三維關(guān)鍵幀動畫的交互設(shè)計探討范文

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摘要：

在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等各種信息技術(shù)發(fā)展日益迅速的形勢下，動畫制作技術(shù)水平得到了顯著的提升與進步。其中三維關(guān)鍵幀動畫作為現(xiàn)代動畫中最為普遍的一種制作技術(shù)，不僅實現(xiàn)了畫面的三維立體視覺效果，而且實現(xiàn)了交互式設(shè)計，這對于動畫領(lǐng)域而言無疑是一次質(zhì)的飛躍。文章在簡單介紹三維關(guān)鍵幀動畫有關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對三維關(guān)鍵幀動畫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、交互式設(shè)計及算法進行了深入的探究。

關(guān)鍵詞：

三維；關(guān)鍵幀動畫；交互設(shè)計；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

三維動畫系統(tǒng)的發(fā)展至今已有十多年的歷史，并且目前已在教育、工程、廣告設(shè)計、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于圖形圖像所有幀涉及的數(shù)據(jù)量十分驚人，我們不可能保存圖像上的每一幀數(shù)據(jù)信息，且這種數(shù)據(jù)信息盡在繪制動畫的時候有意義，這就需要我們保存圖像每一幀中的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以獲得一個高效的計算基礎(chǔ)。而有關(guān)技術(shù)研究表明，將交互設(shè)計與三維關(guān)鍵幀動畫相結(jié)合可以較好的解決這一問題。

一、三維關(guān)鍵幀動畫相關(guān)概述

所謂關(guān)鍵幀，是指人和物體運動或變化過程中的關(guān)鍵性動作拍攝在圖像上所處的那一幀。從動畫創(chuàng)作角度來說，幀就是動畫中最小單位的單幅影像畫面；從電影膠片來說，幀就是動畫軟件時間軸上的一個標記。關(guān)鍵幀是計算機動畫制作中的一個專業(yè)術(shù)語，它相當于二維動畫中的原畫。在三維關(guān)鍵幀動畫制作過程中，用于連接關(guān)鍵幀與關(guān)鍵幀之間的動畫叫做中間幀。中間幀關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)的獲取需要借助軟件的插值方法來實現(xiàn)。插值方法通過在弧長與樣條參數(shù)之間建立起一一對應(yīng)的關(guān)系，使實現(xiàn)物體沿著一樣條勻速運動，從而有效避免了因樣條參數(shù)與幀頻的直接連接和空間參數(shù)的等間隔采樣而引起的物體不均勻運動問題[1]。關(guān)鍵幀插值方法具有一定的特殊性，一個良好的關(guān)鍵幀插值方法應(yīng)能夠產(chǎn)生逼真的運動或變化效果，并能夠給用戶提供相應(yīng)有效的控制手段。

任何動畫想要呈現(xiàn)出變化或物體運動的視覺效果，就意味著前后兩個幀至少要給出兩種不同的關(guān)鍵狀態(tài)。而任意兩個幀之間關(guān)鍵狀態(tài)的連接則可以通過中間幀與相應(yīng)軟件來完成[2]。所以，所謂關(guān)鍵幀動畫，是指將從動畫序列關(guān)鍵幀中提取出來的、相對重要的一些與時間相關(guān)的值添加到圖像屬性當中，使其產(chǎn)生動畫效果，而其他時間值則可以通過特定的插值方法結(jié)合已獲取的關(guān)鍵幀時間值來計算得到，最終使動畫各個幀之間達到流暢的銜接效果。在Flash軟件中，其將關(guān)鍵幀動畫定義為表示關(guān)鍵狀態(tài)的幀動畫。

二、三維關(guān)鍵幀動畫的交互式設(shè)計技術(shù)

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計在三維關(guān)鍵幀動畫創(chuàng)作過程中，要想實現(xiàn)一個三維關(guān)鍵幀動畫對象隨時間而呈現(xiàn)出連續(xù)繪制的效果，只需要將時間序列與每一幀之間建立一個對應(yīng)的關(guān)系，并在響應(yīng)時間事件的同時，更新屏幕與繪制當前幀的圖形形態(tài)即可。根據(jù)這一過程特點，我們需要先將關(guān)鍵幀的所有變化信息進行保存，然后在此基礎(chǔ)上計算并保存每一中間幀的關(guān)鍵變化信息，最后在響應(yīng)時間事件時將中間幀的臨時頂點信息計算出來，并繪制動畫圖像。如前所述，在三維關(guān)鍵幀動畫實際制作過程中，我們不可能將所有的幀信息保留，實際上也沒有必要保留所有數(shù)據(jù)信息[3]。因為我們只要將每一幀中的一些關(guān)鍵變化信息獲取出來，再通過相應(yīng)的技術(shù)將這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息連接起來，即使用中間幀將多個關(guān)鍵幀連接在一起，便能夠達到動畫的效果。需注意，從幀中獲取到的數(shù)據(jù)信息雖然來源渠道不一樣，但對于中間幀與關(guān)鍵幀而言并無本質(zhì)區(qū)別。關(guān)鍵幀中的變化數(shù)據(jù)信息主要來源于三維關(guān)鍵幀動畫系統(tǒng)的交互作用，它是計算每一中間幀關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)。作為關(guān)鍵幀與關(guān)鍵幀連接重要紐帶的中間幀，其關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)信息的獲取與保存主要依靠相關(guān)視頻軟件提供的插值方法來實現(xiàn)。由于不同應(yīng)用程序插值方法所提出的具體要求不盡相同，需要依據(jù)具體情況而定，所以為便于理解和計算方便，本文決定采用最簡單的線性插值方法和OpenGL圖庫軟件來構(gòu)建關(guān)鍵幀存儲數(shù)組和關(guān)鍵幀與中間幀關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)信息的計算。在線性插值方法的使用下，一個三維關(guān)鍵幀動畫對象的關(guān)鍵幀與中間幀之間并無差別，在制作動畫的過程中只需要定義一個一般的幀結(jié)構(gòu)即可。當用戶為某一特定幀輸入數(shù)據(jù)時，如對動畫進行旋轉(zhuǎn)、平移等操作皆可視為對幀進行輸入數(shù)據(jù)，此時該幀就會變成一個關(guān)鍵幀。

2、交互式設(shè)計根據(jù)上文分析，在建立了三維關(guān)鍵幀動畫對象交互設(shè)計所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，就開始需要在每一幀和時間序列之間建立起一個對應(yīng)的關(guān)系，這一環(huán)節(jié)的實現(xiàn)必須要由用戶以交互方式進行最終確定。為記錄關(guān)鍵幀中的關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)信息，就需要一種高效的方法來對每一幀是否為關(guān)鍵幀進行判斷，可以在系統(tǒng)用戶界面內(nèi)增加一個Slider控件用于記錄當前幀，Slider控件可接受的數(shù)值范圍在0到100之間，其中0表示與三維關(guān)鍵幀動畫對象無關(guān)的一種普通變換，而當記錄按鈕響應(yīng)以后，該控件開始記錄每一關(guān)鍵幀的關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)信息，即用戶對界面圖形的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、移動等任何操作都是對關(guān)鍵幀的一種貢獻，也就是說形成更多的關(guān)鍵幀。該方法為當前幀顯示列表的構(gòu)造方法，其他還包括在按下記錄按鈕后將狀態(tài)切換至當前幀狀態(tài)的控制變量和基于當前幀之下物體的平移記錄方法等。通過上文對三維關(guān)鍵幀動畫對象交互設(shè)計的分析可知，交互技術(shù)在三維關(guān)鍵幀動畫制作中的應(yīng)用不僅提高了三維關(guān)鍵幀動畫的效果與技術(shù)水平，而且有效簡化了幀中關(guān)鍵變化數(shù)據(jù)信息的計算和關(guān)鍵幀與中間幀的識別，從而進一步推動了三維關(guān)鍵幀動畫系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。

三、總結(jié)

綜上所述，三維關(guān)鍵幀動畫的交互設(shè)計是在以往開發(fā)實踐中對所出現(xiàn)問題尋求解決方法，以及人們對現(xiàn)代三維關(guān)鍵幀動畫提出的新要求基礎(chǔ)之上產(chǎn)生的。因此，它不僅適用于實際問題的解決，而且更適合于利用OpenGL圖庫軟件來構(gòu)造三維關(guān)鍵幀動畫對象的場景。在今后三維關(guān)鍵幀動畫的交互設(shè)計技術(shù)研究工作中，還需要對現(xiàn)有設(shè)計方式進行不斷改進，以不斷提升三維關(guān)鍵幀動畫的技術(shù)水平。

參考文獻

[1]陳國華.三維關(guān)鍵幀動畫的交互設(shè)計技術(shù)[J].計算機仿真,2007,04:221-224.

[2]黃太紅.三維運動仿真的可視化編輯和腳本控制技術(shù)的研究[D].北京理工大學(xué),2010.

[3]周曉成.基于3DSMAX動畫技術(shù)的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用研究[D].景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院,2012.

作者：熊立群 單位：吉林藝術(shù)學(xué)院