時間：2023-05-30 08:55:30
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
比利時三維短片《Red miss take》有故事情節，有技術有質量，是一部三維短片中相當成熟的一部。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和藝術的完美結合。
這個三維短片由比利時學生Manuel Adams和Raimond Teilis合作完成，是他們的畢業設計作品。短片講述工匠從格林兄弟那接到訂單，創造并復活小紅帽和獵人，小紅帽完美地創造出來了，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，但是在三維技術上，可以看出是非常出色的一部短片，資料分析Manuel Adams負責燈光、渲染、模型、貼圖，以及后期工作，Raimond Teilis負責動畫、音效、剪輯，以及模型貼圖。制作中使用到的軟件有Maya，3ds Max，Vray，FumeFX，Realflow，Fusion，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基礎，有些片子過于注重技術的炫耀而忽略的人物的塑造，但是這部片子是值得我們學習的，特別是建模中場景的復雜，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節的追求。
開始由短片中故事繪制草圖進入畫面，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計得簡單，但主角的臉部表情非常豐富，他是通過運用默認骨骼在面部進行綁定后，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值，可以用數值來調節動畫，這個方便但設置起來比較繁瑣。最后一種方式是用變形修改器，復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先設置好的，所以不是很靈活。對這幾種臉部表情方法中還是用默認骨骼在面部進行綁定，這比較簡單容易掌握。
一個中等復雜度的環境建筑，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節而言是致命的，因為在maya中無論如何操作也達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還有數不盡的腳本可以完成場景（例如在建模中大的機器，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。關全局光不用插件也比MAYA強，即使不用MR也比MAYA強。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，關聯修改方便，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，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的外觀和真實感。制作者在大場景的貼圖上創建環境光和創建燈光直接投射。像MAX和MAYA軟件中貼圖可以模擬紋理、應用的設計、反射、折射，以及其他的一些效果。若與材質一起使用，貼圖效果更明顯，特別是在主角的臉部上，添加一些細節而不會增加它的復雜度。
在大場景中房間的木式家具和玻璃杯，以及創造人物的機器，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小的機器上的鐵銹都看得十分清晰。
對像《Red miss take》三維短片來說，調動畫是一件比較復雜的事，特別是骨骼的父化，動畫中的骨骼系統中，父化是必不可少的。簡單的一個例子，創建兩段骨骼，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很多問題。一般兩段骨骼，一段中的是經過旋轉的，而另一段是沒有做過任何旋轉，我們會發現在按下F8進入成分模式下，并且按下問號圖標的時候，顯示出來的Local Axes非常凌亂，很不規則。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，省去了很多調整的時間。選擇要初始化的所有骨骼，然后執行菜單命令Skeleton|Orient Joint打開Options設置參數，分別調整參數為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軸對齊，當縮放骨骼的時候，這個MEL就非常有用了，MAYA增強了FK/IK之間的互相轉換融合，使角色動畫的設置變得更加輕松。FK為正向動力學，也使傳統的針對每級動畫設定關鍵幀來控制角色的動畫，IK為反向動力學，在骨骼中使用IK手柄來控制，非常實用有趣。而且調出來的動作非常自然，一點也不僵硬。在制作IK和FK的轉換。執行菜單命令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，執行Animation|IK/FK Keys|Connect IK/FK來連接FK/IK。再次選擇IK手柄會發現多了一個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。調整該值就可以融合IK和FK了，如果想關閉IK就把數值改為0視圖顯示為OFF，反之改為1，視圖顯示為ON。當數值為0.5時，就可以同時使用FK和IK了，當數值大于或者小于0.5，就可以設定IK是否強過FK了。只有這樣才能把完整的骨骼動作調到最好，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識比別人更好。因為技術再好，還是需要動畫師一幀一幀地調出來。
關鍵詞：動畫；三維動畫；特點；發展現狀
中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：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下有了翻天覆地的變化。在現今的許多電影中，我們都能看到動畫的身影，從上個世紀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，動畫技術在這個世紀已經不再局限于影視制作，在廣告業、媒體行業等領域中，我們都能體會到動畫設計的重要性。與此同時，隨著藝術設計的不斷發展和計算機技術的不斷進步，動畫設計也發生著里程碑式的跨越。三維動畫的興起像是一場動畫領域的革命，它打破了人們對動畫片的傳統認識，取代了之前的二維動畫，成為動畫領域的代表。
1 動畫的發展
談起動畫的起源，我們首先要追溯到魔術幻燈時期。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，他認為形象在視網膜上會存在一個短暫停留，如果連續顯現這些彼此分開的形象，形象便在視網膜上疊加成一個連續的形象了。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，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域的象征和標志。
然而隨著科學技術的不斷進步，手繪動畫已經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，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，也都優于傳統手繪動畫。
2 三維動畫的特點
與傳統的二維動畫不同，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軟硬件的發展而催生出來的產物。動畫設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據，輸入計算機中。接著將這些數據渲染成可以活動的視頻，實現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。三維動畫技術使得創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 模型建設能力的高超性
因為受實景拍攝和手繪動畫的限制，設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實幾乎一致的物體與景觀，還可以將現實中沒有的，超乎于現實的東西制造出來，呈現給人們[2]。比如，通過運用直線、平面等幾何圖形生成工具，利用計算機軟件繪制一些可以以假亂真的與現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。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 動畫實現的無約束性
在現實生活中，物體的運動往往要受到外界環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了對物體行進方向、運動軌跡和觀察角度等控制，彌補了現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在這幾個方面：首先，三維動畫可以設計一些虛幻飄渺的運動。比如在科幻電影《指環王》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實中是根本找不到的。其次，從微觀世界到宏觀世界的連續拍攝，這種拍攝手法用一般的拍攝方法很難實現。然而，通過三維動畫制作就能解決這個難題。比如，我們經常在一些電影或者紀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構內部），然后不斷向后退，穿過云層，呈現出整個地域的上空，繼續不間斷的運動，最后穿過大氣層，來到宇宙，顯現出整個地球。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烈的視覺沖擊感，為觀眾帶來感官的無限刺激。比如，現在電影業流行的3D電影，就是將三維動畫和電影完美的結合。通過三維動畫技術，電影中那些激動人心和緊張刺激的場面被活靈活現的表達出來。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。
2.3 質感表現力的豐富性
物體的質感需要多方面的因素共同作用才能得到完美的表現。物體的質感表現首先取決于材質。三維動畫軟件可以為動畫設計者提供豐富的材質，可以讓設計者隨心所欲的選擇各種材質去建立富有質感的物體。而且，設計者還可以對于一個物體選擇不同的材質，將物體進行隨意的材質改造。通過反復的嘗試不同材質，優化物體的材質搭配，以達到最理想的效果。物體的質感表現還取決于燈光的設計。三維動畫制作中，燈光的設計可謂自由自在。動畫設計者可以自主決定燈光的類型、顏色、強度、位置、運動、陰影和反射效果、隨時間的運動等。與此同時，設計者還可以不計次數的對所設計的動畫進行演示，不斷改進，直到最后達到理想的結果。并且，設計者還能夠將兩種不同的相對獨立的景物結合在一起，實現前景好背景獨立設計，自由更換組合的目的。
3 三維動畫的發展現狀
三維動畫技術在國外發展的是如火如荼。美國和歐洲每年都會有一些優秀的三維動畫作品涌現。比如近幾年熱映的《冰河世紀》、《哈利波特》和《亞瑟和他的迷你王國》等作品，都是三維動畫技術作品的杰出代表。三維動畫行業在我國發展速度之快令人驚奇。三維動畫已經涉及了我國的電影、廣告、電視等多個領域，而且在最近的移動數字媒體中也看到了三維動畫的影子。然而，與發達國家相比，我國三維動畫的發展還有很長的路要走。
3.1 我國三維動畫設計從業人員數量不足
依照我國目前的三維動畫發展趨勢來看，我國對于三維動畫設計人員的需求量在10萬人以上，主要集中在影視和動畫領域的三維動畫設計。但是，三維動畫專業在國內的高校中開展并不廣泛。據統計，全國僅有不到100所高校開設的動畫設計專業。每年的相關專業畢業生根本無法滿足市場的需求，人才缺口逐漸擴大。
3.2 我國三維動畫設計從業人員質量不夠
據三維動畫設計相關企業介紹，現今企業需要的三維動畫設計人才是那些可以快速上手的有一定經驗的專業人才。企業不看重有多高的文憑，只要是能夠快速的上機操作，并相當了解市場的需要，制作出符合消費者口味的三維動畫作品的專業設計人員，就是企業所希望獲得的。同時，目前我國的三維動畫設計人員的培養模式存在弊端。專業技術和藝術設計的培養被脫離開來。有些高校開設的專業只偏重于專業技術的培養，有些則反之。這樣培養出來的技術人員，只是在一方面造詣很深，而忽略了復合型人才的培養[3]。
4 結束語
隨著社會的不斷發展，人們對動畫的要求會越來越高。三維動畫技術在不久的將來會越來越多的融入到人們生活的方方面面。這就給三維動畫設計人員來了更多的機遇和挑戰。如果要將三維動畫發展的越來越好，就要在繼續追求技術突破的同時，將藝術與技術完美的統一，使三維動畫更有藝術性、更加逼真生動。
參考文獻：
[1]康凱.三維動畫在中國的發展及現狀分析[J].電影文學，2008，（17）：26-28.
關鍵詞：多媒體 三維互動 展示技術 分析
中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）11-0000-00
1多媒體三維互動展示技術的應用和需求
1.1博物館或者藝術館對數字化的要求
在博物館或者其他藝術館當中，必須將一些藏品、藝術品轉變為容易傳播、使用、交換的數字信息。在本篇論文中，簡要介紹了博物館或者藝術館對數字化的要求。
第一，必須使藏品、藝術品的信息能夠完全的被獲取，比如藏品的形狀、顏色、規格、外表屬性等等。一般情況下，是采用BRDF以及BRTF之類的函數來進行描述。對于藝術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行數字化，不能有空缺。第二，在數字化完成以后，必須達到高保真的效果。也就是說，每一個細節都必須和原作品一致。需要達到高保真效果的不只是外形，更要包含圖案、質地以及色彩等等。比如，藏品上面的圖案不能失真，不能縮小，也不能放大。如果有失真的現象產生，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對藏品擺放位置進行改變。第四，必須達到一定的精度要求。因為只有將藏品和藝術品進行數字化保存，將來才能將其作為研究的依據。不僅如此，還必須要對距離等細節問題進行考慮，使之達到屏幕沉浸感展示的需求。舉個例子，一幅壁畫當中的線條，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，必須先進行計算，從而得出規范合理的光照條件。光照條件對于藝術品、藏品而言非常的重要，如果達不到一定的要求，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境下，必須要借助光源來進行展示。再對藝術品進行數字化，那么就會產生明暗接縫的不良效果。所以，必須去掉環境當中的光線對藏品數字化以后產生的不良效果。然后再對色彩進行管理，對色彩進行校正，這樣才能使藏品、藝術品展示出最好的效果。
將藏品進行數字化以后，能得到一些數據和信息。應該對其實施一定的規劃，使其能夠被快速的搜索出來。
1.2為什么要進行互動展示
一般情況下，博物館會將文物和藏品進行互動展示。展示的目標在于研究怎樣實現基于虛擬現實的技術，如何讓參觀的人和藏品進行有效的互動。只有讓參觀者通過計算機技術模擬的場景，感知到了藏品的珍貴，獲得了一定知識，才能更好的達到這樣一個目標。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進行研究。
第一，面向基于通過PC的展示設備。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行保護，從而防止高投入的非通用設備環境產生一系列的麻煩，因為在使用、維護的過程中，很容易產生問題。第二，面向大量的藏品信息。藏品被電子化以后，會產生大量的數據和信息，尤其是圖像和圖形，更是會產生一些數據。舉個例子，敦煌莫高窟中的一個洞窟，在被數字化了以后，所產生的數據量驚人的達到了20G左右。第三，在完成了實時互動的情況下，達到畫面質量的高要求。除了要使畫面渲染的幀速率達到24EPS以上，另外交互響應的延遲也必須達到8毫米秒左右。為了讓畫面感更強，不能對模型進行簡化，必須根據真實的光線來進行設計。第四，實現全維度的交互。對藏品進行控制的時候，需要變換光線和環境，也需要對藏品進行不同的互動操作。第五，關于復雜的文物遺存場景。很多的文物不但時間較久，而且外形奇形怪狀，顯得不規則。這樣一來，計算起來便有一定的難度。除了要計算動力學和流體以外，還要對粒子系統進行計算。這樣才能夠真正達到復雜文物遺存場景的顯示需要。
2關于三維數字化技術的應用
2.1三維數字化技術在有形藏品當中的需要
當前，對藏品進行三維技術方面的重建，必須要通過掃描儀進行掃描，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感。第二，雖然有一些掃描設備也能夠得到貼圖，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，使得藏品的細節產生模糊或者失真的現象。此外，激光產生的一些能量，也會對藏品產生一些損壞。第三，三維掃描的時候，會出現一部分的冗余數據，這些冗余數據會影響互動展示。所以，一般情況下會對三維掃描產生的模型實施簡化，這樣可以達到一定的要求。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。其將計算機和三維技術進行結合，一旦物體上的點呈現在各個位置拍攝的不同圖像中，像點位置便會產生差錯，這就是視差。對于定視點拍攝的圖像和它所對應的點，可按照空間里的三角形來計算出其中的三維坐標，相機光心和點在對應圖像里投影線和光心線來進行構圖，畫成三角形。下面詳細對博物館文物數字化進行了一定的研究，具體如下：
首先，在對不能移動的文物進行數字化時，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，需要采用各種復雜的方法來對文物進行數字化，同時要避免對文物產生損壞。其次，在數字化的時候要提高準確度，就必須科學的獲得文物的形狀、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字化，達到的誤差不到0.1毫米。最后，在獲得文物的屬性時，還需要對拍攝的環境進行還原。一般情況下，在文物所處的環境中，顏色和光線都會對其的展示產生一定影響。如果光線微弱，那么需要設置輔助光源，數字化之后會導致明暗接縫的現象產生。所以必須得出物體的BRDF，獲得光源的數量、顏色、方向等信息。然后再對逆光進行計算，除掉光照對數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 三維數字化技術在無形藏品當中的需要
利用三維數字化技術來對無形藏品進行顯示，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原技術來顯示。其要求是，既要基于化石的三維重建，又必須要達到古生物研究的假設。此外，顯示的結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，根據石化三維來對古生物的骨骼進行重建。第二，根據化石來對角質層的數據進行搜集。第三，除了采用第一種基于立體視覺的方式，還要對角質層的數據進行搜集，最后對皮膚等進復原。第三，對于考察到的結果，全部進行記錄。第四，根據考察到的結果，將古生物三維模型進行數字化，達到好的視覺效果。
采用以上的方式，我國在古生物的領域有了大的發現，不但復原了澄江生物群，也復原了熱河生物群。
3數字陳列展示技術
（1）根據藏品的數據來實現電影級別虛擬現實。筆者認為，先要解決數據的渲染問題。因為藏品在進行數字化的時候，會產生一些數據。如果藏品非常復雜，或者形狀不規則，那么就非常麻煩。可以從PC底層進行設計，增加一個渲染加速框架。這個框架可以對數據進行存儲。采用這樣的框架，很多的數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以后，達到了一定的質量要求。（2）利用多媒體三維互動技術來對藏品進行展示。多媒體三維互動技術對藏品進行展示的時候，也要突出其內涵，比如文物的制造手法、藝術價值以及用途，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，產生置身于其中的感覺。這種技術包括了4D、球幕以及環幕等。下面簡要介紹球幕技術。
上個世紀70年代初期，球幕技術產生。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，甚至達到了一百八十度，讓前來參觀的人產生了身臨其境的感覺。目前常常采用的球幕技術是full-dome方式，其立體感非常強。
4總結與體會
當前，在對藝術品和文物進行保護、研究、展示的時候，一直存在這樣的矛盾，即保護和利用之間產生的矛盾。但是多媒體三維互動展示技術的出現，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進行展示。如今，數字化技術已經得到了廣泛的應用。
參考文獻
[1]李琳琳，曹凱濱，管斌.增城市綠道三維互動展示系統的設計與實現[J].城市勘測，2013，（5）：26-28.
關鍵詞：二維；三維；場景；角色
在動畫設計這個遼闊的領域中，二維動畫和三維動畫各有所長，表現手法也不一樣，互相不可代表，各有各的藝術特點。
什么是二維什么是三維？二維與三維動畫只有一字之差，但它們究竟區別在哪里？說得淺顯一點，二維只能進行上下、左右兩個維度的運動，即X、Y軸向上的運動。而三維在這個基礎上，還可以進行前后維度的運動，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。
無論是二維動畫還是三維動畫前期的流程都是一樣的，先創建劇本，再根據劇本制作文字分鏡或畫面分鏡，以及角色設計、場景設計、道具設計等等。
首先是劇本，即整部動畫的故事情節，如果是一般的動畫創作的話，需要有故事梗概、發展主線、故事情節等。故事梗概要求用最少的文字將故事講述出來；發展主線是將故事發展的一些轉折點標注出來；故事情節則是完整的講述。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。要求語言準確，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”這樣的表達就讓制作人員無從下手，正確的應該是“藍色的天空中飄著幾朵白云，風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，能夠表達清楚拍攝角度、攝像機的運動、人物的前后順序、場景與人物的關系就基本可以了，如果有時間還可以繪制出光線的變化和表情變化等。跟著就是角色的設計，包括前期的性格、行為設定，然后根據角色特性開始繪制，要求有正面、側面、背面的三視圖，甚至還有1/2側、俯視圖等，如果是多個角色的話，還需要繪制一張總表，將所有角色都放進去，使身高差異顯示清楚。最后是場景設計，根據劇情需要，根據情節繪制不同的場景，如果是一般的動畫創作，一張分圖層的場景即可，但如果較為復雜的場景，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上的差異。
在二維動畫的制作過程中，根據前期的設計進行原畫繪制、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，他的任務是使角色的動作連貫。原畫師的原畫表現的只是角色的關鍵動作，因此角色的動作是不連貫的。在這些關鍵動作之間要將角色的中間動作插入補齊，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，有沒有失幀的現象。同時進行的還有場景的繪制，場景設計側重于人物所處的環境，是高山還是平原，屋內還是屋外，哪個國家，哪個地區，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前期的設計進行建模、材質、骨骼綁定、動畫、燈光、渲染。
首先是角色與場景的建模，根據前期的人物設定和場景設定，在三維軟件中制作出相應的模型。這個工種對人體結構、肌肉分布等要求很高，最好有一定的雕塑基礎。另外，建模并不僅僅是把模型制作出來就行，它還有很多細的要求，例如有的要求模型的面數在2000以內，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節要求極為嚴格。其次是材質，為制作好的模型繪制皮膚、服飾的貼圖，以及設定場景、道具和各物體的質感效果，要求對色彩和質感較為敏感，有較強的美術功底，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，其中包括IK、FK，以及控制器、驅動關鍵幀等，這是一個需要邏輯思維能力比較強的人才干的來的活，大量的層級關系、約束被約束、IK和FK的轉換等，都是有比較強的邏輯關系在里面的。最后就是動畫的調整，調整角色的骨骼，使角色根據劇情的需要，作出不同的動作和表情，要求對角色的運動規律有較深的了解，使動作真實可信，而且能夠在原基礎上進行夸張甚至變形。而場景的搭建與貼圖也應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與三維技術它們是都有各自的不可替代之處。而且是相互滲透，三維動畫技術可以模擬出二維動畫的手繪風格，二維動畫技術也可以為三位動畫提供幫助，三維、二維兩者相互結合，發揮其優勢、互補其各自局限，使的現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
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關鍵詞：三維技術；動畫電影；三維動畫
三維技術是計算機軟硬件而催生出來的產物。與傳統的二維動畫不同，三維技術使動畫電影在視覺效果上更加立體、生動。三維技術的出現并應用到動畫制作中像是一場動畫領域的革命，是動畫電影一次里程碑式的跨越。三維技術的出現打破了人們對動畫的傳統認識，取代了之前的二維動畫，使三維動畫成為動畫領域的代表。
1三維動畫的產生和發展
三維動畫又稱3D動畫，是通過三維動畫軟件在計算機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、渲染等參數設置，最后生成精美的動畫畫面。
20世紀80年代，美國開始探索運用計算機制作動畫。此時，三維動畫技術還處于探索階段，三維動畫影片也不是特別多，最初的三維動畫技術大多應用在影視電影中，電影《侏羅紀公園》通過計算機編碼對畫面進行處理，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，鯨魚訓練幼子……這些充分證明三維動畫技術在電影創作中的重要作用。計算機動畫技術的突飛猛進，使得制作大型逼真的場景成為可能，隨著三維動畫技術的日臻成熟，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域發展的里程碑。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，同時標志著三維動畫進入迅猛發展時期。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
三維動畫與傳統的二維動畫相比，在角色的表情豐富度和真實度上優于傳統手繪動畫；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。其制作過程中可以完成不可能完成的鏡頭，可以創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突出的模型建設能力
三維動畫在角色模型上不受客觀條件的限制，動畫設計者可以隨心所欲的制造出現實存在的真實物體或景觀，也可以將現實中沒有的，超乎于現實的物體和景觀制造出來。例如，電影《阿凡達》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光的各種動植物等等這些都是通過三維技術實現的。
2.2空間與角色運動實現的無約束性
在傳統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。三維技術的出現改變了這一現象。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，實際上就是應用三維動畫軟件制作成二維動畫效果完成的，人物與環境都呈現在360度的旋轉之中。這種動作用傳統的動畫技術無法實現，也不可能現的。由于三維技術的出現，從而創造了精彩的畫面，達到了意想不到的效果，同時在形式上達到完美的統一。
2.3光影表現力的多樣性
相對于傳統動畫來說，三維動畫可以任意發揮制作者的想象力，做出更接近理想化的效果。三維動畫中燈光的應用遵循超寫實的仿照自然原則，同時結合電影藝術和藝術大師的畫面感進行制作，使畫面既真實又充滿藝術感。燈光效果在服從于劇情的同時，還要創造場景氛圍，如歡樂、悲傷、欣喜、邪惡等情緒。
2.4質感表現力的豐富性
三維動畫中的質感主要指動畫畫面整體所表現的精細感與真實感程度。2009年推出的《飛屋環游記》中視覺表現無與倫比，既有絢麗的自然風光，也有精致的皮膚質感塑造和毛發表現。將真實的自然景觀藝術化地展現在觀眾的眼前。
2.5制作過程的簡單化
三維動畫技術相對與傳統動畫而言，節省了很多的繪制工作，在三維動畫的制作過程中將模型創建好，給予好材質、燈光、骨骼、攝影機等。就可以在軟件中進行動作的編輯了，通過后面對機位的選擇，渲染出需要的鏡頭。從而節省了傳統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。
3三維動畫的發展潛力
在動畫發展的百年歷史中，三維動畫還是一個新興的動畫類型，但縱觀三維動畫的發展歷程，隨著計算機技術的不斷發展，三維動畫技術的靈活性將逐漸融入影視領域中，解決其拍攝過程中的局限性問題，彌補其拍攝角度的不足。
關鍵詞 三維技術；質感；視覺；動畫
中圖分類號J2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2015）138-0070-02
動畫作為一種應用廣泛的藝術形式，已經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形式而存在的壽命不過百年，但它的起源卻非常悠遠，可追溯到距今二三萬年的遠古時代。動畫作為人類文明中的寶貴財富，是集現代性和復古性的藝術形式之一。如今隨著科技的不斷發展，動畫技術已經深入到我們日常生活的各個角落，在我們的生活中，尤其是娛樂消遣中占有極大的比重。動畫技術變幻莫測，卻又與我們的生活緊密相連。現代的動畫，不僅僅只是作為一種藝術而存在，動畫產業也漸漸站穩了腳根，得到了很好的發展。如今，由于電腦技術不斷向這高科技發展，動畫產業也深深受其影響，逐漸完成了由二維動畫向三維動畫的轉變。三維仿真技術為動畫的發展提供了更廣闊的發展空間和更大的競爭力。三維仿真技術在動畫中的運用，值得我們對其進行深入的探討，并對其應用進行研究。
1 三維仿真技術的含義
三維仿真技術即我們所稱的3D動畫，隨著影視制作的需求和軟件技術的布點發展，三維仿真技術應運而生，并受到業界的歡迎。三維動畫的制作模式如下：首先，設計師根據操作的實際需要，在計算機內建立一個虛擬空間，虛擬空間建成后，按照腳本或者客戶需求，設計師對角色或者場景進行相應的設計和表現，再依據現實生活中的經驗，根據人物、事物的動作、狀態對其運動的方向和軌跡進行模擬設計，設計完成后，再對人物進行蒙皮、事物進行細節的勾畫設計。在完成對人物和事物的塑造后，便可依據腳本來進入運動狀態，形成一個極具動感和現實感的三維動畫。
2 三維仿真技術的特點
1）對于無法完成的實景拍攝，三維動畫可對其進行模擬，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要求較高可以用三維動畫進行模擬，降低成本 ；4）可進行隨意變更，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）對無法重現的鏡頭進行三維模擬；8）美化產品，達到特效制作；9）三維仿真技術制作時間與場景實拍相比較而言，時間長，處理精細。并且制作越精細越逼真，成本越高。
3 三維仿真技術的在動畫中的應用
三維技術在動畫制作中得以廣泛運用，不僅僅是由于電腦技術以及軟件操作技術所帶來的便捷性，除此之外，三維技術在動畫中的運用突破了傳統二維技術制作的局限性，使屏幕內的內容更加豐富、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）、廣告產品展示、片頭飛字等。
三維技術在動畫的應用中，主要是對現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勢，被越來越頻繁地運用到動畫制作中。三維技術的發揮，使得動畫領域得以不斷發展和拓展。
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，都離不開三維技術的
運用。
3.1 三維技術在前期策劃中的運用
制作短片之前，劇本的選擇非常重要。劇本決定了人物設計、情節結構以及故事發展的主線和副線。在前期工作中，劇本確定后，根據劇情，制作人員會寫出文字分鏡頭，并對畫面與鏡頭進行相應的融合和分配，以使劇情連貫，構成完整的敘事。在此期間，三維技術無需發揮太大作用，只用于動畫完成之前，畫面效果以及人物形象的的預估作用等等。
3.2 三維技術在中期制作中的作用
在中期制作中，三維技術開始派上較大的用場。其中包括道具、角色的設計，角色骨骼的綁定、蒙皮等等。中期制作流程任務量龐大，場景的復雜程度、人物的個性化、道具的精確性都為三維技術的運用提供了寬闊的空間。
在道具場景的設計工作中，主要運用Polygon，NURNS，SUBDIV三種技術對道具進行建模工作，并根據劇情以及故事的風格，設計出相應的模型，與場景需求相匹配，在模型設計過程中，應充分利用三維技術。[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。
在人物角色設計中，為了體現角色的個性化和人物特征，制作過程總共分為兩部分：首先利用三維技術進行角色建模，其次利用三維技術進行角色的材質貼圖制作。在角色的建模過程中，不僅僅是對人物形象的設計，還有關于人體結構、肢體運動、肌肉走勢等等，都應注意變通。本項目中主要運用的是Polygon技術，制作好人物模型后，在完成相應的細節設計。
人物模型設計好后，要對骨骼進行綁定，而后進行人物的蒙皮，以達到仿真效果。在這一過程中，先從人物軀體的主干開始運作，再經由四肢、頭部，進入Animation應用，使用骨骼組建命令進行骨骼的接合。在蒙皮環節，運用pain-skin-weights-tool，對人物進行蒙皮。蒙皮及骨骼設計完成后，即可對人物做出表情設定，肢體語言設置等等。
制作動畫的過程中，主要是運用三維技術完成，主要包括非線性動畫、路徑動畫、關鍵幀動畫、驅動關鍵幀動力學動畫、運動捕捉等等。主要的技術運用還是應依據動畫短片的特點、劇情走向、人物設置等等，挑選出與實際需求相適應的三維技術。
3.3 三維技術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節中，主要是運用After Effects工具制作與場景相符的特效現象，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，僅是適當的合成剪輯，便可適用于動畫中。
4 結論
隨著電腦技術的不斷發展，三維技術已在動畫制作中得到了越來越廣泛和靈活的運用。三維技術已經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。在動畫的發展歷程中，只有不斷投入三維技術的使用，使創造性的思維方式與精湛的三維技術相結合，方能不斷推進動畫產業的發展和應用，從而呈現出更多的優秀作品。
參考文獻
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關鍵詞：虛擬；三維服裝；建模技術；展示
中圖分類號：J0-05 文獻標志碼：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服裝設計和展示陳列人員陳展需要，運用計算機科學、藝術等其他學科領域的知識，在計算機里建立數字化的服裝采樣系統，計算機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改變了傳統的采用真人模特試衣的方式，利用計算機技術和交互技術就可以進行服裝的立體展示。
1 虛擬三維服裝展示技術研究現狀
1.1 國外關于虛擬三維服裝展示技術的研究
國外關于虛擬三維服裝展示技術的研究已趨于成熟，無論是靜態展示還是動態展示都已形成完善的展示系統。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中的三維服裝物理建模的研究上，即表現服裝動態時的力學性能。此外，瑞士日內瓦大學的MIRALAB實驗室以及H&M服裝公司推出了網上試衣間服務以及著名的My Virtual Model（MVM）試衣網站，英國倫敦技術學院的“Center for 3D Electronic Commerce”項目，歐洲信息與算法研究協會的“MtoM3D”項目等都對三維服裝虛擬展示技術進行了相關研究。
1.2 國內關于虛擬三維服裝展示技術的研究
我國關于虛擬三維服裝展示技術的研究還處于發展階段。杭州森動數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、增強現實以及體感技術等科技元素，自主研發“3D虛擬試衣”軟件，滿足了服裝消費者個性化需求，節約了試衣的時間；此外，江南大學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在國內趨于高速發展狀態。此外，北京服裝學院、浙江大學CAD&CG國家重點實驗室、東華大學、中科院以及天津工業大學等高校均在該領域有所研究，并通過相關課題研究取得一定的成果。
2 虛擬三維服裝展示技術的研究內容
2.1 三維人體模型的建立
人體模型是虛擬著裝的主體。根據服裝款式、材料等元素的需要建立與之對應的人體模型，所以人體模型的尺寸、姿勢和體態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、三維掃描數據以及三維軟件建模 3 種方法，其中三維軟件建模方法是當今技術發展的趨勢與主流。
幾何建模方法是根據人體結構及其特征，定義與之對應三維人體造型特征。該方法出現時間較早，是CAD/CAM技術發展階段的重要技術支撐，此方法以幾何信息和拓撲信息反應三維人體的具體結構等數據，是虛擬三維服裝展示技術初期的重要技術手段。
三維掃描數據建模運用非接觸式測量方法，借助激光三維掃描儀，進行三維數字人體重建。它將人體的三維結構信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為人體數據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，人體結構復雜時運行速度較慢，所以三維掃描數據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，完成人體模型的創建。此建模方法操作簡單，容易上手，建模功能強大，在建立人體模型方面具有很大的優勢。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、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、調動作、編程序等，使三維服裝虛擬展示由靜態展示到動態展示靈活轉換。三維軟件建模是當今三維虛擬展示的主流技術手段，不僅縮短了建模的時間，而且所建模型數據更加靈活，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、基于粒子系統的物理建模法以及結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，不涉及面料的物理特征，用幾何方程對虛擬現實環境中的服裝效果進行展示。此方法以已有的人體模型為基礎，求得服裝各造型點的數據；然后，根據服裝款型等因素對模型進行經緯線劃分，通過截取面得到數據，最后，根據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據，完成服裝模型的創建。此方法有模型簡單、計算較快等優點，但是對服裝的懸垂及質感的模擬效果較差。
物理建模法：通過選擇參數值可以較為直觀地控制服裝的懸垂與質感。在模擬中區分毛、棉、絲、麻等不同服裝質感，可較好地模擬服裝的真實效果。但是其模型復雜，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：運用幾何方法進行服裝模型的建立，用物理方法進行服裝懸垂和質感以及局部結構的細化。利用彈性變形模型對服裝進行變形，使服裝更具真實感，模擬出的服裝外形結構精準，又能展現不同材料的服裝的懸垂與質感（圖 2）。
2.3 三維場景的建立
三維服裝虛擬展示需要設定一個特定的展示空間，通過創建三維場景模擬出服裝所要表達的文化內涵與時代場景，所以場景的搭建和布置也是非常重要的環節。在所建三維場景模型上匹配符合服裝展示主題的材質、設定應景的燈光等，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用程序。在當下，無論是時尚服裝的研發公司還是文物保護單位，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研究趨勢
3.1 虛擬三維服裝展示技術的不足
當前，虛擬三維服裝展示技術日趨成熟，已由最初的簡單服裝的靜態展示發展到現在的復雜服裝的動態展示，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，如服裝質感與動感的表現、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較少，二維衣片和三維服裝之間的轉化、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可以對服裝虛擬展示中所用模特的尺寸、姿勢和體態進行操作，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者共同的努力與合作，研發出更好的服裝虛擬展示系統。
3.2 虛擬三維服裝展示技術的挑戰
隨著科技的發展，服裝虛擬展示必將向著智能化、自動化的方向發展，服裝模型的動態模擬/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。
（1）服裝模型的動態模擬研究
服裝模型的動態模擬在三維服裝虛擬展示中有著至關重要的作用，服裝虛擬展示時，虛擬的人體模特運動和服裝動態模擬耗費的計算量非常大。
目前，三維服裝的動態展示難度很大，很多國內外的專家學者對其都有研究，但是算法和物理模型在實踐中都與預期效果有一定差距。模擬三維服裝的動態效果，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系的變動中不能有穿透發生。這一點對于目前的三維服裝虛擬展示技術來說是十分困難的。在三維服飾虛擬展示中，即使服裝在靜態人體上很合適，但并不能保證動態展示有同樣好的效果。因此，對于服裝面料的動態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展示發展到動態展示，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：靜態效果的模擬與動態效果的模擬。目前，靜態效果模擬技術已經日趨成熟，效果較好。動態時服裝的飄動懸垂效果的模擬還處于探索階段，在進行模擬仿真時，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。如何高效準確地處理動態的褶皺的研究屬于服裝動態效果仿真技術中的一種，值得對其深入研究。
（3）虛擬三維服裝展示技術的挑戰
在虛擬三維服裝展示技術研究上還存在許多難題，如服裝仿真建模和數值計算等問題。對結構復雜與材料較多的服裝，如何構建仿真模型、服裝從靜態懸垂到動態變形怎樣相互轉化，是服裝模擬的最大挑戰。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雜的各向異性和非線性力學行為的模擬等問題，對于虛擬三維服裝展示技術的發展無疑是棘手的難題與挑戰。
4 結語
虛擬三維服裝展示技術在三維人體模型、三維服裝模型以及三維虛擬場景等方面都有很大的突破，實現了虛擬人體由靜態到動態的靈活轉換、虛擬服裝紋理與質感的真實表現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更加深入與精細的研究，智能化的三維服裝虛擬展示是其發展趨勢，設計師可以隨心所欲地將自己設計的服裝借助虛擬展示技術瀏覽服裝在三維空間的效果，從而大大縮短了成衣的生產周期和展示成本，這將在時尚服裝的個性化設計與定制、傳統服裝的數字化展示等領域有著廣闊的應用前景。
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關鍵詞： 三維集成電路； 三維晶圓級封裝； 三維堆疊技術； 三維片上系統
中圖分類號： TN431.2?34 文獻標識碼： 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延續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，現階段基本無法實現。目前的三維芯片，本質上是封裝技術的一種延伸，是將多個裸晶片（die）堆疊起來，這種技術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有兩種：SOI技術[2]和純硅技術[3]，TSV最小間距可達6 mm，最小直徑可達2 mm，即將走向量產階段，成為主流技術[4]。
三維芯片優勢很多，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（System?on?Chip，SoC）的需求，生產異構的復雜系統。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，如IBM的Cyclops系統[6]和Intel的萬億次計算系統[7]。
1 三維互連技術定義
為了能夠對三維技術的前景有個更清晰的了解，首先需要確定三維技術的定義，并給眾多的技術一個明確的分類[8]。組成電子系統的基本模塊為晶體管、二極管、被動電路元件、MEMS等。通常電子系統由兩部分組成：基本模塊和用于連接它們的復雜的互連系統。互連系統是分級別的，從基本模塊之間窄而短的連線到電路塊之間的長連線。設計良好的集成電路，線網會分為本地互連線、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的，是一種特別的通孔技術，這種技術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，指的是允許基本電子元件垂直堆疊的技術。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。三維互連技術相關的一些定義見表1。
表1 三維互連技術的定義及特征
3D?Packaging（3D?P）：使用傳統包裝技術的三維集成，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的三維集成，在晶圓制造之后進行，例如倒裝封裝、fan?in和fan?out重構晶圓級封裝。
3D?System?on?Chip（3D?SoC）：做為片上系統（System?on?Chip，SoC）設計的電路，但是用堆疊的多層晶片實現的。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三維互連的技術。其中備受關注的一個是硅通孔TSV技術，這個技術被廣泛的用于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，在通孔中灌注導體形成連線。灌注的導體可以根據其具體工藝來確定，如導電材料銅、鎢以及多晶硅，并用絕緣層（常為二氧化硅）將TSV導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導體與通孔壁之間鍍有一層很薄的阻礙層（如鉭），用來阻止導體中的金屬原子向硅基底滲透。TSV通孔的形成有Bosch深反應性離子蝕刻（Bosch Deep Reactive Ion Etching，Bosch DRIE）、雷射鉆孔（laser drilling）、低溫型深反應性離子蝕刻（cryogenic DRIE）和各種濕式蝕刻（等向性和非等向性蝕刻）技術。在通孔形成的工藝上，特別強調其輪廓尺寸一致性，導孔不能有殘渣，且通孔的形成必須滿足相當高的速度要求。
有很多方法可用于實現基于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，FEOL）之前；采用這種技術使用的導電材料需要承受后段工藝的高溫熱沖擊（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行；采用這種技術可以使用金屬材料如銅和鎢。
（2） 根據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，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）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體技術，而且可以用于無源器件或者混合信號模塊。另外，與TSV相關的問題還包括成品率、TSV可靠性、TSV寄生效應、TSV冗余、熱通孔等問題，均是研究熱點。
2 三維技術藍圖
依據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的發展藍圖如表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線之中。
表2 頂層互連線級別的3D?SIC/3D?SoC發展藍圖
Intel認為三維芯片是未來芯片的發展趨勢，它會帶來架構的極大改變，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采用三維芯片架構的低功耗內存技術，該技術將來可應用在百萬級計算、超大規模云數據中心等大型系統以及智能手機、Ultrabook、平板計算機等移動系統中。Amkor公司和位于比利時的納米電子和納米技術研究中心IMEC，將合作開發成本效益高的基于晶圓級三維集成技術。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；TSMC（臺灣）、Tezzaron、特許（新加坡）已有晶圓廠宣布有意將TSV技術量產，這些都是三維技術走向量產階段、成為主流技術的前兆。
表3 中層互連線級別的3D?SIC發展藍圖
3 三維集成技術面臨的挑戰
成功的發展三維集成電路是一個綜合復雜的問題，這個過程中面臨多種挑戰，需要克服很多問題。本文列出了幾個最關鍵的問題，具體如下：
（1） 技術限制。三維集成技術的工藝還不完善。現在比較成熟的技術我們俗成2.5D，采用的bond?pad方式連線的晶圓級封裝技術。基于TSV的三維堆疊技術目前已能實現，但是尚未大規模量產和一個完整的量產方案。例如是先通孔還是后通孔，三維集成是采用原有的設備改裝還是全新的技術，是否會產生一種全新的三維集成廠，負責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路線。
（2） 測試問題。測試技術也面臨挑戰，傳統測試技術是針對單層系統設計的，未提供針對多層芯片集成的整體系統測試技術。
（3） 三維互連的設計問題。三維互連設計的問題主要表現在：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行互連設計難度很大。現在常用的方法是，先進行一個三維劃分，然后再進行各個層內的設計；第二，跨越幾個層的全局互連線，例如時鐘和電源電路，均需要重新考慮設計問題。
（4） 散熱問題。在二維集成電路中，芯片發熱已經對電路性能和可靠性產生了重要影響，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，加之芯片內部使用的電介質填充材料導熱性能不佳，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的完善的解決方案。
（5） CAD工具問題。集成電路的計算機輔助設計作為芯片設計的關鍵技術，對芯片性能、功耗、工作溫度、設計?制造通過率等都有著巨大影響，是三維集成電路發展的基石。過去幾年來三維集成工藝的發展成熟，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，大部分均為現有的二維CAD軟件的簡單擴展，還沒有一個通用的全面的軟件。
4 結 語
CMOS集成電路發展至今，傳統二維（2D）平面集成工藝已達集成密度極限，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，從而引發了更嚴峻的互連問題：延時增加、噪聲、信號串擾問題不斷加劇限制了數據總線帶寬，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，必須實質性地改變設計方法。
三維集成電路是傳統二維集成電路從傳統平面集成方式向垂直方向立體集成方式的延伸。三維集成電路的優勢在于：多層器件重疊結構使芯片集成密度成倍提高；TSV結構使互連長度大幅度縮短，提高傳輸速度并降低了功耗；重疊結構使單元連線縮短，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，降低設計和制造成本。本文給出了三維技術的定義，并給眾多的三維技術一個明確的分類，包括三維封裝（3D?P）、三維晶圓級封裝（3D?WLP）、三維片上系統（3D?SoC）、三維堆疊芯片（3D?SIC）、三維芯片（3D?IC）。給出了比較有應用前景的幾種技術，三維片上系統和三維堆疊芯片的技術藍圖。最后，分析了三維集成電路存在的一些問題，包括技術問題、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。
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【關鍵詞】三維激光掃描技術；測繪；應用；進展
現階段，三維激光掃描技術是一項高科技測繪技術，它為測繪工作中空間三維數據信息的采集以及繪制工作提供了較大便利。三維激光掃描技術主要是利用激光記性測距來獲得空間條件下的三維坐標數值，快速且準確的掃描到被測量的物體，獲得精確度較高的掃描數據，有助于三維建模工作的順利開展。目前，三維激光掃描技術在測繪工作中受到廣泛應用，由于該技術對我國社會經濟發展的積極作用，該技術的應用研究將具有較大的科研價值。
1 三維激光掃描技術的基本論述
1.1 三維激光掃描技術的主要測繪工作原理
三維激光掃描技術在實際測繪工作中，主要是利用掃描儀中的發射器通過專業的激光二極管準確發射出與紅外波長相似的安全性激光束，按照規范化程序對被測對象進行掃描。并借助相關設備獲得激光反射的標準時間差，從而最終測出激光與被測物體之間的相互距離。再用專業編碼器對鏡頭的旋轉角以及水平旋轉角度進行有效測量，獲得采樣點的實際空間坐標值，從而得到被測物體的準確采樣點集合，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 三維激光掃描技術的主要特點
三維激光掃描技術與測繪工作中其他測繪技術相比，具有特殊的優點。主要包括以下幾個方面的特點：第一，三維激光掃描技術的測量距離相對較遠。第二，三維激光掃描技術在測量過程中不需要發射棱鏡的參與，具有無接觸測量的優勢。第三，三維激光掃描技術采樣點的實際速率較高。第四，三維激光掃描技術的點定位實際精確度較高。第五，三維激光掃描技術在工作中的掃描目標不需要進行表面處理，就可以直接獲得需要的三位點云信息數據。第六，三維激光掃描技術的數字化程度較高，采集工作中兼容性較強。第七，三維激光掃描技術的軟件功能全面，基本上可以滿足測繪工作的實際需求。
2 三維激光掃描技術在測繪工作中的應用
2.1 三維激光掃描技術在測繪工作中的信息數據采集
三維激光掃描技術在測繪工作中可以利用自由架站的形式，將站點設置在相對堅硬穩固的位置。測繪工作中測量的范圍涉及較廣，而且地面經常出現凹凸不平的現象，因此，在對測繪區域進行全方位測量的過程中，需要多次測量來獲得更準確的信息數據，站點的布置工作要有助于云數據精確度的提高，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行科學設計之外，還要對激光掃描的實際標靶位置進行合理選取，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。三維激光掃描技術與傳統測量方式在分方測量中掃描數據對比如下所示：
2.2 三維激光掃描技術在測繪工作中的信息數據處理
三維激光掃描技術在測量過程中，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，使測量結果存在一定的測量誤差。因此，在測繪工作的信息數據處理工作中需要運用軟件對容易引起誤差的店進行去除處理，準確提取測繪對象。然后進行三維建模，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據提取到測繪目標重建的技術。根據建模方法的差異，可以將其分為幾何模型的三維重建以及云信息數據表面的三維模型重建。幾何模型的三維重建主要應用于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信息數據的有效處理以及模型的構建。
2.3 三維激光掃描技術在測繪工作中的精確度評價
三維激光掃描技術中的精確度評價主要是用來評價專業測繪工作中數據的準確性程度。在實際評價工作中，一般情況下會將測繪的數據結果與CPS-RTK測量方法中的數據結果有效對比，CPS-RTK測量的主要側重點是特征點的實際坐標，兩者的最終測量結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的測量精確度更高一些，能夠準確反映出測繪工作的實際情況，有著較為廣闊的應用空間。
3 三維激光掃描技術在測繪工作中的不足與發展
3.1 現階段三維激光掃描技術在測繪工作中存在的問題
三維激光掃描技術是測繪工作中的先進技術，是現代化科學技術中的領先產品。與傳統測繪技術相比有著鮮明優勢，得到了廣泛推廣應用。從三維激光掃描技術的整體發展來看，它基本上涵蓋了所有的測繪領域，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。但是現階段三維激光掃描技術在發展過程中，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系。再次，三維激光掃描技術的點云數據處理硬件以及軟件沒有進行統一，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，校正的基準數值選取存在復雜性的特點，精確度的評定工作不好進行。以上這些問題，都阻礙了三維激光掃描技術在測繪工作中得應用以及發展。需要在三維激光掃描技術的現有水平上，不斷進行創新發展，提高其應用范圍。
3.2 三維激光掃描技術在測繪工作中的發展
三維激光掃描技術在發展應用過程中，要不斷創新改進，提高其測量水平。首先，三維激光掃描技術測量中的三維激光掃描儀需要不斷國產化，經過創新研究，研制出具有自主產權的掃描儀器，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合的方式進行測繪工作距離的準確測量[3]。再次，盡量實現三維激光掃描技術在測繪工作中點云數據專業處理軟件的多功能化以及公用化程度，最大限度實現信息數據間的共享以及加工處理。最后，在三維激光掃描技術現有掃描范圍的基礎上，擴大掃描的實際范圍，最大限度實現掃描技術的全球掃描。
4 結語
總而言之，現階段三維激光掃描技術已經隨著科學技術的發展取得了迅速發展，在測繪工作中的數據采集、數據整理以及精確度評價等方面得到廣泛應用。但是，三維激光掃描技術自身存在掃描范圍有限、點云數據處理軟件不統一以及掃描儀售價過高等不足。因此，在實際研究工作中，需要采用科學的研究方法，利用創新的思維模式，不斷推動三維激光掃描技術在測繪工作中的普遍應用。
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隨著中國制造業信息化進程的不斷加快，數字化技術在產品創新中的作用凸顯。中國航天科技集團總工程師楊海成講述了三維技術發展的新內涵，楊海成告訴記者，三維技術已經成為當前推動制造業信息化發展，推動兩化融合的一個最重要、最核心的高技術的支撐和應用。在推動兩化融合過程中，應該強調用數字化的設計和制造技術來促進企業的設計革命。
從產品設計向服務運行延伸
三維CAD技術在當代工業和制造業的發展中，得到了廣泛的應用，是技術集成應用的現代高科技的產品設計制造技術。在航天工業的研發、生產、制造、實驗，運營乃至產品全生命周期的過程中得到了貫通和廣泛應用。特別是在載人航天的火箭的設計制造，飛船的設計制造中，得到了關鍵的重要應用。
楊海成說，火箭、衛星、飛船等都是高技術集成的裝備產品，航天裝備的結構復雜，零部件組建眾多，相互之間的功能上和性能上的集成，也反映了現代高技術裝備的特點，必須要用現代三維的數字化技術來進行產品的設計和定義，來充分評估產品的功能性。只有使用三維技術才能完整表達產品的各個零部件的功能，性能、結構狀態，才能進行產品功能性能在制造之前的各種優化、仿真、試驗。例如在產品定義階段進行設計性能分析仿真，包括產品的技術狀態管理、產品數據有效的組織管理等方面都是以三維數據、三維模型的形式進行管理。
在制造階段，設計的數據，可以通過三維技術直接打通到制造的各個環節中去。把一個設計模型變成可制造的模型，需要進行三維的工藝設計，把制造的三維數據傳遞到現代的數控、機床，數控設備上進行加工生產實驗，都需要用到三維制造技術。
產品在裝配階段，可以先用計算機三維模型進行預裝配，使得裝配的順序、裝配過程中的不協調環節，都能夠充分的展現出來，能夠做到產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。到了實驗環節，三維的數據、產品模型要與一系列性能數據進行比對，來確定產品的功能性是否滿足實際工程的要求。
在楊海成看來，三維技術的應用已經從最初的衛星和飛船產品的設計，延伸到為產品在天空上運行提供支持服務。三維技術對整個的航天產品的功能、性能以及制造水平，運營狀態，進行全面數字化定義、仿真優化的主要支撐工藝，起到核心的作用。
不僅如此，在我國由制造大國走向制造強國的過程中，在制造業信息化科技工程與兩化融合中，三維CAD技術的應用發展起到非常重要的作用。
促進“兩化融合”的重要支撐
我國當前在推動著信息化與工業化融合，特別是科技部以高技術為旗幟，推動制造業信息化如火如荼的進行。近二十年來，從“八五”、“九五”、“十五”到“十一五”，信息技術正在不斷的發展，不斷的向前邁進。在“八五”時期，國務委員宋健提出了“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產業革命。
經過近二十年的發展，特別是現在的制造業信息化和兩化融合，企業的產品設計到生產制造，已經開始由二維、二維半開始走向三維產品設計，開始用三維的方式來定義產品，來制造和銷售產品。三維CAD技術的應用已經滲透到從產品設計到生產制造到產品的實驗驗證，一直到產品投入市場使用的環節中。可以說，三維CAD正在醞釀著更大的提升。
“三維技術已經成為當前推動制造業信息化發展，推動兩化融合的一個最重要、最核心的高技術的支撐和應用。”楊海成表示，真正以三維技術為支撐的現代制造業的設計制造管理，更能本質性體現現代工業的一種從傳統的以工程圖紙定義產品的模式，邁到以三維模型定義的現代的、新型的工業產品定義模式，三維CAD應用是一場巨大的提升。它把傳統的幾百年來，工程師以工程圖紙語言表達的產品設計制造，提升到了以數字化定義的模型、以真正的三維樣機的模型來貫穿整個設計的過程。
所以，楊海成強調，在推動兩化融合過程當中，要強調用數字化的設計和制造技術來促進企業的設計革命，制造提升，工業的轉型升級。在制造業信息化發展中，強調使用三維技術實現設計制造的集成和并行，來縮短產品的設計和周期。而且通過三維和無紙化的設計制造方式，使得工業的現代化水平提升到與當代國際上一流產品設計的層次上。
支撐企業向服務型制造轉型
現代服務業已經成為我國國民經濟的重要產業和經濟發展的一個重要增長點，并成為新技術的一個重要的促進者。過去傳統制造業以產品的設計和制造為主，把設計圖紙或生產的產品銷售給用戶。所以，長期以來，我國傳統制造業是以產品生產和銷售為主的。
楊海成表示，我國制造業企業在信息化技術的支撐下，特別是在數字化設計和制造，三維設計制造等技術的支撐下，正在由生產型制造向服務型制造轉型，即：向制造服務轉型。通過從生產型制造向服務型制造轉型，可以使企業不僅僅獲取的產品生產的價值和銷售價值，也能夠獲得產品服務所帶來的附加值和價值鏈的高端。
產品從研發、設計到生產、制造，到銷售、使用、服務，是一個覆蓋產品全生命周期的價值鏈環節。對于制造業來講，要由過去所謂的只關注生產制造的低價值的苦笑曲線，到關注高價值的微笑曲線，向全價值鏈服務型制造擴充，這是制造業由低端向高端發展的一個必然趨勢和規律，也是現代制造業和服務業結合的必然。現在可以看到，很多企業已經開始不僅是關注產品的設計制造，更關注產品的使用和服務。比如海爾，海爾的服務比其產品本身所創造的價值還要高。
[摘 要] 三維特效技術助推廣告業的發展，這已經是一個無可爭議的結論。隨著數字技術的高新發展，虛擬的三維特效技術為影視
>> 三維動畫技術在影視廣告特效中的應用 謅議三維動畫技術在影視廣告特效中的應用 三維特效技術在電影制作中應用研究 數字三維動畫技術在影視廣告中的應用 三維技術在影視廣告中的表現 關于三維在影視廣告中的應用 影視廣告中三維動畫技術的運用 特效藝術在影視三維動畫設計中的應用探析 三維動畫特效在電影廣告中的應用 數字化技術在影視廣告中的應用與研究 “意象”視聽語言在影視廣告中的應用 三維激光掃描技術在古建測繪中的應用研究 三維斷層比色、配色技術在口腔修復中的臨床應用研究 三維CAD技術在工程制圖教學中的應用研究 三維激光掃描技術在基坑變形監測中的應用研究 三維地震勘探技術在新疆煤田勘查中的應用研究 “三維渲染二維”技術在影視動畫制作中的應用 淺談CG軟件技術在影視廣告中的應用 GIS三維可視化技術在輸電線路運維中的應用研究 三維技術在影視作品中的應用 常見問題解答 當前所在位置：。
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[作者簡介] 李智偉（1979— ），女，安徽渦陽人，廣州美術學院設計藝術學碩士，廣州工程技術職業學院講師。主要研究方向：數碼動畫設計。
關鍵詞:可視化技術;腳本語言;實時虛擬技術
中圖分類號:TP390文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)13-3538-03
1 Action Script腳本語言概述
1.1 Action Script的發展史
Flash是因特網上最流行的二維動畫制作軟件, 除具備強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,已經使Flash成為網上二維動畫的事實標準。Action Script是Flash中的腳本語言,通過使用Action Script代碼能實現交互式Flash的應用。
Action Script腳本語言到目前為止已經經歷了非常大的發展。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的邏輯判斷等數十個指令。尤其是到了Flash 5 ,Action Script指令數量突然增加了三百多個,Action Script已經發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實現了較完整的面向對象編程模型, 具備了開發大型應用程序的能力。Flash MX更正式轉型為一個開發大型網絡應用程序前臺的工具軟件,ActionScript 2.0完全引入面向對象概念,僅Flash MX本身提供的指令就有八百多個。
Action Script 2.0具有嚴謹的數據類型,完全基于類。隨著class、interface、extends與implements等面向對象編程關鍵詞的引入,使得熟悉其它面向對象編程語言(如C++、Java Script)的程序員可以非常容易地掌握Action Script 2.0,而沒有學過其它面向對象編程語言的初學者可通過學習Action Script腳本語言了解到很多面向對象編程的標準術語,并可以應用到其它面向對象編程語言中。隨著Flash開發環境的日益完善, 其對Web Services 與XML的數據支持以及第三方插件提供商的迅速增多, Flash已完全具備開發從常規的小型動畫到大型網絡應用程序的能力,必將在各領域得到越來越廣泛的應用。
1.2 Action Script的特點
Action Script不僅能對動畫對象進行控制,還可以與其它后臺開發程序進行結合。Action Script可以利用后臺程序進行基于數據庫的數據交換、讀取后臺程序傳遞回來的數據和向后臺程序發送處理后的數據的功能,實現大型網絡應用程序平臺的制作。由于程序應用平臺可能是一個非常龐大的工程,所以對它的維護是非常重要的,而用Action Script編制的網絡平臺往往可以通過load()函數對幾個已經生成的*.swf文件(Flash生成的應用文件)進行組合生成,無論前期制作還是后期維護都非常方便。
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、維護造成了很大的不便。當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本身是不能實現動態的數據庫交互功能,它必須結合其他后臺開發語言,這就要求開發者在制作具有動態數據庫交互功能的應用軟件時,要懂得其它后臺語言的語法規則。
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 是一種面向對象的編程語言,它的風格和Java Script 語言相類似。它擁有循環、判斷、對象事件等其它高級語言的特性。
2) Action Script支持用窗體對象進行程序開發,這是一個將傳統的應用程序開發搬到Flash上的功能, 最顯著的一點即是公共組件庫的出現。
3) 支持第三方插件,以前執行第三方插件需要導入*.swf文件。現在Commands可以將第三方插件直接整合到Flash 中,而且已經可以直接反映到Timeline(時間軸)中。
4) 可新建自定義類,繼承電影剪輯內建類的行為,擴展一些新功能,并設置電影剪輯符號的Linkage Properties,從而將自定義的類文件指派給電影剪輯。
1.3 Action Script的應用
隨著Flash MX 2004的,Flash中新增了許多強有力的組件開發工具,還提供了能使界面設計員與后臺程序員更加合理協作的項目管理工具。而外部腳本文件的引用和處理動態數據的性能使Flash已非常適用于結合HTML開發大型的網絡應用程序。并且隨著動畫制作功能與后臺管理功能的不斷提高,內建的Action Script編程語言也日益完善, Flash正越來越多地應用在開發復雜的大型網絡應用程序等領域。
1.3.1 Flash ActionScript在多媒體課件制作中的應用
Flash 是一款非常優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軟件。
Flash在課件設計制作方面具有強大的功能,教師備課時可按章、節順序生成一系列txt格式的文本文件,供指定的. swf文件(講課模塊)調用。
目前用于開發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置的腳本語言―Action Script,因而可以創造互動性極佳的交互型多媒體課件。我們可以借助Action Script為多媒體教學加入矢量動畫和互動效果,增強多媒體作品的表現力, 將靜止抽象的理論知識轉變為生動形象的視覺動畫,給學生豐富形象直觀的多種感官刺激,有利于學生對知識的獲取和持久保持。
1.3.2 Flash ActionScript在網絡教學中的應用
Flash的應用使計算機教育向多媒體網絡教學方向不斷發展。Action Scrip使Flash向多媒體網絡平臺發展,利用它可以實現動態數據的傳遞,可使多媒體教學軟件具有更強的靈活性和交互性。
隨著網絡的普及和發展,使得教育由課堂教學開始向遠程教育發展。學生除了在課堂中學習新的知識,還可以在網絡上學習。為了滿足網絡教育的需要,出現了越來越多的網絡教學軟件,Flash由于它較強的動畫特性及與網絡良好的匹配性,因而被廣泛應用于教學動畫軟件的制作中。由于Flash 是基于矢量圖形的,生成文件小,在網上采用流媒體技術播放,降低了對帶寬的要求,有利于提高播放速度。因此,利用ActionScript 編寫的教學軟件也具有了這些優點。相信隨著ActionScript 的不斷的發展,ActionScript 會給網絡教學打開更大的發展空間。
1.3.3 Flash ActionScript在網絡矢量地圖中的應用
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對實例進行代碼設置,不僅可以實現選擇性地瀏覽矢量地圖的局部,調節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,實現鷹眼功能。
通過MC元件和代碼的設置就可以實現網絡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整局部矢量圖的顯示的比例,這使得網絡矢量圖瀏覽清晰,具有很強的交互性,操作非常方便。
1.3.4 ActionScript在遠程Flash技術中的應用
根據Macromedia公司的公布,Flash播放器在全世界已經被下載了近5億次。有了如此廣泛的交叉平臺客戶端基礎,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服務的服務器進行對話。
由一系列ActionScript類構成的客戶端程序庫能夠對Flash客戶端與服務器網關之間的對話進行管理,從而連接到服務器的資源。它能訪問的服務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調用.NET代碼,ActionScript可以把自己的數據類型自動映射到服務器端的Java和.NET服務器,還能夠執行遠程調用功能。
2 三維可視化技術
三維可視化技術從廣義上來說是一種逼真地模擬人在自然環境中視覺、聽覺、嗅覺、運動等行為的人機界面技術。它融合了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、傳感器技術、人工智能、數字圖像處理、網絡技術及高度并行的實時計算機技術多個信息技術。
3D STUDIO MAX是Autodesk公司出品的一款功能強大三維動畫軟件,用戶可以方便地使用該軟件創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量的完美作品。它與MAYA等同類的三維動畫設計軟件相比有許多獨特的特點:便利的動畫制作,簡潔的材質制作,豐富的造型功能和制作特技動畫的功能。它始終以強大實力占據著市場的主導地位,這與它獨特而方便的操作界面和強大的功能設置分不開的。應用3DS MAX 強大的建模技術能較為方便和真實地將圖像及動畫展示出來,通過對虛擬現實建模特性、3DS MAX 的建模方法的研究, 可豐富和簡化虛擬現實的三維可視化技術。
2.1 基于3DS MAX的城市小區三維圖[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。隨著信息化技術的不斷發展,各種城市管理工作正在發生變化,逐漸地由紙張圖表管理向計算機信息化管理技術轉變。各種針對真實世界的三維圖的制作技術與成果不斷涌現。但各種技術和成果各有特點,傳統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行調整,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立體圖既具有傳統鳥瞰圖的特點又具有地圖特點,而且它所包含的信息量遠比鳥瞰圖和普通地圖多。它的應用非常廣泛,可用于城市規劃、小區管理、城市旅游等部門。隨著地理信息技術和城市建設的發展, 三維仿真技術越來越多地被應用于城市地理信息系統建設中。
2.2 基于3DS MAX的地質景觀動態模擬與仿真[2]
三維可視化仿真技術是地球信息表達的重要手段。地質景觀是在內、外動力地質作用下形成的,其成因和形態是復雜多變的,實現地質景觀形成演化在時間尺度上進行模擬和仿真表達是很重要的。通過三維可視化及仿真動畫技術,許多信息得到了有效組織和整合,建立起相互聯系,在充分表達時間和空間尺度信息的基礎上,以一種全新、直觀和形象的視覺方式提供給用戶使用,完全可以實現信息的三維動態表達。
除此之外,以三維動畫軟件3DS MAX為例,利用該軟件的“動力學對象”進行地質災害方面的數值模擬,以及使用它提供的大量的動畫選項和腳本開發出更高一級的動畫控制,實現數據庫系統和文件系統的鏈接,從而實現信息的定量表達。
2.3 基于3DS MAX信息源的體三維顯示技術[3]
隨著計算機及圖形學技術的發展,一系列三維圖形應用軟件隨之出現已經在科研、軍事、計算機游戲、多媒體、圖像處理、虛擬現實、建筑與藝術等各方面得到廣泛的應用。但這種基于陰影、明暗效應等心理深度暗示的計算機三維圖像顯示方式不能直接表達深度信息,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的三維數據處理結構,在真實的體積空間內顯示三維圖像。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。
體三維顯示系統顯示的三維圖像存在著符合人類視覺觀察習慣的生理和心理的深度暗示信息,直觀地傳達源圖像信息的相對位置關系,有助于觀察者更好地理解三維信息. 該顯示技術還具有系統簡單、結構緊湊、數據處理簡單、便于控制等優點.
2.4 三維實時虛擬技術的應用[4]
三維實時虛擬技術的開發,建立在平面圖像設計、三維模型設計和OpenGL 語言開發的基礎之上。平面圖像設計解決環境中各物體的表面紋理效果,三維模型設計精確地完成物體的三維結構,而OpenGL 語言則完成對整個三維環境漫游的交互控制能力的開發。整個三維實時虛擬系統在完成后,可以實現交互式的全方位漫游。也即是說,使用者可以在這個三維環境里以不同的速度、高度、視角隨意漫游。盡管三維實時虛擬技術在國內外非常熱門,但它的發展仍然不是很樂觀,它面臨下述問題:
1) 網絡帶寬是三維實時虛擬技術發展的主要瓶頸。
2) 三維實時虛擬技術的理論尚不成熟。
3) 三維實時虛擬技術標準不統一。
2.5 機器人三維圖形仿真建模技術[5]
對機器人進行真實感的三維圖形仿真,是機器人實現人機交互控制的關鍵技術。現有的方法有采用專用仿真軟件庫的機器人三維圖形仿真,也有采用傳統的C++語言進行三維圖形仿真,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、開發效率高等特點,而在VC++編程環境中可以利用OpenGL完成三維模型的繪制和交互式控制的編程。實驗表明結合3DS MAX和OpenGL兩者優點的機器人三維圖形仿真方法,能夠快速地在普通個人計算機上實現具有真實感的MOTOMAN機器人的圖形仿真和控制。
3 腳本語言在三維可視化技術中的應用
目前三維可視化技術在各個領域得到了廣泛應用,如在機械產品虛擬現實裝配中的應用、在網絡虛擬建筑場景中的應用、基于3DS MAX的城市小區三維圖的制作、基于3DS MAX的地質景觀動態模擬與仿真、基于3DS MAX信息源的體三維顯示技術、基于3DS模型的虛擬現實系統等。然而這些三維可視化技術應用系統都需要一個應用平臺來支撐,能否選擇一個合理可靠的平臺直接關系到它的發展前景。
而Flash是當前Internet上最流行的網絡應用程序制作工具,所以如何在Flash中實現三維可視化技術,這是一塊應用前景非常好的研究領域。在Flash中實現三維可視化技術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致用Action Script實現的三維效果嚴重占用機器資源,所以一般我們會采用一些三維技術的基本原理在Flash中實現簡單的偽三維效果。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中的應用范圍與特點,研究用Action scirpt腳本語言來制作、控制三維動畫的基本技術。希望在Flash平臺上,通過Action Script腳本語言來控制三維模型,實現用戶與系統的交互,設計、制作相關的三維動畫,及設計、制作相應的多媒體作品。
參考文獻:
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[3] 徐|,劉向東,劉旭,等.基于3DS MAX信息源的體三維顯示技術[J].浙江大學學報:工學版,2005(11).
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