三维动漫制作与虚拟现实结合技术研究

 行业动态     |      2022-01-07 15:49

摘  要: 基于为高校三维动漫教学提供良好的教学技术和实验平台,研究了三维动漫制作与虚拟现实技术相结合的方法,采用三维计算机图形技术CG(Computer Graphics)、影像技术和运动捕捉系统,实现高质量高效率的三维动漫制作。介绍了将动漫技术、虚拟现实VR(Virtual Reality)设备和网络技术相整合的交互动漫虚拟环境建设方案。
关键词: 三维动漫;虚拟现实;计算机图形学;运动捕捉;交互环境

 目前,中国教育行业中,中小动漫的制作技术还比较落后,与教育需求还有很大差距。而中小动漫企业的动漫作品制作效率低、制作费用高也使得动漫普及教学受到严重影响。对三维动漫制作与虚拟现实结合技术的研究,是探索适合中小动漫教学3D动漫制作的一种新方法。对3D动漫三维体验环境的建设,是培养学生3D动漫专业技术素质,充分促进国家“卓越工程师教育培养计划”有效实施的有力保障。
 首先,对前沿虚拟现实VR(Virtual Reality)系列装备与传统的3D动漫技术进行研究,动漫中的3D技术主要是通过电脑进行前期创意和后期制作。传统的方法需要大量信息技术领域的中高级计算机图形技术CG(Computer Graphics)专业人员,经专业人员的角色建模、美工、材质与灯光、动画及电影特效等纯软件制作,制作过程效率较低、投入大,且对于一些与实际相结合的动漫作品的逼真度也较低,观赏性难以引起观众的共鸣。而新的动漫制作方法主要是在建模和动画两个阶段引入VR的三维扫描仪和运动捕捉等硬件系统,通过这些硬件设备的灵活运用,可大大提高3D动漫部分场景的逼真度,可使制作的效率大大提高,为3D动漫制作提供一种非常实用的制作方法。
其次,为了方便高校动漫专业实践教学需要,建立一个动漫环境或动漫实验室。制作动漫时,将现实环境融入到动漫制作过程中,实现“在动漫中学动漫”,充分体现了三维动漫与现实相结合的概念。该实验环境具备先进的动漫制作技术理念,结合VR技术合理地组织资源,运用运动捕捉展示技术和人机交互技术,建成一个科学内涵丰富、体验形式多样、体验层次清晰、真实地与动漫人物互动的体验环境。
1 3D动漫制作技术现状
 三维动漫制作技术综合了计算机图形学,特别是真实感图形生成技术、图像处理技术、运动控制原理、视频显示技术,甚至包括了视觉生理学、生物学等领域的内容,还涉及到机器人学、人工智能、物理学和艺术等领域的理论和方法[1]。如张艺谋的《十面埋伏》、梦工厂的《怪物史莱克》、以及《哈利·波特》等电影,几乎都可以看到三维动漫制作的华丽痕迹。
1.1 国外三维动漫制作技术的发展现状
 对于三维动漫制作技术的运用,最先进和最成熟超前的是欧美等国家。近些年,日本和韩国的三维动漫制作技术水平也提高很快。在动画的制作上,三维动漫制作技术实现的要求要远低于一部大电影制作的投入,从而应用也变得十分广泛[2]。
1.2 我国三维动漫制作技术的现状
 随着数字动画设计成为新的朝阳产业,中国的数字媒体也跟上了发展的步伐,现在己经进入“读图时代”。目前三维动漫行业在我国的发展很快,许多电视广告、游戏和动画片中,甚至一些电影中都能看到三维动漫制作设计的元素[2]。国内首部大型武侠三维动画连续剧《秦时明月》备受业界和众多动漫迷们瞩目,其中第一部20集《百步飞剑》投资超过1 000万人民币,全系列共八部总投资预计超过5 000万元人民币。无论是在技术攻关还是成本控制上,《秦时明月》都克服了很多极具挑战的难题。与以往欧美或日韩的作法不同的是,《秦时明月》一改以往此类题材作品以二维技术为主的局面,其中的人物、场景、特效全部采用三维CG影像和卡通渲染技术。此种三维影像表现方式,充分结合了三维与二维的优点,一改形象单一的三维人物脸谱以及过于写实的动画风格,兼具手绘动画的精美细腻与三维动画的强烈动态演出效果,带给观众新鲜完美的观影体验,符合充满幻想的《秦时明月》以武侠与奇幻为主题的唯美奇幻风格。同时由于采用全三维技术进行制作开发,人物、场景等元素一经完成便可重复用来调节动画,素材利用率高,量产时大量节省了制作时间和人力成本。在武打表现上,《秦时明月》也采用了目前最先进、主流的高新动态捕捉(Motion Capture)技术来捕捉演员的动作场面,是国内首部以动作捕捉技术制作的全三维动画片。而在以往的计算机动画制作中,都使用三维动画制作软件来制作三维角色的形象并调制角色动作。整个角色动作都是由操作人员逐帧调整的,使得动作的制作工作变得十分烦琐、复杂,且极易出现误差,效率很低。而以Motion Capture为基础的动画制作系统将物体的实际动作数据记录下来输入计算机,经处理后由计算机在虚拟镜头中恢复,同时控制材质。由于该制作系统记录的是物体的实际运动,所以动作精确、效率极高。可见,中国的动漫技术已经打开划时代的新局面。
2 VR技术与3D动漫结合方法
 随着CG的发展,虚拟现实VR和3D动漫技术都得到了很大发展,国内外行业的软、硬件提供商分别开发了功能强大、性能优良的大量新产品。在研究它们各自的特点之后,探讨了运动捕捉系统和三维扫描仪等VR设备与3D动漫制作相结合的技术。三维动漫虚拟系统设计如图1所示。

三维动漫制作与虚拟现实结合技术研究