虚拟动画三维场景的构建及动画拍摄的实现

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1、万方数据2009年第7期计算机系统应用虚拟动画三维场景的构建及动画拍摄的实现①3D-SceneConstructionandAnimationDesignofVirtualCartoonEnvironment郑力明潘忻(暨南大学信息科学技术学院广东广州510632)摘要：本文在比较现有动画制作方法及其制作软件的基础上，提出构建虚拟动画场景、利用电影拍摄手法制作动画的方法。本文讨论了动画场景的构建，角色形象的构建。角色动作的安排以及虚拟摄影机的构建等若干关键技术问题。为在虚拟场景中拍摄虚拟故事及制作动画提供了一条切实可行的途径。关键词：虚拟现实动画拍摄动画制作三维建

2、模1引言进入新世纪以来，动漫产业随着知识经济的发展迅速崛起，并成为其中的重要支柱⋯。动画制作技术及其相关软件是动画制作的重要组成部分，其主要功能是依据动画脚本按照剧本的安排把多个分镜头连接起来制作成动画。动画技术发展至今，按维数分主要分为2D动画制作软件和3D动画制作软件。主要的2D动画制作软件有PEGS，AXA，ANIMO，TOONZ等；主要的3D动画制作软件有Maya，Soflimage／XSI，3DMAX，AutoCAD等f2．31。上述的几种动画制作软件都脱离不了传统的动画制作思路，即按原画的要求由多名动画师手绘或用软件绘制多帧画面之后再用拍摄的方法把单帧

3、画面串连起来制成动画的制作方法【4】。该方法需要许多动画制作人员进行大量的重复绘画，花费时间长且成本高。随着技术的发展，一些动画软件也具备了单机单场景拍摄制作动画的功能。但总体而言，虚拟现实技术仍未应用到动画制作领域。本文将在现有虚拟现实技术的基础上，提出构建虚拟动画拍摄的概念，以求把电影拍摄技术融入动画制作当中，提高动画的观赏性及降低绘画人员的工作量。并且在这基础上提出分布式多机控制的方式实现动画的制作。2动画拍摄的概念所谓的动画拍摄就是利用虚拟现实技术构建虚拟动画拍摄场景以及虚拟动画角色，然后控制动画角色按照预先设定的剧本演戏，同时利用虚拟摄像机进行拍摄。动画

4、制作者把拍摄回来的影带进行剪辑等后期处理后，便能完成动画的制作。动画拍摄的步骤主要可以分为：构建虚拟动画场景，构建虚拟动画角色，利用虚拟摄像机进行拍摄等几个步骤。其中，第一步构建虚拟动画场景指的是按照手稿或剧本的要求构建动画中所需的场景。此外，还需要实现场景内光暗的变化、天气的变化，如白天黑夜、朗朗晴天、漂泊大雨、鹅毛大雪等等。第二步构建虚拟动画角色，就是指构建角色的外形、衣着、声音、动作、脸部表情等，简单而言就是指构建角色的言行举止。第三步利用虚拟摄像机进行拍摄。这一步是整个动画拍摄的重要环节。虚拟摄像机设置的好坏直接影响到拍摄画面的效果。在这一步需要考虑的就是

5、现实摄像机的模拟，以及拍摄取景、拍摄手法的问题。总体而言，虚拟动画拍摄的动画制作方法有以下优点：①使画面更加连贯以及景深效果明显，可观赏性高。②融入电影拍摄技术，使动画制作方法突破现有局限。③极大简化动画制作人员的工作，降低动画开发的成本、缩短了开发周期。④所构建的场景、角色可多次使用，共享性强，有利于动画制作人员间的交流。①基金项目：广东省自然科学基金(8151063201000051)：广东省科技计划(2006811601001．2003C101038)收稿时间：2008—11-08AppliedTechnique应用技术153万方数据计算机系统应用2009年

6、第7期3虚拟场景的建设3．1地形设置地形设置指的是初始化虚拟动画场景的地形。其步骤如下，首先在虚拟场景中设置3维坐标并网格化基准平面。网格的大小即为地形图的初始精度。接着进行地势设置，通过调整网格的高度来制作不同的地形。对于不同地势间的平滑处理可以通过贴图方法或者微调地势的方法进行实现。所谓贴图方法指的是在不改变原有网格平面状态及其位置的基础上把二维平面图粘贴到网格表面。利用三维空间在二维平面的表现手法，以二维贴图的方式重现三维的景观，从而使相邻网格问实现平滑过渡。这样做可以降低场景生成的运算量和减少冗余的地势信息。该方法主要用于精度要求不高和非主要拍摄区域。微调

7、地势指的是打破网格及其周边位置的平面状态，即让网格组成或凸或凹的曲面，从而使网格与网格间实现平滑过渡。该方法主要用于拍摄的主体区域。图1是利用WorldEditor软件绘制的峡谷河流场景的地形图，图2是该场景的地形网格图。图中高地与平地之间的边缘采用的是贴图的方法，即通过二维贴图的方式实现网格问的平滑过渡。而在右边高地的中央处则采用了微调地势的方法来实现网格间的平滑过渡，在网格图中可以看出其网格已不再平整。3．2场景模型制作场景模型制作指除动画角色以外的一切场景物品、动物、植物、人等的模型制作。按精度、体积、表面纹理与所处位置来分，可用不同的技术进行实现。①对于精

8、度要求高、