時間：2023-05-30 08:55:30
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇三維技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞： 三維技術(shù)分析 三維短片 三維藝術(shù)
比利時三維短片《Red miss take》有故事情節(jié)，有技術(shù)有質(zhì)量，是一部三維短片中相當(dāng)成熟的一部。欣賞完短片對比利時的三維短片有了很多好奇，但是同時又為國內(nèi)很多三維制作高手，怎么沒有制作完成這樣的一部短片感到可惜，這樣的短片是可以稱得上技術(shù)和藝術(shù)的完美結(jié)合。
這個三維短片由比利時學(xué)生Manuel Adams和Raimond Teilis合作完成，是他們的畢業(yè)設(shè)計作品。短片講述工匠從格林兄弟那接到訂單，創(chuàng)造并復(fù)活小紅帽和獵人，小紅帽完美地創(chuàng)造出來了，但獵人在制作過程中好像出了點差錯，主要講的是這么一個很短的小故事，但是在三維技術(shù)上，可以看出是非常出色的一部短片，資料分析Manuel Adams負(fù)責(zé)燈光、渲染、模型、貼圖，以及后期工作，Raimond Teilis負(fù)責(zé)動畫、音效、剪輯，以及模型貼圖。制作中使用到的軟件有Maya，3ds Max，Vray，F(xiàn)umeFX，Realflow，F(xiàn)usion，Soundforge，以及Vegas。
對這部片子首先看它的建模，因為這是檢驗一部片子的技術(shù)基礎(chǔ)，有些片子過于注重技術(shù)的炫耀而忽略的人物的塑造，但是這部片子是值得我們學(xué)習(xí)的，特別是建模中場景的復(fù)雜，豐滿的人物形象、深刻的性格刻畫和人物的愛情觀，從這些簡而精的建模中都能看出制作者的世界觀和對制作細(xì)節(jié)的追求。
開始由短片中故事繪制草圖進(jìn)入畫面，作為短片的引子，緊接著是一個大場景，這個建摸花費的時間和渲染的過程一定非常長，接著是這些大場景中的一些物品特寫，交代觀眾這部片子從建模到貼圖到渲染是沒有瑕疵的，特別交代了墻上的木偶模型，貫穿故事的重點，制作木偶的機(jī)器無論是建模還是貼圖都建得非常好，但是短篇唯一的缺憾是主角設(shè)計得簡單，但主角的臉部表情非常豐富，他是通過運用默認(rèn)骨骼在面部進(jìn)行綁定后，再把面部的骨骼鏈接到BIP上。但是在制作臉部動畫是還可以用虛擬物體來控制骨骼，虛擬體的位移動畫連接到數(shù)值，可以用數(shù)值來調(diào)節(jié)動畫，這個方便但設(shè)置起來比較繁瑣。最后一種方式是用變形修改器，復(fù)制出幾個相同的模型做表情動畫，不需要綁定骨骼。但是這個方法做表情因為是預(yù)先設(shè)置好的，所以不是很靈活。對這幾種臉部表情方法中還是用默認(rèn)骨骼在面部進(jìn)行綁定，這比較簡單容易掌握。
一個中等復(fù)雜度的環(huán)境建筑，要求使用簡易幾何體堆砌出大體感覺：如果故事場景我們使用MAX，整個過程很流暢，像《Red miss take》故事中的大場景建模不是很難，只是相對性的多且復(fù)雜了一些，如果用MAX建模，制作和心情也沒有任何障礙和困擾。如果《Red miss take》在maya中建模，需要花點時間在建模上的，因為用box再復(fù)制位移和修改大小，這樣會快些，但是需要時間。但這對于制作短片的整個環(huán)節(jié)而言是致命的，因為在maya中無論如何操作也達(dá)不到拖曳建模的效率（因為需要時間）。
但是像這樣的大的場景，房間物品比較多，MAX還有數(shù)不盡的腳本可以完成場景（例如在建模中大的機(jī)器，玻璃瓶容器和木偶，等等），同時在MAX中全局光的渲染，的確比MAYA選擇的多。關(guān)全局光不用插件也比MAYA強(qiáng)，即使不用MR也比MAYA強(qiáng)。除了MAX的光能傳遞外，MAX可以分層管理場景，甚至還可以分層光能傳遞。除此之外MAX在制作像《Red miss take》中大場景，特別是一些小的局部，也可以模擬全局光。MAX至少可以三種方式列陣拷貝燈光，關(guān)聯(lián)修改方便，即使原始的手工模擬全局光的效率也比MAYA好，這是制作這么多年的一些總結(jié)，特別是在像《Red miss take》的這樣的短片中MAX在制作中可以更加便捷。
《Red miss take》短片在貼圖上是為了改善角色的材質(zhì)的外觀和真實感。制作者在大場景的貼圖上創(chuàng)建環(huán)境光和創(chuàng)建燈光直接投射。像MAX和MAYA軟件中貼圖可以模擬紋理、應(yīng)用的設(shè)計、反射、折射，以及其他的一些效果。若與材質(zhì)一起使用，貼圖效果更明顯，特別是在主角的臉部上，添加一些細(xì)節(jié)而不會增加它的復(fù)雜度。
在大場景中房間的木式家具和玻璃杯，以及創(chuàng)造人物的機(jī)器，這些貼圖看出三維制作的手法效果非常明顯，貼圖上連一些臉部和細(xì)小的機(jī)器上的鐵銹都看得十分清晰。
對像《Red miss take》三維短片來說，調(diào)動畫是一件比較復(fù)雜的事，特別是骨骼的父化，動畫中的骨骼系統(tǒng)中，父化是必不可少的。簡單的一個例子，創(chuàng)建兩段骨骼，分別為父和子。先選擇子，按下shift選擇父，再按下P鍵，就建立了骨骼的父化。在Outliner中，點選骨骼，用中間拖動到父物體上，就完成了骨骼父化。在Hypergraph中，用中間拖動子到父，就完成了骨骼父化，和Outliner相同。這樣制作動畫的骨骼就相對輕松很多。而且在MAYA中初始化骨骼是非常必要的，否則可能會在動畫中引發(fā)很多問題。一般兩段骨骼，一段中的是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的，而另一段是沒有做過任何旋轉(zhuǎn)，我們會發(fā)現(xiàn)在按下F8進(jìn)入成分模式下，并且按下問號圖標(biāo)的時候，顯示出來的Local Axes非常凌亂，很不規(guī)則。而沒有做過改動的local Axes的X軸指向下一級骨骼。我們這個時候就要初始化凌亂的骨骼，像在《Red miss take》中使用的較為明顯。MAYA中，有個工具可以自動對齊local Axes，省去了很多調(diào)整的時間。選擇要初始化的所有骨骼，然后執(zhí)行菜單命令Skeleton|Orient Joint打開Options設(shè)置參數(shù)，分別調(diào)整參數(shù)為XYZ+X勾選Hierarchy和Scale再單擊Orient按鈕即可完成骨骼的初始化。可以看到更改后的X軸都指向。對這部短片動畫設(shè)定帶來很大的方便。全部完成后，再命令行輸入MEL：joint-e-zso-ch；這個命令可以使骨骼的縮放軸和旋轉(zhuǎn)軸對齊，當(dāng)縮放骨骼的時候，這個MEL就非常有用了，MAYA增強(qiáng)了FK/IK之間的互相轉(zhuǎn)換融合，使角色動畫的設(shè)置變得更加輕松。FK為正向動力學(xué)，也使傳統(tǒng)的針對每級動畫設(shè)定關(guān)鍵幀來控制角色的動畫，IK為反向動力學(xué)，在骨骼中使用IK手柄來控制，非常實用有趣。而且調(diào)出來的動作非常自然，一點也不僵硬。在制作IK和FK的轉(zhuǎn)換。執(zhí)行菜單命令Display|Heads Up Display|Animation Details來讓視圖中顯示動畫的一些信息。然后選擇IK手柄和所有骨骼，執(zhí)行Animation|IK/FK Keys|Connect IK/FK來連接FK/IK。再次選擇IK手柄會發(fā)現(xiàn)多了一個IK Blend的屬性，同時視圖右下方的動畫信息欄也顯示IK Blend為1。調(diào)整該值就可以融合IK和FK了，如果想關(guān)閉IK就把數(shù)值改為0視圖顯示為OFF，反之改為1，視圖顯示為ON。當(dāng)數(shù)值為0.5時，就可以同時使用FK和IK了，當(dāng)數(shù)值大于或者小于0.5，就可以設(shè)定IK是否強(qiáng)過FK了。只有這樣才能把完整的骨骼動作調(diào)到最好，同時對于制作者來說，真正的動畫師自己必定是一個動作感覺非常好的，而且自己有對于動作的認(rèn)識比別人更好。因為技術(shù)再好，還是需要動畫師一幀一幀地調(diào)出來。
關(guān)鍵詞：動畫；三維動畫；特點；發(fā)展現(xiàn)狀
中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 19-0000-02
動畫，這個陪伴著我們一起成長的伙伴在當(dāng)下有了翻天覆地的變化。在現(xiàn)今的許多電影中，我們都能看到動畫的身影，從上個世紀(jì)深深埋在我們心里的《米老師和唐老鴨》、《大鬧天宮》等作品到時下深受青少年熱捧的《哈利波特》等電影都能看到動畫在影視制作中的重要位置[1]。然而，動畫技術(shù)在這個世紀(jì)已經(jīng)不再局限于影視制作，在廣告業(yè)、媒體行業(yè)等領(lǐng)域中，我們都能體會到動畫設(shè)計的重要性。與此同時，隨著藝術(shù)設(shè)計的不斷發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，動畫設(shè)計也發(fā)生著里程碑式的跨越。三維動畫的興起像是一場動畫領(lǐng)域的革命，它打破了人們對動畫片的傳統(tǒng)認(rèn)識，取代了之前的二維動畫，成為動畫領(lǐng)域的代表。
1 動畫的發(fā)展
談起動畫的起源，我們首先要追溯到魔術(shù)幻燈時期。那時候的動畫播放，就是將圖片放在一個鐵盒子里，鐵盒子的一端開了一個洞，裝上透鏡，里面放著一根點燃的蠟燭，依靠蠟燭的光亮，在墻上投射出圖片中的影像。之后彼得羅杰提出了一個觀點，他認(rèn)為形象在視網(wǎng)膜上會存在一個短暫停留，如果連續(xù)顯現(xiàn)這些彼此分開的形象，形象便在視網(wǎng)膜上疊加成一個連續(xù)的形象了。幾年以后，法國人普拉明讓人們第一次看到了雛形的動畫。到了20世紀(jì)，迪士尼則將動畫推向了巔峰。之后的日子里，手繪動畫成為了動畫領(lǐng)域的象征和標(biāo)志。
然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，手繪動畫已經(jīng)不能滿足人們對動畫的需求。于是三維動畫誕生了。比如動畫電影的巨頭迪士尼公司，近幾年的作品更多的采利用三維動畫技術(shù)，制作出許多更為逼真，更為生動的人物。三維動畫在表情豐富度和真實度上，也都優(yōu)于傳統(tǒng)手繪動畫。
2 三維動畫的特點
與傳統(tǒng)的二維動畫不同，三維動畫在視覺效果上更加立體、生動。三維動畫是隨著計算機(jī)軟硬件的發(fā)展而催生出來的產(chǎn)物。動畫設(shè)計人員將需要建立的物體、景物和人物等角色編輯成三維數(shù)據(jù)，輸入計算機(jī)中。接著將這些數(shù)據(jù)渲染成可以活動的視頻，實現(xiàn)這些角色在三維空間里的活動。最后通過播放器將這些視頻播放出來。三維動畫技術(shù)使得創(chuàng)建出來的動畫角色表情更加豐富飽滿，角色的喜怒哀樂更加真實。它將虛擬的東西逼真化，給觀眾視覺上的無限沖擊。
2.1 模型建設(shè)能力的高超性
因為受實景拍攝和手繪動畫的限制，設(shè)計者往往不能隨行所欲、天馬行空的制作出真實、虛幻或者真實與虛幻之間的物體和景觀。然而，三維動畫突破了這個限制。三維動畫不但可以栩栩如生、美輪美奐的模擬出與現(xiàn)實幾乎一致的物體與景觀，還可以將現(xiàn)實中沒有的，超乎于現(xiàn)實的東西制造出來，呈現(xiàn)給人們[2]。比如，通過運用直線、平面等幾何圖形生成工具，利用計算機(jī)軟件繪制一些可以以假亂真的與現(xiàn)實極度相似的虛擬物體。其次，三維動畫軟件還可以制作出許多類似于水，火、動物、植物等自然世界的景觀和物體，并且達(dá)到惟妙惟肖，栩栩如生的水平。再次，一些難以用二維手繪動畫完成的高難度的肢體動作，也可以通過三維動畫軟件來實現(xiàn)。比如像許多科幻電影中在城市中肆意游走的逼真的怪獸，就是三維動畫制作出來的作品。
2.2 動畫實現(xiàn)的無約束性
在現(xiàn)實生活中，物體的運動往往要受到外界環(huán)境等多方位因素的制約，不能按照人們的意愿去運動。三維動畫則改變了這個局面。人們通過三維動畫實現(xiàn)了對物體行進(jìn)方向、運動軌跡和觀察角度等控制，彌補(bǔ)了現(xiàn)實生活中人類不能對其控制的遺憾。三維動畫的無約束性主要體現(xiàn)在這幾個方面：首先，三維動畫可以設(shè)計一些虛幻飄渺的運動。比如在科幻電影《指環(huán)王》中，精靈女王對一潭靜水施咒后，靜水變成了千軍萬馬的水軍。這種虛幻的場景在現(xiàn)實中是根本找不到的。其次，從微觀世界到宏觀世界的連續(xù)拍攝，這種拍攝手法用一般的拍攝方法很難實現(xiàn)。然而，通過三維動畫制作就能解決這個難題。比如，我們經(jīng)常在一些電影或者紀(jì)錄片中看到鏡頭以一個個體為基點（一般為一個人或者一個建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部），然后不斷向后退，穿過云層，呈現(xiàn)出整個地域的上空，繼續(xù)不間斷的運動，最后穿過大氣層，來到宇宙，顯現(xiàn)出整個地球。在這個過程中，我們看不到一絲的拼接，一氣呵成，非常連貫。再次，三維動畫能夠給觀眾帶來強(qiáng)烈的視覺沖擊感，為觀眾帶來感官的無限刺激。比如，現(xiàn)在電影業(yè)流行的3D電影，就是將三維動畫和電影完美的結(jié)合。通過三維動畫技術(shù)，電影中那些激動人心和緊張刺激的場面被活靈活現(xiàn)的表達(dá)出來。這些逼真的場景給觀眾帶來了視覺的完美震撼，沖擊著觀眾的視覺神經(jīng)。
2.3 質(zhì)感表現(xiàn)力的豐富性
物體的質(zhì)感需要多方面的因素共同作用才能得到完美的表現(xiàn)。物體的質(zhì)感表現(xiàn)首先取決于材質(zhì)。三維動畫軟件可以為動畫設(shè)計者提供豐富的材質(zhì)，可以讓設(shè)計者隨心所欲的選擇各種材質(zhì)去建立富有質(zhì)感的物體。而且，設(shè)計者還可以對于一個物體選擇不同的材質(zhì)，將物體進(jìn)行隨意的材質(zhì)改造。通過反復(fù)的嘗試不同材質(zhì)，優(yōu)化物體的材質(zhì)搭配，以達(dá)到最理想的效果。物體的質(zhì)感表現(xiàn)還取決于燈光的設(shè)計。三維動畫制作中，燈光的設(shè)計可謂自由自在。動畫設(shè)計者可以自主決定燈光的類型、顏色、強(qiáng)度、位置、運動、陰影和反射效果、隨時間的運動等。與此同時，設(shè)計者還可以不計次數(shù)的對所設(shè)計的動畫進(jìn)行演示，不斷改進(jìn)，直到最后達(dá)到理想的結(jié)果。并且，設(shè)計者還能夠?qū)煞N不同的相對獨立的景物結(jié)合在一起，實現(xiàn)前景好背景獨立設(shè)計，自由更換組合的目的。
3 三維動畫的發(fā)展現(xiàn)狀
三維動畫技術(shù)在國外發(fā)展的是如火如荼。美國和歐洲每年都會有一些優(yōu)秀的三維動畫作品涌現(xiàn)。比如近幾年熱映的《冰河世紀(jì)》、《哈利波特》和《亞瑟和他的迷你王國》等作品，都是三維動畫技術(shù)作品的杰出代表。三維動畫行業(yè)在我國發(fā)展速度之快令人驚奇。三維動畫已經(jīng)涉及了我國的電影、廣告、電視等多個領(lǐng)域，而且在最近的移動數(shù)字媒體中也看到了三維動畫的影子。然而，與發(fā)達(dá)國家相比，我國三維動畫的發(fā)展還有很長的路要走。
3.1 我國三維動畫設(shè)計從業(yè)人員數(shù)量不足
依照我國目前的三維動畫發(fā)展趨勢來看，我國對于三維動畫設(shè)計人員的需求量在10萬人以上，主要集中在影視和動畫領(lǐng)域的三維動畫設(shè)計。但是，三維動畫專業(yè)在國內(nèi)的高校中開展并不廣泛。據(jù)統(tǒng)計，全國僅有不到100所高校開設(shè)的動畫設(shè)計專業(yè)。每年的相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生根本無法滿足市場的需求，人才缺口逐漸擴(kuò)大。
3.2 我國三維動畫設(shè)計從業(yè)人員質(zhì)量不夠
據(jù)三維動畫設(shè)計相關(guān)企業(yè)介紹，現(xiàn)今企業(yè)需要的三維動畫設(shè)計人才是那些可以快速上手的有一定經(jīng)驗的專業(yè)人才。企業(yè)不看重有多高的文憑，只要是能夠快速的上機(jī)操作，并相當(dāng)了解市場的需要，制作出符合消費者口味的三維動畫作品的專業(yè)設(shè)計人員，就是企業(yè)所希望獲得的。同時，目前我國的三維動畫設(shè)計人員的培養(yǎng)模式存在弊端。專業(yè)技術(shù)和藝術(shù)設(shè)計的培養(yǎng)被脫離開來。有些高校開設(shè)的專業(yè)只偏重于專業(yè)技術(shù)的培養(yǎng)，有些則反之。這樣培養(yǎng)出來的技術(shù)人員，只是在一方面造詣很深，而忽略了復(fù)合型人才的培養(yǎng)[3]。
4 結(jié)束語
隨著社會的不斷發(fā)展，人們對動畫的要求會越來越高。三維動畫技術(shù)在不久的將來會越來越多的融入到人們生活的方方面面。這就給三維動畫設(shè)計人員來了更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如果要將三維動畫發(fā)展的越來越好，就要在繼續(xù)追求技術(shù)突破的同時，將藝術(shù)與技術(shù)完美的統(tǒng)一，使三維動畫更有藝術(shù)性、更加逼真生動。
參考文獻(xiàn)：
[1]康凱.三維動畫在中國的發(fā)展及現(xiàn)狀分析[J].電影文學(xué)，2008，（17）：26-28.
關(guān)鍵詞：多媒體 三維互動 展示技術(shù) 分析
中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）11-0000-00
1多媒體三維互動展示技術(shù)的應(yīng)用和需求
1.1博物館或者藝術(shù)館對數(shù)字化的要求
在博物館或者其他藝術(shù)館當(dāng)中，必須將一些藏品、藝術(shù)品轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀讉鞑ァ⑹褂谩⒔粨Q的數(shù)字信息。在本篇論文中，簡要介紹了博物館或者藝術(shù)館對數(shù)字化的要求。
第一，必須使藏品、藝術(shù)品的信息能夠完全的被獲取，比如藏品的形狀、顏色、規(guī)格、外表屬性等等。一般情況下，是采用BRDF以及BRTF之類的函數(shù)來進(jìn)行描述。對于藝術(shù)品或者藏品的擺放方向、位置等不能移動。此外，所以能夠被看到的信息都要進(jìn)行數(shù)字化，不能有空缺。第二，在數(shù)字化完成以后，必須達(dá)到高保真的效果。也就是說，每一個細(xì)節(jié)都必須和原作品一致。需要達(dá)到高保真效果的不只是外形，更要包含圖案、質(zhì)地以及色彩等等。比如，藏品上面的圖案不能失真，不能縮小，也不能放大。如果有失真的現(xiàn)象產(chǎn)生，那么藏品就會失掉自身的價值。第三，采集的過程中要注意保護(hù)藏品，不能對其造成損壞。這種損壞包括物理損壞以及顏料帶來的影響、激光掃描帶來的影響等等。如果是不能移動的藏品，那么就更不能在采集的時候?qū)Σ仄窋[放位置進(jìn)行改變。第四，必須達(dá)到一定的精度要求。因為只有將藏品和藝術(shù)品進(jìn)行數(shù)字化保存，將來才能將其作為研究的依據(jù)。不僅如此，還必須要對距離等細(xì)節(jié)問題進(jìn)行考慮，使之達(dá)到屏幕沉浸感展示的需求。舉個例子，一幅壁畫當(dāng)中的線條，要在屏幕中展示出來，就必須避免有馬賽克以及模糊的畫面。第五，必須先進(jìn)行計算，從而得出規(guī)范合理的光照條件。光照條件對于藝術(shù)品、藏品而言非常的重要，如果達(dá)不到一定的要求，光線太暗、太明亮，都會影響藏品的展示效果。在一些光線微弱的環(huán)境下，必須要借助光源來進(jìn)行展示。再對藝術(shù)品進(jìn)行數(shù)字化，那么就會產(chǎn)生明暗接縫的不良效果。所以，必須去掉環(huán)境當(dāng)中的光線對藏品數(shù)字化以后產(chǎn)生的不良效果。然后再對色彩進(jìn)行管理，對色彩進(jìn)行校正，這樣才能使藏品、藝術(shù)品展示出最好的效果。
將藏品進(jìn)行數(shù)字化以后，能得到一些數(shù)據(jù)和信息。應(yīng)該對其實施一定的規(guī)劃，使其能夠被快速的搜索出來。
1.2為什么要進(jìn)行互動展示
一般情況下，博物館會將文物和藏品進(jìn)行互動展示。展示的目標(biāo)在于研究怎樣實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實的技術(shù)，如何讓參觀的人和藏品進(jìn)行有效的互動。只有讓參觀者通過計算機(jī)技術(shù)模擬的場景，感知到了藏品的珍貴，獲得了一定知識，才能更好的達(dá)到這樣一個目標(biāo)。所以，必須從以下這幾個方面來對多媒體三維互動展示技術(shù)進(jìn)行研究。
第一，面向基于通過PC的展示設(shè)備。其可以減少一部分投入，而且還可以在一定程度上對先期投資進(jìn)行保護(hù)，從而防止高投入的非通用設(shè)備環(huán)境產(chǎn)生一系列的麻煩，因為在使用、維護(hù)的過程中，很容易產(chǎn)生問題。第二，面向大量的藏品信息。藏品被電子化以后，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)和信息，尤其是圖像和圖形，更是會產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)。舉個例子，敦煌莫高窟中的一個洞窟，在被數(shù)字化了以后，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量驚人的達(dá)到了20G左右。第三，在完成了實時互動的情況下，達(dá)到畫面質(zhì)量的高要求。除了要使畫面渲染的幀速率達(dá)到24EPS以上，另外交互響應(yīng)的延遲也必須達(dá)到8毫米秒左右。為了讓畫面感更強(qiáng)，不能對模型進(jìn)行簡化，必須根據(jù)真實的光線來進(jìn)行設(shè)計。第四，實現(xiàn)全維度的交互。對藏品進(jìn)行控制的時候，需要變換光線和環(huán)境，也需要對藏品進(jìn)行不同的互動操作。第五，關(guān)于復(fù)雜的文物遺存場景。很多的文物不但時間較久，而且外形奇形怪狀，顯得不規(guī)則。這樣一來，計算起來便有一定的難度。除了要計算動力學(xué)和流體以外，還要對粒子系統(tǒng)進(jìn)行計算。這樣才能夠真正達(dá)到復(fù)雜文物遺存場景的顯示需要。
2關(guān)于三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用
2.1三維數(shù)字化技術(shù)在有形藏品當(dāng)中的需要
當(dāng)前，對藏品進(jìn)行三維技術(shù)方面的重建，必須要通過掃描儀進(jìn)行掃描，從而取得物體表面的信息。它有以下這幾個特點：第一，能夠取得一部分幾何方面的信息。關(guān)于幾何的全部信息，幾乎不可能被取得，只能得到三維形狀。如果缺乏顏色和紋理，那么就沒有質(zhì)感。要想獲得顏色和紋理，就必須實施貼圖，但是這會在一定程度上影響模型的真實性。不僅如此，要采取其他的方式才能使物體更加有質(zhì)感。第二，雖然有一些掃描設(shè)備也能夠得到貼圖，但這些貼圖比較簡單。而且因為貼圖屬于正交映射的，其會影響到藏品，使得藏品的細(xì)節(jié)產(chǎn)生模糊或者失真的現(xiàn)象。此外，激光產(chǎn)生的一些能量，也會對藏品產(chǎn)生一些損壞。第三，三維掃描的時候，會出現(xiàn)一部分的冗余數(shù)據(jù)，這些冗余數(shù)據(jù)會影響互動展示。所以，一般情況下會對三維掃描產(chǎn)生的模型實施簡化，這樣可以達(dá)到一定的要求。盡管如此，卻有一定的局限性，比如簡化后會使模型失真。
要對三維進(jìn)行重建，必須采取立體視覺的方法，這對藏品的展示非常有利。因為立體視覺采用的是多幅圖的方式，可采用這樣的方式來獲取幾何信息。同時，這種方法也叫nage based modeling。其將計算機(jī)和三維技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，一旦物體上的點呈現(xiàn)在各個位置拍攝的不同圖像中，像點位置便會產(chǎn)生差錯，這就是視差。對于定視點拍攝的圖像和它所對應(yīng)的點，可按照空間里的三角形來計算出其中的三維坐標(biāo)，相機(jī)光心和點在對應(yīng)圖像里投影線和光心線來進(jìn)行構(gòu)圖，畫成三角形。下面詳細(xì)對博物館文物數(shù)字化進(jìn)行了一定的研究，具體如下：
首先，在對不能移動的文物進(jìn)行數(shù)字化時，存在場地的限制問題。如果要改變文物的方位，幾乎時不可能的。于是，需要采用各種復(fù)雜的方法來對文物進(jìn)行數(shù)字化，同時要避免對文物產(chǎn)生損壞。其次，在數(shù)字化的時候要提高準(zhǔn)確度，就必須科學(xué)的獲得文物的形狀、紋理以及顏色等等。而且還要防止操作過程中產(chǎn)生主觀因素，從而保證藏品保持原樣。舉個例子，某博物館對敦煌彩塑實施三維數(shù)字化，達(dá)到的誤差不到0.1毫米。最后，在獲得文物的屬性時，還需要對拍攝的環(huán)境進(jìn)行還原。一般情況下，在文物所處的環(huán)境中，顏色和光線都會對其的展示產(chǎn)生一定影響。如果光線微弱，那么需要設(shè)置輔助光源，數(shù)字化之后會導(dǎo)致明暗接縫的現(xiàn)象產(chǎn)生。所以必須得出物體的BRDF，獲得光源的數(shù)量、顏色、方向等信息。然后再對逆光進(jìn)行計算，除掉光照對數(shù)字化后的文物造成的不良影響。最后再實施色彩方面的管理，就可以使藏品得到良好的展示。
2.2 三維數(shù)字化技術(shù)在無形藏品當(dāng)中的需要
利用三維數(shù)字化技術(shù)來對無形藏品進(jìn)行顯示，具有一定的難度。常見的無形藏品如古生物化石等，可以利用古生物三維復(fù)原技術(shù)來顯示。其要求是，既要基于化石的三維重建，又必須要達(dá)到古生物研究的假設(shè)。此外，顯示的結(jié)果也必須能夠和電影所展示的效果相等。主要路線是以下這幾種：第一，基于立體視覺，根據(jù)石化三維來對古生物的骨骼進(jìn)行重建。第二，根據(jù)化石來對角質(zhì)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集。第三，除了采用第一種基于立體視覺的方式，還要對角質(zhì)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，最后對皮膚等進(jìn)復(fù)原。第三，對于考察到的結(jié)果，全部進(jìn)行記錄。第四，根據(jù)考察到的結(jié)果，將古生物三維模型進(jìn)行數(shù)字化，達(dá)到好的視覺效果。
采用以上的方式，我國在古生物的領(lǐng)域有了大的發(fā)現(xiàn)，不但復(fù)原了澄江生物群，也復(fù)原了熱河生物群。
3數(shù)字陳列展示技術(shù)
（1）根據(jù)藏品的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)電影級別虛擬現(xiàn)實。筆者認(rèn)為，先要解決數(shù)據(jù)的渲染問題。因為藏品在進(jìn)行數(shù)字化的時候，會產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)。如果藏品非常復(fù)雜，或者形狀不規(guī)則，那么就非常麻煩。可以從PC底層進(jìn)行設(shè)計，增加一個渲染加速框架。這個框架可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。采用這樣的框架，很多的數(shù)字博物館取得了一定的成效。比如敦煌莫高窟通過高精度三維互動技術(shù)以后，達(dá)到了一定的質(zhì)量要求。（2）利用多媒體三維互動技術(shù)來對藏品進(jìn)行展示。多媒體三維互動技術(shù)對藏品進(jìn)行展示的時候，也要突出其內(nèi)涵，比如文物的制造手法、藝術(shù)價值以及用途，文化背景等等。這些知識不能僅僅通過晦澀的文字來展示給參觀的人。為了給參觀者提供一個更加生動參觀過程，可以將多種表示形式整合在一起，比如圖片、文字以及音頻、視頻等。（3）球幕沉浸感的展示。 在陳列展覽品的時候，還必須有一個目的，讓參觀的人沉浸在虛擬的場景里，產(chǎn)生置身于其中的感覺。這種技術(shù)包括了4D、球幕以及環(huán)幕等。下面簡要介紹球幕技術(shù)。
上個世紀(jì)70年代初期，球幕技術(shù)產(chǎn)生。它的屏幕是半球狀的，將參觀的人包圍在里面，整個視覺像是蒼穹一般。而且視覺范圍也非常廣，甚至達(dá)到了一百八十度，讓前來參觀的人產(chǎn)生了身臨其境的感覺。目前常常采用的球幕技術(shù)是full-dome方式，其立體感非常強(qiáng)。
4總結(jié)與體會
當(dāng)前，在對藝術(shù)品和文物進(jìn)行保護(hù)、研究、展示的時候，一直存在這樣的矛盾，即保護(hù)和利用之間產(chǎn)生的矛盾。但是多媒體三維互動展示技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這樣的問題，不管是可移動的文物，還是不可移動的文物，都能夠通過這種技術(shù)進(jìn)行展示。如今，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]李琳琳，曹凱濱，管斌.增城市綠道三維互動展示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].城市勘測，2013，（5）：26-28.
關(guān)鍵詞：二維；三維；場景；角色
在動畫設(shè)計這個遼闊的領(lǐng)域中，二維動畫和三維動畫各有所長，表現(xiàn)手法也不一樣，互相不可代表，各有各的藝術(shù)特點。
什么是二維什么是三維？二維與三維動畫只有一字之差，但它們究竟區(qū)別在哪里？說得淺顯一點，二維只能進(jìn)行上下、左右兩個維度的運動，即X、Y軸向上的運動。而三維在這個基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行前后維度的運動，即Z軸。而三維動畫的空間感更為真實可信，同時也使動畫制作人員從動輒成千上萬張畫中解脫出來，它的出現(xiàn)顛覆性的改變了動畫的制作流程，也使得越來越多的人走入了動畫制作這個行業(yè)。
無論是二維動畫還是三維動畫前期的流程都是一樣的，先創(chuàng)建劇本，再根據(jù)劇本制作文字分鏡或畫面分鏡，以及角色設(shè)計、場景設(shè)計、道具設(shè)計等等。
首先是劇本，即整部動畫的故事情節(jié)，如果是一般的動畫創(chuàng)作的話，需要有故事梗概、發(fā)展主線、故事情節(jié)等。故事梗概要求用最少的文字將故事講述出來；發(fā)展主線是將故事發(fā)展的一些轉(zhuǎn)折點標(biāo)注出來；故事情節(jié)則是完整的講述。然后是文字分鏡，使用文字描述的方式，將動畫分鏡頭寫出來。這種方式一般用于工期比較緊的動畫制作，由于沒有時間去繪制分鏡，因此就用文字的方式來表達(dá)。要求語言準(zhǔn)確，一般不要帶有任何修飾性詞匯。例如“天氣好的讓人心曠神怡”這樣的表達(dá)就讓制作人員無從下手，正確的應(yīng)該是“藍(lán)色的天空中飄著幾朵白云，風(fēng)把幾片樹葉輕輕吹了起來”，這樣制作人員就知道如何繪制了。而畫面分鏡就是使用繪畫的方式將每一個動畫鏡頭繪制出來，一般的動畫對畫面要求不高，能夠表達(dá)清楚拍攝角度、攝像機(jī)的運動、人物的前后順序、場景與人物的關(guān)系就基本可以了，如果有時間還可以繪制出光線的變化和表情變化等。跟著就是角色的設(shè)計，包括前期的性格、行為設(shè)定，然后根據(jù)角色特性開始繪制，要求有正面、側(cè)面、背面的三視圖，甚至還有1/2側(cè)、俯視圖等，如果是多個角色的話，還需要繪制一張總表，將所有角色都放進(jìn)去，使身高差異顯示清楚。最后是場景設(shè)計，根據(jù)劇情需要，根據(jù)情節(jié)繪制不同的場景，如果是一般的動畫創(chuàng)作，一張分圖層的場景即可，但如果較為復(fù)雜的場景，還需要繪制出場景的不同角度。
到中期以后，二維動畫與三維動畫才有了很明顯的技術(shù)上的差異。
在二維動畫的制作過程中，根據(jù)前期的設(shè)計進(jìn)行原畫繪制、動畫中間畫繪制、動撿、場景的繪制、總撿等。
首先就是原畫繪制鏡頭中的人物或動物、道具要交給原畫師，原畫師將這些人物、動物等角色的每一個動作的關(guān)鍵瞬間畫面繪制出來。接下來就是動畫中間畫的繪制，動畫師是原畫師的助手，他的任務(wù)是使角色的動作連貫。原畫師的原畫表現(xiàn)的只是角色的關(guān)鍵動作，因此角色的動作是不連貫的。在這些關(guān)鍵動作之間要將角色的中間動作插入補(bǔ)齊，使其連貫起來。動作繪制完成，就需要動檢了，作用是檢查動作是否連貫，有沒有失幀的現(xiàn)象。同時進(jìn)行的還有場景的繪制，場景設(shè)計側(cè)重于人物所處的環(huán)境，是高山還是平原，屋內(nèi)還是屋外，哪個國家，哪個地區(qū)，都要一次性將動畫片中提到的場所繪制出來。再就是是定色與著色，繪制完的動作與場景，先定好顏色，在每個部位寫上顏色代表號碼，再涂上顏色。最后是總檢，做好的彩色場景與上色的角色動作疊加在一起，檢查有無錯誤。比如某一張人物的某一個部位忘記上色，畫面是否干凈等。
在三維動畫的制作過程中，一般的流程就是根據(jù)前期的設(shè)計進(jìn)行建模、材質(zhì)、骨骼綁定、動畫、燈光、渲染。
首先是角色與場景的建模，根據(jù)前期的人物設(shè)定和場景設(shè)定，在三維軟件中制作出相應(yīng)的模型。這個工種對人體結(jié)構(gòu)、肌肉分布等要求很高，最好有一定的雕塑基礎(chǔ)。另外，建模并不僅僅是把模型制作出來就行，它還有很多細(xì)的要求，例如有的要求模型的面數(shù)在2000以內(nèi)，這樣的模型稱之為簡模，但絕對不是很粗糙的模型，而是用最少的線做出高模的效果來。既然有簡模，就肯定會有高模，這樣的高精度模型對細(xì)節(jié)要求極為嚴(yán)格。其次是材質(zhì)，為制作好的模型繪制皮膚、服飾的貼圖，以及設(shè)定場景、道具和各物體的質(zhì)感效果，要求對色彩和質(zhì)感較為敏感，有較強(qiáng)的美術(shù)功底，可以直接繪制貼圖。在就是骨骼的綁定，為角色的模型裝配骨骼系統(tǒng)，其中包括IK、FK，以及控制器、驅(qū)動關(guān)鍵幀等，這是一個需要邏輯思維能力比較強(qiáng)的人才干的來的活，大量的層級關(guān)系、約束被約束、IK和FK的轉(zhuǎn)換等，都是有比較強(qiáng)的邏輯關(guān)系在里面的。最后就是動畫的調(diào)整，調(diào)整角色的骨骼，使角色根據(jù)劇情的需要，作出不同的動作和表情，要求對角色的運動規(guī)律有較深的了解，使動作真實可信，而且能夠在原基礎(chǔ)上進(jìn)行夸張甚至變形。而場景的搭建與貼圖也應(yīng)該要在這個時候完成。
在二維和三維動畫的制作過程中，除了最后的后期合成同樣都要用到視頻編輯軟件以外，二維其它部分的制作都需要在二維軟件中或是手繪直接完成的，在三維動畫制作的過程中，其他的部分都需要在三維軟件中完成。
所以相比于二維技術(shù)與三維技術(shù)它們是都有各自的不可替代之處。而且是相互滲透，三維動畫技術(shù)可以模擬出二維動畫的手繪風(fēng)格，二維動畫技術(shù)也可以為三位動畫提供幫助，三維、二維兩者相互結(jié)合，發(fā)揮其優(yōu)勢、互補(bǔ)其各自局限，使的現(xiàn)代的動畫給人們帶來了全新的視覺感受力與沖擊力。
參考文獻(xiàn)
[1]《動畫電影視聽語言》北長江出版集團(tuán) 湖北美術(shù)出版社出版
[2]《動畫概論》中國電影出版社
[3]《CG動畫求職手冊》陽光CG圖書工作室電子工業(yè)出版社
[4]《CG文物模型站立姿勢集》清華大學(xué)出版社
關(guān)鍵詞：三維技術(shù)；動畫電影；三維動畫
三維技術(shù)是計算機(jī)軟硬件而催生出來的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的二維動畫不同，三維技術(shù)使動畫電影在視覺效果上更加立體、生動。三維技術(shù)的出現(xiàn)并應(yīng)用到動畫制作中像是一場動畫領(lǐng)域的革命，是動畫電影一次里程碑式的跨越。三維技術(shù)的出現(xiàn)打破了人們對動畫的傳統(tǒng)認(rèn)識，取代了之前的二維動畫，使三維動畫成為動畫領(lǐng)域的代表。
1三維動畫的產(chǎn)生和發(fā)展
三維動畫又稱3D動畫，是通過三維動畫軟件在計算機(jī)中虛擬建立以立體長、寬、高的空間來展示動畫的。三維動畫在制作的過程中其制作流程與傳統(tǒng)動畫基本如出一轍，只是在其中加入了三維動畫效果的制作，把傳統(tǒng)動畫中需要手繪的角色形象與場景，通過三維動畫軟件制作成立體效果，模擬出需要的角色形象與場景。并在三維動畫軟件中賦予其動作、燈光、材質(zhì)、渲染等參數(shù)設(shè)置，最后生成精美的動畫畫面。
20世紀(jì)80年代，美國開始探索運用計算機(jī)制作動畫。此時，三維動畫技術(shù)還處于探索階段，三維動畫影片也不是特別多，最初的三維動畫技術(shù)大多應(yīng)用在影視電影中，電影《侏羅紀(jì)公園》通過計算機(jī)編碼對畫面進(jìn)行處理，從實境中插入三維動畫恐龍造型，在銀幕上逼真地表現(xiàn)古代生物在地球上活動的情景。龐大的恐龍吼叫著穿過大地，鯨魚訓(xùn)練幼子……這些充分證明三維動畫技術(shù)在電影創(chuàng)作中的重要作用。計算機(jī)動畫技術(shù)的突飛猛進(jìn)，使得制作大型逼真的場景成為可能，隨著三維動畫技術(shù)的日臻成熟，1995年由迪斯尼公司推出了世界電影史上第一部由計算機(jī)制作的三維動畫電影《玩具總動員》。這部立體的動畫片，是推動動畫向三維領(lǐng)域發(fā)展的里程碑。2011年夢工廠推出《怪物史萊克》，這部影片獲得了巨大的成功，把美國動畫電影推向了新的高峰，同時標(biāo)志著三維動畫進(jìn)入迅猛發(fā)展時期。2004年，《怪物史萊克2》在世界各地勢頭未盡，《鯊魚黑幫》《超人特攻隊》《極地快車》等三維動畫大片又接踵而至，三維動畫大有百家爭鳴，百花齊放的情景，三維動畫影片進(jìn)入全盛時期。三維動畫作品的問世給觀眾帶來了全新的視覺沖擊，給人以耳目一新的感覺。
2三維動畫的特點和作用
三維動畫與傳統(tǒng)的二維動畫相比，在角色的表情豐富度和真實度上優(yōu)于傳統(tǒng)手繪動畫；在視覺效果上更加立體、生動，在動畫制作上向著低成本、高效率的方向前進(jìn)。其制作過程中可以完成不可能完成的鏡頭，可以創(chuàng)建出不存在的角色形象，它將虛擬的東西真實化，給觀眾視覺上無限的沖擊。
2.1突出的模型建設(shè)能力
三維動畫在角色模型上不受客觀條件的限制，動畫設(shè)計者可以隨心所欲的制造出現(xiàn)實存在的真實物體或景觀，也可以將現(xiàn)實中沒有的，超乎于現(xiàn)實的物體和景觀制造出來。例如，電影《阿凡達(dá)》中潘多拉星球中的參天巨樹、星羅棋布飄浮在空中的群山、色彩斑斕充滿奇特植物的茂密雨林，夜晚如同夢中奇幻花園會發(fā)光的各種動植物等等這些都是通過三維技術(shù)實現(xiàn)的。
2.2空間與角色運動實現(xiàn)的無約束性
在傳統(tǒng)的二維動畫制作過程中，由于受到手繪動畫的限制，一些高難度的動作難以完成。三維技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)象。例如，在動畫影片《美女與野獸》中，影片最后的場景，美女與野獸共舞，實際上就是應(yīng)用三維動畫軟件制作成二維動畫效果完成的，人物與環(huán)境都呈現(xiàn)在360度的旋轉(zhuǎn)之中。這種動作用傳統(tǒng)的動畫技術(shù)無法實現(xiàn)，也不可能現(xiàn)的。由于三維技術(shù)的出現(xiàn)，從而創(chuàng)造了精彩的畫面，達(dá)到了意想不到的效果，同時在形式上達(dá)到完美的統(tǒng)一。
2.3光影表現(xiàn)力的多樣性
相對于傳統(tǒng)動畫來說，三維動畫可以任意發(fā)揮制作者的想象力，做出更接近理想化的效果。三維動畫中燈光的應(yīng)用遵循超寫實的仿照自然原則，同時結(jié)合電影藝術(shù)和藝術(shù)大師的畫面感進(jìn)行制作，使畫面既真實又充滿藝術(shù)感。燈光效果在服從于劇情的同時，還要創(chuàng)造場景氛圍，如歡樂、悲傷、欣喜、邪惡等情緒。
2.4質(zhì)感表現(xiàn)力的豐富性
三維動畫中的質(zhì)感主要指動畫畫面整體所表現(xiàn)的精細(xì)感與真實感程度。2009年推出的《飛屋環(huán)游記》中視覺表現(xiàn)無與倫比，既有絢麗的自然風(fēng)光，也有精致的皮膚質(zhì)感塑造和毛發(fā)表現(xiàn)。將真實的自然景觀藝術(shù)化地展現(xiàn)在觀眾的眼前。
2.5制作過程的簡單化
三維動畫技術(shù)相對與傳統(tǒng)動畫而言，節(jié)省了很多的繪制工作，在三維動畫的制作過程中將模型創(chuàng)建好，給予好材質(zhì)、燈光、骨骼、攝影機(jī)等。就可以在軟件中進(jìn)行動作的編輯了，通過后面對機(jī)位的選擇，渲染出需要的鏡頭。從而節(jié)省了傳統(tǒng)動畫中繪制原畫和中間畫的過程，三維動畫的制作過程更加簡便與高效。
3三維動畫的發(fā)展?jié)摿?/p>
在動畫發(fā)展的百年歷史中，三維動畫還是一個新興的動畫類型，但縱觀三維動畫的發(fā)展歷程，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維動畫技術(shù)的靈活性將逐漸融入影視領(lǐng)域中，解決其拍攝過程中的局限性問題，彌補(bǔ)其拍攝角度的不足。
關(guān)鍵詞 三維技術(shù)；質(zhì)感；視覺；動畫
中圖分類號J2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2015）138-0070-02
動畫作為一種應(yīng)用廣泛的藝術(shù)形式，已經(jīng)在我們的日常生活中得到廣泛的普及，雖然動畫作為一種藝術(shù)形式而存在的壽命不過百年，但它的起源卻非常悠遠(yuǎn)，可追溯到距今二三萬年的遠(yuǎn)古時代。動畫作為人類文明中的寶貴財富，是集現(xiàn)代性和復(fù)古性的藝術(shù)形式之一。如今隨著科技的不斷發(fā)展，動畫技術(shù)已經(jīng)深入到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€角落，在我們的生活中，尤其是娛樂消遣中占有極大的比重。動畫技術(shù)變幻莫測，卻又與我們的生活緊密相連。現(xiàn)代的動畫，不僅僅只是作為一種藝術(shù)而存在，動畫產(chǎn)業(yè)也漸漸站穩(wěn)了腳根，得到了很好的發(fā)展。如今，由于電腦技術(shù)不斷向這高科技發(fā)展，動畫產(chǎn)業(yè)也深深受其影響，逐漸完成了由二維動畫向三維動畫的轉(zhuǎn)變。三維仿真技術(shù)為動畫的發(fā)展提供了更廣闊的發(fā)展空間和更大的競爭力。三維仿真技術(shù)在動畫中的運用，值得我們對其進(jìn)行深入的探討，并對其應(yīng)用進(jìn)行研究。
1 三維仿真技術(shù)的含義
三維仿真技術(shù)即我們所稱的3D動畫，隨著影視制作的需求和軟件技術(shù)的布點發(fā)展，三維仿真技術(shù)應(yīng)運而生，并受到業(yè)界的歡迎。三維動畫的制作模式如下：首先，設(shè)計師根據(jù)操作的實際需要，在計算機(jī)內(nèi)建立一個虛擬空間，虛擬空間建成后，按照腳本或者客戶需求，設(shè)計師對角色或者場景進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計和表現(xiàn)，再依據(jù)現(xiàn)實生活中的經(jīng)驗，根據(jù)人物、事物的動作、狀態(tài)對其運動的方向和軌跡進(jìn)行模擬設(shè)計，設(shè)計完成后，再對人物進(jìn)行蒙皮、事物進(jìn)行細(xì)節(jié)的勾畫設(shè)計。在完成對人物和事物的塑造后，便可依據(jù)腳本來進(jìn)入運動狀態(tài)，形成一個極具動感和現(xiàn)實感的三維動畫。
2 三維仿真技術(shù)的特點
1）對于無法完成的實景拍攝，三維動畫可對其進(jìn)行模擬，以排除危險因素；2）三維動畫的制作不似實景拍攝，易受天氣及氣候的影響；3）對于操作人員的物性以及硬性技術(shù)要求較高可以用三維動畫進(jìn)行模擬，降低成本 ；4）可進(jìn)行隨意變更，回爐再造周期短；
5）對于實拍來說，成本更易控制；6）通過三維動畫代替危險性較高的鏡頭 ；7）對無法重現(xiàn)的鏡頭進(jìn)行三維模擬；8）美化產(chǎn)品，達(dá)到特效制作；9）三維仿真技術(shù)制作時間與場景實拍相比較而言，時間長，處理精細(xì)。并且制作越精細(xì)越逼真，成本越高。
3 三維仿真技術(shù)的在動畫中的應(yīng)用
三維技術(shù)在動畫制作中得以廣泛運用，不僅僅是由于電腦技術(shù)以及軟件操作技術(shù)所帶來的便捷性，除此之外，三維技術(shù)在動畫中的運用突破了傳統(tǒng)二維技術(shù)制作的局限性，使屏幕內(nèi)的內(nèi)容更加豐富、更加動感，并且能夠給人耳目一新的感覺，因此三維技術(shù)在畫面的制作中，得以更廣泛的推廣及運用。[2]三維動畫不僅僅是對于動畫片的運用，還可以用于廣告和電影電視劇的特效制作（如爆炸、煙霧、下雨、光效等）、特技（撞車、變形、虛幻場景或角色等）、廣告產(chǎn)品展示、片頭飛字等。
三維技術(shù)在動畫的應(yīng)用中，主要是對現(xiàn)實事物的虛擬再造以及不存在事物的合理想象。由于三維動畫存在著自身優(yōu)勢，被越來越頻繁地運用到動畫制作中。三維技術(shù)的發(fā)揮，使得動畫領(lǐng)域得以不斷發(fā)展和拓展。
一部完整的動畫制作不僅僅如我們在熒幕上看到的那樣簡單，總體上，動畫制作分為前期策劃、中期制作、后期合成三個方面。[3]
在動畫制作流程中，不論是前期策劃的劇本及角色的設(shè)置、中期制作中道具及場景的布置，還是后期合成效即片頭片尾的制作等等，都離不開三維技術(shù)的
運用。
3.1 三維技術(shù)在前期策劃中的運用
制作短片之前，劇本的選擇非常重要。劇本決定了人物設(shè)計、情節(jié)結(jié)構(gòu)以及故事發(fā)展的主線和副線。在前期工作中，劇本確定后，根據(jù)劇情，制作人員會寫出文字分鏡頭，并對畫面與鏡頭進(jìn)行相應(yīng)的融合和分配，以使劇情連貫，構(gòu)成完整的敘事。在此期間，三維技術(shù)無需發(fā)揮太大作用，只用于動畫完成之前，畫面效果以及人物形象的的預(yù)估作用等等。
3.2 三維技術(shù)在中期制作中的作用
在中期制作中，三維技術(shù)開始派上較大的用場。其中包括道具、角色的設(shè)計，角色骨骼的綁定、蒙皮等等。中期制作流程任務(wù)量龐大，場景的復(fù)雜程度、人物的個性化、道具的精確性都為三維技術(shù)的運用提供了寬闊的空間。
在道具場景的設(shè)計工作中，主要運用Polygon，NURNS，SUBDIV三種技術(shù)對道具進(jìn)行建模工作，并根據(jù)劇情以及故事的風(fēng)格，設(shè)計出相應(yīng)的模型，與場景需求相匹配，在模型設(shè)計過程中，應(yīng)充分利用三維技術(shù)。[4]刻畫出道具的棱角和輪廓，使物體看起來更鮮活、更接近實物。
在人物角色設(shè)計中，為了體現(xiàn)角色的個性化和人物特征，制作過程總共分為兩部分：首先利用三維技術(shù)進(jìn)行角色建模，其次利用三維技術(shù)進(jìn)行角色的材質(zhì)貼圖制作。在角色的建模過程中，不僅僅是對人物形象的設(shè)計，還有關(guān)于人體結(jié)構(gòu)、肢體運動、肌肉走勢等等，都應(yīng)注意變通。本項目中主要運用的是Polygon技術(shù)，制作好人物模型后，在完成相應(yīng)的細(xì)節(jié)設(shè)計。
人物模型設(shè)計好后，要對骨骼進(jìn)行綁定，而后進(jìn)行人物的蒙皮，以達(dá)到仿真效果。在這一過程中，先從人物軀體的主干開始運作，再經(jīng)由四肢、頭部，進(jìn)入Animation應(yīng)用，使用骨骼組建命令進(jìn)行骨骼的接合。在蒙皮環(huán)節(jié)，運用pain-skin-weights-tool，對人物進(jìn)行蒙皮。蒙皮及骨骼設(shè)計完成后，即可對人物做出表情設(shè)定，肢體語言設(shè)置等等。
制作動畫的過程中，主要是運用三維技術(shù)完成，主要包括非線性動畫、路徑動畫、關(guān)鍵幀動畫、驅(qū)動關(guān)鍵幀動力學(xué)動畫、運動捕捉等等。主要的技術(shù)運用還是應(yīng)依據(jù)動畫短片的特點、劇情走向、人物設(shè)置等等，挑選出與實際需求相適應(yīng)的三維技術(shù)。
3.3 三維技術(shù)在后期制作中的作用
后期制作主要包括特效和音效的制作渲染。在特效場景的制作環(huán)節(jié)中，主要是運用After Effects工具制作與場景相符的特效現(xiàn)象，以豐富畫面，增加動感。音效及合成相對簡單，只需要在音效剪輯軟件中輸入原材料，僅是適當(dāng)?shù)暮铣杉糨嫞憧蛇m用于動畫中。
4 結(jié)論
隨著電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，三維技術(shù)已在動畫制作中得到了越來越廣泛和靈活的運用。三維技術(shù)已經(jīng)深入了動畫制作的整個流程之中，并以其高度的靈活性使得動畫的特技制作越來越嫻熟，使動畫具備了更好的品質(zhì)。在動畫的發(fā)展歷程中，只有不斷投入三維技術(shù)的使用，使創(chuàng)造性的思維方式與精湛的三維技術(shù)相結(jié)合，方能不斷推進(jìn)動畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用，從而呈現(xiàn)出更多的優(yōu)秀作品。
參考文獻(xiàn)
[1]王軍.動畫技術(shù)大[J].兵器工業(yè)出版社，2011：35.
[2]王俊偉.3DMAX標(biāo)準(zhǔn)教程[J].清華大學(xué)出版社出版，2013：56.
[3]于鵬.PHOTOSHOP7.0[J].清華大學(xué)出版社出版，
關(guān)鍵詞：虛擬；三維服裝；建模技術(shù)；展示
中圖分類號：J0-05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Current Situation and Future Developing Trend of Virtual Threedimensional Clothing Displaying Technology
Abstract： Three-dimensional virtual clothing displaying technology has experienced the transformation from the simple static simulation of clothing shifting to the complex three-dimensional dynamic simulation. From the perspective of modeling techniques， dynamic simulation， folding treatment， construction method of virtual displaying， etc.， this paper puts forward a systematic scheme， summarizes the three main technical schemes for three-dimensional virtual displaying of clothing， systematically introduces the current research on three-dimensional virtual displaying technologies and elaborately analyzes the challenges ahead and future developing trend of the research on three-dimensional virtual clothing displaying technologies.
Key words： virtual； three-dimensional clothing； modeling technique； display
虛擬三維服裝展示是根據(jù)服裝設(shè)計和展示陳列人員陳展需要，運用計算機(jī)科學(xué)、藝術(shù)等其他學(xué)科領(lǐng)域的知識，在計算機(jī)里建立數(shù)字化的服裝采樣系統(tǒng)，計算機(jī)按照所選尺寸模擬樣衣著裝效果，從而生成三維服裝的虛擬展示效果。虛擬三維服裝展示技術(shù)改變了傳統(tǒng)的采用真人模特試衣的方式，利用計算機(jī)技術(shù)和交互技術(shù)就可以進(jìn)行服裝的立體展示。
1 虛擬三維服裝展示技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.1 國外關(guān)于虛擬三維服裝展示技術(shù)的研究
國外關(guān)于虛擬三維服裝展示技術(shù)的研究已趨于成熟，無論是靜態(tài)展示還是動態(tài)展示都已形成完善的展示系統(tǒng)。瑞士Miralab實驗室在虛擬服裝及動畫方面積累了大量的研究經(jīng)驗與科研成果。1990年，Miralab實驗室的“FlashBack”虛擬服裝項目是第一個真正意義上三維服裝虛擬展示的案例。
之后，此實驗室把重點放在了虛擬三維服裝展示技術(shù)中的三維服裝物理建模的研究上，即表現(xiàn)服裝動態(tài)時的力學(xué)性能。此外，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的MIRALAB實驗室以及H&M服裝公司推出了網(wǎng)上試衣間服務(wù)以及著名的My Virtual Model（MVM）試衣網(wǎng)站，英國倫敦技術(shù)學(xué)院的“Center for 3D Electronic Commerce”項目，歐洲信息與算法研究協(xié)會的“MtoM3D”項目等都對三維服裝虛擬展示技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。
1.2 國內(nèi)關(guān)于虛擬三維服裝展示技術(shù)的研究
我國關(guān)于虛擬三維服裝展示技術(shù)的研究還處于發(fā)展階段。杭州森動數(shù)碼科技有限公司與幾家全球知名的IT科技廠家合作，利用全球最新3D技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實以及體感技術(shù)等科技元素，自主研發(fā)“3D虛擬試衣”軟件，滿足了服裝消費者個性化需求，節(jié)約了試衣的時間；此外，江南大學(xué)民間服飾博物館基于“CLO3D”三維服裝展示軟件制作的民間服飾的虛擬展示，逼真地模擬出了館藏的漢民族服裝文物的質(zhì)感，很好地解決了民族服飾展示棘手問題。由此可見，虛擬三維服裝展示技術(shù)在國內(nèi)趨于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。此外，北京服裝學(xué)院、浙江大學(xué)CAD&CG國家重點實驗室、東華大學(xué)、中科院以及天津工業(yè)大學(xué)等高校均在該領(lǐng)域有所研究，并通過相關(guān)課題研究取得一定的成果。
2 虛擬三維服裝展示技術(shù)的研究內(nèi)容
2.1 三維人體模型的建立
人體模型是虛擬著裝的主體。根據(jù)服裝款式、材料等元素的需要建立與之對應(yīng)的人體模型，所以人體模型的尺寸、姿勢和體態(tài)在服裝虛擬展示中顯得尤其重要。目前，三維人體模型主要有幾何建模、三維掃描數(shù)據(jù)以及三維軟件建模 3 種方法，其中三維軟件建模方法是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的趨勢與主流。
幾何建模方法是根據(jù)人體結(jié)構(gòu)及其特征，定義與之對應(yīng)三維人體造型特征。該方法出現(xiàn)時間較早，是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展階段的重要技術(shù)支撐，此方法以幾何信息和拓?fù)湫畔⒎磻?yīng)三維人體的具體結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)，是虛擬三維服裝展示技術(shù)初期的重要技術(shù)手段。
三維掃描數(shù)據(jù)建模運用非接觸式測量方法，借助激光三維掃描儀，進(jìn)行三維數(shù)字人體重建。它將人體的三維結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號，為人體數(shù)據(jù)的三維虛擬模擬提供了方便、快捷的手段。此方法建模比較昂貴，人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜時運行速度較慢，所以三維掃描數(shù)據(jù)建模方法很難得到推廣和普及。
三維軟件建模利用MAYA或3DS MAX等三維軟件，完成人體模型的創(chuàng)建。此建模方法操作簡單，容易上手，建模功能強(qiáng)大，在建立人體模型方面具有很大的優(yōu)勢。這兩款軟件的插件比較豐富，與其他軟件融合流暢，模型精準(zhǔn)、逼真，如圖 1 所示（基于MAYA軟件制作）。而且還可對所建模型貼材質(zhì)、調(diào)動作、編程序等，使三維服裝虛擬展示由靜態(tài)展示到動態(tài)展示靈活轉(zhuǎn)換。三維軟件建模是當(dāng)今三維虛擬展示的主流技術(shù)手段，不僅縮短了建模的時間，而且所建模型數(shù)據(jù)更加靈活，易于改動；展示手段等更加人性化，更具感染力。
2.2 三維服裝模型的建立
三維服裝建模方法主要有幾何建模法、基于粒子系統(tǒng)的物理建模法以及結(jié)合幾何與物理的混合建模法等 3 種方法。建模方法的原理不同，虛擬的服裝對象類型也存在差異。
幾何建模法：模擬布料的外觀形態(tài)，不涉及面料的物理特征，用幾何方程對虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的服裝效果進(jìn)行展示。此方法以已有的人體模型為基礎(chǔ)，求得服裝各造型點的數(shù)據(jù)；然后，根據(jù)服裝款型等因素對模型進(jìn)行經(jīng)緯線劃分，通過截取面得到數(shù)據(jù)，最后，根據(jù)人體與服裝的空隙度大小，獲取服裝表面各造型點的三維數(shù)據(jù)，完成服裝模型的創(chuàng)建。此方法有模型簡單、計算較快等優(yōu)點，但是對服裝的懸垂及質(zhì)感的模擬效果較差。
物理建模法：通過選擇參數(shù)值可以較為直觀地控制服裝的懸垂與質(zhì)感。在模擬中區(qū)分毛、棉、絲、麻等不同服裝質(zhì)感，可較好地模擬服裝的真實效果。但是其模型復(fù)雜，計算速度較慢，與虛擬三維服裝展示的快捷、便捷理念相背離。
混合建模法：運用幾何方法進(jìn)行服裝模型的建立，用物理方法進(jìn)行服裝懸垂和質(zhì)感以及局部結(jié)構(gòu)的細(xì)化。利用彈性變形模型對服裝進(jìn)行變形，使服裝更具真實感，模擬出的服裝外形結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)，又能展現(xiàn)不同材料的服裝的懸垂與質(zhì)感（圖 2）。
2.3 三維場景的建立
三維服裝虛擬展示需要設(shè)定一個特定的展示空間，通過創(chuàng)建三維場景模擬出服裝所要表達(dá)的文化內(nèi)涵與時代場景，所以場景的搭建和布置也是非常重要的環(huán)節(jié)。在所建三維場景模型上匹配符合服裝展示主題的材質(zhì)、設(shè)定應(yīng)景的燈光等，以此模擬出服裝展示所需的場景。在三維場景的模擬上，VRML語言將影片、聲響、音樂等效果調(diào)和在一起，形成一個綜合性的單一媒體是三維服裝虛擬展示必不可少的應(yīng)用程序。在當(dāng)下，無論是時尚服裝的研發(fā)公司還是文物保護(hù)單位，三維場景模擬都有所運用，極大地豐富了服裝展示的效果與意義。
3 虛擬三維服裝展示技術(shù)研究趨勢
3.1 虛擬三維服裝展示技術(shù)的不足
當(dāng)前，虛擬三維服裝展示技術(shù)日趨成熟，已由最初的簡單服裝的靜態(tài)展示發(fā)展到現(xiàn)在的復(fù)雜服裝的動態(tài)展示，但也存在多方面的問題：三維立體模擬的真實感還有待加強(qiáng)，如服裝質(zhì)感與動感的表現(xiàn)、三維重建、逼真靈活的曲面造型等問題仍難以解決；三維服裝模擬的集成系統(tǒng)較少，二維衣片和三維服裝之間的轉(zhuǎn)化、二維圖案和面料的三維覆蓋等問題沒有得到很好的解決。虛擬三維服裝展示技術(shù)可以對服裝虛擬展示中所用模特的尺寸、姿勢和體態(tài)進(jìn)行操作，但是對服裝的虛擬變形以及服裝的懸垂性模擬操作還有一定的難度。需要從事虛擬三維服裝展示的研究人員與學(xué)者共同的努力與合作，研發(fā)出更好的服裝虛擬展示系統(tǒng)。
3.2 虛擬三維服裝展示技術(shù)的挑戰(zhàn)
隨著科技的發(fā)展，服裝虛擬展示必將向著智能化、自動化的方向發(fā)展，服裝模型的動態(tài)模擬/三維服裝褶皺效果處理是其趨勢，但是在未來的研究道路上也會遇到許多難題與挑戰(zhàn)。
（1）服裝模型的動態(tài)模擬研究
服裝模型的動態(tài)模擬在三維服裝虛擬展示中有著至關(guān)重要的作用，服裝虛擬展示時，虛擬的人體模特運動和服裝動態(tài)模擬耗費的計算量非常大。
目前，三維服裝的動態(tài)展示難度很大，很多國內(nèi)外的專家學(xué)者對其都有研究，但是算法和物理模型在實踐中都與預(yù)期效果有一定差距。模擬三維服裝的動態(tài)效果，合理的碰撞檢測模型是前提，服裝曲面與人體曲面隨模特動作變化時相對位置關(guān)系的變動中不能有穿透發(fā)生。這一點對于目前的三維服裝虛擬展示技術(shù)來說是十分困難的。在三維服飾虛擬展示中，即使服裝在靜態(tài)人體上很合適，但并不能保證動態(tài)展示有同樣好的效果。因此，對于服裝面料的動態(tài)模擬的研究很有價值。
（2） 三維服裝褶皺效果處理研究
三維服裝虛擬展示已由靜態(tài)展示發(fā)展到動態(tài)展示，對于服裝褶皺的研究也有了更高要求。褶皺是服裝的重要外觀特征之一。在三維服裝虛擬展示中，褶皺效果的模擬主要有兩類：靜態(tài)效果的模擬與動態(tài)效果的模擬。目前，靜態(tài)效果模擬技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，效果較好。動態(tài)時服裝的飄動懸垂效果的模擬還處于探索階段，在進(jìn)行模擬仿真時，既要注重碰撞檢測的高效性，又要及時處理碰撞部位的褶皺問題。如何高效準(zhǔn)確地處理動態(tài)的褶皺的研究屬于服裝動態(tài)效果仿真技術(shù)中的一種，值得對其深入研究。
（3）虛擬三維服裝展示技術(shù)的挑戰(zhàn)
在虛擬三維服裝展示技術(shù)研究上還存在許多難題，如服裝仿真建模和數(shù)值計算等問題。對結(jié)構(gòu)復(fù)雜與材料較多的服裝，如何構(gòu)建仿真模型、服裝從靜態(tài)懸垂到動態(tài)變形怎樣相互轉(zhuǎn)化，是服裝模擬的最大挑戰(zhàn)。在模擬模特運動時服裝與身體的接觸以及服裝自身的交互碰撞問題、仿真的實時性問題以及服裝本身高度復(fù)雜的各向異性和非線性力學(xué)行為的模擬等問題，對于虛擬三維服裝展示技術(shù)的發(fā)展無疑是棘手的難題與挑戰(zhàn)。
4 結(jié)語
虛擬三維服裝展示技術(shù)在三維人體模型、三維服裝模型以及三維虛擬場景等方面都有很大的突破，實現(xiàn)了虛擬人體由靜態(tài)到動態(tài)的靈活轉(zhuǎn)換、虛擬服裝紋理與質(zhì)感的真實表現(xiàn)以及虛擬場景的真實模擬等。隨著對虛擬三維服裝展示技術(shù)更加深入與精細(xì)的研究，智能化的三維服裝虛擬展示是其發(fā)展趨勢，設(shè)計師可以隨心所欲地將自己設(shè)計的服裝借助虛擬展示技術(shù)瀏覽服裝在三維空間的效果，從而大大縮短了成衣的生產(chǎn)周期和展示成本，這將在時尚服裝的個性化設(shè)計與定制、傳統(tǒng)服裝的數(shù)字化展示等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] Volino P， Cordier F， Magnenat-Thalmann N. From early virtual garment simulation to interactive fashion design[J]. Computer-aided Design， 2005， 37（6）： 593-608.
[2] Vassilev T， Spanlang B， Chrysanthou Y. Fast cloth animation on walking avatars[A]. Computer Graphics Forum[C]. Blackwell Publishers Ltd.， 2001， 20（3）： 260-267.
[3] 毛天露， 王兆其， 夏時洪. 三維服裝仿真中的 “服裝-人體” 快速沖突檢測及響應(yīng)算法[J]. 計算機(jī)研究與發(fā)展， 2006， 43（2）： 356-361.
關(guān)鍵詞： 三維集成電路； 三維晶圓級封裝； 三維堆疊技術(shù)； 三維片上系統(tǒng)
中圖分類號： TN431.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0104?04
依靠減小特征尺寸來不斷提高集成度的方式因為特征尺寸越來越小而逐漸接近極限，而三維芯片則是繼續(xù)延續(xù)摩爾定律的最佳選擇[1]。理想的三維芯片是在硅片上交替的制造器件層和布線層，由于難度較大，現(xiàn)階段基本無法實現(xiàn)。目前的三維芯片，本質(zhì)上是封裝技術(shù)的一種延伸，是將多個裸晶片（die）堆疊起來，這種技術(shù)允許基本電路元件在垂直方向堆疊，而不是僅僅在平面互連。三維芯片的主流技術(shù)有兩種：SOI技術(shù)[2]和純硅技術(shù)[3]，TSV最小間距可達(dá)6 mm，最小直徑可達(dá)2 mm，即將走向量產(chǎn)階段，成為主流技術(shù)[4]。
三維芯片優(yōu)勢很多，除了明顯的提高集成度之外，更小的垂直互連，還可提高互連速度和減小最長全局連線。同時，連線的縮短會減少長連線上中繼器的數(shù)量，從而減少功耗[5]。因為堆疊的晶片可以是不同工藝的，三維芯片非常符合片上系統(tǒng)（System?on?Chip，SoC）的需求，生產(chǎn)異構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)。三維芯片符合未來的高性能計算和多核/眾核處理器的需求。目前IBM和Intel都紛紛在眾核處理器中試用三維堆疊技術(shù)，如IBM的Cyclops系統(tǒng)[6]和Intel的萬億次計算系統(tǒng)[7]。
1 三維互連技術(shù)定義
為了能夠?qū)θS技術(shù)的前景有個更清晰的了解，首先需要確定三維技術(shù)的定義，并給眾多的技術(shù)一個明確的分類[8]。組成電子系統(tǒng)的基本模塊為晶體管、二極管、被動電路元件、MEMS等。通常電子系統(tǒng)由兩部分組成：基本模塊和用于連接它們的復(fù)雜的互連系統(tǒng)。互連系統(tǒng)是分級別的，從基本模塊之間窄而短的連線到電路塊之間的長連線。設(shè)計良好的集成電路，線網(wǎng)會分為本地互連線、中層互連線和頂層互連線。電路也是分級別的，則從晶體管、邏輯門、子電路、電路塊到最后的帶引腳的整電路。如今被稱為三維技術(shù)的，是一種特別的通孔技術(shù)，這種技術(shù)允許基本電路元件在垂直方向堆疊，而不是僅僅在平面互連。這是三維集成技術(shù)的最顯著特征，它帶來了單位面積上的高集成度。三維互連技術(shù)，指的是允許基本電子元件垂直堆疊的技術(shù)。這里的基本電子元件指的是基本電子器件，例如晶體管、二極管、電阻、電容和電感。三維互連技術(shù)相關(guān)的一些定義見表1。
表1 三維互連技術(shù)的定義及特征
3D?Packaging（3D?P）：使用傳統(tǒng)包裝技術(shù)的三維集成，例如引線鍵合（wirebonding），層疊封裝（package?on?package stacking）或嵌入PCB板。
3D?Wafer?Level?Packaging（3D?WLP）：使用晶圓級封裝技術(shù)的三維集成，在晶圓制造之后進(jìn)行，例如倒裝封裝、fan?in和fan?out重構(gòu)晶圓級封裝。
3D?System?on?Chip（3D?SoC）：做為片上系統(tǒng)（System?on?Chip，SoC）設(shè)計的電路，但是用堆疊的多層晶片實現(xiàn)的。三維互連直接連接不同晶片上的電路塊。這種互連是全局級別的互連，可以允許大量的使用IP塊。
3D?Stacked?Integrated?Circuit（3D?SIC）：允許三維堆疊棧中的不同層的電路塊之間有直接的互連，這種互連是頂層和中層級別的互連線。這種三維堆疊棧由一系列的前段工藝（器件）和后段工藝（互連線）的交替堆疊而成的。
3D?Integrated?Circuit（3D?IC）：由各種有源器件直接堆疊而成。這里的互連是本地級的。這種三維堆棧是由器件和互連線混合堆疊而成的。
在上述介紹了很多實現(xiàn)三維互連的技術(shù)。其中備受關(guān)注的一個是硅通孔TSV技術(shù)，這個技術(shù)被廣泛的用于3D?WLP， 3D?SoC和 3D?SIC的互連線中。
硅通孔（Through Silicon Via，TSV），也叫硅穿孔，是一種穿透硅晶圓的器件層的垂直電連接[3]。具體的說，TSV就是用來連通晶圓上下兩邊的通孔，在通孔中灌注導(dǎo)體形成連線。灌注的導(dǎo)體可以根據(jù)其具體工藝來確定，如導(dǎo)電材料銅、鎢以及多晶硅，并用絕緣層（常為二氧化硅）將TSV導(dǎo)電材料與基底隔離開。這層絕緣層也確定了TSV主要的寄生電容及熱性能。TSV導(dǎo)體與通孔壁之間鍍有一層很薄的阻礙層（如鉭），用來阻止導(dǎo)體中的金屬原子向硅基底滲透。TSV通孔的形成有Bosch深反應(yīng)性離子蝕刻（Bosch Deep Reactive Ion Etching，Bosch DRIE）、雷射鉆孔（laser drilling）、低溫型深反應(yīng)性離子蝕刻（cryogenic DRIE）和各種濕式蝕刻（等向性和非等向性蝕刻）技術(shù)。在通孔形成的工藝上，特別強(qiáng)調(diào)其輪廓尺寸一致性，導(dǎo)孔不能有殘渣，且通孔的形成必須滿足相當(dāng)高的速度要求。
有很多方法可用于實現(xiàn)基于TSV的3D?SIC和3D?WLP，不過大致都劃分為如下工序：硅通孔階段、晶圓減薄、薄晶圓處理和背部處理、三維鍵合。這些工序的順序可能不同，會產(chǎn)生一系列的工藝流程。這些工藝流程可以按照四種特征來分類，具體如下：
（1） 按照TSV過程與器件擴(kuò)散過程的先后順序（見圖1）。先通孔：通孔工藝在前段工藝（Front?End of Line，F(xiàn)EOL）之前；采用這種技術(shù)使用的導(dǎo)電材料需要承受后段工藝的高溫?zé)釠_擊（常大于1 000 oC），所以只能選擇多晶硅為通孔材料；中通孔：通孔工藝在前段工藝FEOL器件制造之后，但是在后段工藝（back?end of line，BEOL）互連線之前；后通孔：通孔工藝在后段工藝之后，或與互連線工藝集成在一起進(jìn)行；采用這種技術(shù)可以使用金屬材料如銅和鎢。
（2） 根據(jù)TSV工藝與三維鍵合工藝的順序來劃分：TSV工藝在三維鍵合工藝之前或者之后。
（3） 根據(jù)晶圓減薄與三維鍵合工藝的順序來劃分：晶圓減薄工藝在三維鍵合工藝之前或者之后。
（4） 根據(jù)三維鍵合工藝來劃分：分為晶圓到晶圓（Wafer?to?Wafer，W2W）[9]鍵合、晶片到晶圓（Die?to?Wafer，D2W）[10?11]鍵合、晶片到晶片（Die?to?Die，D2D）[12?14]鍵合三種。采用的晶圓鍵合方法，包括：氧化物融熔鍵合（oxide fusion bonding）、聚合物黏著鍵合（polymer adhesive bonding） 、金屬?金屬鍵合（metal?metal bonding）。其中，金屬?金屬鍵合又可分為：金屬融熔鍵合（metal fusion bonding）和金屬共晶鍵合 （metal eutectic bonding），如：銅錫共晶（Cu?Sn eutectic）等。
以上是按照四種主要的特征來劃分，除此以外，還可以按照另外的特征來劃分，例如F2F（face?to?face）鍵合或者B2F（back?to?face）鍵合等。上面定義的通用流程特征可應(yīng)用于3D?WLP和3D?SIC的頂層互連線和中層互連線。
對于3D?WLP TSV技術(shù)，后通孔的路徑是最重要的，它在三維鍵合之前完成，可以是前面TSV（TSV與互連線在器件的同側(cè)）或者是背面TSV（TSV在器件背面）。這些方法不僅僅可以用于平常的半導(dǎo)體技術(shù)，而且可以用于無源器件或者混合信號模塊。另外，與TSV相關(guān)的問題還包括成品率、TSV可靠性、TSV寄生效應(yīng)、TSV冗余、熱通孔等問題，均是研究熱點。
2 三維技術(shù)藍(lán)圖
依據(jù)上文的三維互連線級別和三維工藝的定義，給出了每個級別的TSV的發(fā)展藍(lán)圖如表2，表3所示[8]。對于3D?SIC，它分兩個互連線級別，具體如下：頂層互連線級別的3D?SIC和3D?SoC。這種技術(shù)允許W2W， D2W和D2D堆疊。這種三維TSV工序一般與硅晶圓的制造生產(chǎn)線集成在一起，而三維鍵合工序一般在硅工序之外。中層互連線級別的3D?SIC，例如小電路塊的三維堆疊。這種技術(shù)一般是W2W堆疊。三維TSV工序與三維鍵合工序都集成在硅制造生產(chǎn)線之中。
表2 頂層互連線級別的3D?SIC/3D?SoC發(fā)展藍(lán)圖
Intel認(rèn)為三維芯片是未來芯片的發(fā)展趨勢，它會帶來架構(gòu)的極大改變，未來即將邁入三維時代。Intel實驗室與臺灣工研院有合作開發(fā)采用三維芯片架構(gòu)的低功耗內(nèi)存技術(shù)，該技術(shù)將來可應(yīng)用在百萬級計算、超大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心等大型系統(tǒng)以及智能手機(jī)、Ultrabook、平板計算機(jī)等移動系統(tǒng)中。Amkor公司和位于比利時的納米電子和納米技術(shù)研究中心IMEC，將合作開發(fā)成本效益高的基于晶圓級三維集成技術(shù)。許多公司如IBM；Amkor，Intel，IMEC，Samsung，Qimonda AG，德州儀器、Tessera，Tezzaron，Ziptronix，Xanoptix，ZyCube都在研究三維集成技術(shù)；TSMC（臺灣）、Tezzaron、特許（新加坡）已有晶圓廠宣布有意將TSV技術(shù)量產(chǎn)，這些都是三維技術(shù)走向量產(chǎn)階段、成為主流技術(shù)的前兆。
表3 中層互連線級別的3D?SIC發(fā)展藍(lán)圖
3 三維集成技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
成功的發(fā)展三維集成電路是一個綜合復(fù)雜的問題，這個過程中面臨多種挑戰(zhàn)，需要克服很多問題。本文列出了幾個最關(guān)鍵的問題，具體如下：
（1） 技術(shù)限制。三維集成技術(shù)的工藝還不完善。現(xiàn)在比較成熟的技術(shù)我們俗成2.5D，采用的bond?pad方式連線的晶圓級封裝技術(shù)。基于TSV的三維堆疊技術(shù)目前已能實現(xiàn)，但是尚未大規(guī)模量產(chǎn)和一個完整的量產(chǎn)方案。例如是先通孔還是后通孔，三維集成是采用原有的設(shè)備改裝還是全新的技術(shù)，是否會產(chǎn)生一種全新的三維集成廠，負(fù)責(zé)專門的三維集成工作，這些各個公司都有自己的研究方案，但尚未形成成熟的技術(shù)路線。
（2） 測試問題。測試技術(shù)也面臨挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)測試技術(shù)是針對單層系統(tǒng)設(shè)計的，未提供針對多層芯片集成的整體系統(tǒng)測試技術(shù)。
（3） 三維互連的設(shè)計問題。三維互連設(shè)計的問題主要表現(xiàn)在：第一，三維芯片中個各層可能是采用不用工藝完成的，要綜合的對不同的層進(jìn)行互連設(shè)計難度很大。現(xiàn)在常用的方法是，先進(jìn)行一個三維劃分，然后再進(jìn)行各個層內(nèi)的設(shè)計；第二，跨越幾個層的全局互連線，例如時鐘和電源電路，均需要重新考慮設(shè)計問題。
（4） 散熱問題。在二維集成電路中，芯片發(fā)熱已經(jīng)對電路性能和可靠性產(chǎn)生了重要影響，采用三維工藝后，有源器件集成密度的大幅提升促使芯片功耗劇增，加之芯片內(nèi)部使用的電介質(zhì)填充材料導(dǎo)熱性能不佳，種種不利因素使得三維集成電路芯片散熱問題雪上加霜，散熱問題成為集成電路物理設(shè)計中必須首先考慮的難點問題之一。目前也提出了很多解決熱量問題的方案，但是并沒有一個公認(rèn)的完善的解決方案。
（5） CAD工具問題。集成電路的計算機(jī)輔助設(shè)計作為芯片設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，對芯片性能、功耗、工作溫度、設(shè)計?制造通過率等都有著巨大影響，是三維集成電路發(fā)展的基石。過去幾年來三維集成工藝的發(fā)展成熟，使得人們已開始在三維集成電路方面開展積極的探索，但是目前的三維集成電路的CAD軟件尚不完善，大部分均為現(xiàn)有的二維CAD軟件的簡單擴(kuò)展，還沒有一個通用的全面的軟件。
4 結(jié) 語
CMOS集成電路發(fā)展至今，傳統(tǒng)二維（2D）平面集成工藝已達(dá)集成密度極限，為了提升芯片性能，集成更多晶體管，就必須增加芯片尺寸，而芯片尺寸增加帶來全局互連距離的延長，從而引發(fā)了更嚴(yán)峻的互連問題：延時增加、噪聲、信號串?dāng)_問題不斷加劇限制了數(shù)據(jù)總線帶寬，互連問題成為二維集成電路的瓶頸。要克服互連線帶寬限制，必須實質(zhì)性地改變設(shè)計方法。
三維集成電路是傳統(tǒng)二維集成電路從傳統(tǒng)平面集成方式向垂直方向立體集成方式的延伸。三維集成電路的優(yōu)勢在于：多層器件重疊結(jié)構(gòu)使芯片集成密度成倍提高；TSV結(jié)構(gòu)使互連長度大幅度縮短，提高傳輸速度并降低了功耗；重疊結(jié)構(gòu)使單元連線縮短，并使并行信號處理成為可能，提高了芯片的處理能力；多種工藝，如CMOS、MEMS、SiGe、GaAs混合集成，使集成電路功能多樣化；減少封裝尺寸，降低設(shè)計和制造成本。本文給出了三維技術(shù)的定義，并給眾多的三維技術(shù)一個明確的分類，包括三維封裝（3D?P）、三維晶圓級封裝（3D?WLP）、三維片上系統(tǒng)（3D?SoC）、三維堆疊芯片（3D?SIC）、三維芯片（3D?IC）。給出了比較有應(yīng)用前景的幾種技術(shù)，三維片上系統(tǒng)和三維堆疊芯片的技術(shù)藍(lán)圖。最后，分析了三維集成電路存在的一些問題，包括技術(shù)問題、測試問題、散熱問題、互連線問題和CAD工具問題，并指出了未來的研究方向。
參考文獻(xiàn)
[1] BANSAL S. 3?d stacked die： Now or future？[C]// Proceedings of Design Automation Conference. [S.l.]： DAC， 2010： 298?299.
[2] KOESTER S J. Wafer?level 3d integration technology [J]. IBM Journal of Research and Development， 2008， 52（6）： 583?597.
[3] PATTI R S. Three?dimensional integrated circuits and the future of system?on?chip designs [J]. Proceedings of the IEEE， 2006， 94（6）： 1214?1224.
[4] PAVLIDIS V F， FRIEDMAN E G. Interconnect?based design methodologies for three?dimensional integrated circuits [J]. Proceedings of the IEEE， 2009， 97： 123?140.
[5] ZHANG R， ROY K， KOH C?K， JANES D B. Stochastic interconnect modeling， power trends， and performance characterization of 3?d circuits [J]. IEEE Transactions on Electron Devices， 2001， 48（4）： 638?652.
[6] ZHANG Y. A study of the on?chip interconnection network for the ibm cyclops64 multi?core architecture [C]// Proceedings of Parallel and Distributed Processing Symposium. [S.l.]： PDPS， 2006： 10?14.
[7] Anon. Addressing the challenges of tera?scale computing [J]. Intel Technology Journal， 2009，13（4）： 1?11.
[8] Anon. International technology roadmap for semiconductors [R/OL]. [2013?07?02]. http：// .
[9] TAOUIL M， HAMDIOUI S. Yield improvement for 3d wafer?to?wafer stacked memories [J]. Journal of Electronic Testing?Theory and Applications， 2012， 28（4）： 523?534.
[10] CHOI W K. A novel die to wafer （d2w） collective bonding method for mems and electronics heterogeneous 3D integration [C]. Proceedings of 2010 60th Electronic Components and Technology Conference. [S.l.]： ECTC， 2010： 829?833.
[11] TAOUIL M. Test impact on the overall die?to?wafer 3d stacked IC cost [J]. Journal of Electronic Testing?Theory and Applications， 2012， 28（1）： 15?25.
[12] BOWMAN K A. Impact of die?to?die and within?die parameter variations on the clock frequency and throughput of multi?core processors [J]. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration （VLSI） Systems， 2009， 17（12）： 1679?1690.
【關(guān)鍵詞】三維激光掃描技術(shù)；測繪；應(yīng)用；進(jìn)展
現(xiàn)階段，三維激光掃描技術(shù)是一項高科技測繪技術(shù)，它為測繪工作中空間三維數(shù)據(jù)信息的采集以及繪制工作提供了較大便利。三維激光掃描技術(shù)主要是利用激光記性測距來獲得空間條件下的三維坐標(biāo)數(shù)值，快速且準(zhǔn)確的掃描到被測量的物體，獲得精確度較高的掃描數(shù)據(jù)，有助于三維建模工作的順利開展。目前，三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中受到廣泛應(yīng)用，由于該技術(shù)對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的積極作用，該技術(shù)的應(yīng)用研究將具有較大的科研價值。
1 三維激光掃描技術(shù)的基本論述
1.1 三維激光掃描技術(shù)的主要測繪工作原理
三維激光掃描技術(shù)在實際測繪工作中，主要是利用掃描儀中的發(fā)射器通過專業(yè)的激光二極管準(zhǔn)確發(fā)射出與紅外波長相似的安全性激光束，按照規(guī)范化程序?qū)Ρ粶y對象進(jìn)行掃描。并借助相關(guān)設(shè)備獲得激光反射的標(biāo)準(zhǔn)時間差，從而最終測出激光與被測物體之間的相互距離。再用專業(yè)編碼器對鏡頭的旋轉(zhuǎn)角以及水平旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行有效測量，獲得采樣點的實際空間坐標(biāo)值，從而得到被測物體的準(zhǔn)確采樣點集合，可以將其稱為點云。點云之間有著可量測性，而且由點云組成的實際影像與掃描的柵格性影像相比，最大的差異在于矢量化的不同。
1.2 三維激光掃描技術(shù)的主要特點
三維激光掃描技術(shù)與測繪工作中其他測繪技術(shù)相比，具有特殊的優(yōu)點。主要包括以下幾個方面的特點：第一，三維激光掃描技術(shù)的測量距離相對較遠(yuǎn)。第二，三維激光掃描技術(shù)在測量過程中不需要發(fā)射棱鏡的參與，具有無接觸測量的優(yōu)勢。第三，三維激光掃描技術(shù)采樣點的實際速率較高。第四，三維激光掃描技術(shù)的點定位實際精確度較高。第五，三維激光掃描技術(shù)在工作中的掃描目標(biāo)不需要進(jìn)行表面處理，就可以直接獲得需要的三位點云信息數(shù)據(jù)。第六，三維激光掃描技術(shù)的數(shù)字化程度較高，采集工作中兼容性較強(qiáng)。第七，三維激光掃描技術(shù)的軟件功能全面，基本上可以滿足測繪工作的實際需求。
2 三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的應(yīng)用
2.1 三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的信息數(shù)據(jù)采集
三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中可以利用自由架站的形式，將站點設(shè)置在相對堅硬穩(wěn)固的位置。測繪工作中測量的范圍涉及較廣，而且地面經(jīng)常出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，因此，在對測繪區(qū)域進(jìn)行全方位測量的過程中，需要多次測量來獲得更準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，站點的布置工作要有助于云數(shù)據(jù)精確度的提高，從而獲取較為全面的地面測繪信息，真實反映測繪情況。此外，除了要對掃描儀的實際站點位置進(jìn)行科學(xué)設(shè)計之外，還要對激光掃描的實際標(biāo)靶位置進(jìn)行合理選取，從根本上滿足點云拼接的具體要求，便于對測繪工作中高程面的有效獲取。三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測量方式在分方測量中掃描數(shù)據(jù)對比如下所示：
2.2 三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的信息數(shù)據(jù)處理
三維激光掃描技術(shù)在測量過程中，會因測量物材料的不同、實際測量方式的不同以及外界干擾因素等情況的影響，使測量結(jié)果存在一定的測量誤差。因此，在測繪工作的信息數(shù)據(jù)處理工作中需要運用軟件對容易引起誤差的店進(jìn)行去除處理，準(zhǔn)確提取測繪對象。然后進(jìn)行三維建模，具體來說，測繪工程中的三維建模就是從高密度的云信息數(shù)據(jù)提取到測繪目標(biāo)重建的技術(shù)。根據(jù)建模方法的差異，可以將其分為幾何模型的三維重建以及云信息數(shù)據(jù)表面的三維模型重建。幾何模型的三維重建主要應(yīng)用于CAD中的斷面輪廓以及輪廓模型等，兩種重建方式都可以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的有效處理以及模型的構(gòu)建。
2.3 三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的精確度評價
三維激光掃描技術(shù)中的精確度評價主要是用來評價專業(yè)測繪工作中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性程度。在實際評價工作中，一般情況下會將測繪的數(shù)據(jù)結(jié)果與CPS-RTK測量方法中的數(shù)據(jù)結(jié)果有效對比，CPS-RTK測量的主要側(cè)重點是特征點的實際坐標(biāo)，兩者的最終測量結(jié)果有著很好的一致性。但是，從某種程度上來講三維激光掃描技術(shù)的測量精確度更高一些，能夠準(zhǔn)確反映出測繪工作的實際情況，有著較為廣闊的應(yīng)用空間。
3 三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的不足與發(fā)展
3.1 現(xiàn)階段三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中存在的問題
三維激光掃描技術(shù)是測繪工作中的先進(jìn)技術(shù)，是現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)中的領(lǐng)先產(chǎn)品。與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比有著鮮明優(yōu)勢，得到了廣泛推廣應(yīng)用。從三維激光掃描技術(shù)的整體發(fā)展來看，它基本上涵蓋了所有的測繪領(lǐng)域，具有測量面積極大、自動化水平高、速率較高以及測量精確度較高的特點。但是現(xiàn)階段三維激光掃描技術(shù)在發(fā)展過程中，也存在著自身的不足。具體來說，首先三維激光掃描技術(shù)的測量工具―三維激光掃描儀的實際售價過高，很難滿足普通測繪工作的需要。其次，三維激光掃描技術(shù)在測量精確度、測距以及掃描速率方面存在著較大的矛盾關(guān)系。再次，三維激光掃描技術(shù)的點云數(shù)據(jù)處理硬件以及軟件沒有進(jìn)行統(tǒng)一，每個廠家都有著自帶軟件，不能有效兼容，給測繪工作造成一定程度上的影響。最后，三維激光掃描技術(shù)測量中的三維激光掃描儀自身精確度的校正以及檢查存在較大困難。校正檢查的實際方法相對單一，校正的基準(zhǔn)數(shù)值選取存在復(fù)雜性的特點，精確度的評定工作不好進(jìn)行。以上這些問題，都阻礙了三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中得應(yīng)用以及發(fā)展。需要在三維激光掃描技術(shù)的現(xiàn)有水平上，不斷進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，提高其應(yīng)用范圍。
3.2 三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的發(fā)展
三維激光掃描技術(shù)在發(fā)展應(yīng)用過程中，要不斷創(chuàng)新改進(jìn)，提高其測量水平。首先，三維激光掃描技術(shù)測量中的三維激光掃描儀需要不斷國產(chǎn)化，經(jīng)過創(chuàng)新研究，研制出具有自主產(chǎn)權(quán)的掃描儀器，解決三維激光掃描儀售價高的問題。其次，在三維激光掃描技術(shù)的測量過程中，需要高度重視測量方法以及測量算法，并不斷提高測量的精確度，比如采用脈沖與相位相結(jié)合的方式進(jìn)行測繪工作距離的準(zhǔn)確測量[3]。再次，盡量實現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中點云數(shù)據(jù)專業(yè)處理軟件的多功能化以及公用化程度，最大限度實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)間的共享以及加工處理。最后，在三維激光掃描技術(shù)現(xiàn)有掃描范圍的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大掃描的實際范圍，最大限度實現(xiàn)掃描技術(shù)的全球掃描。
4 結(jié)語
總而言之，現(xiàn)階段三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展取得了迅速發(fā)展，在測繪工作中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理以及精確度評價等方面得到廣泛應(yīng)用。但是，三維激光掃描技術(shù)自身存在掃描范圍有限、點云數(shù)據(jù)處理軟件不統(tǒng)一以及掃描儀售價過高等不足。因此，在實際研究工作中，需要采用科學(xué)的研究方法，利用創(chuàng)新的思維模式，不斷推動三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的普遍應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]馬利，謝孔振，白文斌.等.地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程測繪中的應(yīng)用[J].北京測繪，2011（02）.
隨著中國制造業(yè)信息化進(jìn)程的不斷加快，數(shù)字化技術(shù)在產(chǎn)品創(chuàng)新中的作用凸顯。中國航天科技集團(tuán)總工程師楊海成講述了三維技術(shù)發(fā)展的新內(nèi)涵，楊海成告訴記者，三維技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前推動制造業(yè)信息化發(fā)展，推動兩化融合的一個最重要、最核心的高技術(shù)的支撐和應(yīng)用。在推動兩化融合過程中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)用數(shù)字化的設(shè)計和制造技術(shù)來促進(jìn)企業(yè)的設(shè)計革命。
從產(chǎn)品設(shè)計向服務(wù)運行延伸
三維CAD技術(shù)在當(dāng)代工業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展中，得到了廣泛的應(yīng)用，是技術(shù)集成應(yīng)用的現(xiàn)代高科技的產(chǎn)品設(shè)計制造技術(shù)。在航天工業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、制造、實驗，運營乃至產(chǎn)品全生命周期的過程中得到了貫通和廣泛應(yīng)用。特別是在載人航天的火箭的設(shè)計制造，飛船的設(shè)計制造中，得到了關(guān)鍵的重要應(yīng)用。
楊海成說，火箭、衛(wèi)星、飛船等都是高技術(shù)集成的裝備產(chǎn)品，航天裝備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件組建眾多，相互之間的功能上和性能上的集成，也反映了現(xiàn)代高技術(shù)裝備的特點，必須要用現(xiàn)代三維的數(shù)字化技術(shù)來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計和定義，來充分評估產(chǎn)品的功能性。只有使用三維技術(shù)才能完整表達(dá)產(chǎn)品的各個零部件的功能，性能、結(jié)構(gòu)狀態(tài)，才能進(jìn)行產(chǎn)品功能性能在制造之前的各種優(yōu)化、仿真、試驗。例如在產(chǎn)品定義階段進(jìn)行設(shè)計性能分析仿真，包括產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)有效的組織管理等方面都是以三維數(shù)據(jù)、三維模型的形式進(jìn)行管理。
在制造階段，設(shè)計的數(shù)據(jù)，可以通過三維技術(shù)直接打通到制造的各個環(huán)節(jié)中去。把一個設(shè)計模型變成可制造的模型，需要進(jìn)行三維的工藝設(shè)計，把制造的三維數(shù)據(jù)傳遞到現(xiàn)代的數(shù)控、機(jī)床，數(shù)控設(shè)備上進(jìn)行加工生產(chǎn)實驗，都需要用到三維制造技術(shù)。
產(chǎn)品在裝配階段，可以先用計算機(jī)三維模型進(jìn)行預(yù)裝配，使得裝配的順序、裝配過程中的不協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)，都能夠充分的展現(xiàn)出來，能夠做到產(chǎn)品裝配完全逼真的三維在線展示。工人可以按照三維的裝配工藝要求，按照裝配的指令，完成整個零件的裝配過程。到了實驗環(huán)節(jié)，三維的數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型要與一系列性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，來確定產(chǎn)品的功能性是否滿足實際工程的要求。
在楊海成看來，三維技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從最初的衛(wèi)星和飛船產(chǎn)品的設(shè)計，延伸到為產(chǎn)品在天空上運行提供支持服務(wù)。三維技術(shù)對整個的航天產(chǎn)品的功能、性能以及制造水平，運營狀態(tài)，進(jìn)行全面數(shù)字化定義、仿真優(yōu)化的主要支撐工藝，起到核心的作用。
不僅如此，在我國由制造大國走向制造強(qiáng)國的過程中，在制造業(yè)信息化科技工程與兩化融合中，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展起到非常重要的作用。
促進(jìn)“兩化融合”的重要支撐
我國當(dāng)前在推動著信息化與工業(yè)化融合，特別是科技部以高技術(shù)為旗幟，推動制造業(yè)信息化如火如荼的進(jìn)行。近二十年來，從“八五”、“九五”、“十五”到“十一五”，信息技術(shù)正在不斷的發(fā)展，不斷的向前邁進(jìn)。在“八五”時期，國務(wù)委員宋健提出了“甩圖板”工程，用電子圖板代替原來手工的畫圖圖板，這是一場二維CAD產(chǎn)業(yè)革命。
經(jīng)過近二十年的發(fā)展，特別是現(xiàn)在的制造業(yè)信息化和兩化融合，企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)制造，已經(jīng)開始由二維、二維半開始走向三維產(chǎn)品設(shè)計，開始用三維的方式來定義產(chǎn)品，來制造和銷售產(chǎn)品。三維CAD技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)制造到產(chǎn)品的實驗驗證，一直到產(chǎn)品投入市場使用的環(huán)節(jié)中。可以說，三維CAD正在醞釀著更大的提升。
“三維技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前推動制造業(yè)信息化發(fā)展，推動兩化融合的一個最重要、最核心的高技術(shù)的支撐和應(yīng)用。”楊海成表示，真正以三維技術(shù)為支撐的現(xiàn)代制造業(yè)的設(shè)計制造管理，更能本質(zhì)性體現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)的一種從傳統(tǒng)的以工程圖紙定義產(chǎn)品的模式，邁到以三維模型定義的現(xiàn)代的、新型的工業(yè)產(chǎn)品定義模式，三維CAD應(yīng)用是一場巨大的提升。它把傳統(tǒng)的幾百年來，工程師以工程圖紙語言表達(dá)的產(chǎn)品設(shè)計制造，提升到了以數(shù)字化定義的模型、以真正的三維樣機(jī)的模型來貫穿整個設(shè)計的過程。
所以，楊海成強(qiáng)調(diào)，在推動兩化融合過程當(dāng)中，要強(qiáng)調(diào)用數(shù)字化的設(shè)計和制造技術(shù)來促進(jìn)企業(yè)的設(shè)計革命，制造提升，工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。在制造業(yè)信息化發(fā)展中，強(qiáng)調(diào)使用三維技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計制造的集成和并行，來縮短產(chǎn)品的設(shè)計和周期。而且通過三維和無紙化的設(shè)計制造方式，使得工業(yè)的現(xiàn)代化水平提升到與當(dāng)代國際上一流產(chǎn)品設(shè)計的層次上。
支撐企業(yè)向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型
現(xiàn)代服務(wù)業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要增長點，并成為新技術(shù)的一個重要的促進(jìn)者。過去傳統(tǒng)制造業(yè)以產(chǎn)品的設(shè)計和制造為主，把設(shè)計圖紙或生產(chǎn)的產(chǎn)品銷售給用戶。所以，長期以來，我國傳統(tǒng)制造業(yè)是以產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售為主的。
楊海成表示，我國制造業(yè)企業(yè)在信息化技術(shù)的支撐下，特別是在數(shù)字化設(shè)計和制造，三維設(shè)計制造等技術(shù)的支撐下，正在由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型，即：向制造服務(wù)轉(zhuǎn)型。通過從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型，可以使企業(yè)不僅僅獲取的產(chǎn)品生產(chǎn)的價值和銷售價值，也能夠獲得產(chǎn)品服務(wù)所帶來的附加值和價值鏈的高端。
產(chǎn)品從研發(fā)、設(shè)計到生產(chǎn)、制造，到銷售、使用、服務(wù)，是一個覆蓋產(chǎn)品全生命周期的價值鏈環(huán)節(jié)。對于制造業(yè)來講，要由過去所謂的只關(guān)注生產(chǎn)制造的低價值的苦笑曲線，到關(guān)注高價值的微笑曲線，向全價值鏈服務(wù)型制造擴(kuò)充，這是制造業(yè)由低端向高端發(fā)展的一個必然趨勢和規(guī)律，也是現(xiàn)代制造業(yè)和服務(wù)業(yè)結(jié)合的必然。現(xiàn)在可以看到，很多企業(yè)已經(jīng)開始不僅是關(guān)注產(chǎn)品的設(shè)計制造，更關(guān)注產(chǎn)品的使用和服務(wù)。比如海爾，海爾的服務(wù)比其產(chǎn)品本身所創(chuàng)造的價值還要高。
[摘 要] 三維特效技術(shù)助推廣告業(yè)的發(fā)展，這已經(jīng)是一個無可爭議的結(jié)論。隨著數(shù)字技術(shù)的高新發(fā)展，虛擬的三維特效技術(shù)為影視
>> 三維動畫技術(shù)在影視廣告特效中的應(yīng)用 謅議三維動畫技術(shù)在影視廣告特效中的應(yīng)用 三維特效技術(shù)在電影制作中應(yīng)用研究 數(shù)字三維動畫技術(shù)在影視廣告中的應(yīng)用 三維技術(shù)在影視廣告中的表現(xiàn) 關(guān)于三維在影視廣告中的應(yīng)用 影視廣告中三維動畫技術(shù)的運用 特效藝術(shù)在影視三維動畫設(shè)計中的應(yīng)用探析 三維動畫特效在電影廣告中的應(yīng)用 數(shù)字化技術(shù)在影視廣告中的應(yīng)用與研究 “意象”視聽語言在影視廣告中的應(yīng)用 三維激光掃描技術(shù)在古建測繪中的應(yīng)用研究 三維斷層比色、配色技術(shù)在口腔修復(fù)中的臨床應(yīng)用研究 三維CAD技術(shù)在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用研究 三維激光掃描技術(shù)在基坑變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究 三維地震勘探技術(shù)在新疆煤田勘查中的應(yīng)用研究 “三維渲染二維”技術(shù)在影視動畫制作中的應(yīng)用 淺談CG軟件技術(shù)在影視廣告中的應(yīng)用 GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運維中的應(yīng)用研究 三維技術(shù)在影視作品中的應(yīng)用 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 賴義德.三維動畫的視覺語言分析[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2006.
[2] 施寅，胡俊，編著.計算機(jī)動畫技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：115-116.
[3] 賈磊磊.電影語言學(xué)導(dǎo)論[M].北京：中國電影出版社，2002：171.
[4] 汪成為.人類認(rèn)識世界的幫手：虛擬現(xiàn)實[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000：91-92.
[作者簡介] 李智偉（1979— ），女，安徽渦陽人，廣州美術(shù)學(xué)院設(shè)計藝術(shù)學(xué)碩士，廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院講師。主要研究方向：數(shù)碼動畫設(shè)計。
關(guān)鍵詞:可視化技術(shù);腳本語言;實時虛擬技術(shù)
中圖分類號:TP390文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)13-3538-03
1 Action Script腳本語言概述
1.1 Action Script的發(fā)展史
Flash是因特網(wǎng)上最流行的二維動畫制作軟件, 除具備強(qiáng)大的動畫制作功能外,它基于矢量圖形的動畫格式、靈活方便的交互方式、占用的存儲空間非常小等特點,已經(jīng)使Flash成為網(wǎng)上二維動畫的事實標(biāo)準(zhǔn)。Action Script是Flash中的腳本語言,通過使用Action Script代碼能實現(xiàn)交互式Flash的應(yīng)用。
Action Script腳本語言到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了非常大的發(fā)展。隨著每次新版本Flash的問世,許多新的編程語言要素被加入到Action Script當(dāng)中。可以說Flash是一個在功能上和定位上不停演變升級的動畫制作軟件。
在早期的Flash版本中,Action Script還僅限于給美工人員制作動畫,只有很少的指令。但是從Flash 4 開始, Action Script正式被確立為Flash里的編程語言,開始出現(xiàn)一般編程語言中常用的變量(Variable)以及if 和Loop While的邏輯判斷等數(shù)十個指令。尤其是到了Flash 5 ,Action Script指令數(shù)量突然增加了三百多個,Action Script已經(jīng)發(fā)展為一種獨立的編程語言,不再單純是一種腳本語言。
隨著Flash MX 2004及ActionScript 2.0的, Action Script實現(xiàn)了較完整的面向?qū)ο缶幊棠Ｐ? 具備了開發(fā)大型應(yīng)用程序的能力。Flash MX更正式轉(zhuǎn)型為一個開發(fā)大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序前臺的工具軟件,ActionScript 2.0完全引入面向?qū)ο蟾拍?僅Flash MX本身提供的指令就有八百多個。
Action Script 2.0具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)類型,完全基于類。隨著class、interface、extends與implements等面向?qū)ο缶幊剃P(guān)鍵詞的引入,使得熟悉其它面向?qū)ο缶幊陶Z言(如C++、Java Script)的程序員可以非常容易地掌握Action Script 2.0,而沒有學(xué)過其它面向?qū)ο缶幊陶Z言的初學(xué)者可通過學(xué)習(xí)Action Script腳本語言了解到很多面向?qū)ο缶幊痰臉?biāo)準(zhǔn)術(shù)語,并可以應(yīng)用到其它面向?qū)ο缶幊陶Z言中。隨著Flash開發(fā)環(huán)境的日益完善, 其對Web Services 與XML的數(shù)據(jù)支持以及第三方插件提供商的迅速增多, Flash已完全具備開發(fā)從常規(guī)的小型動畫到大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的能力,必將在各領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。
1.2 Action Script的特點
Action Script不僅能對動畫對象進(jìn)行控制,還可以與其它后臺開發(fā)程序進(jìn)行結(jié)合。Action Script可以利用后臺程序進(jìn)行基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換、讀取后臺程序傳遞回來的數(shù)據(jù)和向后臺程序發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)的功能,實現(xiàn)大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序平臺的制作。由于程序應(yīng)用平臺可能是一個非常龐大的工程,所以對它的維護(hù)是非常重要的,而用Action Script編制的網(wǎng)絡(luò)平臺往往可以通過load()函數(shù)對幾個已經(jīng)生成的*.swf文件(Flash生成的應(yīng)用文件)進(jìn)行組合生成,無論前期制作還是后期維護(hù)都非常方便。
但由于Action Scrip是嵌入在Flash 中的,而且它的嵌入又往往在不同的對象中,如時間軸上的幀中、影片剪輯中、控制按鈕中等,這就對代碼的修改、維護(hù)造成了很大的不便。當(dāng)然它也可以作為單獨的*.as 文件來存儲,但是目前它的使用頻率還很少。還有Action Script本身是不能實現(xiàn)動態(tài)的數(shù)據(jù)庫交互功能,它必須結(jié)合其他后臺開發(fā)語言,這就要求開發(fā)者在制作具有動態(tài)數(shù)據(jù)庫交互功能的應(yīng)用軟件時,要懂得其它后臺語言的語法規(guī)則。
所以綜合以上幾點,Action Script腳本語言的特點可以歸納如下:
1) Action Script 是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言,它的風(fēng)格和Java Script 語言相類似。它擁有循環(huán)、判斷、對象事件等其它高級語言的特性。
2) Action Script支持用窗體對象進(jìn)行程序開發(fā),這是一個將傳統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)搬到Flash上的功能, 最顯著的一點即是公共組件庫的出現(xiàn)。
3) 支持第三方插件,以前執(zhí)行第三方插件需要導(dǎo)入*.swf文件。現(xiàn)在Commands可以將第三方插件直接整合到Flash 中,而且已經(jīng)可以直接反映到Timeline(時間軸)中。
4) 可新建自定義類,繼承電影剪輯內(nèi)建類的行為,擴(kuò)展一些新功能,并設(shè)置電影剪輯符號的Linkage Properties,從而將自定義的類文件指派給電影剪輯。
1.3 Action Script的應(yīng)用
隨著Flash MX 2004的,Flash中新增了許多強(qiáng)有力的組件開發(fā)工具,還提供了能使界面設(shè)計員與后臺程序員更加合理協(xié)作的項目管理工具。而外部腳本文件的引用和處理動態(tài)數(shù)據(jù)的性能使Flash已非常適用于結(jié)合HTML開發(fā)大型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。并且隨著動畫制作功能與后臺管理功能的不斷提高,內(nèi)建的Action Script編程語言也日益完善, Flash正越來越多地應(yīng)用在開發(fā)復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序等領(lǐng)域。
1.3.1 Flash ActionScript在多媒體課件制作中的應(yīng)用
Flash 是一款非常優(yōu)秀的交互動畫制作軟件,借助Action Script腳本語言,可以制作出具有良好交互性的多媒體教學(xué)軟件。
Flash在課件設(shè)計制作方面具有強(qiáng)大的功能,教師備課時可按章、節(jié)順序生成一系列txt格式的文本文件,供指定的. swf文件(講課模塊)調(diào)用。
目前用于開發(fā)課件的工具軟件非常多,但是選用Flash作為制作多媒體課件的工具特別受到人們青睞。Flash最獨特的地方是具有內(nèi)置的腳本語言―Action Script,因而可以創(chuàng)造互動性極佳的交互型多媒體課件。我們可以借助Action Script為多媒體教學(xué)加入矢量動畫和互動效果,增強(qiáng)多媒體作品的表現(xiàn)力, 將靜止抽象的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦有蜗蟮囊曈X動畫,給學(xué)生豐富形象直觀的多種感官刺激,有利于學(xué)生對知識的獲取和持久保持。
1.3.2 Flash ActionScript在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用
Flash的應(yīng)用使計算機(jī)教育向多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方向不斷發(fā)展。Action Scrip使Flash向多媒體網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)展,利用它可以實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)的傳遞,可使多媒體教學(xué)軟件具有更強(qiáng)的靈活性和交互性。
隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和發(fā)展,使得教育由課堂教學(xué)開始向遠(yuǎn)程教育發(fā)展。學(xué)生除了在課堂中學(xué)習(xí)新的知識,還可以在網(wǎng)絡(luò)上學(xué)習(xí)。為了滿足網(wǎng)絡(luò)教育的需要,出現(xiàn)了越來越多的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件,Flash由于它較強(qiáng)的動畫特性及與網(wǎng)絡(luò)良好的匹配性,因而被廣泛應(yīng)用于教學(xué)動畫軟件的制作中。由于Flash 是基于矢量圖形的,生成文件小,在網(wǎng)上采用流媒體技術(shù)播放,降低了對帶寬的要求,有利于提高播放速度。因此,利用ActionScript 編寫的教學(xué)軟件也具有了這些優(yōu)點。相信隨著ActionScript 的不斷的發(fā)展,ActionScript 會給網(wǎng)絡(luò)教學(xué)打開更大的發(fā)展空間。
1.3.3 Flash ActionScript在網(wǎng)絡(luò)矢量地圖中的應(yīng)用
使用Flash軟件繪制矢量地圖,建立該矢量地圖的元件與實例,再使用Flash的腳本語言ActionScript對實例進(jìn)行代碼設(shè)置,不僅可以實現(xiàn)選擇性地瀏覽矢量地圖的局部,調(diào)節(jié)局部矢量地圖的顯示比例,而且還可以顯示局部矢量地圖在全圖中的位置,實現(xiàn)鷹眼功能。
通過MC元件和代碼的設(shè)置就可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)矢量圖形的局部瀏覽,同時把握所看到的局部在整體矢量圖中的位置,并且通過滑竿可以調(diào)整局部矢量圖的顯示的比例,這使得網(wǎng)絡(luò)矢量圖瀏覽清晰,具有很強(qiáng)的交互性,操作非常方便。
1.3.4 ActionScript在遠(yuǎn)程Flash技術(shù)中的應(yīng)用
根據(jù)Macromedia公司的公布,Flash播放器在全世界已經(jīng)被下載了近5億次。有了如此廣泛的交叉平臺客戶端基礎(chǔ),程序員會很愿意使用這種方便而且獨立的平臺。而Macromedia Flash Remoting MX工具,使這一流行平臺得到了更大的拓展,它能夠非常方便地與運行Java 、.NET或其它Web服務(wù)的服務(wù)器進(jìn)行對話。
由一系列ActionScript類構(gòu)成的客戶端程序庫能夠?qū)lash客戶端與服務(wù)器網(wǎng)關(guān)之間的對話進(jìn)行管理,從而連接到服務(wù)器的資源。它能訪問的服務(wù)器資源范圍非常廣泛。與Java組件的對話十分輕松,可以直接從Flash調(diào)用.NET代碼,ActionScript可以把自己的數(shù)據(jù)類型自動映射到服務(wù)器端的Java和.NET服務(wù)器,還能夠執(zhí)行遠(yuǎn)程調(diào)用功能。
2 三維可視化技術(shù)
三維可視化技術(shù)從廣義上來說是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中視覺、聽覺、嗅覺、運動等行為的人機(jī)界面技術(shù)。它融合了計算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、數(shù)字圖像處理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及高度并行的實時計算機(jī)技術(shù)多個信息技術(shù)。
3D STUDIO MAX是Autodesk公司出品的一款功能強(qiáng)大三維動畫軟件,用戶可以方便地使用該軟件創(chuàng)作出各種逼真的三維模型和三維動畫,并可以渲染成為照片級質(zhì)量的完美作品。它與MAYA等同類的三維動畫設(shè)計軟件相比有許多獨特的特點:便利的動畫制作,簡潔的材質(zhì)制作,豐富的造型功能和制作特技動畫的功能。它始終以強(qiáng)大實力占據(jù)著市場的主導(dǎo)地位,這與它獨特而方便的操作界面和強(qiáng)大的功能設(shè)置分不開的。應(yīng)用3DS MAX 強(qiáng)大的建模技術(shù)能較為方便和真實地將圖像及動畫展示出來,通過對虛擬現(xiàn)實建模特性、3DS MAX 的建模方法的研究, 可豐富和簡化虛擬現(xiàn)實的三維可視化技術(shù)。
2.1 基于3DS MAX的城市小區(qū)三維圖[1]
用二維平面圖來描述城市的地理信息時,各種城市地理信息都是通過投影轉(zhuǎn)換到平面上。圖上所反映的是各種地理信息的平面投影定位,城市真實狀況并不能很好地在圖上描述。人們只能通過一些抽象的文字符號、注記去想象所描繪的真實世界。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展,各種城市管理工作正在發(fā)生變化,逐漸地由紙張圖表管理向計算機(jī)信息化管理技術(shù)轉(zhuǎn)變。各種針對真實世界的三維圖的制作技術(shù)與成果不斷涌現(xiàn)。但各種技術(shù)和成果各有特點,傳統(tǒng)的立體圖的制作是手工的,盡管制作的立體圖也具有立體圖的仿真特點,但不能保證建筑物的透視一致。而使用COREDRAW 圖形軟件制作立體的建筑物,其立體的效果僅是將建筑物的幾個面用圖形拼合起來。用3DS MAX技術(shù)建立建筑物模型,不僅可以解決視覺問題,還可以對視覺問題進(jìn)行調(diào)整,不會有透視變形,因此有很好的仿真立體效果。
通過這種方法制作的小區(qū)立體圖既具有傳統(tǒng)鳥瞰圖的特點又具有地圖特點,而且它所包含的信息量遠(yuǎn)比鳥瞰圖和普通地圖多。它的應(yīng)用非常廣泛,可用于城市規(guī)劃、小區(qū)管理、城市旅游等部門。隨著地理信息技術(shù)和城市建設(shè)的發(fā)展, 三維仿真技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于城市地理信息系統(tǒng)建設(shè)中。
2.2 基于3DS MAX的地質(zhì)景觀動態(tài)模擬與仿真[2]
三維可視化仿真技術(shù)是地球信息表達(dá)的重要手段。地質(zhì)景觀是在內(nèi)、外動力地質(zhì)作用下形成的,其成因和形態(tài)是復(fù)雜多變的,實現(xiàn)地質(zhì)景觀形成演化在時間尺度上進(jìn)行模擬和仿真表達(dá)是很重要的。通過三維可視化及仿真動畫技術(shù),許多信息得到了有效組織和整合,建立起相互聯(lián)系,在充分表達(dá)時間和空間尺度信息的基礎(chǔ)上,以一種全新、直觀和形象的視覺方式提供給用戶使用,完全可以實現(xiàn)信息的三維動態(tài)表達(dá)。
除此之外,以三維動畫軟件3DS MAX為例,利用該軟件的“動力學(xué)對象”進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害方面的數(shù)值模擬,以及使用它提供的大量的動畫選項和腳本開發(fā)出更高一級的動畫控制,實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的鏈接,從而實現(xiàn)信息的定量表達(dá)。
2.3 基于3DS MAX信息源的體三維顯示技術(shù)[3]
隨著計算機(jī)及圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一系列三維圖形應(yīng)用軟件隨之出現(xiàn)已經(jīng)在科研、軍事、計算機(jī)游戲、多媒體、圖像處理、虛擬現(xiàn)實、建筑與藝術(shù)等各方面得到廣泛的應(yīng)用。但這種基于陰影、明暗效應(yīng)等心理深度暗示的計算機(jī)三維圖像顯示方式不能直接表達(dá)深度信息,并不屬于真正意義上的三維顯示。體三維顯示利用人類視覺系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu),在真實的體積空間內(nèi)顯示三維圖像。相對于其它三維顯示方法,體三維顯示方法可以提供多角度的直接觀察。
體三維顯示系統(tǒng)顯示的三維圖像存在著符合人類視覺觀察習(xí)慣的生理和心理的深度暗示信息,直觀地傳達(dá)源圖像信息的相對位置關(guān)系,有助于觀察者更好地理解三維信息. 該顯示技術(shù)還具有系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)處理簡單、便于控制等優(yōu)點.
2.4 三維實時虛擬技術(shù)的應(yīng)用[4]
三維實時虛擬技術(shù)的開發(fā),建立在平面圖像設(shè)計、三維模型設(shè)計和OpenGL 語言開發(fā)的基礎(chǔ)之上。平面圖像設(shè)計解決環(huán)境中各物體的表面紋理效果,三維模型設(shè)計精確地完成物體的三維結(jié)構(gòu),而OpenGL 語言則完成對整個三維環(huán)境漫游的交互控制能力的開發(fā)。整個三維實時虛擬系統(tǒng)在完成后,可以實現(xiàn)交互式的全方位漫游。也即是說,使用者可以在這個三維環(huán)境里以不同的速度、高度、視角隨意漫游。盡管三維實時虛擬技術(shù)在國內(nèi)外非常熱門,但它的發(fā)展仍然不是很樂觀,它面臨下述問題:
1) 網(wǎng)絡(luò)帶寬是三維實時虛擬技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。
2) 三維實時虛擬技術(shù)的理論尚不成熟。
3) 三維實時虛擬技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。
2.5 機(jī)器人三維圖形仿真建模技術(shù)[5]
對機(jī)器人進(jìn)行真實感的三維圖形仿真,是機(jī)器人實現(xiàn)人機(jī)交互控制的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有的方法有采用專用仿真軟件庫的機(jī)器人三維圖形仿真,也有采用傳統(tǒng)的C++語言進(jìn)行三維圖形仿真,前者雖然具有逼真的三維真實感,但是造價昂貴,且大多工作在圖形工作站上;后者雖然成本低,編程靈活,但是圖形功能不夠強(qiáng)大,且真實感不高。
利用3DS MAX建模的方法具有模型逼真形象、開發(fā)效率高等特點,而在VC++編程環(huán)境中可以利用OpenGL完成三維模型的繪制和交互式控制的編程。實驗表明結(jié)合3DS MAX和OpenGL兩者優(yōu)點的機(jī)器人三維圖形仿真方法,能夠快速地在普通個人計算機(jī)上實現(xiàn)具有真實感的MOTOMAN機(jī)器人的圖形仿真和控制。
3 腳本語言在三維可視化技術(shù)中的應(yīng)用
目前三維可視化技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,如在機(jī)械產(chǎn)品虛擬現(xiàn)實裝配中的應(yīng)用、在網(wǎng)絡(luò)虛擬建筑場景中的應(yīng)用、基于3DS MAX的城市小區(qū)三維圖的制作、基于3DS MAX的地質(zhì)景觀動態(tài)模擬與仿真、基于3DS MAX信息源的體三維顯示技術(shù)、基于3DS模型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等。然而這些三維可視化技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)都需要一個應(yīng)用平臺來支撐,能否選擇一個合理可靠的平臺直接關(guān)系到它的發(fā)展前景。
而Flash是當(dāng)前Internet上最流行的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序制作工具,所以如何在Flash中實現(xiàn)三維可視化技術(shù),這是一塊應(yīng)用前景非常好的研究領(lǐng)域。在Flash中實現(xiàn)三維可視化技術(shù)一直是人們期待的事情,但是由于腳本語言效率低下等缺陷導(dǎo)致用Action Script實現(xiàn)的三維效果嚴(yán)重占用機(jī)器資源,所以一般我們會采用一些三維技術(shù)的基本原理在Flash中實現(xiàn)簡單的偽三維效果。這在目前還處于初步探索階段,其理論尚未建立成熟,因此需要解決許多實際問題。
本文將探討 Flash MX Action scirpt腳本語言在三維可視化技術(shù)中的應(yīng)用范圍與特點,研究用Action scirpt腳本語言來制作、控制三維動畫的基本技術(shù)。希望在Flash平臺上,通過Action Script腳本語言來控制三維模型,實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互,設(shè)計、制作相關(guān)的三維動畫,及設(shè)計、制作相應(yīng)的多媒體作品。
參考文獻(xiàn):
[1] 張立亭,周世健,陳竹安,等.基于3DS MAX的城市小區(qū)3維圖的制作[J].測繪學(xué)院學(xué)報,2004(2).
[2] 李百壽,邢立新,潘軍.基于3DSMAX的地質(zhì)景觀動態(tài)模擬與仿真[J].國土資源遙感,2005(2).
[3] 徐|,劉向東,劉旭,等.基于3DS MAX信息源的體三維顯示技術(shù)[J].浙江大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2005(11).
[4] 羊裔高.三維實時虛擬技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用探討[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報,2006(2).
