三維動畫文獻綜述參考

1、動畫及三維動畫技術(shù)簡介動畫及三維動畫技術(shù)簡介動畫是一門通過在連續(xù)多格的膠片上拍攝一系列單個畫面從而產(chǎn)生動態(tài)視覺的技術(shù)和藝術(shù)這種視覺是通過將膠片以一定的數(shù)率放映體現(xiàn)出來的.實驗證明:動畫和電影的畫面刷新率為24幀s即每秒放映24幅畫面則人眼看到的是連續(xù)的畫面效果[12]。計算機動畫是指采用圖形與圖像的處理技術(shù)借助于編程或動畫制作軟件生成一系列的景物畫面其中當(dāng)前幀是前一幀的部分修改。計算機動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生物體運動的效果。

2、計算機動畫的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在計算機動畫制作軟件及硬件上。計算機動畫是計算機圖形學(xué)和藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是伴隨著計算機硬件和圖形算法高速發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，它綜合利用計算機科學(xué)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)和其它相關(guān)學(xué)科的知識在計算機上生成絢麗多彩的連續(xù)的虛擬真實畫面，給人們提供了一個充分展示個人想象力和藝術(shù)才能的新天地[12]。其中三維動畫特技可以說是電腦動畫技術(shù)中的一大難題，因為這需要非常強大的軟件和運算能力極強的硬件平臺。當(dāng)然，它所帶來的視

3、覺效果也是無可比擬的。當(dāng)《侏羅紀公園》、《第五元素》、《泰坦尼克號》這些影片中逼真的恐龍、亦真亦幻的未來城市和巨大的“泰坦尼克號”讓人沉浸在現(xiàn)代電影所營造的“真實”世界里時，你可知道創(chuàng)造了這些令人難以置信的視覺效果的幕后英雄是眾多的三維動畫制作軟件和視頻特技制作軟件[3]。好萊塢的電腦特技師們正是借助這些非凡的軟件，把他們的想像發(fā)揮到極限，也帶給了我們無比的視覺享受。三維動畫特技制作包含了數(shù)字模型構(gòu)建、動畫生成、場景合成三大環(huán)節(jié)，而三維

4、掃描、表演動畫、虛擬演播室等新技術(shù)，恰恰給這三大環(huán)節(jié)都帶來了全新的技術(shù)突破。綜合運用這些新技術(shù)，可望獲得魔幻般的特技效果，徹底改變動畫制作的面貌。可以想像，先用三維掃描技術(shù)對一個80歲的白發(fā)老太太進行掃描，形成一個數(shù)字化人物模型，然后將喬丹的動作捕捉下來，用以驅(qū)動老人模型的運動，觀眾將會看到80歲老嫗空中扣籃的場面。甚至還可以用演員的表演驅(qū)動動物的模型，拍攝真正的動物王國故事。利用表演動畫技術(shù)還可以實現(xiàn)網(wǎng)上或電視中的虛擬主持人[3]。三

5、維動畫技術(shù)比較三維動畫技術(shù)比較用于計算機三維動畫制作的軟件和工具目前很多，不同的動畫效果，取決于不同的計算機動畫軟、硬件的功能以及各動畫編程語言工具的特點。雖然制作的復(fù)雜程度不同，但動畫的基本原理是一致的。其中Java3D是Java語言在三維圖形領(lǐng)域的擴展，是一組應(yīng)用編程接口（API）。利用Java3D提供的API，可以編寫出基于網(wǎng)頁的三維動畫、各種計算機輔助教學(xué)軟件和三維游戲等等。利用Java3D編寫的程序，只需要編程人員調(diào)用這些AP

6、I進行編程，而客戶端只需要使用標(biāo)準(zhǔn)的Java虛擬機就可以瀏覽，因此具有不需要安裝插件的優(yōu)點。[1]它的這種體系結(jié)構(gòu)既可以使其開發(fā)的程序“到處運行”，又使其能充分利用系統(tǒng)的三維特性。就因為JAVA3D擁有如此的強大的三維能力，使得它在網(wǎng)絡(luò)世界，特別是在游戲中能大展姿彩[1]。與JAVA3D一樣OPENGL也具有跨平臺特性，許多人利用OPENGL編寫三維應(yīng)用程序，不過對于一個非計算機專業(yè)的人員來說，利用OPENGL編寫出復(fù)雜的三維應(yīng)用程序是

7、比較困難的，且不說CC語言和java的掌握需要花費大量時間精力，當(dāng)我們需要處理復(fù)雜問題的時候，我們不得不自己完成大量非常繁瑣的工作。[7]當(dāng)然，對Java3DAPI還可用來開發(fā)三維圖形和開發(fā)基于Web的3D應(yīng)用程序(applet)的編程接口.目前用于開發(fā)三維圖形軟件的3DAPI(OpenGL、Direct3D)都是基于攝像機模型的思想即通過調(diào)整攝像機的參數(shù)來控制場景中的顯示對象而Java3D則提出了一種新的基于視平臺的視模型和輸入設(shè)備模

8、型的技術(shù)實現(xiàn)方案即通過改變視平臺的位置、方向來瀏覽整個虛擬場景[7]。它不僅提供了建造和操作三維幾何物體的高層構(gòu)造函數(shù)而且利用這些構(gòu)造函數(shù)還可以建造復(fù)雜程度各異的虛擬場景這些虛擬場景大到宇宙天體小到微觀粒子.Java3D同時也是JavaMediaAPIs中的一部分可廣泛地應(yīng)用于各種平臺而且用Java3DAPI開發(fā)的應(yīng)用程序和基于Web的3D小應(yīng)用程序(applet)還可以訪問整個Java類且可以與Inter很好地集成即如果在瀏覽器中安裝

9、了Java3D的瀏覽插件在網(wǎng)上也可瀏覽Java3D所創(chuàng)建的虛擬場景[1]。Java3DAPI還汲取了已有圖形APIs的優(yōu)點即Java3D的底層圖形構(gòu)造函數(shù)不僅綜合了底層APIs(Direcrt3D、OpenGL)最好的繪制思想而且它的高層圖形繪制還綜合了基于場景圖的思想同時它又引入了一些通用的圖形環(huán)境所未考慮的新概念(如3D立體聲)這樣將有助于提高用戶在虛擬場景的沉浸感[1]。本文將著重介紹Java3D針對VR應(yīng)用所提出的基于視模型和輸

10、入設(shè)備模型的新思想在此基礎(chǔ)上又討論了如何利用Java3D來開發(fā)VR應(yīng)用程序及其實現(xiàn)方法并設(shè)計實現(xiàn)了一個應(yīng)用實例。研究問題評述1.VR與JAVA3DAPI適于VR應(yīng)用開發(fā)的Java3DAPI眾所周知開發(fā)VR應(yīng)用程序是一件很繁瑣的工作其開發(fā)人員必須編寫應(yīng)用程序可能遇到的各種輸入和顯示設(shè)備的接口程序或者依賴專為VR應(yīng)用開發(fā)而設(shè)計的應(yīng)用程序編程接口(API)且典型的VR應(yīng)用必須跟蹤用戶的頭部位置和方向以生成與頭部位置方向相一致的虛擬場景圖[7]

11、。另外還需要先跟蹤身體的其它部位(手、臂或腿部)然后通過身體各部位在虛擬場景中的虛擬視點與場景中的對象進行交互而應(yīng)用程序也必須具有能夠利用跟蹤輸入設(shè)備在視點內(nèi)放置物體并標(biāo)明其在生成的三維圖象中的位置和方向的功能[7]。同時面向VR的應(yīng)用程序開發(fā)接口(API)必須能支持3D圖形生成、處理跟蹤器的輸入并能將跟蹤信息反饋到圖形繪制中。Java3DAPI可自動將頭部跟蹤器的輸入集成到圖形生成中并具有通過訪問其它跟蹤器信息來控制其它特征的功能但它

12、是通過一種新的視模型(viewmodel)技術(shù)來實現(xiàn)的.該視模型是將用戶真實的物質(zhì)環(huán)境與計算機生成的虛擬環(huán)境相互獨立并建立它們之間的通信橋梁.該API也明確定義了用來探測Java3D物體六自由度(6DOF)傳感器的返回值并將其應(yīng)用于顯示場景圖中[1]?？傊@種新的視模型和輸入設(shè)備模型可以很方便地將交互式的3D圖形應(yīng)用程序轉(zhuǎn)化為VR應(yīng)用程序。2.Java3D視模型2.1新的視模型概念(viewmodel)基于攝像機的視模型是模仿虛擬環(huán)境中

13、的攝像機而不是虛擬環(huán)境中人的“替身”而且它是通過控制攝像機與視點的相關(guān)參數(shù)來控制所顯示的場景但這種方法在用戶物質(zhì)環(huán)境確定某些視參數(shù)的系統(tǒng)中是不合理的例如在頭盔顯示器(HMD)系統(tǒng)中HMD的光學(xué)性能就直接確定了應(yīng)用程序所顯示的視域[6]。由于不同的HMD有不同的光學(xué)特性因此如果允許終端用戶隨意改變光學(xué)參數(shù)顯然是不合理的.這里視參數(shù)的值將隨終端用戶物質(zhì)環(huán)境的不同而不同而影響視參數(shù)的主要因素有顯示器大小、顯示器的位置(戴在頭上還是放在桌子上)