虛擬現(xiàn)實（VR）彩色動畫的交互性設(shè)計分析

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特點是其本身就有一定的交互性以及沉浸感，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)與動畫技術(shù)相融合時這一點尤為重要，這也直接體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)與動畫交互的意義。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實（VR） 動畫 交互性設(shè)計

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，其已經(jīng)滲透到了我國的不同行業(yè)與領(lǐng)域，包括游戲、教育、醫(yī)學(xué)、影視、動畫等。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)與游戲和動畫的融合層出不窮，本文簡要分析虛擬現(xiàn)實（VR）動畫的交互性設(shè)計。

一、VR動畫關(guān)鍵技術(shù)

（一）VR動畫的交互性節(jié)點設(shè)計

在虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中，所有的人物運(yùn)動、狀態(tài)、運(yùn)動節(jié)奏等內(nèi)容的制作效果對最終動畫的效果有著十分直接且密切的影響。為了確保所有的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用效果優(yōu)異，同時保證所有的動作自然且生動，需要根據(jù)角色自身的劇情需要，嚴(yán)格按照要求去標(biāo)定動畫的節(jié)點坐標(biāo)。為了進(jìn)一步分析虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)計效果，需要假設(shè)（u，v）和（Xw，Yw，Zw）分別為點Pl在場景圖像中，其中分別對應(yīng)著虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中的亞像素坐標(biāo)、單世界三維坐標(biāo)。通過下述算式將動畫場景中的亞像素坐標(biāo)來獲得徑向和切向畸變中攝像機(jī)坐標(biāo)的歸一化坐標(biāo)。

{xd（1）}={ax 0 u0}{u}

{xd（2）}={0 ay v0}{v}

{1}={0 0 1}{1}

分析上述的算式可以得出，在虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計的過程中，利用xd（1）、xd（2）作為歸一化的動畫場景。在虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中x、y軸向左邊點;而其中的u0、v0則表示為動畫場景中的中心像素坐標(biāo)。在經(jīng)過xd（1）、xd（2）的歸一化處理后，分析當(dāng)下的動畫場景，可以在動畫中將xn作為圖像坐標(biāo)，并且利用圖像和坐標(biāo)通過多次的迭代，其目的是實現(xiàn)xd（1）、xd（2）的徑向和切向畸變補(bǔ)償，當(dāng)虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中的xn其所對應(yīng)的初始估計值為xd。為此，在進(jìn)行計算的過程中，應(yīng)該利用算式：通過xn=[x y]=xd（1）xd（2）來表示xn，利用式{xd（1）}={ax 0 u0}{u}{xd（2）}={0 ay v0}{v}{1}={0 0 1}{1}聯(lián)合求解，得到歸一化處理后的動態(tài)坐標(biāo)xn，可以將其表示為：

xn=[x y=（xd（1）-δ（1））/kradial][（xd（2）-δ（2））/k radial]。

分析上式中的內(nèi)容，其中算式中的δ（1）和δ（2）分別指的是在虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中的切線畸變值。利用所獲得的xn值當(dāng)作虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中的線性模型，并且得到：Zc{x y 1}=Zc{Xc/Zc Yc/Zc 1}=R{Xw Yw Z}w+t。

在上述算式中t和R分別指的是，在虛擬現(xiàn)實（VR）動畫設(shè)計中的攝像機(jī)外部平移向量以及其所選擇的對應(yīng)選擇矩陣。針對上述幾個算式進(jìn)行分析，能夠在短期內(nèi)獲取動畫場景中圖像的候選網(wǎng)格節(jié)點，并且找到其中的深度坐標(biāo)值。[1]

（二）三維動畫運(yùn)動捕捉

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，三維動畫以及三維場景的創(chuàng)建也是該技術(shù)有待分析的內(nèi)容之一，應(yīng)明確在三維場景創(chuàng)建的過程中如何構(gòu)建一個良好的人體模型尤為重要，其直接關(guān)系到后期的整體建設(shè)以及技術(shù)動作的選擇、動作的模擬。當(dāng)前應(yīng)選擇相對較為成熟的運(yùn)動控制技術(shù)，可以采用運(yùn)動捕捉技術(shù)或者是動畫插件實現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中。對所有的三維動畫進(jìn)行動作的制作，設(shè)置捕捉動作的系統(tǒng)模塊，能夠讓動作在一個連續(xù)的事件上獲取更多的追蹤，并且形成個體的固件，這是動作的關(guān)鍵節(jié)點，也是關(guān)鍵內(nèi)容之一。在獲取三維空間的運(yùn)動過程中，一定要考慮到如何對所有的動作神態(tài)進(jìn)行有效的捕捉，并且在動作捕捉后要對數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化處理，將動作直接加載到Character Studio中，并且調(diào)整所有的動作姿態(tài)，確保三維動畫所呈現(xiàn)的人物骨骼、人物的動態(tài)、人物的狀態(tài)，能夠滿足虛擬現(xiàn)實技術(shù)中對動作的實際需求。在利用TouchSensor對所有的動作系統(tǒng)捕捉后，還要考慮到如何將這些動作實現(xiàn)動畫模型的設(shè)計，如何進(jìn)一步提高動畫在設(shè)計時的整體效果。為了進(jìn)一步滿足當(dāng)前用戶對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際需求，需要根據(jù)用戶的操作感知進(jìn)行確定，盡可能滿足所有在三維交互過程中常見的節(jié)點設(shè)定以及應(yīng)用，確保應(yīng)用效果得到提升。目前常見的節(jié)點應(yīng)用方式有以下三種：SphereSensor節(jié)點、CylinderSensor節(jié)點和TouchSensor節(jié)點等。如果在本次設(shè)計使用的過程中，選擇了TouchSensor傳感器創(chuàng)建動用戶的動作時，應(yīng)該考慮到TouchSensor節(jié)點本身所依據(jù)的是轉(zhuǎn)化輸出的觸發(fā)信號，DEF能夠定義節(jié)點的唯一id以及名字，進(jìn)而讓用戶在使用觸發(fā)器時能夠確保文件的使用規(guī)范性。USE也可以實現(xiàn)USE節(jié)點定義的id，使得TouchSensor對節(jié)點對象的引用，更多的是明確節(jié)點對象的使用方式，進(jìn)而提高編碼的轉(zhuǎn)換效率。TouchSensor時間傳感器，則是為了根據(jù)某一種規(guī)律來保證在控制時間內(nèi)對虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的動畫人物造型進(jìn)行控制，確保在TouchSensor時間傳感器的節(jié)點中可以創(chuàng)造一個虛擬時間，使動畫的動態(tài)對象變化過程中能夠?qū)崿F(xiàn)將所有的動作節(jié)點及時獲取，實現(xiàn)空間中的動畫變化狀態(tài)相同。無論是變形或者是位移等都可以利用TouchSensor時間傳感器，不會產(chǎn)生過分的可視效果，其更多的是為了去巡捕插件中的問題，并且對不同的時間所產(chǎn)生的時間節(jié)點進(jìn)行動畫效果的匹配，滿足運(yùn)動數(shù)據(jù)以及模型在匹配過程中的要求。應(yīng)該考慮到在利用TouchSensor時間傳感器時，其節(jié)點中所對應(yīng)的是動畫場景，不同的坐標(biāo)分量一定要考慮到其坐標(biāo)以及歸一化的處理，確保攝像機(jī)的坐標(biāo)系能夠提高其轉(zhuǎn)化的效果，得到工作坐標(biāo)與設(shè)想坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而獲得更多的三維任務(wù)。要求在整體設(shè)計過程中盡可能地根據(jù)實際尺寸進(jìn)行建模，做好測繪工作以及歷史檔案資料的管理工作，更加精準(zhǔn)地反映出模型的實際空間尺度以及色彩的變化區(qū)別。在進(jìn)行模型名稱的填寫時，一定要考慮到模型與交互對象色彩變換的正確性。

（三）運(yùn)動數(shù)據(jù)和模型的匹配

明確不同節(jié)點在空間坐標(biāo)系的確定方法，找到在整個虛擬現(xiàn)實彩色動畫交互型設(shè)計分析過程中其關(guān)鍵性節(jié)點的空間坐標(biāo)位置，根據(jù)其關(guān)鍵性節(jié)點的位置將其逐步進(jìn)行轉(zhuǎn)化，進(jìn)而形成運(yùn)動序列。其所形成的運(yùn)動序列，是一個三維結(jié)構(gòu)的骨骼動畫，能夠確保動畫使用效果以及動畫的選擇效果得到改善。目前也可以利用動畫捕捉技術(shù)獲取更多的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的運(yùn)動進(jìn)行定向處理，已知在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中利用骨架結(jié)構(gòu)的三維運(yùn)動可以將其融入三維的模型中，或者是采用3DMax、Maya軟件對所有的運(yùn)動進(jìn)行定向的功能，在不同比例下開展結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及三維模型的任務(wù)構(gòu)建，使得其運(yùn)動的模型與運(yùn)動的數(shù)據(jù)可以相互匹配，提高運(yùn)動的整體效果。在虛擬動畫設(shè)計的過程中，為了使得真實的形象能夠更加飽滿，做好對現(xiàn)實物體中形象的展現(xiàn)，需要高度重視在建模過程中的色彩展現(xiàn)，使用標(biāo)準(zhǔn)的模型庫進(jìn)行創(chuàng)建。其中所有的動畫都需要根據(jù)其環(huán)境以及建筑群特點將色彩完全地展現(xiàn)出來，特別是動畫中所涉及的環(huán)境中的顏色、建筑群中的色彩以及光影的變幻，確保虛擬現(xiàn)實動畫中環(huán)境的模樣能夠與實際生活中環(huán)境的模樣、色彩的變化處于完全相同的狀態(tài)，選擇不同的類型色彩進(jìn)行建模，能夠讓模型更加滿足人們對虛擬現(xiàn)實動畫的實際需求。在制定標(biāo)準(zhǔn)的材料庫時，也需要了解到高精度的物品表面紋理是什么，需要結(jié)合建模的貼圖方向以及貼圖的顏色、光影的折射、影射方面。

二、VR技術(shù)與動畫結(jié)合設(shè)計的應(yīng)用

目前，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，在其與彩色動畫交互性設(shè)計的過程中，也可以利用動畫捕捉技術(shù)。該技術(shù)能夠在最短時間內(nèi)獲取更多且更有效的數(shù)據(jù)，通過已獲得的數(shù)據(jù)對所有的運(yùn)動進(jìn)行定向處理。后期動畫制作也包括前、中、后三個不同的階段。而在動畫設(shè)計案例過程中，所謂的前期制作是指對本次的設(shè)計主題進(jìn)行確定，并且根據(jù)設(shè)計主題的內(nèi)容選擇不同的場景做好角色的分析以及分鏡的構(gòu)造、畫圖的設(shè)計等。中期工作階段則要考慮到不同動畫本身的表現(xiàn)效果，以及不同動畫在進(jìn)行材質(zhì)渲染和虛擬交互軟件進(jìn)行材質(zhì)渲染或是虛擬交互軟件應(yīng)用的過程中，了解其動態(tài)交互的整體效果及內(nèi)涵等。而后期制作則主要包括一些動態(tài)的交互輸出、聽覺元素的合成。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與動畫交互性設(shè)計時，應(yīng)考慮到利用哪些軟件進(jìn)行動畫交互性的設(shè)計，其中主要選擇的是3DMax、Maya、Zbrush和Virtools軟件。

（一）交互節(jié)點的整體設(shè)計

在節(jié)點交互設(shè)計的過程中，一定要考慮到給予觀眾合理的、交互的出發(fā)點，提高虛擬現(xiàn)實動畫技術(shù)的應(yīng)用效果，并且表現(xiàn)出其中所蘊(yùn)含的提示性、合理性、引導(dǎo)性，根據(jù)動畫的內(nèi)容展現(xiàn)出動畫的內(nèi)容構(gòu)架以及觀賞性。這是設(shè)計過程中的重點內(nèi)容，提高動畫的設(shè)計效果，引導(dǎo)動畫整體發(fā)展，將動畫作為故事情節(jié)穿插在其中，使得觀眾通過不同的互動行為，感受到不同的故事分線，提高交互的整體使用效果。而在VR技術(shù)的動畫制作過程中，則包括建模材質(zhì)以及動畫畫面的選擇。在圖像建模時，用傳統(tǒng)的圖像方法能夠?qū)崟r地收集不同圖像的色彩內(nèi)容以及相關(guān)信息，并且利用后期的軟件處理形成無縫的銜接。目的是為了在短時間內(nèi)生成色彩相同的全景圖，并且可以有效地實現(xiàn)參數(shù)的調(diào)節(jié)設(shè)置，所形成的是更為逼真的整體場景。

（二）VR技術(shù)的動畫制作

本次分析時利用的是3DMax、Maya三維動畫制作軟件，在3DMax、Maya基礎(chǔ)之上可以融入一些次世代游戲作者的技術(shù)，提高動畫的整體效果、造型的效果，觸發(fā)動畫的真實性。在建模之前，多數(shù)情況下是通過Polygon作為多邊形建模的方式，Polygon可以讓動畫中的骨骼動畫造型更加完美，而在曲線的選擇上則需要利用Nurbs曲線完成，要在曲線輸出之前將格式改為Nurbs，無論是Polygon模型向Nurbs模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者是這兩個模型之間的互相轉(zhuǎn)化，都需要采用原始模型，并且建造二級建模方式，避免由于建模模型過多而出現(xiàn)的曲線不合理問題。[2]

虛擬交互動畫的目標(biāo)就是完美的視覺藝術(shù)效果，要呈現(xiàn)出與現(xiàn)實生活基本一致的色彩效果，三維虛擬場景模型的表面通過存儲光照信息進(jìn)行優(yōu)化，使三維模型色彩的仿真度得到有效提高。此種項目場景通過烘焙貼圖的方式來對實現(xiàn)光影、色彩、材質(zhì)等貼圖的烘焙。確保所有貼圖信息在使用時的完整性，而色彩也需要盡可能地做到真實，能夠滿足用戶對虛擬現(xiàn)實彩色動畫交互性設(shè)計的實際需求，可以利用PS軟件對圖像進(jìn)行處理，無論是紋樣或是貼圖的剪裁、銳化等都可以直接修改。這種修改方式也能夠確保貼圖在后期使用時，呈現(xiàn)最逼真的視覺效果。

三、結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在當(dāng)前數(shù)字動畫中的應(yīng)用十分常見，其能夠給予人們更好的觀賞體驗。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，在人們的日常生活中應(yīng)用的頻率也相對較高。各行各業(yè)都在利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)不斷地向前發(fā)展，這也為我國社會發(fā)展找到了一個全新的突破口。對虛擬現(xiàn)實彩色動畫交互性設(shè)計進(jìn)行分析，能夠提高數(shù)字動畫制作效果，既可以促進(jìn)我國數(shù)字動畫行業(yè)不斷向前發(fā)展，也可以解決一系列在以往虛擬現(xiàn)實技術(shù)中存在的動畫敘事限定問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳磊.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）的動畫交互性設(shè)計分析[J].信息技術(shù)，2019 （07）：125-128+132.

[2]包春新.虛擬現(xiàn)實（VR）動畫的交互性設(shè)計研究[J].電視技術(shù)，2018 （08）：82-87.

（作者簡介：冷晨曦，男，碩士研究生，江西財經(jīng)職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院，講師，研究方向：多媒體設(shè)計）

（責(zé)任編輯 劉月嬌）