基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作技術(shù)研究

張錦宇

摘要： 隨著圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，三維動畫技術(shù)在游戲、影視特技以及教育科研等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，由于傳統(tǒng)制作技術(shù)在三維動畫制作中存在清晰度低的問題，因此，提出基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作技術(shù)研究。引入多媒體數(shù)據(jù)庫建立三維模型，結(jié)合三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，實現(xiàn)三維動畫制作，通過制定三維動畫清晰度對比實驗，可知本文技術(shù)相比于傳統(tǒng)三維動畫制作技術(shù)，動畫清晰度高。

關(guān)鍵詞：多媒體數(shù)據(jù)庫;三維動畫;制作技術(shù);清晰度

中圖分類號：J218.7? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0219-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

三維動畫制作技術(shù)并非單一學(xué)科或技術(shù)，其綜合了計算機圖像學(xué)、心理學(xué)、物理學(xué)以及數(shù)學(xué)等眾多新興技術(shù)，完成圖像由靜態(tài)到三維動畫的轉(zhuǎn)變。本文將多媒體數(shù)據(jù)技術(shù)引用到三維動畫[1]制作中，以三維造型、合成渲染等技術(shù)實現(xiàn)動畫制作。利用視覺暫留現(xiàn)象，運用專業(yè)動畫知識，對未知世界進行大膽創(chuàng)作。目前這項技術(shù)在國際上備受關(guān)注，在影視制作及游戲制作中都用應(yīng)用

給人們帶來了極佳的視覺體驗[2]。

1 基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作技術(shù)設(shè)計

1.1 引入多媒體數(shù)據(jù)庫

多媒體數(shù)據(jù)庫[3-4]具有允許用戶儲存和查詢的特征。本文設(shè)計的三維動畫制作技術(shù)，可以將多媒體數(shù)據(jù)庫直接應(yīng)用到三維動畫制作中。

多媒體數(shù)據(jù)庫的檢索被稱為基于動畫內(nèi)容的檢索，正在檢索的多媒體數(shù)據(jù)源通常是對制定對象進行檢索，因此多媒體數(shù)據(jù)庫須通過模型設(shè)計實現(xiàn)基于動畫內(nèi)容來組織多媒體數(shù)據(jù)源，并為多媒體數(shù)據(jù)庫建立索引。

1.2 建立三維模型

本文三維動畫制作技術(shù)的基礎(chǔ)就是模型的建立，建立三維模型的內(nèi)容包括：建立多邊形模型、建立面片模型以及建立特殊模型，三維動畫制作的圖像材質(zhì)、貼圖及燈光等后續(xù)制作流程都是在模型的基礎(chǔ)上完成的。三維模型建立的內(nèi)容集成了多個模型的修改器，修改器把原本粗糙的三維模型變得生動和真實，利用傳統(tǒng)方法建立三維模型比較直觀，但是基于多媒體數(shù)據(jù)庫建立三維模型更快捷，尤其是在模型中建立多個對象，每一個對象的參數(shù)化控制以及定位的精確性顯得三維模型[5-6]的靈活性，下面介紹幾種利用多媒體數(shù)據(jù)庫建立三維模型所用到的函數(shù)和命令。

多媒體數(shù)據(jù)庫中的節(jié)點類包括三維動畫中的所有場景對象，每一種多媒體數(shù)據(jù)庫中的場景對象都是由節(jié)點類派生的，利用數(shù)據(jù)庫中構(gòu)造函數(shù)構(gòu)建場景對象。

控制程序的流程是通過for循環(huán)表達式使計算機生成多個場景對象，并對生成的場景對象進行批量修改和操作，這樣對for的循環(huán)操作更方便快捷，控制程序流程的語法表達格式為：

通過上述的函數(shù)和命令，有利于創(chuàng)建復(fù)雜的對象以及場景，是傳統(tǒng)三維動畫制作技術(shù)難以完成的。

1.3 確定三維動畫理論

三維動畫理論[7]是將創(chuàng)造出來的每一個動作片段進行細致記錄后，以恒定的速度來播放此片段，通過人類感知當中的類似動作的現(xiàn)象產(chǎn)生出運動幻覺的媒介，因此三維動畫的產(chǎn)生主要是以人對外界事物的認知捕捉原理作為基礎(chǔ)的，大量的光子刺激人的視網(wǎng)膜才使人具有視覺，人的視覺接收是眼睛通過接收物體發(fā)出的光或者反射的光來感知物體的存在，并將反射光的形狀映射到人的大腦中，這種刺激一般情況下在微觀層面上是不連續(xù)的，但是從宏觀層面的角度講卻是連續(xù)的刺激。不論采用什么方式進行三維動畫的創(chuàng)作，除了依靠人對外界事物的認知捕捉原理[8]之外，還要熟悉基本的三維動畫理論，理解事物實際運動的過程，這樣才能更加真實的在計算機當中模擬和仿真動作的形成，達到更加形象地動畫效果，三維動畫理論框圖如圖1所示。

三維動畫的研究者往往要經(jīng)過長期的實踐操作和仿真研究，建立一套三維動畫的運動規(guī)律體系，其中迪斯尼公司動畫師們在20世紀20年代總結(jié)了12條經(jīng)典動畫運動原理，在當時二維動畫制作技術(shù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，至今三維動畫已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1.4 確定三維動畫的制作過程

三維動畫制作技術(shù)是一門綜合了眾多學(xué)科專業(yè)知識的創(chuàng)新技術(shù)，在制作過程中涉及多個領(lǐng)域，要想掌握三維動畫制作技術(shù)，不但要掌握一定的計算機知識，還要精通一些三維動畫軟件，例如photoshop、coreldraw等，專業(yè)技術(shù)人員還需要具備非常深厚的藝術(shù)功底。

首先要進行前期構(gòu)架設(shè)置。根據(jù)要制作的故事模型進行人物外形規(guī)劃，通過人物的肢體、容貌以及對白的過程來表現(xiàn)人物的性格特征，必要時交代特定的時代背景與發(fā)生地點。三維動畫結(jié)構(gòu)主要包括戲劇化模式和散文模式，戲劇化模式比較重視故事情節(jié)的起伏波動效果，具有比較合理的段落銜接，故事的因果關(guān)系也比較詳細;而散文模式是利用人物的日常情緒表現(xiàn)出來的技巧使大眾獲得一定的人生啟示，故事的交代上可能不是很完整，但是要更加凸顯生活中的細節(jié)。三維動畫的畫面設(shè)計可以作為設(shè)計資料的進一步放大行為，使人物角色與動畫的運動節(jié)奏瞬間達到一致，讓三維動畫的整體效果顯得更加生動。在區(qū)分角色背景時，三維動畫的設(shè)計稿會將制作中的需求清晰地呈現(xiàn)出來，描繪景色的工作人員會按照導(dǎo)向?qū)彾ńY(jié)果進行動畫片段的恰接。

其次要匹配三維模型與材質(zhì)。人物角色在實際運動中是由骨骼帶動肌肉產(chǎn)生的，在基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作中也是將骨骼作為牽引，由骨骼帶動模型產(chǎn)生的動畫。三維動畫中的骨骼是制作人物角色動畫的主要手段，三維動畫模型制作完成后，要建立一套骨骼系統(tǒng)，將骨骼系統(tǒng)與模型統(tǒng)一結(jié)合，這一結(jié)合的過程稱之為蒙皮。動畫模型經(jīng)過蒙皮后，就可以通過骨骼的旋轉(zhuǎn)來控制三維模型的變形，上述步驟全部完成后，為了確保每一根骨骼對三維模型的控制范圍，還要進行刷權(quán)重，綁定模型前要注意檢查清楚模型是否已經(jīng)將歷史清除，如果歷史沒有被清除要對模型進行清除歷史的操作，這樣可以避免出現(xiàn)一些不必要的麻煩，綁定模型之后，還要注意將綁定的模型交給動畫組的相關(guān)技術(shù)人員進行動簡，來避免動畫組的工作人員在調(diào)動動畫的時候出現(xiàn)不必要的麻煩。

1.5 實現(xiàn)基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作

根據(jù)三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，基于多媒體數(shù)據(jù)庫的引入，建立三維模型，實現(xiàn)三維動畫的制作。

三維模型的建立可以實現(xiàn)三維動畫的制作，三維動畫的制作流程如圖2所示。

引入多媒體數(shù)據(jù)庫，建立三維模型，依托三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，實現(xiàn)基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作，完成本文設(shè)計的三維動畫制作技術(shù)。

2 實例分析

為了驗證本文設(shè)計的基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作技術(shù)的實用性，采用傳統(tǒng)制作技術(shù)以及本文設(shè)計的三維動畫制作技術(shù)，制定三維動畫清晰度對比實驗。

2.1 實驗方法及步驟

本實驗設(shè)計一個海底世界動畫作品，利用水底對光線的折射原理，再加入輔助器來模擬動畫的真實效果，實驗引入清晰度指標作為實驗結(jié)果判定標準，清晰度表示三維動畫各細部影紋的清晰程度，具體操作步驟如下：

（1）創(chuàng)建燈箱：打開“創(chuàng)建”，設(shè)置畫面的長度，打開位圖，調(diào)整strength給水底的地面加入材質(zhì)，由于在水底的光線是由陽光透過水面后到達水底的，所以水面對光線的折射作用很強烈，這一效果就是由目標平行燈來實現(xiàn)的;

（2）設(shè)置光彩動畫：利用平行聚光燈上的貼圖來模擬水底光影折射效果，然后在貼圖上做動畫，實現(xiàn)光在水底的折射運動;

（3）創(chuàng)建水底水草以及水草動畫：在步驟1的基礎(chǔ)上創(chuàng)建面，然后設(shè)置Noise參數(shù)，復(fù)制水草后設(shè)置水草動畫;

（4）創(chuàng)建石頭：通過編輯網(wǎng)格來完成水底石頭的動畫，編輯網(wǎng)格是一個功能強大的修改器，可以做出非常復(fù)雜的模型：

（5）賦予水草和石頭材質(zhì)貼圖;

（6）創(chuàng)建水底氣泡和魚兒并賦予材質(zhì)貼圖;

（7）渲染動畫。

2.2 實驗結(jié)論

根據(jù)采用不同三維動畫制作技術(shù)得到的三維動畫清晰度實驗結(jié)果可知（如圖3所示），兩種技術(shù)對三維動畫清晰度有很大差別，本文設(shè)計的基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作技術(shù)對三維動畫制作的清晰度較高，大約為1008像素，而采用傳統(tǒng)三維動畫制作技術(shù)制作的三維動畫的清晰度為552像素，由此可知本文三維動畫制作方法清晰度更高，更能滿足實際需要。

3 結(jié)束語

本文提出了基于多媒體數(shù)據(jù)庫的三維動畫制作技術(shù)研究，通過引入多媒體數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建三維模型，再結(jié)合三維動畫理論和三維動畫制作過程的確定，實現(xiàn)本文研究作。實驗數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計的三維動畫制作技術(shù)相比于傳統(tǒng)三維動畫制作技術(shù)，制作出來的動畫清晰度高。希望本文的研究能夠為三維動畫制作技術(shù)提供理論依據(jù)。

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【通聯(lián)編輯：張薇】