淺談數(shù)字模型的應(yīng)用領(lǐng)域

蔡勁

【摘 要】隨著以計(jì)算機(jī)為主要工具進(jìn)行視覺設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)的形成，國際上習(xí)慣將利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視覺設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的領(lǐng)域通稱為CG。它既包括技術(shù)也包括藝術(shù)，幾乎囊括了當(dāng)今電腦時(shí)代中所有的視覺藝術(shù)創(chuàng)作活動(dòng)，三維動(dòng)畫、影視特效、多媒體技術(shù)、以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為主的建筑設(shè)計(jì)及工業(yè)造型設(shè)計(jì)等。目前CG動(dòng)畫在工業(yè)娛樂市場中的份額逐年增長，所以在這個(gè)前提下，數(shù)字模型作為CG動(dòng)畫必不可少的基石，它的應(yīng)用值得進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字模型；CG；三維動(dòng)畫

1.引言

三維模型經(jīng)常用三維建模工具這種專門的軟件生成，但是也可以用其它方法生成。作為點(diǎn)和其它信息集合的數(shù)據(jù)，三維模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。盡管通常按照虛擬的方式存在于計(jì)算機(jī)或者計(jì)算機(jī)文件中，但是在紙上描述的類似模型也可以認(rèn)為是三維模型。

三維模型廣泛用任何使用三維圖形的地方。實(shí)際上，它們的應(yīng)用早于個(gè)人電腦上三維圖形的流行。許多計(jì)算機(jī)游戲使用預(yù)先渲染的三維模型圖像作為sprite用于實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)渲染。

現(xiàn)在，三維模型已經(jīng)用于各種不同的領(lǐng)域。在醫(yī)療行業(yè)使用它們制作器官的精確模型；電影行業(yè)將它們用于活動(dòng)的人物、物體以及現(xiàn)實(shí)電影；視頻游戲產(chǎn)業(yè)將它們作為計(jì)算機(jī)與視頻游戲中的資源；在科學(xué)領(lǐng)域?qū)⑺鼈冏鳛榛衔锏木_模型；建筑業(yè)將它們用來展示提議的建筑物或者風(fēng)景表現(xiàn)；工程界將它們用于設(shè)計(jì)新設(shè)備、交通工具、結(jié)構(gòu)以及其它應(yīng)用領(lǐng)域；在最近幾十年，地球科學(xué)領(lǐng)域開始構(gòu)建三維地質(zhì)模型。

圖1 古墓麗影游戲中的角色模型

2.什么是數(shù)字模型、CG和三維動(dòng)畫

所謂數(shù)字模型，是指計(jì)算機(jī)用計(jì)算機(jī)語言，用0，1開關(guān)原理在計(jì)算機(jī)內(nèi)部編寫排列出來，在計(jì)算機(jī)中顯示出來虛擬的空間圖像信息。常用計(jì)算機(jī)或者其它視頻設(shè)備進(jìn)行顯示。顯示的物體可以是現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體，也可以是虛構(gòu)的東西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。

CG（Computer Graphics）計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)，是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形圖像，以及如何利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形圖像的生成、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)的主要研究內(nèi)容。圖形圖像通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來看，圖形圖像主要分為兩類，一類是由線條組成的圖形，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是類似于照片的明暗圖（Shading），也就是通常所說的真實(shí)感圖像。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像的研究內(nèi)容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。

三維動(dòng)畫又稱3D動(dòng)畫，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一新興技術(shù)。三維動(dòng)畫軟件在計(jì)算機(jī)中首先建立一個(gè)虛擬的世界，設(shè)計(jì)師在這個(gè)虛擬的三維世界中按照要表現(xiàn)的對(duì)象的形狀尺寸建立模型以及場景，再根據(jù)要求設(shè)定模型的運(yùn)動(dòng)軌跡、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)和其它動(dòng)畫參數(shù)，最后按要求為模型賦上特定的材質(zhì)，并打上燈光。當(dāng)這一切完成后就可以讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)算，生成最后的畫面。

3.數(shù)字模型在不同風(fēng)格CG動(dòng)畫中具體的應(yīng)用

3.1數(shù)字模型在CG影視動(dòng)畫中的具體應(yīng)用

在電影、電視廣告、動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)上都有很好的應(yīng)用。在受制于人力物力的局限性下，有些場景很難實(shí)現(xiàn)，例如張藝謀的《英雄》中那萬箭齊發(fā)的場景，04年上映的《后天》中城市中被海水淹沒這樣浩大的場景，這些實(shí)現(xiàn)起來都非常困難。CG動(dòng)畫的運(yùn)用均可稱為畫龍點(diǎn)睛的神來之筆，沒有這些CG動(dòng)畫的加入，如何能展現(xiàn)這浩大的場景。還有些許場景，根本無法現(xiàn)實(shí)。無論是流星撞擊地球場面，還是追溯到恐龍時(shí)代的場景，還有遙遠(yuǎn)的未來時(shí)空。這些種種在現(xiàn)實(shí)無法實(shí)現(xiàn)。電影應(yīng)該是影片的想象空間非常廣闊，為觀眾描繪出了神奇的世界。

3.2數(shù)字模型在CG游戲動(dòng)畫中的具體應(yīng)用

游戲中角色動(dòng)畫中，在數(shù)字模型構(gòu)建上多采用模擬建模中的多邊形建模，因?yàn)樵谟螒蜷_發(fā)和應(yīng)用中，受限于游戲引擎和帶寬的限制，也是為了保障游戲畫面流暢。在游戲產(chǎn)業(yè)中運(yùn)用數(shù)字模型的就豐富多了，現(xiàn)在的3D游戲，都是在數(shù)字模型為基礎(chǔ)，建立起來的。

3.3數(shù)字模型在CG插畫創(chuàng)作中的具體應(yīng)用

數(shù)字模型在構(gòu)建的三維模型上，建立的立體感，轉(zhuǎn)化為二維平面的視覺創(chuàng)作，在創(chuàng)作立體感的插畫視覺這個(gè)方面更突出。

3.4數(shù)字模型在醫(yī)療、教育、軍事中的具體應(yīng)用

隨著3D打印機(jī)的發(fā)展，可以將原本只能在電腦中實(shí)現(xiàn)的三維模型，打印成為實(shí)實(shí)在在的可以觸摸到的三維模型，這一重大實(shí)現(xiàn)將可以大大的節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和人力成本等等，設(shè)計(jì)師可以在電腦中建立好數(shù)字模型，然后將其打印出來，作為樣品，進(jìn)行一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在醫(yī)療和軍事中，可以首先打印樣品，在真真的生產(chǎn)之前，就可以試驗(yàn)是否可以實(shí)際應(yīng)用。在教育中，可以使其成為實(shí)實(shí)在在的課件，讓教育更加立體化。

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