识码：A文章编号：2096-0905（2023）24-00-03

处在信息化时代背景下，数字技术的应用范围愈发广泛，万物虚拟现实已成为主流趋势。建立在计算机技术基础上的虚拟现实技术，拥有良好的互动性和实时性，在各个领域中均发挥着重要的作用。动画艺术中的传统二维制作技术已经无法满足时代发展需要，而将动画设计技术与虚拟现实技术整合起来，能够构建出逼真的视觉空间场景，显著提升受众的感知体验，使动画设计更具生机、活力。开展虚拟现实技术在动画设计中的创新与应用探究具有非常重要的意义，能够更好地在动画设计中彰显虚拟现实技术的价值，使动画设计行业拥有内驱动力，创作出更加出色的动画作品，迎合公众的审美需求。

一、虚拟现实技术概述

自20世纪末兴起的实用技术——虚拟现实技术（VR）也叫作“人工虚拟环境”，通过运用计算机来增强体验者的触觉、听觉及视觉感受，构建出支持体验者进行观察、交互操作的虚拟世界，使公众对时间、空间及世界的看法发生了极大的转变[1]。作为高度综合性信息交互技术，虚拟现实技术将仿真技术、云计算信息技术、数字图形图像技术、立体显示技术、人际交互技术、人工智能技术、传感器技术以及一体化计算机图形技术等进行了有效融合，使体验者对三维世界拥有全新的空间层次感知力，延伸了真实世界的空间、时间特性，在当下视觉数字设计发展中发挥着重要的支撑作用。近年来，相关设计者研发设计出多种基于虚拟现实技术的硬件设备，如多媒体大屏、VR眼镜、虚拟头显装置、三维立体声、三维扫描以及数据手套等，且衍生出全新的虚拟引擎软件技术、三维建模软件技术，在工业、医疗、娱乐及科技开发等行业中均发挥着重要的作用。

同传统被动及平面化的显示系统存在明显的不同，虚拟现实技术呈现出鲜明的构想性、多感知性、交互性及沉浸性等特征，可以使体验者在虚拟环境中模拟重现生活环境、幻想中的场景，所构建的仿真系统涵盖了视觉、听觉、嗅觉和触觉等多维空间感知元素，并允许体验者借助硬件传感设备对虚拟现实技术重构的三维立体空间进行交互，使体验者身临其境般地沉浸到场景环境中[2]。虚拟现实技术在影视动画设计领域中的应用主要为模拟环境场景，创造出理想的3D空间环境，使受众能够体验视觉、触觉、听觉等感官的模拟感受，提升观感，仿佛进入场景中可以快速、及时和无障碍地观察3D空间内的物体变化。

二、动画设计领域中应用虚拟现实技术的意义

动画设计的发展和进步离不开科学技术的支撑，在计算机软件、硬件日益完善的过程中，带动了动画设计的跨越式发展。在动画设计领域中引入和应用虚拟现实技术不仅是科技发展的必然趋势，也是动画艺术作品制作的根本需求，对增强三维动画的真实性、提高动画制作质量及效率均具有重要意义。

（一）提升动画设计主体的感知力，促进动画艺术创作的进一步发展

融合动画设计和虚拟现实技术的过程中，设计主体可以依托三维建模手段，对复杂、虚幻的空间场景进行创建，推出非常逼真的视觉画面，依托外在传输设施将观众引入超感官空间内，调动观众的多方面感官能力，体会到新奇的创造力，激发观众的无穷想象力，基于多个维度对动画作品的艺术感、深层思想进行体会[3]。动画设计主体可以结合自身的生活经历、审美水平及艺术感知力，将动画设计技术、虚拟现实技术有效地整合起来，设计虚拟环境，构造幻想人物或进行模拟交互，摆脱传统动画设计受时间、空间的约束，借助虚拟场景重现使三维动画真实性得到显著提升。依托虚拟现实技术，动画设计主体的感觉能力得到了极大增强，使其拥有更加广阔的空间来将想象力、联想力和创作力变为现实。

就当前我国动画艺术设计发展现状来看，我国在动画设计水平、表达能力及数字化技术应用等方面与日韩、欧美等国家存在一定的差距，所创作的动画艺术作品质量有待提升。而基于整体角度来看，动画设计、虚拟现实技术在视觉呈现效果、制作技术及设计流程上基本相似，通过将虚拟现实技术运用到动画设计领域中，赋予了动画设计科技元素，有利于动画艺术作品人文理念的呈现，使创作主体的创作平台更加广阔，推动了动画艺术创作的高质量发展。在整合動画设计技术、虚拟现实技术的过程中，一方面对动画设计流程进行了改进和优化，提升了动画设计质量和效率，另一方面还可以使创作出的场景真假难辨，让受众可以参与到动画观赏过程中，提高了互动性，能够真实地体验和感受动画艺术作品的中心主旨及创作主体的创作意图，获得良好的视觉审美体验，有效推动了动画艺术设计的发展[4]。

（二）使动画艺术创作表现形式更加多样化，提高动画设计的质效

传统制作方式下，动画艺术设计主要通过动态画面、文字、语言来传达思想感情、叙述故事情节，表现形式相对单调化，这就使受众只能被动地观看并接收信息，不仅影响了受众的观感，同时也无法很好地迎合社会对动画艺术的发展需求，降低了动画作品的商业价值。但通过将虚拟技术应用到动画设计领域中，可以创新动画艺术创作方式，丰富动画艺术表现形式，使动画艺术的商业价值得到显著的提高。例如，创作主体依靠虚拟现实技术对影视动画的场景、人物角色、道具等元素进行设计，使虚拟物体和场景变得真实化、逼真化，极大地丰富了视觉元素，并促进不同元素间的交互影响，运用多种不同的表达方式来向受众传达故事背景、思想情感等，使受众的视觉、听觉和触觉等感官得到充分调动和刺激，形成全新的体验，获得心理上的共鸣。

在动画设计过程中运用虚拟现实技术，使设计主体在动画制作的多个环节，如画面的分镜头设计、角色设计、场景设计、渲染、三维模型制作以及原画设计等，能够立体化和真实化地看到动画设计是剧情效果及三维模型，并将各项渲染参数实时性地显示出来，这大大提高了动画渲染设置效率，提高了动画模型制作精细程度[5]。以三维动画设计为例，在前期制作阶段中，设计主体可以依托虚拟现实技术，全方位、立体化地完成角色设计任务，使人物角色的性格特征、形象风格、情感内涵更加鲜明化、精细化，提升三维角色设计和制作效果，贴合动画故事内容。

三、虚拟现实技术在动画设计中的创新与应用

在动画市场不断发展的过程中，为了迎合公众的审美需求，迫切地需要将虚拟现实技术融入动画设计的各个环节和过程中，体现出虚拟现实技术的优势，以此来提升动画设计效率，增强动画艺术作品的艺术观赏性。

（一）三维动画建模中虚拟现实技术的应用

在动画设计制作的前期，设计主体要基于虚拟现实的角色设计，借助功能强大的全新技术设备，细致、认真地对角色造型、动作进行观察和分析，沉浸化和立体化地开展动画角色设計工作，确保角色设计工作的质量。例如，在进行三维动画设计时，设计主体应利用好数据手套、VR头盔、三维扫描仪和运动捕捉系统等设备，建立三维动画的虚拟设计系统模型，实现动画制作系统、三维建模虚拟现实设备的完美融合，打造出人际交互的良好动画虚拟环境。

设计主体在三维动画制作中，可以通过模型、绘画等手段，结合动画主题内容进行逐帧拍摄，创作出高质量的影视动画作品。在这个过程中，由于所呈现的人物形象并非真实化的，这就要求动画设计主体必须摒弃传统艺术性思考理念，常识性地对虚拟现实中的三维动画技术进行运用，通过计算机图像技术对现实空间进行模拟，进而生成动态化的影像，最终有效整合三维动画技术、虚拟现实技术，使动画作品的画面非常逼真[6]。设计主体要确保动画艺术作品的画面构图兼具真实性、虚幻性，使受众在观看和欣赏动画影片后留下较深的印象。

在制作三维虚拟场景时，设计主体要做到以下几点：第一，应对动画场景的绘图、造型进行分析，进行模型设计操作，深度分析和研究人物角色形象。设计主体要利用先进技术设备，将所创作的模型同虚拟现实系统下的模型实物进行对照研究，使创作模型更加贴近现实生活物体，从而提高模型的质感。第二，设计主体要运用三维造型软件来对三维物体进行绘制，基于几何的视角来看待和处理问题，通过组合有关内容来实现人物模型构建任务，使人物处于动画场景内，带给观众冲击性的视觉感官。第三，为了让三维动画造型“活”起来，设计主体也要提高对软件内摄像机的重视，结合现实摄像机的运动规律完成拍摄任务，并结合虚拟现实技术来做到运动捕捉，使镜头更加逼真和流畅，完美呈现出物体运动的画面。第四，设计主体还应适当地渲染、修改动画内容，使动画制作连贯性增强，凸显出三维动画的艺术性、现实性的双重特征。

（二）三维信息捕获中虚拟现实技术的应用

在动画设计实践中运用虚拟现实技术时，设计主体不能仅借助立体图像来对三维空间场景进行构建，要使动画表现形式摆脱平面的制约，提高各点坐标值的计算精准性。这就要求设计主体要构建出以真实世界为依托的实时运行的虚拟世界，让观众能够通过虚拟现实设备，全身心地沉浸到三维动画的虚拟场景内，带给观众全新的感官体验。

同传统依靠Autodesk maya开展动画制作的方式不同，设计主体需要将Open GL及Autodesk maya三维工具软件包整合起来，共同用于三维动画的立体转换。具体可以通过以下步骤完成：首先，在Autodesk maya中，动画设计主体应分析外部模型的输入方式，进行动画渲染操作；其次，设计主体应借助Open GL对模型进行绘制，即选取颜色索引模式，结合光照处理的反射特征，对三维场景试点进行设置，实现色彩信息向图像像素的有效转化，达到平滑、流畅的三维动画设计效果[7]。以《姜子牙》动画作品为例，设计者创新性地通过虚拟现实技术来打造高科技风格的现代艺术元素，合理应用聚光灯、触控交互等科技，成功打造出法力强大的神仙形象，使神话主题的动画艺术作品视觉表现效果得到明显提升，方便观众很好地区分神仙、凡人的形象，也获得了良好的审美体验。

（三）三维状态跟踪中虚拟现实技术的应用

动画设计主体在进行三维动画设计时，也可以借助虚拟现实技术来充实动画制作内容。传统动画设计中普遍将人物表情、肢体设计摆在重要的位置上，并没有充分体现出人物角色的张力，从而制约了动画艺术作品情感和内容的传达效果。对此，除了要对动画设计的感知模块进行分析之外，设计主体也要提高对情感行为、三维动画生成模块的重视，应关注各个人物角色的面部表情、手势和嗅觉交互等内容，保证动画人物角色形象塑造效果。设计主体需要尝试性地对多项虚拟现实软件进行运用，结合动画人物的实际动作，设计出有针对性的动作序列，结合动作序列来科学调整和安排人物的实际动作。在Unity3D虚拟引擎下，设计主体可以利用的Mecanim动画系统中的Animator Controll、Blend Tress两大功能，结合动画主题、角色情感表达实际需求，将不同的动画平滑地混合、衔接起来，或转化成不同的角色动画，提高动画的制作效率[8]。

在完成动画原型设计任务之后，设计主体应结合人物本身的形象，发挥虚拟现实技术的优势，对有关动画动作图库进行创建，将虚拟人物变得可视化和逼真化，并进行场景渲染、特效制作，使最终的动画设计效果更佳。例如，在《哪吒》动画作品中，设计主体在人物造型设计上尽可能贴近原著，同时还借助虚拟现实技术设计出细腻化和动态化的场景，创造出惊人的动画视觉审美效果和交互体验，使观众获得沉浸式体验，备受观众喜爱。

四、结束语

作为动画设计新兴技术，虚拟现实技术不仅可以提升动画设计主体的感知力，使动画艺术创作表现形式更加多样化，增强受众的视觉体验，还能够提高动画设计的质效，促进动画艺术创作的进一步发展。在促进动画设计与虚拟现实技术融合运用时，结合二者的相似性及特征，可以在三维动画建模、三维状态跟踪及三维信息捕获等各方面彰显出虚拟现实技术的应用价值。这就要求动画设计主体必须充分掌握和了解虚拟现实技术的优势、特征，依托虚拟现实技术来展示艺术灵感，创作出高质量的动画艺术作品，推动动画产业的可持续发展。

参考文献：

[1]高华.虚拟现实技术在建筑景观漫游动画设计中的应用[J].建筑经济，2022，43（11）：107.

[2]李登科.浅谈虚拟现实技术在三维动画制作中的应用[J].电视技术，2022，46（06）：133-135.

[3]杨海澎.虚拟现实技术在动漫艺术表现中的应用——评《虚拟现实交互设计》[J].中国油脂，2022，47（03）：165-166.

[4]吴磊.基于虚拟现实技术的动画交互性设计完整性自动化分析方法[J].自动化与仪器仪表，2022（01）：158-161+167.

[5]薛如冰.“虚实结合”——虚拟现实技术在动画设计教学中的探索与应用[J].美术教育研究，2022（01）：139-141.

[6]杨冬旭.虚拟现实技术在影视动画设计中的运用——评《虚拟现实理论、技术、开发与应用》[J].热带作物学报，2021，42（08）：2518.

[7]翁颖俏.三维动画制作中虚拟现实技术的应用探究[J].计算机产品与流通，2020（11）：66.

[8]伍星，符清芳.浅谈虚拟现实技术在三维动画专业数字化资源库建设中的应用[J].中阿科技论坛（中英阿文），2019（04）：77-79+99-102.