淺析3D打印在三維動畫造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：3D打印技術(shù)，對于三維動畫造型設(shè)計(jì)而言，實(shí)現(xiàn)了藝術(shù)與技術(shù)的有機(jī)結(jié)合?；诖耍疚木椭饕?D打印技術(shù)為切入點(diǎn)，對這一技術(shù)在三維動畫造型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討動畫產(chǎn)品生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，3D打印技術(shù)在制造速度、成本和設(shè)計(jì)等方面的優(yōu)勢，并對3D打印技術(shù)在數(shù)字模型與實(shí)物模型的轉(zhuǎn)化應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：3D打??；三維動畫；造型設(shè)計(jì)；應(yīng)用方式

前言：

3D打印技術(shù)是近年來興起的一種快速打印技術(shù)，這種技術(shù)主要以建立數(shù)字化的模型為基礎(chǔ)，然后結(jié)合激光燒結(jié)和熔融沉積等技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對小批量產(chǎn)品的快速制造，有效地減少了對成本的使用。因3D技術(shù)的這種優(yōu)勢契合了動畫領(lǐng)域的應(yīng)用需求，因此，被應(yīng)用在三維動畫造型設(shè)計(jì)中，滿足了模型制造的需求。

一、3D打印技術(shù)在造型設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)的發(fā)展，改變了傳統(tǒng)制造產(chǎn)品制造的方式，極大地提高了產(chǎn)品生產(chǎn)制造的速度，同時也降低了生產(chǎn)制造需要的成本，這對經(jīng)常需要進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的三維動畫領(lǐng)域而言，可以在很大程度上滿足其對制造技術(shù)的應(yīng)用需求，與傳統(tǒng)的造型設(shè)計(jì)方式相比，有著良好的應(yīng)用優(yōu)勢，具體來說，主要體現(xiàn)五個方面：

第一，使用3D打印技術(shù)進(jìn)行三維動畫造型設(shè)計(jì)，可以極大地提高設(shè)計(jì)的速度，縮短開發(fā)周期，忽略了以往復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造流程，直接通過數(shù)字模型形式和相應(yīng)的技術(shù)，將造型轉(zhuǎn)化為實(shí)體，并且還縮短了動畫實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)和反饋周期，提高了在單位時間內(nèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)率。

第二，降低了對成本的使用。應(yīng)用3D打印技術(shù)制造三維動畫模型，無需使用昂貴的生產(chǎn)線，也不用進(jìn)行復(fù)雜的生產(chǎn)流程，就可以將造型轉(zhuǎn)化為實(shí)體形式，減少了對生產(chǎn)成本的使用。

第三，3D打印技術(shù)的使用可以實(shí)現(xiàn)三維動畫產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的高度化定制。由于在使用這一技術(shù)時，可以免除對流水線和模具等物品的使用，這就降低了在這方面的資金投入，減少了對成本的使用。由此可見，這一技術(shù)適用于小規(guī)模的批量定制化生產(chǎn)[1]。

第四，使用3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)三維動畫產(chǎn)品的高度自由化設(shè)計(jì)，并且可以將多種不同材料和復(fù)雜化造型異常定制成型，省去了以往復(fù)雜的零件裝配程序，降低了過于復(fù)雜造型對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的限制，提高了三維動畫產(chǎn)品自由化設(shè)計(jì)和制作。

第五，利用3D打印技術(shù)，可以有效實(shí)現(xiàn)對實(shí)物形象的數(shù)字虛擬化傳輸、分享以及再次開發(fā)設(shè)計(jì)，利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)手段，滿足了人們對三維動畫產(chǎn)品的就近生產(chǎn)以及按需制造。

二、3D打印在三維動畫造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）數(shù)字-實(shí)物-數(shù)字模式轉(zhuǎn)換應(yīng)用

一般來說，在三維動畫造型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造過程中，數(shù)字模型和實(shí)物模型的轉(zhuǎn)換順序并不固定，產(chǎn)品項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作環(huán)節(jié)，往往包含多種形式，常見的有以下幾種：第一，美術(shù)造型設(shè)計(jì)-數(shù)字模型構(gòu)建-3D打印-造型修改-產(chǎn)品掃描監(jiān)測-三維動畫模型確定。第二，常規(guī)造型塑造-3D造型掃描-虛擬數(shù)學(xué)雕刻-三維動畫產(chǎn)品定型。第三，虛擬造型雕刻-3D造型打印-造型手動修改-3D掃描-數(shù)字化虛擬造型雕刻。而在3D打印技術(shù)應(yīng)用過程中，可以將這些動畫產(chǎn)品流程并行與三維動畫制作流程一側(cè)，先打印出3D實(shí)物模型，以此作為參照物，然后在此基礎(chǔ)上，對動畫模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖謩有薷?，在利?D掃描技術(shù)對修改后的模型進(jìn)行掃描，并將其以數(shù)字形式傳輸?shù)街谱髁鞒讨?。這一環(huán)節(jié)可以多次反復(fù)進(jìn)行，并且可以貫穿于整個生產(chǎn)流程。

（二）將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化到實(shí)物模型

3D打印技術(shù)在使用過程中，主要是以數(shù)字模型文件作為基礎(chǔ)，然后在實(shí)物模型轉(zhuǎn)化過程中，使用塑料、光敏材料等具有可粘性的材料，利用逐層打印的方式，實(shí)現(xiàn)了物體造型的構(gòu)造，整個模型制作流程與以往的流程相比，既簡化的程序，又減少了對物料的浪費(fèi)。而在三維動畫的數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型過程中，主要使用的工藝有兩種：一種是，熔融沉積工藝。在打印制作模型師時，通常是將絲狀的ABS塑料、尼龍繩和玉米淀粉等熱塑性材料，以連續(xù)的方式推進(jìn)到金屬電熱噴頭中，然后加熱并將其擠出來，在此過程中，三軸電動懸架驅(qū)動會沿著三維模型的橫截面運(yùn)動變化，而加熱材料會在噴頭離開后迅速遇冷凝固，在單層橫截面打印結(jié)束后，噴頭等工具就會遠(yuǎn)離模型，直到全部打印結(jié)束。另一種是光固化工藝技術(shù)。這種技術(shù)與噴墨打印機(jī)的工作原理存在很大的相似之處，在工作中通過將液態(tài)材料噴涂在模型托盤上，并利用紫外線進(jìn)行照射，使涂料瞬間凝固出實(shí)體。打印環(huán)節(jié)中，模型托盤與噴頭之間承三軸相對運(yùn)動狀態(tài)，打印出的模型精度極高，但也加大了材料的成本[2]。

（三）實(shí)物模型到數(shù)字模型的轉(zhuǎn)化應(yīng)用

使用3D技術(shù)對三維動畫模型信息進(jìn)行觀測、激勵、分析和處理，可以將實(shí)物模型一數(shù)字化的形式存儲到計(jì)算機(jī)虛擬空間中，這樣就實(shí)現(xiàn)了對實(shí)物模型的數(shù)字化轉(zhuǎn)變。而在轉(zhuǎn)換過程中，常見的掃描方式主要包含兩種：第一，非接觸式的主動掃描。日常生活中常使用的掃描儀，一般都是借助飛行時間測距法和三角測量法來實(shí)現(xiàn)的。其中，基于三角測量法掃描設(shè)備，常見的使用工具是手持3D激光掃描儀，利用掃描設(shè)備將激光光源，以光點(diǎn)的形式發(fā)射到模型上，并使用攝像工具對光點(diǎn)的位置進(jìn)行偵測。這種情況下，掃描設(shè)備的激光光源、光點(diǎn)和攝像機(jī)就會構(gòu)成三角形，在三角形中可以有效的計(jì)算出模型與攝像機(jī)間的距離，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)物模型的數(shù)字化轉(zhuǎn)變。第二，非接觸式被動掃描。這種掃描方式是在三角測量和軍事遙感測繪基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，在具體的使用過程中，可以通過對模型體多角度反射的可見光圖進(jìn)行記錄，并借助專業(yè)化的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行像素匹配分析，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云拼接，最終獲得正確的3D數(shù)字模型。

結(jié)論：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完善，3D打印技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域中獲得了有效的應(yīng)用，既提高了模型產(chǎn)品制作的速度，又在一定程度上降低了生產(chǎn)的成本。對三維動畫產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域而言，3D打印技術(shù)的開發(fā)與使用，改變了以往產(chǎn)品模型制造的方式，優(yōu)化了制造效果，同時進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字模型和實(shí)物模型的快速轉(zhuǎn)換。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪達(dá)未.淺析3D打印在三維動畫造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018（11）：91+94.

[2]鄒安，侯俏雯，張鵬.3D打印技術(shù)在偶動畫造型設(shè)計(jì)與制作的應(yīng)用研究[J].藝術(shù)科技，2016，29（9）：53.

作者簡介：韓振嶧（1997.10）男，籍貫：內(nèi)蒙古，民族：漢，學(xué)歷：本科，研究方向：動畫中的3維畫面研究與表現(xiàn)；

通訊作者：陳光宇（1981.10）男，籍貫：遼寧沈陽，民族：漢，學(xué)歷：研究生，職稱：講師；研究方向：動畫。