试论三维动画制作中计算机虚拟仿真技术的应用

李樊 骆阳

摘要：虚拟仿真技术是随着计算机技术不断发展而形成的新兴技术，作为一种虚拟系统，虚拟仿真技术与三维动画的设计相融合，能够快速地促进三维动画技术在多个行业中得到了深入的应用，也转变了人们对动画的设计思路。通过对计算机虚拟仿真技术的内涵及特点进行分析，探究了三维动画中计算机虚拟仿真技术的应用优势，并提出了三维动画中计算机虚拟技术的应用策略。

关键词：三维动画;计算机;虚拟仿真技术

中图分类号：TP37      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）02-0096-02

计算机技术为虚拟仿真技术的发展奠定了基础，使得虚拟仿真技术在各个行业得到了广泛的应用，计算机模拟或者仿真技术是与计算机技术发展紧密结合在一起，它需要借助计算机硬件、软件与三维传感技术，由于具有较高的仿真效果，并能够给人一种“身临其境”的感觉，利用计算机虚拟仿真技术可以生成三维动画非常逼真、生动，在建筑、军事、航天、医疗等行业得到了广泛的应用。

1 计算机虚拟仿真技术概述

虚拟仿真技术是在计算机技术发展的基础上得到不断完善，也使得虚拟仿真技术在各个行业中得到了广泛应用，在我国室内装饰设计、教育等行业中得到了深入应用。

1.1虚拟仿真技术的内涵

虚拟仿真技术是利用计算机技术搭建场景，对事物的运动与形成过程进行模拟，为用户提供接近真实的环境，便于用户能够感受“身临其境”的感觉。如何有效地理解虚拟仿真技术的内涵，可以从多个角度进行分析，从仿真技术的角度分析，它是借助计算机技术与网络技术共同发展的一项技术，利用虚拟技术能进行虚拟空间构建，模拟事物发展的过程，从而获得真实感的动画场景。从广义层面来看，虚拟仿真技术能模拟真实的场景，帮助人们深入地认识世界，分析事物的发展内涵。在5G网络环境下，大大提高了网络传输的速率，使虚拟仿真技术在各行各业中的应用更加广泛、深入，也能帮助人们从虚拟的世界中了解真实的世界。

1.2 计算机虚拟仿真技术的特点

虚拟仿真技术也可以称为虚拟现实技术，能够让用户在“真实”的环境中体验事物的景象，通过对虚拟现实技术的内涵与使用情境等进行分析，可以发现计算机虚拟防止技术具有交互性、沉浸性、虚幻性、逼真性等特征。

（1）交互性

计算机虚拟仿真技术的交互性是用户利用虚拟现实仿真技术与环境之间产生互动，用户通过虚拟环境中的某些因素发生变化来获得全新的体验，在具体的实施过程中，如果控制与改变某种因素，虚拟环境就能出现相应的改变。例如：利用虚拟仿真技术模拟导弹的发射轨迹，用户可以通过点击相应的按钮，模拟导弹的发射与爆炸场景，该场景主要运动的是虚拟仿真的交互技术来实现。

（2）沉浸性

利用虚拟仿真技术能对现实的世界场景进行模拟，为使用者提供具有接近真实的视觉、听觉等多重刺激，让使用能够沉浸入虚拟仿真的系统中，进而能够给人一种“身临其境”的体验感。

（3）虚幻性

虚拟仿真技术主要功能是生存虚拟化场景，而且都是依据真实的环境，对其进行仿真、模拟，还可以根据开发者的要求，模拟可能开发的产品，还可以是已经存在的产品，不管虚拟仿真技术所构建的何种产品，其构建的虚拟系统都不是真实存在的，主要功能是为人们提供一种仿真的环境。

（4）逼真性

虚拟仿真技术的功能十分强大，通过VR技术构建的场景十分逼真，能让用户感受到构建的虚拟世界与现实事物一样，给用户以逼真的感觉，另一方面，采用虚拟仿真技术，可以通过控制某些元素、参数进行变化，能够构建出非常真实的环境，让用户观察到事物每一个细节的变化。

1.3 计算机虚拟仿真技术应用原理

（1）基于三维图形设计技术

虚拟仿真技术在具体实现的过程中需要多种技术，而三维图形显示技术是虚拟现实技术基础技术之一，不仅提高三维虚拟场景的制作，还能有效地缩短三维图形的生成时间，采用三维图形生成技术，能每秒钟刷新的频率为15幅，使虚拟图形的画面在背景、阴影的生成等方面都满足相关的标准与要求，同时还能将生成的图形进行分块处理，降低一些复杂场景的复杂情况，采用虚拟技术可以将复杂的场景分成多个独立的場景，在一个模块显示图像时，可以将其他的多余的场景隐匿，通过虚拟技术的可以让用户观察到不同的场景，提高用户对不同场景的认知度。

（2）虚拟仿真技术中的交互技术

交互性虚拟仿真生成的虚拟场景的关键性特征，在利用虚拟仿真技术制作三维动画时，在有些复杂的界面需要人为操作才能满足要求，这就是三维动画制作的虚拟现实技术交互式操作。虚拟仿真技术的物理控制技术主要是通过操作鼠标、键盘、手柄等输入设备实现与虚拟环境之间的交互，让用户感受到虚拟场景的存在;虚拟控制技术就是要通过按照要求输入参数，改变场景的观测点，实现虚拟物与虚拟环境之间的互动，从而能够让用户更清晰地了解到虚拟环境的控制技术，如图1所示，游戏人员利用手柄与三维虚拟环境进行交互的场景。

2 三维动画设计中虚拟仿真技术应用

2.1 虚拟仿真技术中的建模软件和语言

在虚拟仿真技术开发的过程中，Multigen Creator是重要的软件建模软件，为许多三维建模提供了丰富的素材，而且还提供了贴图，便于开发者能够系统地进行建模与开发，其用于建立建筑模型，其中VRML（Virtual Rcality Modclling Language）是虚拟仿真建模语言，能够根据高级用户的需求，利用建模语言来展开虚拟仿真设计与开发。

2.2 常用的三维动画制作软件

三维动画制作软件是虚拟仿真技术的重要组成部门，能结合用户的需要，设计多样的虚拟现实情境，但是不同的三维动画设计软件具有不同的优势，在三维动画设计中，3ds Max 和Maya 两款功能最强大、应用范围最广，可以对人物、环境等机芯立体化的设计，也是现在最主流的三维动画设计软件，二者在应用中也存在区别，3ds Max主要用于三维立体建模、动画制作与渲染软件建模等，制作的动画质量比较高，清晰度也十分明显，在具体的应用中主要依赖于外部插件的应用。例如，分别利用Maya和3ds Max渲染同一项目时，Maya会比3ds Max需要更多的时间，生成动画占用的空间也比较大，而Maya软件具有更大的可控制性与可操作性，而3ds Max在图像生成上细节更加丰富，Maya在三维图像的建模、渲染与数字化场景制作方面更加灵活，可以用户担任导演、演员、摄影师等不同的角色，构建不同的三维立体场景，如图2所示，通过三维图形模拟的物流分拣场景，给人以身临其境的感觉。

2.3 三维动画建模的设计

计算机虚拟仿真技术的三维建模应用十分广泛，在三维动画制作时，首先需要结合具体的设计要求，建立三维模型，经过详细调整与参数设置，便于后期进行渲染，在制作动画时，需要根据虚拟场景的需求，利用虚拟仿真技术与交互技术相互配合，设计不同的三维虚拟场景，共同完成相关的三维立体模型的设计，通过现实仿真技术来建模，然后生成三维动画的效果。虚拟仿真技术在三维模型建模中的难点在于如何有效地整理虚拟场景、三维模型的资源设计、虚拟人物或者场景相关资源的准备，在必要时，还需要结合三维图纸的标准要求保证三维模型设计的准确性。其次在准备一些实物的三维动画时，要根据三维场景设计的要求，在前期进行人工拍摄，在大型场景拍摄时，还需要利用航拍方式来获取大型场景的真实信息，为三维动画的制作添加必要的元素。在三维动画中利用虚拟仿真技术，可以快速地完成三维动画的建模与设计，还能给用户沉浸其中的感觉，提高三维动画开发的工作效率。

2.4 虚拟仿真技术在三维动画设计的应用领域

现代计算机技术的软硬件的发展，也促进了虚拟仿真技术的快速发展，也就使得虚拟仿真技术在各个行业中的深入应用。采用虚拟现实三维动画已经在交通、航空、医疗、教育、建筑、室内装饰、数字媒体艺术设计等方面得到了十分广泛的应用。三维动画可以模拟不同的场景，搭建不同的真实环境，通过仿真模拟技术制造出一个虚拟场景，帮助用户发现产品设计中可能出现的问题。例如，利用虚拟仿真技术进行危险实验的模拟，不仅能提高实验的安全性，还能降低实验发生的危险，通过用户的交互性操作，就可以有效地规避不同的危险，这些已经在军事、航空、交通、教育等方面得到了广泛的应用。通过互联网与大数据技术，可以创造出虚拟环境来进行模拟演练，方便用户能够在虚拟的环境中探索分析，从而更好地探索未来，在建筑设计方面，三维动画虚拟仿真技术可以生成虚拟化的建筑实物环境，然后用户通过在虚拟的环境中浏览，体验真实的建筑环境，更加直观地观察一些高大精密的建筑与装饰，与CAD技术相比，CAD技术只能为用户提供平面的图像，而利用虚拟仿真技术建立的三维立体对象，生成一个表现建筑的空间结构，生成的建筑模型更加直观、立体，用户可以通过操作鼠标、键盘等，对建筑物的周围环境进行浏览，这是CAD技术不能实现的，虚拟仿真技术建立的是三维动画，便于人们能从多个角度观察建筑物，符合人的美学概念，对提高建设物的可观赏性具有十分重要的作用。

3 结束语

三维动画中虚拟仿真技术的应用可以实现多种功能，可以将一些静态的画面转化立体、空间的、动态性的图像，便于用户能够从多个角度观察物体，有利于提高用户的体验效果。在三维动画设计中，用虚拟的三维动画场景和人物体现事物本质，用动画效果将其展示出来，然后将一些抽象的事物利用虚拟现实技术来反映具体的图像，帮助用户能够更好地理解三维动画所表达的内涵，这也使得三维动画在航空航天、军事、建筑设计、教育、医疗等行业得到了广泛的应用。因此，利用虚拟仿真技术促进三维动画的设计，可以进一步增加三维动画的制作效果，还能更好地促进三维动画在各个行业中的应用。

参考文献：

[1] 马新影.淺析计算机虚拟仿真技术在三维动画制作中的应用[J].科技创新导报，2018，15（3）：161，163.

[2] 方伟.基于VRML仿真教学系统的设计探析[J].钦州学院学报，2018，33（8）：70-74.

[3] 王伟.三维动画与VR技术相结合的研究[J].文化创新比较研究，2017，1（22）：33-34.

[4] 梁道怀.浅谈提高计算机三维动画软件Maya建模效率的措施[J].职业，2017（32）：67.

[5]涂中方.基于图象核心的VR技术在数字媒体艺术设计中的应用[J].吉林艺术学院学报，2020（2）：44-45+54.

【通联编辑：唐一东】

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