基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)的動(dòng)畫(huà)交互性設(shè)計(jì)分析

鄭永芹

摘 要：本文首先闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，接著分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的動(dòng)畫(huà)交互性設(shè)計(jì)。希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）;動(dòng)畫(huà);交互性設(shè)計(jì)

引言：

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及。在影視動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠提高動(dòng)畫(huà)的制作水平，滿足現(xiàn)代化人們對(duì)動(dòng)畫(huà)效果的需求。深入分析虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)的交互性設(shè)計(jì)對(duì)推動(dòng)動(dòng)畫(huà)制作、設(shè)計(jì)的發(fā)展有著重要意義。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多元化交互感知的特點(diǎn)，因?yàn)樵谔摂M現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有豐富的傳感配備，人們通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器獲得多方信息，利用多元化感知實(shí)現(xiàn)人體與虛擬系統(tǒng)的互動(dòng)，提高虛擬環(huán)境的真實(shí)度，增強(qiáng)人們的感知體驗(yàn)。互動(dòng)過(guò)程中，人們借助 VR 頭盔、眼鏡等配件置身于虛擬環(huán)境中，人體運(yùn)動(dòng)及相關(guān)指令會(huì)在虛擬環(huán)境中得到相應(yīng)回應(yīng)，人與環(huán)境的交互活動(dòng)真實(shí)自然。交互過(guò)程中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的感應(yīng)設(shè)備會(huì)對(duì)人體部位活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并將相應(yīng)的活動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，確保人體活動(dòng)與模擬系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很強(qiáng)的沉浸感，傳感設(shè)備會(huì)將人體的運(yùn)動(dòng)信息傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行加工處理，信息被輸送給頭盔、眼鏡等硬件設(shè)備，人們對(duì)虛擬環(huán)境產(chǎn)生真實(shí)感受，并逐漸融入虛擬環(huán)境中。

二、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的動(dòng)畫(huà)交互性設(shè)計(jì)分析

2.1???? 虛擬現(xiàn)實(shí)交互平臺(tái)

使用 VRP 虛擬現(xiàn)實(shí)交互平臺(tái)，其為針對(duì)美術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)發(fā)的三維美工虛擬顯示交互平臺(tái)軟件，圖1為虛擬交互動(dòng)畫(huà)平臺(tái)的構(gòu)成，其具有較強(qiáng)的實(shí)用性、較高可視化，能夠有效滿足不同行業(yè)技術(shù)需求。在虛擬現(xiàn)實(shí)交互開(kāi)發(fā)平臺(tái)中，能夠?qū)巳S仿真場(chǎng)景模型，并且設(shè)計(jì)交互事件，設(shè)計(jì)多視角鏡頭漫游動(dòng)畫(huà)等。另外，此平臺(tái)中的高效渲染引擎能夠?qū)崿F(xiàn)高度真實(shí)感的實(shí)時(shí)畫(huà)質(zhì)，硬件相互兼容，而且交互較為良好，還能夠和虛擬平臺(tái)無(wú)縫連接，滿足虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)交互性設(shè)計(jì)的需求。 在實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景模型和前期動(dòng)畫(huà)創(chuàng)建、設(shè)計(jì)過(guò)程中，三維仿真建模平臺(tái)為主要手段。虛擬現(xiàn)實(shí)交互平臺(tái)重視程序設(shè)計(jì)，三維仿真建模平臺(tái)重視美工設(shè)計(jì)，是場(chǎng)景仿真體驗(yàn)、物體智能交互、邏輯判斷過(guò)程中尤為重要的工具。兩者并不相同，但是都是設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)交互動(dòng)畫(huà)的重點(diǎn)，圖2為虛擬動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)的流程。

2.2???? 虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)的仿真模型創(chuàng)建

虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)能夠使真實(shí)物象形態(tài)需求得到滿足，基于三維建模平臺(tái)對(duì)物體的特點(diǎn)進(jìn)行仿真。不同三維虛擬交互動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中要素建模特點(diǎn)不同，主要建模特點(diǎn)為：第一，標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)的創(chuàng)建。主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)中環(huán)境、建筑群的創(chuàng)建，利用虛擬環(huán)境模型的多樣化特點(diǎn)對(duì)不同類(lèi)型進(jìn)行建模。第二，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)庫(kù)。制作物體高精度表面紋理，結(jié)合模型建模的貼圖方向，從而設(shè)計(jì)紋理貼圖坐標(biāo)映射的方式。第三，根據(jù)實(shí)際尺寸實(shí)現(xiàn)建模，以測(cè)繪及歷史檔案的資料，精準(zhǔn)反應(yīng)模型真實(shí)空間尺度關(guān)系。第四，編寫(xiě)模型的名稱，在實(shí)現(xiàn)模型及用戶交互的過(guò)程中，提高模型命名及交互對(duì)象的正確性，根據(jù)意圖實(shí)現(xiàn)交互任務(wù)。

圖像建模的傳統(tǒng)方法時(shí)通過(guò)圖像信息的收集，然后利用后期處理軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接，以此生成全景圖，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)的設(shè)置，從而生成逼真場(chǎng)景。此技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是模型面數(shù)較低，使蒙版圖片為面片模型賦予，實(shí)現(xiàn)高分辨率圖片的設(shè)置。比如在制作樹(shù)木模型的過(guò)程中，要先利用三維仿真建模平臺(tái)的渲染技術(shù)實(shí)現(xiàn)面數(shù)較大樹(shù)木材質(zhì)進(jìn)行渲染。然后通過(guò) PhotoShop 圖像處理軟件對(duì)樹(shù)葉、樹(shù)枝等進(jìn)行處理，利用三維仿真建模平臺(tái)使其朝著TGA文件進(jìn)行轉(zhuǎn)化。最后，利用此材質(zhì)實(shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建。在實(shí)現(xiàn)制作的時(shí)候，要避免大量的樹(shù)木模型。使用 PhotoShop 中已經(jīng)制作的樹(shù)葉材質(zhì)實(shí)現(xiàn)去除雜色和銳化，使圖像尺寸及分辨率得到提高，以此提高仿真效果。

在實(shí)現(xiàn)虛擬交互系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，場(chǎng)景中的三維模型較為復(fù)雜。為了能夠滿足最佳視覺(jué)效果，并且提高計(jì)算機(jī)處理的速度，要求模型能夠精簡(jiǎn)，將模型中的冗余面去除，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存資源的優(yōu)化。在進(jìn)行建模的時(shí)候通過(guò)三級(jí)建模規(guī)則全面權(quán)衡效果和速度。如果模型的面數(shù)比較多，那么就會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的速度，并且還會(huì)使文件的數(shù)據(jù)量得到提高，以此嚴(yán)重影響到系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的速度。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布過(guò)程中還會(huì)對(duì)下載的速度及時(shí)間造成影響，那么就要實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化。利用面數(shù)優(yōu)化，能夠使面數(shù)控制到兩萬(wàn)個(gè)。比如在實(shí)現(xiàn)此類(lèi)設(shè)計(jì)的時(shí)候，斗拱屬于主要面數(shù)的主要優(yōu)化對(duì)象。首先，實(shí)現(xiàn)已經(jīng)設(shè)計(jì)的斗拱單體結(jié)構(gòu)面數(shù)關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，不對(duì)造型影響，將多余的面刪除，使模型分段數(shù)降低，以此降低面數(shù)，并且避免重疊面，最后利用陣列運(yùn)算制作斗拱整體造型。

三維虛擬交互動(dòng)畫(huà)主要的優(yōu)化對(duì)象就是樹(shù)木植物模型，因?yàn)闃?shù)木模型具有大量的面數(shù)，單一的樹(shù)木面數(shù)就超過(guò)上百萬(wàn)，并且場(chǎng)景中具有大量的樹(shù)木，那么此種三維模型不優(yōu)化，就會(huì)占據(jù)大量顯卡硬件存儲(chǔ)資源。VR 代理技術(shù)是利用三維仿真建模平臺(tái)實(shí)現(xiàn)渲染，通過(guò)外部實(shí)現(xiàn) VR 代理物體的導(dǎo)出，從而使原本具有較大面數(shù)物體通過(guò) VR 內(nèi)核進(jìn)行壓縮，使其面數(shù)代理數(shù)量降低到幾百個(gè)，保存貼圖信息及模型投影，以此提高仿真的視覺(jué)效果。代理模型能持續(xù)的復(fù)制，并且還能夠?qū)⒍鄠€(gè)幾何模型對(duì)相同代理模型進(jìn)行貢獻(xiàn)愛(ài)那個(gè)，提高三維虛擬顯示系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的流暢性，而且對(duì)效果及效率進(jìn)行平衡。部分的樹(shù)木能夠在此種場(chǎng)景中通過(guò)圖像建模實(shí)現(xiàn)，并且真實(shí)樹(shù)木能夠通過(guò) VR 代理優(yōu)化開(kāi)展。假如場(chǎng)景模型的數(shù)量較多，那么就會(huì)影響到啟動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)過(guò)程中的速度，圖形工作站也會(huì)因?yàn)橛?jì)算量較大從而無(wú)法使模型加在，使建模運(yùn)算的速度得到降低。將統(tǒng)一材質(zhì)對(duì)場(chǎng)景中相同物體進(jìn)行賦予，調(diào)整貼圖坐標(biāo)，設(shè)置材質(zhì)的 ID 號(hào)碼。其中的模型通過(guò)塌陷命令使同種模型物體的面數(shù)進(jìn)行降低，從而使場(chǎng)景加載時(shí)間和運(yùn)算的速度進(jìn)行提高，最后通過(guò)將不可見(jiàn)的物體隱藏，實(shí)現(xiàn)模型的簡(jiǎn)化。以此方法對(duì)其他的物體也進(jìn)行坍塌運(yùn)算，使場(chǎng)景數(shù)量得到降低。虛擬交互動(dòng)畫(huà)的目標(biāo)就是完美視覺(jué)藝術(shù)效果，表現(xiàn)效果及渲染速度尤為重要， 三維虛擬場(chǎng)景模型的表面通過(guò)存儲(chǔ)光照信息進(jìn)行優(yōu)化，使三維模型視覺(jué)仿真度得到有效的提高。此種項(xiàng)目場(chǎng)景通過(guò)烘焙貼圖的方式實(shí)現(xiàn)光影及材質(zhì)等貼圖的烘焙，提高貼圖信息完整性。利用 PhotoShop 圖像處理軟件編輯紋樣，對(duì)貼圖進(jìn)行剪裁、銳化及修改對(duì)比度等，從而提高貼圖逼真的視覺(jué)效果。通過(guò)三維仿真平臺(tái)貼圖烘焙面板調(diào)節(jié)渲染的設(shè)置，并且制作全息貼圖。烘焙貼圖技術(shù)屬于渲染貼圖的方式，能夠使光影信息存儲(chǔ)到烘焙貼圖中，此場(chǎng)景模型會(huì)出現(xiàn)光影信息，縮短瀏覽器對(duì)燈光計(jì)算的時(shí)間，并且提高場(chǎng)景視覺(jué)仿真度。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)交互設(shè)計(jì)還存在很多不足之處，使得我國(guó)動(dòng)畫(huà)交互設(shè)計(jì)水平有待提升。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入分析虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)中的局限性，合理利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展動(dòng)畫(huà)制作工作，提高虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)的交互性，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]包春新.虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）動(dòng)畫(huà)的交互性設(shè)計(jì)研究[J].電視技術(shù).2018（08）.

[2]劉哲軍，姚瑤.論虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)的審美藝術(shù)特征及其價(jià)值[J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報(bào).2017（10）.

[3]吉文軍.虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）動(dòng)畫(huà)的交互性設(shè)計(jì)研究[D].中央美術(shù)學(xué)院2017.