| 标题 | 基于VR技术的动漫人物三维设计 |
| 范文 | 赵伟 摘 要： 针对传统基于进化计算的三维动漫人物设计方法存在表情僵硬、行动不灵活的缺点，提出基于VR技术的动漫人物三维设计方法。其从客观存在的物理层面与主体审美的精神层面分析虚拟现实观，基于虚拟现实观图解，融合VR技术与动漫人物三维设计技术，获取三维动漫虚拟系统设计流程。通过鼠标双击地面的形式促使动漫人物在场景中行走，把文本输入到文本框中，实现三维动漫人物相互沟通式漫游；设置虚拟动漫人物角色运动、碰撞检测等基本属性，确保动漫人物能够自动计算障碍物的躲避路径。通过对相机实施动漫人物跟踪模式、飞行操作模式、双重模式的设置，确保人物通过控制相机实现动漫场景的漫游。实验结果表明，所提方法设计的动漫人物行动灵活、表情生动逼真、用户满意度高。 关键词： VR技术； 动漫人物； 三维设计； 碰撞检测； 虚拟现实观； 相机控制 中图分类号： TN911.23?34； J218.7 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）16?0172?04 Abstract： In allusion to the disadvantages of rigid expression and inflexible actions existing in the traditional 3D cartoon character design method based on evolutionary computation， a cartoon character 3D design method based on VR technology is proposed. The virtual reality view is analyzed from the physical level of objective reality and the spiritual level of subjective aesthetic. The design process of the 3D animation virtual system is obtained on the basis of virtual reality view diagrammatization and by integrating the VR technology with the cartoon character 3D design technology. Cartoon characters are made to walk in the scene by using the form of double clicking the ground， and texts are input into a text box， so as to realize intercommunicated roaming of 3D cartoon characters. Virtual cartoon character movement， collision detection and other basic properties are set to ensure that cartoon characters can automatically calculate the path to avoid obstacles. The double modes of cartoon character tracking mode and flight operation mode are set for the camera to ensure that the cartoon scene roaming can be realized by the character′s control of the camera. The experimental results show that the cartoon characters designed by the proposed method are flexible in action， vivid in expression and have high user satisfaction. Keywords： VR technology； cartoon character； 3D design； collision detection； virtual reality view； camera control0 引 言 伴随着数字化信息社会的到来，虚拟现实技术应运而生且被广泛的应用[1]。虚拟现实技术是通过触觉、视觉、听觉等感知活动呈现出真实、立体的画面，来满足人们对于虚幻的体验、好奇心的解答等需求。由于虚拟现实技术的交互性、自主性等特点，其多应用在医学模拟手术、娱乐观影体验、室内装修效果展示以及三维动漫设计等领域。同样数字信息技术的发展带动了动漫产业的繁荣，动漫是我国文化产业的重要组成部分，动漫三维设计在网络游戏、卡通动画、多媒体产品方面应用较广，是经济发展的重要力量。为大力发展三维动画产业，引入虚拟现实技术，可实现多方位的三维展示性能。本文提出基于VR技术的动漫人物三维设计方法，其是高科技工具与艺术思维的结合形成一种崭新的艺术表现形式[2]，使得动漫制作的科技水平飞速提升，呈现的动漫效果更加生动、立体，促进了动漫产业的再生与发展。1 基于VR技术的动漫人物三维设计 1.1 虚拟现实观 本文研究的VR技术就是时下比较流行的虚拟现实技术。人们一般意义上的时空观与单向接受的审美方式逐渐被改变，主要是因为虚拟现实技术的发展，使人们的感官领域不断扩大，甚至改变了人们感知体验事物的方法与态度。技术的飞速发展并广泛应用，使得人们认知世界的态度与觀念发生巨大变化，并且观念的改变又推动技术的不断革新。虚拟现实技术下形成的一种理念可称作虚拟现实观。另一种理解是，人们为满足自身虚幻的体验、精神的渴望以及梦想的实现而进行的一种精神体验。仅仅把“虚拟”“现实”两个词语合并得到的并不是这里所说的虚拟现实。本文研究虚拟现实技术是整体存在，它所包括的东西比一般客观物理现实更加饱满，含概一些虚拟元素，类似一种似是而非的客观存在。虚拟现实观主要从两个层面向人们描述人物、景观等场景创作，也就是客观存在的物理层面与主体审美的精神层面，界面消融的新技术观、虚拟现实的新艺术观、能动体验的审美观共同构成了这两个精神层面[3]。图1对虚拟现实观进行了详细的描述。 为满足人们对于虚幻世界体验的形式与要求，虚拟现实技术在景观与人物等客观存在事物的基础上融入更多的虚拟元素，给体验者呈现出不一样的画面感。在这种新的体验形式中，人们能够获取到不一样的感官、视觉体验，也是一个满足好奇心理、探索求知、获取乐趣的一个过程，人们通过一种简单自然的方式从看、听、触方面感知虚拟现实世界，丰富了想象力与自主体验、增强了智慧与创造性。以上内容作为本文的理论基础，接下来会对基于虚拟现实技术的动漫人物三维设计进行详细研究。 1.2 三维动漫虚拟系统设计流程 数字信息技术的发展带动了虚拟现实技术与三维动漫设计的飞跃进步，海量功能强大且性能优良的软、硬件动漫设计产品不断涌现。在严格分析两者特性的基础上，本文对VR技术与动漫人物三维设计技术的结合进行了深入的研究，给出三维动漫虚拟系统的设计流程[4]，图2对其进行详细的描述。 分析图2可得，三维模型设计、动作捕捉系统以及动漫人物的制作是动漫人物与场景制作的三大主体部分，而虚拟与现实技术和动漫三维人物的设计又是相辅相成的关系。整个设计系统把动漫技术、VR设备、网络技术等进行了合理的归纳，整个系统主体是运动捕捉技术、交互式输入设备、立体投射技术以及网络虚拟平台。体验者在进行成品三维动漫观看的过程中，不仅可以看到各种身临其境的场景与人物，还能够参与到具体的场景中去，以自身的视角在动漫中遨游，获取不一样的观看体验。该系统把VR技术与动漫人物三维设计相结合，制作的动漫人物具有参与感强、实时效果优等特点[5]。 1.3 三维动漫人物的漫游 基于VR技术对三维动漫人物进行设计，通过鼠标双击地面的形式促使人物在场景中行走，操控方向键决定摄像机的方向。第一人称自主参观场景是通过摄像机对准人物的方式来实现的[6]。操控人物的行走方向还可以通过点击场景中的景点、事物来实现。基于VR技术的动漫人物漫游开启了一种全新的漫游方式，在具体的过程中，基于网页与Virtools的虚拟系统，人物之间的对话以及在游戏中与非玩家人物的对话是通过以下步骤呈现出来的：把文本输入到文本输入框中，发挥服务器程序的作用将其存储到数据库，Virtools进行数据接收通过文本的方式呈现出来，在本地的硬盘中实现存储与读取。在游戏中，通过点击非玩家人物与其进行对话，能够获取到游戏下一步任务等相关信息。当遇到可操控对象时，可以与其进行一系列交互动作，比如移动等，图3为详细的动物人物漫游设计流程。 1.4 虚拟动漫人物运动以及碰撞检测 控制用户的虚拟人物就是直接控制人物，通过第三人称的形式使得用户的操作更加便捷。本文基于VR技术设计的动漫三维人物是通过鼠标进行操控[7]。采用wait message + 2D picking + set position + character go to行为模块确保通过鼠标点击地面推进人物向目标方向行走，点击位置的坐标是通过wait message的onclick信息对2D picking进行激活得到的，目标参考对象的位置是根据采用set position加载2D picking得到的坐标参数进行设置的。人物的简单操控可以通过character go to指定人物的目标参考对象实现，但是这种操作下的人物没有判断与躲避障碍物的功能。为了解决这一问题，三维动漫设计采用网格塑造障碍层，设定好障碍区域，把层滑动添加到人物中，也可以采用网格路径求解的方式获取路径并将其添加到人物跟随网格路径，最终动漫人物能够在障碍层网格上自动计算障碍物的躲避路径[8]，实现有效躲避障碍物。 1.5 相机的控制 动漫人物视角的控制是通过相机实现的，动漫人物在漫游的过程中要重视相机视角的设置，相机相当于人物的眼睛，万一出现操作不当的状况很有可能导致受众退出的结果。所以用户的需求是第一位的，为保证这一点，对相机进行了跟踪人物与飞行操作双重模式的设置：动漫人物跟踪模式，就是相机会对动漫人物进行实时跟踪，人物是相机注视的对象，动漫人物的一举一动都会被相机记录下来。设置人物是相机的注视目标，令它们之间的长度是等量的，发挥相机方向、保持固定距离两种功能的作用，这样只是简单的程序设计，存在诸多缺点，在相机与人物保持一定距离的情况下，导致动漫人物活动不灵活，极度受限[9]。 本文通过改进保持固定距离的方式优化系统功能使得动漫人物既能灵活操作，又能达到相机与动漫人物距离不变的目的。具体做法是：在限定的领域中，人物是相机的注视目标，相机不会对人物跟进采取措施，若超出这个范围，相机智能地对人物进行跟进。若相机离人物太远，突然跟进的话动作幅度很大，易引起人物的反感，因此，相机回到人物身边这一动作会在时间上有个延迟，则放缓相机运行的脚步。跟拍相机控制程序如图4所示。 飞行操作模式，即动漫人物无须时刻被相机追踪，同时不被动漫人物所限的一种操作模式[10]。相机会順着一条路径进行运动，人物可以通过控制相机实现场景的漫游。被注视对象不会限制相机的活动，使得相机的操作更加灵活、便捷。2 实验分析 为了验证本文提出的基于VR技术的动漫人物三维设计方法更加逼真、生动，展开实验分析。实验通过让公众参与到动漫三维创作中的方式，获取公众对于虚拟现实的理解与评价，便于对设计的作品加以改进。主要内容是实施多次问卷调查，根据调查结果对作品进行调整与改进。以三种三维动漫作品方案为例，对公众的想法展开调查，来验证本文提出的基于VR技术的动漫人物三维设计方法的优势，并将传统基于进化计算方法作为对比分析方法。 2.1 不同方法的设计效果对比 眼动仪，采样频率为500 Hz；两台计算机，监控实验过程与记录实验数据的任务由主机来完成，三种方案由另一台计算机呈现，利用以太网将两台机器进行连接。通过视频转换设备将主机与配有1394卡的记录机器进行连接，确保被试操作软件的过程及眼动数据信息连接在一起，以视频格式存储起来。为验证本文方法设计的动漫人物设计更加生动真实，实验以本文方法设计的历史人物公孙龙为例，对资深游戏公司人物设计师与历史学教授展开咨询与访问。 2.2 实验结果分析 为了验证本文方法设计的动漫人物设计更加生动真实，实验以本文方法设计的历史人物公孙龙为例，对资深游戏公司人物设计师与历史学教授展开咨询与访问，详细的调研情况汇总表如表1所示。 表1能够清晰地描述出两位专业人士对于本文方法设计下的动漫人物形象的真实评论，实验的结果表明，本文方法设计的动漫人物更加真实、生动。 虚拟现实技术的发展，使人们的感官领域不断扩大，甚至改变了人们感知体验事物的方法与态度。本文提出基于VR技术的动漫人物三维设计方法，其能够呈现出身临其境的效果，设计的动漫人物形象生动、逼真，满足用户追逐梦想、体验虚幻世界的需求，为三维动漫设计提供了先进、强大的技术支持，是制作出优良动漫作品的保障。参考文献 [1] 张元生，张宣，刘冠洲.矿山安全三维仿真平台的设计与实现[J].金属矿山，2016，45（9）：165?169. ZHANG Yuansheng， ZHANG Xuan， LIU Guanzhou. Design and implementation of 3D simulation platform for mine safety [J]. Metal mine， 2016， 45（9）： 165?169. [2] 李震，张帆，吴明帅，等.Civil 3D与Infraworks三维协同设计在总图专业中的应用[J].油气储运，2016，35（6）：648?652. LI Zhen， ZHANG Fan， WU Mingshuai， et al. Application of 3D collaborative design of Civil 3D and Infraworks in general layout [J]. Oil & gas storage and transportation， 2016， 35（6）： 648?652. [3] 孙靓，卢大玮，刘亮，等.面向三维立体动画制作的视差可视化调节方法设计与实现[J].计算机辅助设计与图形学学报，2017，29（7）：1245?1255. SUN Jing， LU Dawei， LIU Liang， et al. A visual disparity adjustment method for stereoscopic 3D animation production [J]. Journal of computer?aided design & computer graphics， 2017， 29（7）： 1245?1255. [4] 田子建，雷婧，刘社育，等.煤矿特种作业人员安全培训面临的问题与虚拟现实技术的应用[J].中国煤炭，2015，41（1）：104?107. TIAN Zijian， LEI Jing， LIU Sheyu， et al. Problems of safety training for special operation personnel in coal mines and application of virtual reality technology [J]. China coal， 2015， 41（1）： 104?107. [5] 王进丰，李南辉，王宁.基于CATIA/ENOVIA VPM的水电工程三维协同设计[J].人民长江，2015，46（17）：28?32. WANG Jinfeng， LI Nanhui， WANG Ning. Hydropower engineering 3D collaborative design based on CATIA/ENOVIA VPM [J]. Yangtze river， 2015， 46（17）： 28?32. [6] FOSCATO M， HOUGHTON B J， OCCHIPINTI G， et al. Ring closure to form metal chelates in 3D fragment?based de novo design [J]. Journal of chemical information & modeling， 2015， 55（9）： 1844?1856. [7] 陈琳，李洁.基于虚拟现实技术的三维影像智能显示系统嵌入式设计[J].现代电子技术，2017，40（8）：100?102. CHEN Lin， LI Jie. Design of 3D image embedded intelligent display system based on virtual reality technology [J]. Modern electronics technique， 2017， 40（8）： 100?102. [8] 刘德建，刘晓琳，张琰，等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究，2016，22（4）：25?31. LIU Dejian， LIU Xiaolin， ZHANG Yan， et al. The application of virtual reality technology in education： potential， current situation and challenges [J]. Open education research， 2016， 22（4）： 25?31. [9] 石巧，侯建霞.虚拟现实技术在口腔诊疗操作培训中的应用[J].国际口腔医学杂志，2015，42（1）：69?74. SHI Qiao， HOU Jianxia. Application of virtual reality technology in oral operation training [J]. International journal of stomatology， 2015， 42（1）： 69?74. [10] 麦王向，张朝霞.虚拟现实技术在脑卒中患者步态康复中的应用进展[J].中国康复理论与实践，2016，22（4）：433?437. MAI Wangxiang， ZHANG Zhaoxia. Application of virtual reality in gait rehabilitation for stroke （review） [J]. Chinese journal of rehabilitation theory and practice， 2016， 22（4）： 433?437. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。