煤層氣開(kāi)采三維動(dòng)畫(huà)模擬關(guān)鍵技術(shù)

張 維，徐華龍

（1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京，100013；2.煤礦應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)裝備工程研究中心，北京100013；3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京100013）

目前，我國(guó)煤礦區(qū)煤層氣與煤炭協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)已經(jīng)形成了晉城、兩淮、松藻3種模式，在煤層氣開(kāi)采過(guò)程中，通過(guò)采用地面鉆井進(jìn)行充足時(shí)間的預(yù)抽采，將高瓦斯環(huán)境降為低瓦斯作業(yè)，改變了原始高瓦斯環(huán)境的采煤作業(yè)設(shè)計(jì)方式[1-2]。但是我國(guó)煤炭地質(zhì)條件極其復(fù)雜，在煤層氣開(kāi)采過(guò)程中，抽采的時(shí)間順序與空間順序錯(cuò)綜復(fù)雜，僅僅使用CAD圖紙、文字與圖片等靜態(tài)畫(huà)面說(shuō)明難以更快更準(zhǔn)的去表達(dá)展示。

作為一種三維動(dòng)畫(huà)制作軟件，3DMAX逐漸在影視動(dòng)畫(huà)、建筑以及航空等諸多領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用，推進(jìn)了現(xiàn)代科技的發(fā)展。為此，通過(guò)研究三維虛擬仿真技術(shù)、反向骨骼動(dòng)畫(huà)技術(shù)、粒子動(dòng)畫(huà)特效技術(shù)、分鏡頭動(dòng)態(tài)推演技術(shù)和GPU渲染技術(shù)，使用3DMAX等三維建模軟件將傳統(tǒng)二維畫(huà)面轉(zhuǎn)化為三維動(dòng)畫(huà)情景，將用戶帶入一個(gè)多維、直觀、動(dòng)態(tài)的真實(shí)情境中，結(jié)合動(dòng)畫(huà)特效合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤層氣開(kāi)采技術(shù)體系三維可視化動(dòng)態(tài)推演，為“晉城、兩淮、松藻”煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)采模式在全國(guó)得以更好的推廣與利用提供輔助技術(shù)支持。

1 煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)模擬流程

動(dòng)畫(huà)模擬指的是利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)建立一個(gè)虛擬的世界，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(huà)參數(shù)，為模型賦上特定的材質(zhì)和打上燈光，以流動(dòng)的畫(huà)面形式，形象、直觀和逼真地呈現(xiàn)系統(tǒng)過(guò)程的狀態(tài)和變化。煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)模擬主要是針對(duì)煤層氣開(kāi)采模式技術(shù)體系，基于煤層氣開(kāi)采時(shí)空順序?qū)⒌V區(qū)劃分為規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和生產(chǎn)區(qū)，利用3DMAX進(jìn)行礦區(qū)井上下三維場(chǎng)景建模和設(shè)備動(dòng)畫(huà)建模，突破煤層氣開(kāi)采三維動(dòng)畫(huà)模擬關(guān)鍵技術(shù)，逐步對(duì)3個(gè)區(qū)煤層氣開(kāi)采技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)模擬推演。

煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)模擬流程主要分為5部分：①三維場(chǎng)景策劃：設(shè)計(jì)人員通過(guò)學(xué)習(xí)與研究煤層氣開(kāi)采技術(shù)體系，梳理策劃視頻動(dòng)畫(huà)模擬的整體制作思路，完成前期內(nèi)容場(chǎng)景設(shè)定；②模擬仿真體系：為煤層氣開(kāi)采相關(guān)三維模型庫(kù)的制作，包括地面三維建模與材質(zhì)的制作、巖層與煤層三維建模與材質(zhì)制作、設(shè)備三維建模與材質(zhì)制作；③三維動(dòng)畫(huà)體系：為煤層氣開(kāi)采相關(guān)動(dòng)畫(huà)庫(kù)的制作，如地質(zhì)體模型裁剪顯隱、抽采設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、氣體運(yùn)動(dòng)和煤巖垮落等特效動(dòng)畫(huà)的制作；④動(dòng)態(tài)推演體系：為根據(jù)三區(qū)動(dòng)畫(huà)腳本和時(shí)間序列的編排，設(shè)計(jì)各個(gè)場(chǎng)景分鏡頭三維動(dòng)畫(huà)展現(xiàn)形式；⑤三維整體效果把控：通過(guò)調(diào)整三維場(chǎng)景質(zhì)感與光影效果，利用Vary渲染器進(jìn)行GPU渲染輸出，加入臺(tái)詞、音效、及背景樂(lè)等剪輯影像素材，完成最后渲染輸出和AE合成。煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)模擬流程技術(shù)路線圖如圖1。

圖1 煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)模擬流程技術(shù)路線圖Fig.1 Technology roadmap of coalbed methane exploitation animation simulation process

2 煤層氣開(kāi)采三維動(dòng)畫(huà)模擬關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源數(shù)據(jù)三維虛擬仿真技術(shù)

礦區(qū)三維虛擬模型搭建主要是針對(duì)地表、工業(yè)廣場(chǎng)、地質(zhì)體、煤層、抽采設(shè)備等對(duì)象，將它們整合到統(tǒng)一的時(shí)空框架下進(jìn)行三維可視化表達(dá)和集成管理[3]。首先，地面建模需要結(jié)合礦區(qū)的地表特征來(lái)搭建，應(yīng)用3DMAX中Editable Poly的Paint Deformation繪制地表的高低起伏；其次，巖層和煤層建模最重要的。需要先確定整體的長(zhǎng)寬高比例。長(zhǎng)度是按照工作面的長(zhǎng)度來(lái)確定；高度則是依據(jù)鉆孔綜合柱狀圖來(lái)制作，按照當(dāng)?shù)貙?shí)際柱狀圖圖紙來(lái)確定巖層與煤層之間的分布關(guān)系。寬度則是必須依據(jù)3區(qū)劃分后需要給觀眾傳達(dá)的抽采技術(shù)來(lái)確定。在這個(gè)時(shí)間推演的過(guò)程中，未來(lái)規(guī)劃區(qū)在設(shè)置寬度時(shí)必須預(yù)留最寬的距離。同時(shí)根據(jù)每個(gè)區(qū)域要展示的內(nèi)容來(lái)確定它的寬度，實(shí)際的工作面大小來(lái)推算三者比例關(guān)系，當(dāng)長(zhǎng)寬高確定好后，應(yīng)用Box分段建模技術(shù)搭建地質(zhì)體。剖面的分段數(shù)量以鉆孔柱狀圖的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)分配。最后對(duì)于抽采設(shè)備模型的搭建則是應(yīng)用3DMAX中Editable Poly命令按圖紙的樣子來(lái)1∶1比例完成建模。

2.2 IK骨骼動(dòng)畫(huà)技術(shù)

動(dòng)畫(huà)作為一種特殊的藝術(shù)形式，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，動(dòng)畫(huà)就是能夠“動(dòng)”的畫(huà)面，而無(wú)疑動(dòng)畫(huà)是最重要的因素，因此在動(dòng)畫(huà)制作時(shí)，角色動(dòng)作必然是設(shè)計(jì)人員重視的問(wèn)題[4]，當(dāng)前的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中,模型動(dòng)畫(huà)的正向動(dòng)力學(xué)算法計(jì)算已經(jīng)不能正確表達(dá)模型的逼真性。反向動(dòng)力學(xué)就應(yīng)運(yùn)而生了，反向動(dòng)力學(xué)即IK（Inverse Kinematics），IK算法就是首先確定末端骨骼的位置信息，根據(jù)末端骨骼的位置信息反向推導(dǎo)出骨骼繼承鏈上N級(jí)父親骨骼的位置信息[5]。骨胳IK系統(tǒng)解決了旋轉(zhuǎn)位移動(dòng)畫(huà)與父子鏈接約束無(wú)法實(shí)現(xiàn)的以旋轉(zhuǎn)軸承帶動(dòng)移動(dòng)軸承的磕頭機(jī)抽采機(jī)械動(dòng)畫(huà)。為此，在制作煤層氣開(kāi)采模式視頻動(dòng)畫(huà)過(guò)程中，磕頭機(jī)的動(dòng)畫(huà)是一個(gè)很復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)過(guò)程?？念^機(jī)的工作原理比較復(fù)雜，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)變速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運(yùn)動(dòng)，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動(dòng)井下抽油泵的柱塞作上下運(yùn)動(dòng)，從而不斷地把井中的原油抽出井筒。從工作原理可以看出它所牽涉到的零部件多而且復(fù)雜，只依靠正向動(dòng)力學(xué)算法很難實(shí)現(xiàn)一些舒服的姿勢(shì)和動(dòng)作。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)與測(cè)試研究,通過(guò)研究利用骨骼IK系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

2.2.1 確定層次連接

磕頭機(jī)是由許多零件和構(gòu)件組成的。想要模擬它的正確相對(duì)運(yùn)動(dòng),必須對(duì)它的每個(gè)機(jī)構(gòu)和零部件建立合適的層次連接。這實(shí)際上是對(duì)所有對(duì)象進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述，反映相關(guān)構(gòu)件之間連接層次關(guān)系（層次樹(shù)），作為模擬運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。因?yàn)樵跈C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)中，它往往都是通過(guò)1個(gè)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)多個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件與構(gòu)件相配合運(yùn)動(dòng)。主構(gòu)建運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)副件在移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。所以在搭建骨骼IK系統(tǒng)時(shí)，必須對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)鏈系統(tǒng)作一個(gè)梳理?？念^機(jī)運(yùn)動(dòng)鏈系統(tǒng)圖如圖2。

圖2 磕頭機(jī)運(yùn)動(dòng)鏈系統(tǒng)圖Fig.2 Themotion chain system diagram of the jackhammer

對(duì)于三維模型中的所有單獨(dú)零件都可以看作是1個(gè)對(duì)象，建立正確的層次樹(shù)，就是建立各種對(duì)象之間的運(yùn)動(dòng)傳遞關(guān)系。在這些關(guān)系中曲柄與連桿作為父對(duì)象，他們的運(yùn)動(dòng)控制著光桿、驢頭、抽油桿、抽氣泵的運(yùn)動(dòng)。抽氣泵的運(yùn)動(dòng)同時(shí)也會(huì)影響到父對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)這種層次連接關(guān)系，再結(jié)合IK算法技術(shù)，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維模擬運(yùn)動(dòng)?？念^機(jī)層次樹(shù)如圖3。

圖3 磕頭機(jī)層次樹(shù)Fig.3 The jackhammer hierarchical tree

2.2.2 創(chuàng)建骨骼IK系統(tǒng)

反向動(dòng)力學(xué)IK（Inverse Kinematics）是一種與正向運(yùn)動(dòng)學(xué)正好相反的運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)，它主要操縱層次中的子物體，從而影響整個(gè)層次，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。IK建立在層次鏈接的基礎(chǔ)之上，要理解IK的工作原理，必須首先理解層次鏈接以及正向運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)則。在反向運(yùn)動(dòng)學(xué)中出現(xiàn)了一個(gè)新的概念，叫“IK解算器”，是一個(gè)特殊的控制器，它用于處理IK方式，自動(dòng)計(jì)算出IK的關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)。例如一個(gè)人體手臂的鏈接結(jié)構(gòu)，如果使用正向運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)，那么需要首先旋轉(zhuǎn)大臂，然后旋轉(zhuǎn)小臂，接著是手腕、手等，需要為每個(gè)子物體設(shè)置旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵幀[6]。

當(dāng)層次連接關(guān)系確定好后，在制作磕頭機(jī)動(dòng)畫(huà)時(shí)，先把曲柄與連桿作為父對(duì)象進(jìn)行骨骼搭建，分別創(chuàng)建2個(gè)Bones骨骼。大小依據(jù)曲柄與連桿處大小制作，位置確定在曲柄與連桿處。為曲柄與連桿創(chuàng)建IK系統(tǒng)。最后依據(jù)以上分析的工作原理關(guān)系對(duì)別的零部件進(jìn)行綁定。這樣就建立起了通過(guò)曲柄與連桿運(yùn)動(dòng)引起的一系列動(dòng)作系統(tǒng)。

2.3 自定義繩體編輯技術(shù)

在煤層氣抽采展示中，采前預(yù)抽、采中抽采、采后抽采的展示過(guò)程中都離不開(kāi)繩體的動(dòng)畫(huà)演示，有時(shí)候鏡頭特寫(xiě)某一項(xiàng)技術(shù)展示，還會(huì)將它的動(dòng)畫(huà)過(guò)程呈現(xiàn)在畫(huà)面的中心位置，若還停留在只有動(dòng)作，沒(méi)有傳神的內(nèi)涵，整個(gè)動(dòng)畫(huà)會(huì)顯得單調(diào)與死板。由于傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方式計(jì)算量大，不容易控制，容易穿幫。為了達(dá)到形神兼?zhèn)?，傳達(dá)最真實(shí)的一面，提出了一種用于控制磕頭機(jī)繩子動(dòng)畫(huà)模擬的自定義繩體編輯技術(shù)。這個(gè)編輯技術(shù)主要采用Linked XForm、Edit Spline修改器加虛擬體的形式，解決傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的不穩(wěn)定性，提高動(dòng)畫(huà)的真實(shí)性。

具體制作步驟方法與過(guò)程如下：首先，創(chuàng)建輔助虛擬體，在機(jī)頭鋼繩每個(gè)節(jié)點(diǎn)上方和下方的拉繩體上添加用來(lái)控制繩索的局部節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；其次，創(chuàng)建鏈接，將虛擬體父子鏈接連到磕頭機(jī)頭部；接著，將每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行Linked XForm、Edit Spline修改器進(jìn)行編輯與綁定工作，如進(jìn)入繩索的Vertex編輯模式，選最下面的2個(gè)節(jié)點(diǎn)，為節(jié)點(diǎn)添加Linked XForm修改器，并單擊修改器中的Pick Control Object按鈕，拾取節(jié)點(diǎn)上的虛擬體，同時(shí)為繩索添加Edit Spline修改器進(jìn)入Vertex編輯模式 并選中底部節(jié)點(diǎn)，為繩體添加Linked XForm修改器,拾取節(jié)點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的虛擬體；按上述方法，依次制作繩索的節(jié)點(diǎn)綁定裝置。接著選中下方拉繩，進(jìn)入Vertex編輯界面并選中所有頂點(diǎn)，為頂點(diǎn)添加Linked XForm修改器并拾取對(duì)應(yīng)的虛擬體，將上方的繩索底部的節(jié)點(diǎn)也綁定到同一虛擬體中。進(jìn)入Hierarchy面板下的Link Info選項(xiàng)，勾掉Inherit選項(xiàng)卡下的Move選項(xiàng)中的x、y選項(xiàng)和Rotate選項(xiàng)中的x、y、z選項(xiàng)，使虛擬體只繼承z軸方向的運(yùn)動(dòng)，自定義繩體編輯如圖4。打開(kāi)（Auto）動(dòng)畫(huà)記錄按鈕,選中旋轉(zhuǎn)軸承，制作旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)，根據(jù)動(dòng)畫(huà)調(diào)整虛擬體的位置，以適配繩子的運(yùn)動(dòng)。

圖4 自定義繩體編輯Fig.4 Custom rope editing

2.4 煤層氣抽采動(dòng)畫(huà)特效技術(shù)

煤氣抽采動(dòng)畫(huà)是整個(gè)模式中很重要的一個(gè)展示部分,它的抽采過(guò)程是從裂縫的形成到氣體游離再被抽采的過(guò)程。參照傳統(tǒng)模型動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)方法，這個(gè)過(guò)程是需要耗費(fèi)大量的內(nèi)存空間，因?yàn)?個(gè)模型由一變成成百上千個(gè)的模型，成百上千的模型又由幾個(gè)面組成，面數(shù)的增加必然帶來(lái)內(nèi)存空間的大量占用，隨著面數(shù)的增多，直接影響三維動(dòng)畫(huà)模型的編輯工作效率。因此，考慮到工作效率和性能指標(biāo)，研究了一個(gè)更快捷的動(dòng)畫(huà)特效替代方法，基于3DMAX工具，通過(guò)利用一個(gè)材質(zhì)貼圖的方法，實(shí)現(xiàn)煤層氣抽采動(dòng)畫(huà)效果。主要設(shè)計(jì)步驟包括：①利用Vary的材質(zhì)球，使用VRLightMtl材質(zhì)中Opacity編輯它的混合貼圖，在顏色貼圖中選擇Noise貼圖，將貼圖模式調(diào)整為Explicit Map Channel模式，將貼圖類型調(diào)整為Fractal，并調(diào)整其他參數(shù)；②添加Gradient Ramp貼圖到Mix貼圖的Mix Amount通道，在Gradient Ramp Parameters展卷欄下調(diào)整色值，黑色控制Mix的Color#1,白色的控制Color#2，將Gradient Type調(diào)整為Box方式，并將Noise的Amount的數(shù)值調(diào)整為0.1，類型為Fractal，將Mix的Color#2的色值調(diào)整為黑色，勾選VRayLightMtl材質(zhì)的Multiply color by opacity選項(xiàng)；③打開(kāi)動(dòng)畫(huà)控制按鈕，將Noise的V坐標(biāo)調(diào)整到20，Phase調(diào)整為200；④材質(zhì)球編輯完成后，只需將此材質(zhì)賦予給模擬的模型上，即可完成氣體游離動(dòng)畫(huà)過(guò)程的模擬。以往需要從破碎地質(zhì)體模型到裂隙模擬動(dòng)畫(huà)生成再到氣體抽采的整個(gè)復(fù)雜過(guò)程，通過(guò)一個(gè)材質(zhì)貼圖輕松解決，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，大大提高了動(dòng)畫(huà)制作工作效率。

2.5 分鏡頭動(dòng)態(tài)推演技術(shù)

分鏡頭是對(duì)抽象文字劇本轉(zhuǎn)變?yōu)榫呦螽?huà)面的過(guò)程，是三維視頻動(dòng)畫(huà)成功的關(guān)鍵，分鏡頭的應(yīng)用成為視頻動(dòng)畫(huà)的重中之重。分鏡頭必須依據(jù)文字劇本來(lái)確定一個(gè)中心時(shí)間軸，機(jī)位、鏡頭角度依據(jù)配音的節(jié)奏來(lái)設(shè)置關(guān)鍵幀、鏡頭間轉(zhuǎn)場(chǎng)等[7-8]。從煤層氣開(kāi)采模式整個(gè)的技術(shù)流程來(lái)看,存在時(shí)間與空間的錯(cuò)綜復(fù)雜,縱橫交錯(cuò)的迭代關(guān)系。研究了一套分鏡頭動(dòng)態(tài)推演的設(shè)計(jì)方法：首先，設(shè)計(jì)出橫向時(shí)間順序的分鏡頭,這個(gè)分鏡頭主要以時(shí)間推演為中心。比如規(guī)劃區(qū)向前推進(jìn)時(shí),規(guī)劃區(qū)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的開(kāi)發(fā)演變成了準(zhǔn)備區(qū),準(zhǔn)備區(qū)則隨時(shí)間的推進(jìn)演變成了生產(chǎn)區(qū)；其次，隨著分鏡頭推進(jìn)需要為規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和生產(chǎn)區(qū)3個(gè)區(qū)之間的交界線處設(shè)定1個(gè)特定的標(biāo)識(shí)線，標(biāo)識(shí)線隨著時(shí)間的變化位置也跟著變化，實(shí)現(xiàn)在視覺(jué)上起到一個(gè)輔助作用，讓用戶在觀影時(shí)不會(huì)造成視覺(jué)混亂；接著，設(shè)計(jì)縱向分鏡頭，主要推演縱向空間上的關(guān)系，例如從地面到煤層空間上的轉(zhuǎn)換，再?gòu)拿簩踊氐綆r層上的變換，需要很好的處理分鏡頭的轉(zhuǎn)場(chǎng)問(wèn)題,此時(shí)分鏡頭的設(shè)計(jì)可以是局部的,或者是畫(huà)中畫(huà)的展現(xiàn)形式來(lái)加以說(shuō)明,讓觀眾更好的去理解技術(shù)細(xì)節(jié)；最后，需要確定好分鏡頭的鏡頭角度、機(jī)位問(wèn)題。比如要在一個(gè)畫(huà)面完整的動(dòng)態(tài)模擬水力壓裂的抽采技術(shù)，可以采用遠(yuǎn)景機(jī)位與俯視角度的方法來(lái)設(shè)計(jì)，在三維空間上以整體效果展現(xiàn)給觀眾。分鏡頭動(dòng)態(tài)推演如圖5。

圖5 分鏡頭動(dòng)態(tài)推演Fig.5 Shooting dynam ic deduction

2.6 基于VRay渲染器的GPU渲染技術(shù)

VRay渲染器是3DMAX軟件所匹配的性能極為優(yōu)秀的渲染器，它比3DMAX自身攜帶的渲染器在材質(zhì)與燈光上更勝一籌。如它的光線跟蹤、融合材質(zhì)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛流行開(kāi)來(lái)，就比如著名的好萊塢影片《阿凡達(dá)》《環(huán)太平洋》影片也是采用此渲染器渲染出來(lái)的效果[9-10]。VRay是一種結(jié)合了光線跟蹤和光能傳遞的渲染器，擁有完備的燈光，材質(zhì)和渲染工具，其真實(shí)的光線計(jì)算創(chuàng)建了專業(yè)的照明效果，為不同領(lǐng)域的優(yōu)秀視頻動(dòng)畫(huà)作者提供了高質(zhì)量的圖片和動(dòng)畫(huà)渲染。但是這種高質(zhì)量的圖片渲染時(shí)間往往很耗時(shí)，單機(jī)渲染一幅畫(huà)面需要10～30 min，甚至到1 h。一個(gè)幾分鐘的視頻動(dòng)畫(huà)，需要花上幾天的時(shí)間才能渲染好，若其中有部分瑕疵則會(huì)導(dǎo)致重新修改再次渲染的問(wèn)題。為了解決煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)渲染時(shí)間效率問(wèn)題，采用了基于Vary渲染器的GPU渲染技術(shù)，對(duì)整個(gè)礦區(qū)煤層氣開(kāi)采動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景進(jìn)行渲染。

GPU英文的全稱Graphic Processing Unit，中文翻譯為“圖形處理器”，是顯卡的心臟。GPU采用的就是并行計(jì)算，在圖形渲染領(lǐng)域，不管是影視動(dòng)畫(huà)、建筑表現(xiàn)，還是CG廣告，GPU憑借其專為圖形加速而設(shè)計(jì)的架構(gòu)和計(jì)算能力，為用戶帶來(lái)了一種更加高效更快速度的可用性。VRay渲染器的GPU渲染采用最新的GPU渲染技術(shù)，在材質(zhì)制作時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示材質(zhì)的紋理變化，加快制作的效率與進(jìn)度。相比于傳統(tǒng)的CPU渲染，GPU渲染的圖像細(xì)節(jié)更為豐富，效率更高。GPU渲染快到可以實(shí)時(shí)反饋渲染效果，快速預(yù)覽渲染效果，材質(zhì)和照明變化盡在眼前。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)煤層氣開(kāi)采模式視頻動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中如何提高模擬仿真動(dòng)畫(huà)精度與渲染時(shí)間效率等問(wèn)題，探討了模擬仿真建模技術(shù)、IK骨骼動(dòng)畫(huà)技術(shù)、煤層氣抽采動(dòng)畫(huà)技術(shù)、自定義繩體技術(shù)、分鏡頭動(dòng)態(tài)推演技術(shù)、VRay渲染器的GPU渲染技術(shù)，成功應(yīng)用到“晉城、兩淮、松藻”煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)采模式動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)中，使原本的動(dòng)畫(huà)效果提高了一個(gè)新高度，工作效率得到了大大的提升，實(shí)現(xiàn)了更真實(shí)的模擬仿真特效，幫助用戶更直觀、更高效的理解煤與煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)。