三維運(yùn)動捕捉技術(shù)應(yīng)用研究

葉欣

三維動畫作為一種新興的動畫類型，因為其極強(qiáng)的真實感與視覺沖擊效果，在動畫制作領(lǐng)域中受到了越來越高的重視。三維動畫制作當(dāng)中的三維運(yùn)動捕捉技術(shù)也被廣泛運(yùn)用到實踐生活中。本文主要探討了如何將三維運(yùn)動捕捉技術(shù)與消防模擬訓(xùn)練相結(jié)合，為消防模擬訓(xùn)練中增設(shè)虛擬消防員的實時動態(tài)，并解決在進(jìn)行模擬訓(xùn)練時所遇到的一系列問題。

【關(guān)鍵詞】三維運(yùn)動 捕捉技術(shù) 運(yùn)動調(diào)節(jié) 消防模擬 訓(xùn)練

三維動畫就是我們常說的3D動畫，是指將動畫以一種三維立體的形式來展現(xiàn)的一種新興的計算機(jī)技術(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維動畫更加符合現(xiàn)代人的需求，它讓動畫變得更加生動立體，更加具有真實感與視覺沖擊效果，使動畫更加像我們所認(rèn)識的真實世界。三利用三維動畫可以很好的展示出消防員在火災(zāi)救援過程中的動態(tài)情景，加強(qiáng)了現(xiàn)實與虛擬的交融，讓虛擬場景變得更加真實且讓人有一種沉浸感，便于適人化虛擬空間理論基礎(chǔ)的研究。如何創(chuàng)造出在虛擬火災(zāi)現(xiàn)場實施救援的虛擬消防員，并真實展現(xiàn)出在火災(zāi)救援中會出現(xiàn)的各種專業(yè)動作，是目前計算機(jī)在制作模擬訓(xùn)練中所遇到的重要問題之一。

1 三維動畫的制作過程

三維動畫的制作過程與二維動畫的制作過程有所不同，三維動畫的制作要先由制作人員在計算機(jī)中制作出動畫角色、背景和運(yùn)動動作，再給角色以及背景加上材質(zhì)與顏色，與此同時利用虛擬攝影機(jī)來拍攝記錄動畫角色的動作鏡頭，最后由計算機(jī)將這些信息進(jìn)行整理編排，最終以動畫的形式來進(jìn)行畫面呈現(xiàn)。要制作專業(yè)完整的三維動畫有三個階段：一是動畫制作的前期，在這個階段的主要工作是完成動畫的劇本、角色與分鏡頭的設(shè)計，這個階段的工作與制作二維動畫時的差異不大；二是動畫制作的中期，這時就要運(yùn)用到三維動畫制作技術(shù)，利用計算機(jī)將虛擬場景與動畫制作完成，在這個階段與二維動畫制作的區(qū)別就體現(xiàn)出來了；三是動畫制作的后期，在后期主要的工作就是整合并完善第二階段所完成的動畫效果，再添加一些原本所缺少的相關(guān)元素。

2 三維動畫的運(yùn)動調(diào)節(jié)

三維動畫的制作中，運(yùn)動技術(shù)是一個關(guān)鍵步驟，同時也是制作的難點所在，如何調(diào)節(jié)與設(shè)計動畫角色的運(yùn)動動作，在運(yùn)動技術(shù)中是一個重要問題，雖然我們經(jīng)常在動漫作品中看到許多氣勢磅礴的場面，讓我們感覺身臨其境。但在三維動畫中，動漫角色就相當(dāng)于電影中的演員，水能載舟亦能覆舟，如果不能好好設(shè)計制作動漫角色的運(yùn)動就會讓原本精美的動畫作品變得華而不實，這就對動畫制作人員的技術(shù)有很高的要求，動畫制作人員需要完全依靠手動來調(diào)整動畫角色運(yùn)動的參數(shù)，這是一個相當(dāng)龐大的工作量，即便是對有豐富動畫制作經(jīng)驗的制作人員來說，這也是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作。

3 三維運(yùn)動捕捉技術(shù)的原理

三維運(yùn)動捕捉技術(shù)的基礎(chǔ)是計算機(jī)圖形原理。計算機(jī)將虛擬視頻捕捉設(shè)備分布排列在三維空間中用來記錄物體的運(yùn)動軌跡，并以圖像的形式展現(xiàn)出來，隨后借著計算機(jī)對記錄下來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)處理，最后獲取不同物體在不同時間上的運(yùn)動軌跡的的三維空間坐標(biāo)點。三維運(yùn)動捕捉技術(shù)經(jīng)過技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)不只機(jī)械式捕捉這一種方法，現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以通過電磁、聲波、光學(xué)等方式來進(jìn)行運(yùn)動軌跡的捕捉。在這些運(yùn)動捕捉技術(shù)中，光學(xué)運(yùn)動捕捉技術(shù)因為其快速、精準(zhǔn)等優(yōu)點而獲得了廣大工作者的青睞。

4 三維運(yùn)動捕捉技術(shù)在建立虛擬火災(zāi)消防員上的運(yùn)用

運(yùn)用三維運(yùn)動捕捉技術(shù)可以更好的呈現(xiàn)消防員在火災(zāi)救援時的作為。在運(yùn)用三維動畫進(jìn)行消防人員的建模前，制作人員必須要對消防員的穿著裝備與人物結(jié)構(gòu)比例有一定的了解，這樣才能制作出比例正常的人物模型。

4.1 建立人物模型

這里我們所采用的三維人物模型制作軟件是3dsMAX，制作方法以多邊形建模為主。所謂的多邊形建模是指讓一個對象變換成可以進(jìn)行編輯的多邊形對象，這種建模方式相對來說較簡單，便于操作，沒有太高的技術(shù)含量，適用于建造結(jié)構(gòu)偏復(fù)雜的模型。

4.2 鎖定骨骼

在建立好基本的任務(wù)模型之后，要給人物添加骨骼，通過移動與縮放的形式讓骨骼與人物模型相適應(yīng)。因為骨骼與人物模型是獨(dú)立的兩個個體，為了讓他們產(chǎn)生關(guān)聯(lián)就必須將骨骼與模型綁定在一起，這樣才能達(dá)到聯(lián)動的效果。這里用的是Character Studio中的Physique來實現(xiàn)。

4.3 展UV

在三維模型建立完成后，截下來就是展UV。我們常用的主要是3dsMAX軟件中自帶的修改器來進(jìn)行展UV。展UV修改器主要是起到讓平面貼圖指定到子對象選擇并對所選的UVW坐標(biāo)進(jìn)行編輯。UVW修改器可以作為UVW貼圖起與UVW坐標(biāo)編輯器單獨(dú)使用，也可以與UVW貼圖修改器一起使用。這么做的目的是要讓二維的貼圖指定到子對象，UV處理技術(shù)的高低直接關(guān)系著最終的貼圖是否能夠有其原本該有的效果。在展UV環(huán)節(jié)完成后，制作人員將其儲存成為圖片，再通過Photoshop來完成畫貼圖、制作物件紋理的步驟，因為我們所要制作的是消防人員的模型，所以此處我們選擇消防戰(zhàn)斗服的照片作為貼圖制作的基本素材，再運(yùn)用Photoshop的制作紋理來完成最后的貼圖。

5 結(jié)語

三維運(yùn)動捕捉技術(shù)大大方便了我們的生活，不僅被大量運(yùn)用在三維動畫的制作上，還給我們?nèi)粘５哪M實訓(xùn)提供了更多的可能性。運(yùn)用三維運(yùn)動捕捉技術(shù)來模擬火災(zāi)救援現(xiàn)場是對這項技術(shù)的一個極好應(yīng)用，它能夠真實展現(xiàn)在火災(zāi)救援現(xiàn)場時模擬消防人員的實時動向，幫助人們更直觀的觀看并學(xué)習(xí)到在發(fā)生火災(zāi)時正確的人群疏散方法，有利于減小火災(zāi)對人們的傷害。

參考文獻(xiàn)

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[2]GuoWei.Application of 3-dimensional Motion Capture Technology in Universities[J].china educational technique & equipment，2011（18）.

作者單位

江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西省萍鄉(xiāng)市 337055