时间：2023-05-30 08:55:30
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
比利时三维短片《Red miss take》有故事情节，有技术有质量，是一部三维短片中相当成熟的一部。欣赏完短片对比利时的三维短片有了很多好奇，但是同时又为国内很多三维制作高手，怎么没有制作完成这样的一部短片感到可惜，这样的短片是可以称得上技术和艺术的完美结合。
这个三维短片由比利时学生Manuel Adams和Raimond Teilis合作完成，是他们的毕业设计作品。短片讲述工匠从格林兄弟那接到订单，创造并复活小红帽和猎人，小红帽完美地创造出来了，但猎人在制作过程中好像出了点差错，主要讲的是这么一个很短的小故事，但是在三维技术上，可以看出是非常出色的一部短片，资料分析Manuel Adams负责灯光、渲染、模型、贴图，以及后期工作，Raimond Teilis负责动画、音效、剪辑，以及模型贴图。制作中使用到的软件有Maya，3ds Max，Vray，FumeFX，Realflow，Fusion，Soundforge，以及Vegas。
对这部片子首先看它的建模，因为这是检验一部片子的技术基础，有些片子过于注重技术的炫耀而忽略的人物的塑造，但是这部片子是值得我们学习的，特别是建模中场景的复杂，丰满的人物形象、深刻的性格刻画和人物的爱情观，从这些简而精的建模中都能看出制作者的世界观和对制作细节的追求。
开始由短片中故事绘制草图进入画面，作为短片的引子，紧接着是一个大场景，这个建摸花费的时间和渲染的过程一定非常长，接着是这些大场景中的一些物品特写，交代观众这部片子从建模到贴图到渲染是没有瑕疵的，特别交代了墙上的木偶模型，贯穿故事的重点，制作木偶的机器无论是建模还是贴图都建得非常好，但是短篇唯一的缺憾是主角设计得简单，但主角的脸部表情非常丰富，他是通过运用默认骨骼在面部进行绑定后，再把面部的骨骼链接到BIP上。但是在制作脸部动画是还可以用虚拟物体来控制骨骼，虚拟体的位移动画连接到数值，可以用数值来调节动画，这个方便但设置起来比较繁琐。最后一种方式是用变形修改器，复制出几个相同的模型做表情动画，不需要绑定骨骼。但是这个方法做表情因为是预先设置好的，所以不是很灵活。对这几种脸部表情方法中还是用默认骨骼在面部进行绑定，这比较简单容易掌握。
一个中等复杂度的环境建筑，要求使用简易几何体堆砌出大体感觉：如果故事场景我们使用MAX，整个过程很流畅，像《Red miss take》故事中的大场景建模不是很难，只是相对性的多且复杂了一些，如果用MAX建模，制作和心情也没有任何障碍和困扰。如果《Red miss take》在maya中建模，需要花点时间在建模上的，因为用box再复制位移和修改大小，这样会快些，但是需要时间。但这对于制作短片的整个环节而言是致命的，因为在maya中无论如何操作也达不到拖曳建模的效率（因为需要时间）。
但是像这样的大的场景，房间物品比较多，MAX还有数不尽的脚本可以完成场景（例如在建模中大的机器，玻璃瓶容器和木偶，等等），同时在MAX中全局光的渲染，的确比MAYA选择的多。关全局光不用插件也比MAYA强，即使不用MR也比MAYA强。除了MAX的光能传递外，MAX可以分层管理场景，甚至还可以分层光能传递。除此之外MAX在制作像《Red miss take》中大场景，特别是一些小的局部，也可以模拟全局光。MAX至少可以三种方式列阵拷贝灯光，关联修改方便，即使原始的手工模拟全局光的效率也比MAYA好，这是制作这么多年的一些总结，特别是在像《Red miss take》的这样的短片中MAX在制作中可以更加便捷。
《Red miss take》短片在贴图上是为了改善角色的材质的外观和真实感。制作者在大场景的贴图上创建环境光和创建灯光直接投射。像MAX和MAYA软件中贴图可以模拟纹理、应用的设计、反射、折射，以及其他的一些效果。若与材质一起使用，贴图效果更明显，特别是在主角的脸部上，添加一些细节而不会增加它的复杂度。
在大场景中房间的木式家具和玻璃杯，以及创造人物的机器，这些贴图看出三维制作的手法效果非常明显，贴图上连一些脸部和细小的机器上的铁锈都看得十分清晰。
对像《Red miss take》三维短片来说，调动画是一件比较复杂的事，特别是骨骼的父化，动画中的骨骼系统中，父化是必不可少的。简单的一个例子，创建两段骨骼，分别为父和子。先选择子，按下shift选择父，再按下P键，就建立了骨骼的父化。在Outliner中，点选骨骼，用中间拖动到父物体上，就完成了骨骼父化。在Hypergraph中，用中间拖动子到父，就完成了骨骼父化，和Outliner相同。这样制作动画的骨骼就相对轻松很多。而且在MAYA中初始化骨骼是非常必要的，否则可能会在动画中引发很多问题。一般两段骨骼，一段中的是经过旋转的，而另一段是没有做过任何旋转，我们会发现在按下F8进入成分模式下，并且按下问号图标的时候，显示出来的Local Axes非常凌乱，很不规则。而没有做过改动的local Axes的X轴指向下一级骨骼。我们这个时候就要初始化凌乱的骨骼，像在《Red miss take》中使用的较为明显。MAYA中，有个工具可以自动对齐local Axes，省去了很多调整的时间。选择要初始化的所有骨骼，然后执行菜单命令Skeleton|Orient Joint打开Options设置参数，分别调整参数为XYZ+X勾选Hierarchy和Scale再单击Orient按钮即可完成骨骼的初始化。可以看到更改后的X轴都指向。对这部短片动画设定带来很大的方便。全部完成后，再命令行输入MEL：joint-e-zso-ch；这个命令可以使骨骼的缩放轴和旋转轴对齐，当缩放骨骼的时候，这个MEL就非常有用了，MAYA增强了FK/IK之间的互相转换融合，使角色动画的设置变得更加轻松。FK为正向动力学，也使传统的针对每级动画设定关键帧来控制角色的动画，IK为反向动力学，在骨骼中使用IK手柄来控制，非常实用有趣。而且调出来的动作非常自然，一点也不僵硬。在制作IK和FK的转换。执行菜单命令Display|Heads Up Display|Animation Details来让视图中显示动画的一些信息。然后选择IK手柄和所有骨骼，执行Animation|IK/FK Keys|Connect IK/FK来连接FK/IK。再次选择IK手柄会发现多了一个IK Blend的属性，同时视图右下方的动画信息栏也显示IK Blend为1。调整该值就可以融合IK和FK了，如果想关闭IK就把数值改为0视图显示为OFF，反之改为1，视图显示为ON。当数值为0.5时，就可以同时使用FK和IK了，当数值大于或者小于0.5，就可以设定IK是否强过FK了。只有这样才能把完整的骨骼动作调到最好，同时对于制作者来说，真正的动画师自己必定是一个动作感觉非常好的，而且自己有对于动作的认识比别人更好。因为技术再好，还是需要动画师一帧一帧地调出来。
关键词：动画；三维动画；特点；发展现状
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 19-0000-02
动画，这个陪伴着我们一起成长的伙伴在当下有了翻天覆地的变化。在现今的许多电影中，我们都能看到动画的身影，从上个世纪深深埋在我们心里的《米老师和唐老鸭》、《大闹天宫》等作品到时下深受青少年热捧的《哈利波特》等电影都能看到动画在影视制作中的重要位置[1]。然而，动画技术在这个世纪已经不再局限于影视制作，在广告业、媒体行业等领域中，我们都能体会到动画设计的重要性。与此同时，随着艺术设计的不断发展和计算机技术的不断进步，动画设计也发生着里程碑式的跨越。三维动画的兴起像是一场动画领域的革命，它打破了人们对动画片的传统认识，取代了之前的二维动画，成为动画领域的代表。
1 动画的发展
谈起动画的起源，我们首先要追溯到魔术幻灯时期。那时候的动画播放，就是将图片放在一个铁盒子里，铁盒子的一端开了一个洞，装上透镜，里面放着一根点燃的蜡烛，依靠蜡烛的光亮，在墙上投射出图片中的影像。之后彼得罗杰提出了一个观点，他认为形象在视网膜上会存在一个短暂停留，如果连续显现这些彼此分开的形象，形象便在视网膜上叠加成一个连续的形象了。几年以后，法国人普拉明让人们第一次看到了雏形的动画。到了20世纪，迪士尼则将动画推向了巅峰。之后的日子里，手绘动画成为了动画领域的象征和标志。
然而随着科学技术的不断进步，手绘动画已经不能满足人们对动画的需求。于是三维动画诞生了。比如动画电影的巨头迪士尼公司，近几年的作品更多的采利用三维动画技术，制作出许多更为逼真，更为生动的人物。三维动画在表情丰富度和真实度上，也都优于传统手绘动画。
2 三维动画的特点
与传统的二维动画不同，三维动画在视觉效果上更加立体、生动。三维动画是随着计算机软硬件的发展而催生出来的产物。动画设计人员将需要建立的物体、景物和人物等角色编辑成三维数据，输入计算机中。接着将这些数据渲染成可以活动的视频，实现这些角色在三维空间里的活动。最后通过播放器将这些视频播放出来。三维动画技术使得创建出来的动画角色表情更加丰富饱满，角色的喜怒哀乐更加真实。它将虚拟的东西逼真化，给观众视觉上的无限冲击。
2.1 模型建设能力的高超性
因为受实景拍摄和手绘动画的限制，设计者往往不能随行所欲、天马行空的制作出真实、虚幻或者真实与虚幻之间的物体和景观。然而，三维动画突破了这个限制。三维动画不但可以栩栩如生、美轮美奂的模拟出与现实几乎一致的物体与景观，还可以将现实中没有的，超乎于现实的东西制造出来，呈现给人们[2]。比如，通过运用直线、平面等几何图形生成工具，利用计算机软件绘制一些可以以假乱真的与现实极度相似的虚拟物体。其次，三维动画软件还可以制作出许多类似于水，火、动物、植物等自然世界的景观和物体，并且达到惟妙惟肖，栩栩如生的水平。再次，一些难以用二维手绘动画完成的高难度的肢体动作，也可以通过三维动画软件来实现。比如像许多科幻电影中在城市中肆意游走的逼真的怪兽，就是三维动画制作出来的作品。
2.2 动画实现的无约束性
在现实生活中，物体的运动往往要受到外界环境等多方位因素的制约，不能按照人们的意愿去运动。三维动画则改变了这个局面。人们通过三维动画实现了对物体行进方向、运动轨迹和观察角度等控制，弥补了现实生活中人类不能对其控制的遗憾。三维动画的无约束性主要体现在这几个方面：首先，三维动画可以设计一些虚幻飘渺的运动。比如在科幻电影《指环王》中，精灵女王对一潭静水施咒后，静水变成了千军万马的水军。这种虚幻的场景在现实中是根本找不到的。其次，从微观世界到宏观世界的连续拍摄，这种拍摄手法用一般的拍摄方法很难实现。然而，通过三维动画制作就能解决这个难题。比如，我们经常在一些电影或者纪录片中看到镜头以一个个体为基点（一般为一个人或者一个建筑结构内部），然后不断向后退，穿过云层，呈现出整个地域的上空，继续不间断的运动，最后穿过大气层，来到宇宙，显现出整个地球。在这个过程中，我们看不到一丝的拼接，一气呵成，非常连贯。再次，三维动画能够给观众带来强烈的视觉冲击感，为观众带来感官的无限刺激。比如，现在电影业流行的3D电影，就是将三维动画和电影完美的结合。通过三维动画技术，电影中那些激动人心和紧张刺激的场面被活灵活现的表达出来。这些逼真的场景给观众带来了视觉的完美震撼，冲击着观众的视觉神经。
2.3 质感表现力的丰富性
物体的质感需要多方面的因素共同作用才能得到完美的表现。物体的质感表现首先取决于材质。三维动画软件可以为动画设计者提供丰富的材质，可以让设计者随心所欲的选择各种材质去建立富有质感的物体。而且，设计者还可以对于一个物体选择不同的材质，将物体进行随意的材质改造。通过反复的尝试不同材质，优化物体的材质搭配，以达到最理想的效果。物体的质感表现还取决于灯光的设计。三维动画制作中，灯光的设计可谓自由自在。动画设计者可以自主决定灯光的类型、颜色、强度、位置、运动、阴影和反射效果、随时间的运动等。与此同时，设计者还可以不计次数的对所设计的动画进行演示，不断改进，直到最后达到理想的结果。并且，设计者还能够将两种不同的相对独立的景物结合在一起，实现前景好背景独立设计，自由更换组合的目的。
3 三维动画的发展现状
三维动画技术在国外发展的是如火如荼。美国和欧洲每年都会有一些优秀的三维动画作品涌现。比如近几年热映的《冰河世纪》、《哈利波特》和《亚瑟和他的迷你王国》等作品，都是三维动画技术作品的杰出代表。三维动画行业在我国发展速度之快令人惊奇。三维动画已经涉及了我国的电影、广告、电视等多个领域，而且在最近的移动数字媒体中也看到了三维动画的影子。然而，与发达国家相比，我国三维动画的发展还有很长的路要走。
3.1 我国三维动画设计从业人员数量不足
依照我国目前的三维动画发展趋势来看，我国对于三维动画设计人员的需求量在10万人以上，主要集中在影视和动画领域的三维动画设计。但是，三维动画专业在国内的高校中开展并不广泛。据统计，全国仅有不到100所高校开设的动画设计专业。每年的相关专业毕业生根本无法满足市场的需求，人才缺口逐渐扩大。
3.2 我国三维动画设计从业人员质量不够
据三维动画设计相关企业介绍，现今企业需要的三维动画设计人才是那些可以快速上手的有一定经验的专业人才。企业不看重有多高的文凭，只要是能够快速的上机操作，并相当了解市场的需要，制作出符合消费者口味的三维动画作品的专业设计人员，就是企业所希望获得的。同时，目前我国的三维动画设计人员的培养模式存在弊端。专业技术和艺术设计的培养被脱离开来。有些高校开设的专业只偏重于专业技术的培养，有些则反之。这样培养出来的技术人员，只是在一方面造诣很深，而忽略了复合型人才的培养[3]。
4 结束语
随着社会的不断发展，人们对动画的要求会越来越高。三维动画技术在不久的将来会越来越多的融入到人们生活的方方面面。这就给三维动画设计人员来了更多的机遇和挑战。如果要将三维动画发展的越来越好，就要在继续追求技术突破的同时，将艺术与技术完美的统一，使三维动画更有艺术性、更加逼真生动。
参考文献：
[1]康凯.三维动画在中国的发展及现状分析[J].电影文学，2008，（17）：26-28.
关键词：多媒体 三维互动 展示技术 分析
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00
1多媒体三维互动展示技术的应用和需求
1.1博物馆或者艺术馆对数字化的要求
在博物馆或者其他艺术馆当中，必须将一些藏品、艺术品转变为容易传播、使用、交换的数字信息。在本篇论文中，简要介绍了博物馆或者艺术馆对数字化的要求。
第一，必须使藏品、艺术品的信息能够完全的被获取，比如藏品的形状、颜色、规格、外表属性等等。一般情况下，是采用BRDF以及BRTF之类的函数来进行描述。对于艺术品或者藏品的摆放方向、位置等不能移动。此外，所以能够被看到的信息都要进行数字化，不能有空缺。第二，在数字化完成以后，必须达到高保真的效果。也就是说，每一个细节都必须和原作品一致。需要达到高保真效果的不只是外形，更要包含图案、质地以及色彩等等。比如，藏品上面的图案不能失真，不能缩小，也不能放大。如果有失真的现象产生，那么藏品就会失掉自身的价值。第三，采集的过程中要注意保护藏品，不能对其造成损坏。这种损坏包括物理损坏以及颜料带来的影响、激光扫描带来的影响等等。如果是不能移动的藏品，那么就更不能在采集的时候对藏品摆放位置进行改变。第四，必须达到一定的精度要求。因为只有将藏品和艺术品进行数字化保存，将来才能将其作为研究的依据。不仅如此，还必须要对距离等细节问题进行考虑，使之达到屏幕沉浸感展示的需求。举个例子，一幅壁画当中的线条，要在屏幕中展示出来，就必须避免有马赛克以及模糊的画面。第五，必须先进行计算，从而得出规范合理的光照条件。光照条件对于艺术品、藏品而言非常的重要，如果达不到一定的要求，光线太暗、太明亮，都会影响藏品的展示效果。在一些光线微弱的环境下，必须要借助光源来进行展示。再对艺术品进行数字化，那么就会产生明暗接缝的不良效果。所以，必须去掉环境当中的光线对藏品数字化以后产生的不良效果。然后再对色彩进行管理，对色彩进行校正，这样才能使藏品、艺术品展示出最好的效果。
将藏品进行数字化以后，能得到一些数据和信息。应该对其实施一定的规划，使其能够被快速的搜索出来。
1.2为什么要进行互动展示
一般情况下，博物馆会将文物和藏品进行互动展示。展示的目标在于研究怎样实现基于虚拟现实的技术，如何让参观的人和藏品进行有效的互动。只有让参观者通过计算机技术模拟的场景，感知到了藏品的珍贵，获得了一定知识，才能更好的达到这样一个目标。所以，必须从以下这几个方面来对多媒体三维互动展示技术进行研究。
第一，面向基于通过PC的展示设备。其可以减少一部分投入，而且还可以在一定程度上对先期投资进行保护，从而防止高投入的非通用设备环境产生一系列的麻烦，因为在使用、维护的过程中，很容易产生问题。第二，面向大量的藏品信息。藏品被电子化以后，会产生大量的数据和信息，尤其是图像和图形，更是会产生一些数据。举个例子，敦煌莫高窟中的一个洞窟，在被数字化了以后，所产生的数据量惊人的达到了20G左右。第三，在完成了实时互动的情况下，达到画面质量的高要求。除了要使画面渲染的帧速率达到24EPS以上，另外交互响应的延迟也必须达到8毫米秒左右。为了让画面感更强，不能对模型进行简化，必须根据真实的光线来进行设计。第四，实现全维度的交互。对藏品进行控制的时候，需要变换光线和环境，也需要对藏品进行不同的互动操作。第五，关于复杂的文物遗存场景。很多的文物不但时间较久，而且外形奇形怪状，显得不规则。这样一来，计算起来便有一定的难度。除了要计算动力学和流体以外，还要对粒子系统进行计算。这样才能够真正达到复杂文物遗存场景的显示需要。
2关于三维数字化技术的应用
2.1三维数字化技术在有形藏品当中的需要
当前，对藏品进行三维技术方面的重建，必须要通过扫描仪进行扫描，从而取得物体表面的信息。它有以下这几个特点：第一，能够取得一部分几何方面的信息。关于几何的全部信息，几乎不可能被取得，只能得到三维形状。如果缺乏颜色和纹理，那么就没有质感。要想获得颜色和纹理，就必须实施贴图，但是这会在一定程度上影响模型的真实性。不仅如此，要采取其他的方式才能使物体更加有质感。第二，虽然有一些扫描设备也能够得到贴图，但这些贴图比较简单。而且因为贴图属于正交映射的，其会影响到藏品，使得藏品的细节产生模糊或者失真的现象。此外，激光产生的一些能量，也会对藏品产生一些损坏。第三，三维扫描的时候，会出现一部分的冗余数据，这些冗余数据会影响互动展示。所以，一般情况下会对三维扫描产生的模型实施简化，这样可以达到一定的要求。尽管如此，却有一定的局限性，比如简化后会使模型失真。
要对三维进行重建，必须采取立体视觉的方法，这对藏品的展示非常有利。因为立体视觉采用的是多幅图的方式，可采用这样的方式来获取几何信息。同时，这种方法也叫nage based modeling。其将计算机和三维技术进行结合，一旦物体上的点呈现在各个位置拍摄的不同图像中，像点位置便会产生差错，这就是视差。对于定视点拍摄的图像和它所对应的点，可按照空间里的三角形来计算出其中的三维坐标，相机光心和点在对应图像里投影线和光心线来进行构图，画成三角形。下面详细对博物馆文物数字化进行了一定的研究，具体如下：
首先，在对不能移动的文物进行数字化时，存在场地的限制问题。如果要改变文物的方位，几乎时不可能的。于是，需要采用各种复杂的方法来对文物进行数字化，同时要避免对文物产生损坏。其次，在数字化的时候要提高准确度，就必须科学的获得文物的形状、纹理以及颜色等等。而且还要防止操作过程中产生主观因素，从而保证藏品保持原样。举个例子，某博物馆对敦煌彩塑实施三维数字化，达到的误差不到0.1毫米。最后，在获得文物的属性时，还需要对拍摄的环境进行还原。一般情况下，在文物所处的环境中，颜色和光线都会对其的展示产生一定影响。如果光线微弱，那么需要设置辅助光源，数字化之后会导致明暗接缝的现象产生。所以必须得出物体的BRDF，获得光源的数量、颜色、方向等信息。然后再对逆光进行计算，除掉光照对数字化后的文物造成的不良影响。最后再实施色彩方面的管理，就可以使藏品得到良好的展示。
2.2 三维数字化技术在无形藏品当中的需要
利用三维数字化技术来对无形藏品进行显示，具有一定的难度。常见的无形藏品如古生物化石等，可以利用古生物三维复原技术来显示。其要求是，既要基于化石的三维重建，又必须要达到古生物研究的假设。此外，显示的结果也必须能够和电影所展示的效果相等。主要路线是以下这几种：第一，基于立体视觉，根据石化三维来对古生物的骨骼进行重建。第二，根据化石来对角质层的数据进行搜集。第三，除了采用第一种基于立体视觉的方式，还要对角质层的数据进行搜集，最后对皮肤等进复原。第三，对于考察到的结果，全部进行记录。第四，根据考察到的结果，将古生物三维模型进行数字化，达到好的视觉效果。
采用以上的方式，我国在古生物的领域有了大的发现，不但复原了澄江生物群，也复原了热河生物群。
3数字陈列展示技术
（1）根据藏品的数据来实现电影级别虚拟现实。笔者认为，先要解决数据的渲染问题。因为藏品在进行数字化的时候，会产生一些数据。如果藏品非常复杂，或者形状不规则，那么就非常麻烦。可以从PC底层进行设计，增加一个渲染加速框架。这个框架可以对数据进行存储。采用这样的框架，很多的数字博物馆取得了一定的成效。比如敦煌莫高窟通过高精度三维互动技术以后，达到了一定的质量要求。（2）利用多媒体三维互动技术来对藏品进行展示。多媒体三维互动技术对藏品进行展示的时候，也要突出其内涵，比如文物的制造手法、艺术价值以及用途，文化背景等等。这些知识不能仅仅通过晦涩的文字来展示给参观的人。为了给参观者提供一个更加生动参观过程，可以将多种表示形式整合在一起，比如图片、文字以及音频、视频等。（3）球幕沉浸感的展示。 在陈列展览品的时候，还必须有一个目的，让参观的人沉浸在虚拟的场景里，产生置身于其中的感觉。这种技术包括了4D、球幕以及环幕等。下面简要介绍球幕技术。
上个世纪70年代初期，球幕技术产生。它的屏幕是半球状的，将参观的人包围在里面，整个视觉像是苍穹一般。而且视觉范围也非常广，甚至达到了一百八十度，让前来参观的人产生了身临其境的感觉。目前常常采用的球幕技术是full-dome方式，其立体感非常强。
4总结与体会
当前，在对艺术品和文物进行保护、研究、展示的时候，一直存在这样的矛盾，即保护和利用之间产生的矛盾。但是多媒体三维互动展示技术的出现，解决了这样的问题，不管是可移动的文物，还是不可移动的文物，都能够通过这种技术进行展示。如今，数字化技术已经得到了广泛的应用。
参考文献
[1]李琳琳，曹凯滨，管斌.增城市绿道三维互动展示系统的设计与实现[J].城市勘测，2013，（5）：26-28.
关键词：二维；三维；场景；角色
在动画设计这个辽阔的领域中，二维动画和三维动画各有所长，表现手法也不一样，互相不可代表，各有各的艺术特点。
什么是二维什么是三维？二维与三维动画只有一字之差，但它们究竟区别在哪里？说得浅显一点，二维只能进行上下、左右两个维度的运动，即X、Y轴向上的运动。而三维在这个基础上，还可以进行前后维度的运动，即Z轴。而三维动画的空间感更为真实可信，同时也使动画制作人员从动辄成千上万张画中解脱出来，它的出现颠覆性的改变了动画的制作流程，也使得越来越多的人走入了动画制作这个行业。
无论是二维动画还是三维动画前期的流程都是一样的，先创建剧本，再根据剧本制作文字分镜或画面分镜，以及角色设计、场景设计、道具设计等等。
首先是剧本，即整部动画的故事情节，如果是一般的动画创作的话，需要有故事梗概、发展主线、故事情节等。故事梗概要求用最少的文字将故事讲述出来；发展主线是将故事发展的一些转折点标注出来；故事情节则是完整的讲述。然后是文字分镜，使用文字描述的方式，将动画分镜头写出来。这种方式一般用于工期比较紧的动画制作，由于没有时间去绘制分镜，因此就用文字的方式来表达。要求语言准确，一般不要带有任何修饰性词汇。例如“天气好的让人心旷神怡”这样的表达就让制作人员无从下手，正确的应该是“蓝色的天空中飘着几朵白云，风把几片树叶轻轻吹了起来”，这样制作人员就知道如何绘制了。而画面分镜就是使用绘画的方式将每一个动画镜头绘制出来，一般的动画对画面要求不高，能够表达清楚拍摄角度、摄像机的运动、人物的前后顺序、场景与人物的关系就基本可以了，如果有时间还可以绘制出光线的变化和表情变化等。跟着就是角色的设计，包括前期的性格、行为设定，然后根据角色特性开始绘制，要求有正面、侧面、背面的三视图，甚至还有1/2侧、俯视图等，如果是多个角色的话，还需要绘制一张总表，将所有角色都放进去，使身高差异显示清楚。最后是场景设计，根据剧情需要，根据情节绘制不同的场景，如果是一般的动画创作，一张分图层的场景即可，但如果较为复杂的场景，还需要绘制出场景的不同角度。
到中期以后，二维动画与三维动画才有了很明显的技术上的差异。
在二维动画的制作过程中，根据前期的设计进行原画绘制、动画中间画绘制、动捡、场景的绘制、总捡等。
首先就是原画绘制镜头中的人物或动物、道具要交给原画师，原画师将这些人物、动物等角色的每一个动作的关键瞬间画面绘制出来。接下来就是动画中间画的绘制，动画师是原画师的助手，他的任务是使角色的动作连贯。原画师的原画表现的只是角色的关键动作，因此角色的动作是不连贯的。在这些关键动作之间要将角色的中间动作插入补齐，使其连贯起来。动作绘制完成，就需要动检了，作用是检查动作是否连贯，有没有失帧的现象。同时进行的还有场景的绘制，场景设计侧重于人物所处的环境，是高山还是平原，屋内还是屋外，哪个国家，哪个地区，都要一次性将动画片中提到的场所绘制出来。再就是是定色与着色，绘制完的动作与场景，先定好颜色，在每个部位写上颜色代表号码，再涂上颜色。最后是总检，做好的彩色场景与上色的角色动作叠加在一起，检查有无错误。比如某一张人物的某一个部位忘记上色，画面是否干净等。
在三维动画的制作过程中，一般的流程就是根据前期的设计进行建模、材质、骨骼绑定、动画、灯光、渲染。
首先是角色与场景的建模，根据前期的人物设定和场景设定，在三维软件中制作出相应的模型。这个工种对人体结构、肌肉分布等要求很高，最好有一定的雕塑基础。另外，建模并不仅仅是把模型制作出来就行，它还有很多细的要求，例如有的要求模型的面数在2000以内，这样的模型称之为简模，但绝对不是很粗糙的模型，而是用最少的线做出高模的效果来。既然有简模，就肯定会有高模，这样的高精度模型对细节要求极为严格。其次是材质，为制作好的模型绘制皮肤、服饰的贴图，以及设定场景、道具和各物体的质感效果，要求对色彩和质感较为敏感，有较强的美术功底，可以直接绘制贴图。在就是骨骼的绑定，为角色的模型装配骨骼系统，其中包括IK、FK，以及控制器、驱动关键帧等，这是一个需要逻辑思维能力比较强的人才干的来的活，大量的层级关系、约束被约束、IK和FK的转换等，都是有比较强的逻辑关系在里面的。最后就是动画的调整，调整角色的骨骼，使角色根据剧情的需要，作出不同的动作和表情，要求对角色的运动规律有较深的了解，使动作真实可信，而且能够在原基础上进行夸张甚至变形。而场景的搭建与贴图也应该要在这个时候完成。
在二维和三维动画的制作过程中，除了最后的后期合成同样都要用到视频编辑软件以外，二维其它部分的制作都需要在二维软件中或是手绘直接完成的，在三维动画制作的过程中，其他的部分都需要在三维软件中完成。
所以相比于二维技术与三维技术它们是都有各自的不可替代之处。而且是相互渗透，三维动画技术可以模拟出二维动画的手绘风格，二维动画技术也可以为三位动画提供帮助，三维、二维两者相互结合，发挥其优势、互补其各自局限，使的现代的动画给人们带来了全新的视觉感受力与冲击力。
参考文献
[1]《动画电影视听语言》北长江出版集团 湖北美术出版社出版
[2]《动画概论》中国电影出版社
[3]《CG动画求职手册》阳光CG图书工作室电子工业出版社
[4]《CG文物模型站立姿势集》清华大学出版社
关键词：三维技术；动画电影；三维动画
三维技术是计算机软硬件而催生出来的产物。与传统的二维动画不同，三维技术使动画电影在视觉效果上更加立体、生动。三维技术的出现并应用到动画制作中像是一场动画领域的革命，是动画电影一次里程碑式的跨越。三维技术的出现打破了人们对动画的传统认识，取代了之前的二维动画，使三维动画成为动画领域的代表。
1三维动画的产生和发展
三维动画又称3D动画，是通过三维动画软件在计算机中虚拟建立以立体长、宽、高的空间来展示动画的。三维动画在制作的过程中其制作流程与传统动画基本如出一辙，只是在其中加入了三维动画效果的制作，把传统动画中需要手绘的角色形象与场景，通过三维动画软件制作成立体效果，模拟出需要的角色形象与场景。并在三维动画软件中赋予其动作、灯光、材质、渲染等参数设置，最后生成精美的动画画面。
20世纪80年代，美国开始探索运用计算机制作动画。此时，三维动画技术还处于探索阶段，三维动画影片也不是特别多，最初的三维动画技术大多应用在影视电影中，电影《侏罗纪公园》通过计算机编码对画面进行处理，从实境中插入三维动画恐龙造型，在银幕上逼真地表现古代生物在地球上活动的情景。庞大的恐龙吼叫着穿过大地，鲸鱼训练幼子……这些充分证明三维动画技术在电影创作中的重要作用。计算机动画技术的突飞猛进，使得制作大型逼真的场景成为可能，随着三维动画技术的日臻成熟，1995年由迪斯尼公司推出了世界电影史上第一部由计算机制作的三维动画电影《玩具总动员》。这部立体的动画片，是推动动画向三维领域发展的里程碑。2011年梦工厂推出《怪物史莱克》，这部影片获得了巨大的成功，把美国动画电影推向了新的高峰，同时标志着三维动画进入迅猛发展时期。2004年，《怪物史莱克2》在世界各地势头未尽，《鲨鱼黑帮》《超人特攻队》《极地快车》等三维动画大片又接踵而至，三维动画大有百家争鸣，百花齐放的情景，三维动画影片进入全盛时期。三维动画作品的问世给观众带来了全新的视觉冲击，给人以耳目一新的感觉。
2三维动画的特点和作用
三维动画与传统的二维动画相比，在角色的表情丰富度和真实度上优于传统手绘动画；在视觉效果上更加立体、生动，在动画制作上向着低成本、高效率的方向前进。其制作过程中可以完成不可能完成的镜头，可以创建出不存在的角色形象，它将虚拟的东西真实化，给观众视觉上无限的冲击。
2.1突出的模型建设能力
三维动画在角色模型上不受客观条件的限制，动画设计者可以随心所欲的制造出现实存在的真实物体或景观，也可以将现实中没有的，超乎于现实的物体和景观制造出来。例如，电影《阿凡达》中潘多拉星球中的参天巨树、星罗棋布飘浮在空中的群山、色彩斑斓充满奇特植物的茂密雨林，夜晚如同梦中奇幻花园会发光的各种动植物等等这些都是通过三维技术实现的。
2.2空间与角色运动实现的无约束性
在传统的二维动画制作过程中，由于受到手绘动画的限制，一些高难度的动作难以完成。三维技术的出现改变了这一现象。例如，在动画影片《美女与野兽》中，影片最后的场景，美女与野兽共舞，实际上就是应用三维动画软件制作成二维动画效果完成的，人物与环境都呈现在360度的旋转之中。这种动作用传统的动画技术无法实现，也不可能现的。由于三维技术的出现，从而创造了精彩的画面，达到了意想不到的效果，同时在形式上达到完美的统一。
2.3光影表现力的多样性
相对于传统动画来说，三维动画可以任意发挥制作者的想象力，做出更接近理想化的效果。三维动画中灯光的应用遵循超写实的仿照自然原则，同时结合电影艺术和艺术大师的画面感进行制作，使画面既真实又充满艺术感。灯光效果在服从于剧情的同时，还要创造场景氛围，如欢乐、悲伤、欣喜、邪恶等情绪。
2.4质感表现力的丰富性
三维动画中的质感主要指动画画面整体所表现的精细感与真实感程度。2009年推出的《飞屋环游记》中视觉表现无与伦比，既有绚丽的自然风光，也有精致的皮肤质感塑造和毛发表现。将真实的自然景观艺术化地展现在观众的眼前。
2.5制作过程的简单化
三维动画技术相对与传统动画而言，节省了很多的绘制工作，在三维动画的制作过程中将模型创建好，给予好材质、灯光、骨骼、摄影机等。就可以在软件中进行动作的编辑了，通过后面对机位的选择，渲染出需要的镜头。从而节省了传统动画中绘制原画和中间画的过程，三维动画的制作过程更加简便与高效。
3三维动画的发展潜力
在动画发展的百年历史中，三维动画还是一个新兴的动画类型，但纵观三维动画的发展历程，随着计算机技术的不断发展，三维动画技术的灵活性将逐渐融入影视领域中，解决其拍摄过程中的局限性问题，弥补其拍摄角度的不足。
关键词 三维技术；质感；视觉；动画
中图分类号J2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）138-0070-02
动画作为一种应用广泛的艺术形式，已经在我们的日常生活中得到广泛的普及，虽然动画作为一种艺术形式而存在的寿命不过百年，但它的起源却非常悠远，可追溯到距今二三万年的远古时代。动画作为人类文明中的宝贵财富，是集现代性和复古性的艺术形式之一。如今随着科技的不断发展，动画技术已经深入到我们日常生活的各个角落，在我们的生活中，尤其是娱乐消遣中占有极大的比重。动画技术变幻莫测，却又与我们的生活紧密相连。现代的动画，不仅仅只是作为一种艺术而存在，动画产业也渐渐站稳了脚根，得到了很好的发展。如今，由于电脑技术不断向这高科技发展，动画产业也深深受其影响，逐渐完成了由二维动画向三维动画的转变。三维仿真技术为动画的发展提供了更广阔的发展空间和更大的竞争力。三维仿真技术在动画中的运用，值得我们对其进行深入的探讨，并对其应用进行研究。
1 三维仿真技术的含义
三维仿真技术即我们所称的3D动画，随着影视制作的需求和软件技术的布点发展，三维仿真技术应运而生，并受到业界的欢迎。三维动画的制作模式如下：首先，设计师根据操作的实际需要，在计算机内建立一个虚拟空间，虚拟空间建成后，按照脚本或者客户需求，设计师对角色或者场景进行相应的设计和表现，再依据现实生活中的经验，根据人物、事物的动作、状态对其运动的方向和轨迹进行模拟设计，设计完成后，再对人物进行蒙皮、事物进行细节的勾画设计。在完成对人物和事物的塑造后，便可依据脚本来进入运动状态，形成一个极具动感和现实感的三维动画。
2 三维仿真技术的特点
1）对于无法完成的实景拍摄，三维动画可对其进行模拟，以排除危险因素；2）三维动画的制作不似实景拍摄，易受天气及气候的影响；3）对于操作人员的物性以及硬性技术要求较高可以用三维动画进行模拟，降低成本 ；4）可进行随意变更，回炉再造周期短；
5）对于实拍来说，成本更易控制；6）通过三维动画代替危险性较高的镜头 ；7）对无法重现的镜头进行三维模拟；8）美化产品，达到特效制作；9）三维仿真技术制作时间与场景实拍相比较而言，时间长，处理精细。并且制作越精细越逼真，成本越高。
3 三维仿真技术的在动画中的应用
三维技术在动画制作中得以广泛运用，不仅仅是由于电脑技术以及软件操作技术所带来的便捷性，除此之外，三维技术在动画中的运用突破了传统二维技术制作的局限性，使屏幕内的内容更加丰富、更加动感，并且能够给人耳目一新的感觉，因此三维技术在画面的制作中，得以更广泛的推广及运用。[2]三维动画不仅仅是对于动画片的运用，还可以用于广告和电影电视剧的特效制作（如爆炸、烟雾、下雨、光效等）、特技（撞车、变形、虚幻场景或角色等）、广告产品展示、片头飞字等。
三维技术在动画的应用中，主要是对现实事物的虚拟再造以及不存在事物的合理想象。由于三维动画存在着自身优势，被越来越频繁地运用到动画制作中。三维技术的发挥，使得动画领域得以不断发展和拓展。
一部完整的动画制作不仅仅如我们在荧幕上看到的那样简单，总体上，动画制作分为前期策划、中期制作、后期合成三个方面。[3]
在动画制作流程中，不论是前期策划的剧本及角色的设置、中期制作中道具及场景的布置，还是后期合成效即片头片尾的制作等等，都离不开三维技术的
运用。
3.1 三维技术在前期策划中的运用
制作短片之前，剧本的选择非常重要。剧本决定了人物设计、情节结构以及故事发展的主线和副线。在前期工作中，剧本确定后，根据剧情，制作人员会写出文字分镜头，并对画面与镜头进行相应的融合和分配，以使剧情连贯，构成完整的叙事。在此期间，三维技术无需发挥太大作用，只用于动画完成之前，画面效果以及人物形象的的预估作用等等。
3.2 三维技术在中期制作中的作用
在中期制作中，三维技术开始派上较大的用场。其中包括道具、角色的设计，角色骨骼的绑定、蒙皮等等。中期制作流程任务量庞大，场景的复杂程度、人物的个性化、道具的精确性都为三维技术的运用提供了宽阔的空间。
在道具场景的设计工作中，主要运用Polygon，NURNS，SUBDIV三种技术对道具进行建模工作，并根据剧情以及故事的风格，设计出相应的模型，与场景需求相匹配，在模型设计过程中，应充分利用三维技术。[4]刻画出道具的棱角和轮廓，使物体看起来更鲜活、更接近实物。
在人物角色设计中，为了体现角色的个性化和人物特征，制作过程总共分为两部分：首先利用三维技术进行角色建模，其次利用三维技术进行角色的材质贴图制作。在角色的建模过程中，不仅仅是对人物形象的设计，还有关于人体结构、肢体运动、肌肉走势等等，都应注意变通。本项目中主要运用的是Polygon技术，制作好人物模型后，在完成相应的细节设计。
人物模型设计好后，要对骨骼进行绑定，而后进行人物的蒙皮，以达到仿真效果。在这一过程中，先从人物躯体的主干开始运作，再经由四肢、头部，进入Animation应用，使用骨骼组建命令进行骨骼的接合。在蒙皮环节，运用pain-skin-weights-tool，对人物进行蒙皮。蒙皮及骨骼设计完成后，即可对人物做出表情设定，肢体语言设置等等。
制作动画的过程中，主要是运用三维技术完成，主要包括非线性动画、路径动画、关键帧动画、驱动关键帧动力学动画、运动捕捉等等。主要的技术运用还是应依据动画短片的特点、剧情走向、人物设置等等，挑选出与实际需求相适应的三维技术。
3.3 三维技术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。在特效场景的制作环节中，主要是运用After Effects工具制作与场景相符的特效现象，以丰富画面，增加动感。音效及合成相对简单，只需要在音效剪辑软件中输入原材料，仅是适当的合成剪辑，便可适用于动画中。
4 结论
随着电脑技术的不断发展，三维技术已在动画制作中得到了越来越广泛和灵活的运用。三维技术已经深入了动画制作的整个流程之中，并以其高度的灵活性使得动画的特技制作越来越娴熟，使动画具备了更好的品质。在动画的发展历程中，只有不断投入三维技术的使用，使创造性的思维方式与精湛的三维技术相结合，方能不断推进动画产业的发展和应用，从而呈现出更多的优秀作品。
参考文献
[1]王军.动画技术大[J].兵器工业出版社，2011：35.
[2]王俊伟.3DMAX标准教程[J].清华大学出版社出版，2013：56.
[3]于鹏.PHOTOSHOP7.0[J].清华大学出版社出版，
关键词：虚拟；三维服装；建模技术；展示
中图分类号：J0-05 文献标志码：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
虚拟三维服装展示是根据服装设计和展示陈列人员陈展需要，运用计算机科学、艺术等其他学科领域的知识，在计算机里建立数字化的服装采样系统，计算机按照所选尺寸模拟样衣着装效果，从而生成三维服装的虚拟展示效果。虚拟三维服装展示技术改变了传统的采用真人模特试衣的方式，利用计算机技术和交互技术就可以进行服装的立体展示。
1 虚拟三维服装展示技术研究现状
1.1 国外关于虚拟三维服装展示技术的研究
国外关于虚拟三维服装展示技术的研究已趋于成熟，无论是静态展示还是动态展示都已形成完善的展示系统。瑞士Miralab实验室在虚拟服装及动画方面积累了大量的研究经验与科研成果。1990年，Miralab实验室的“FlashBack”虚拟服装项目是第一个真正意义上三维服装虚拟展示的案例。
之后，此实验室把重点放在了虚拟三维服装展示技术中的三维服装物理建模的研究上，即表现服装动态时的力学性能。此外，瑞士日内瓦大学的MIRALAB实验室以及H&M服装公司推出了网上试衣间服务以及著名的My Virtual Model（MVM）试衣网站，英国伦敦技术学院的“Center for 3D Electronic Commerce”项目，欧洲信息与算法研究协会的“MtoM3D”项目等都对三维服装虚拟展示技术进行了相关研究。
1.2 国内关于虚拟三维服装展示技术的研究
我国关于虚拟三维服装展示技术的研究还处于发展阶段。杭州森动数码科技有限公司与几家全球知名的IT科技厂家合作，利用全球最新3D技术、增强现实以及体感技术等科技元素，自主研发“3D虚拟试衣”软件，满足了服装消费者个性化需求，节约了试衣的时间；此外，江南大学民间服饰博物馆基于“CLO3D”三维服装展示软件制作的民间服饰的虚拟展示，逼真地模拟出了馆藏的汉民族服装文物的质感，很好地解决了民族服饰展示棘手问题。由此可见，虚拟三维服装展示技术在国内趋于高速发展状态。此外，北京服装学院、浙江大学CAD&CG国家重点实验室、东华大学、中科院以及天津工业大学等高校均在该领域有所研究，并通过相关课题研究取得一定的成果。
2 虚拟三维服装展示技术的研究内容
2.1 三维人体模型的建立
人体模型是虚拟着装的主体。根据服装款式、材料等元素的需要建立与之对应的人体模型，所以人体模型的尺寸、姿势和体态在服装虚拟展示中显得尤其重要。目前，三维人体模型主要有几何建模、三维扫描数据以及三维软件建模 3 种方法，其中三维软件建模方法是当今技术发展的趋势与主流。
几何建模方法是根据人体结构及其特征，定义与之对应三维人体造型特征。该方法出现时间较早，是CAD/CAM技术发展阶段的重要技术支撑，此方法以几何信息和拓扑信息反应三维人体的具体结构等数据，是虚拟三维服装展示技术初期的重要技术手段。
三维扫描数据建模运用非接触式测量方法，借助激光三维扫描仪，进行三维数字人体重建。它将人体的三维结构信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为人体数据的三维虚拟模拟提供了方便、快捷的手段。此方法建模比较昂贵，人体结构复杂时运行速度较慢，所以三维扫描数据建模方法很难得到推广和普及。
三维软件建模利用MAYA或3DS MAX等三维软件，完成人体模型的创建。此建模方法操作简单，容易上手，建模功能强大，在建立人体模型方面具有很大的优势。这两款软件的插件比较丰富，与其他软件融合流畅，模型精准、逼真，如图 1 所示（基于MAYA软件制作）。而且还可对所建模型贴材质、调动作、编程序等，使三维服装虚拟展示由静态展示到动态展示灵活转换。三维软件建模是当今三维虚拟展示的主流技术手段，不仅缩短了建模的时间，而且所建模型数据更加灵活，易于改动；展示手段等更加人性化，更具感染力。
2.2 三维服装模型的建立
三维服装建模方法主要有几何建模法、基于粒子系统的物理建模法以及结合几何与物理的混合建模法等 3 种方法。建模方法的原理不同，虚拟的服装对象类型也存在差异。
几何建模法：模拟布料的外观形态，不涉及面料的物理特征，用几何方程对虚拟现实环境中的服装效果进行展示。此方法以已有的人体模型为基础，求得服装各造型点的数据；然后，根据服装款型等因素对模型进行经纬线划分，通过截取面得到数据，最后，根据人体与服装的空隙度大小，获取服装表面各造型点的三维数据，完成服装模型的创建。此方法有模型简单、计算较快等优点，但是对服装的悬垂及质感的模拟效果较差。
物理建模法：通过选择参数值可以较为直观地控制服装的悬垂与质感。在模拟中区分毛、棉、丝、麻等不同服装质感，可较好地模拟服装的真实效果。但是其模型复杂，计算速度较慢，与虚拟三维服装展示的快捷、便捷理念相背离。
混合建模法：运用几何方法进行服装模型的建立，用物理方法进行服装悬垂和质感以及局部结构的细化。利用弹性变形模型对服装进行变形，使服装更具真实感，模拟出的服装外形结构精准，又能展现不同材料的服装的悬垂与质感（图 2）。
2.3 三维场景的建立
三维服装虚拟展示需要设定一个特定的展示空间，通过创建三维场景模拟出服装所要表达的文化内涵与时代场景，所以场景的搭建和布置也是非常重要的环节。在所建三维场景模型上匹配符合服装展示主题的材质、设定应景的灯光等，以此模拟出服装展示所需的场景。在三维场景的模拟上，VRML语言将影片、声响、音乐等效果调和在一起，形成一个综合性的单一媒体是三维服装虚拟展示必不可少的应用程序。在当下，无论是时尚服装的研发公司还是文物保护单位，三维场景模拟都有所运用，极大地丰富了服装展示的效果与意义。
3 虚拟三维服装展示技术研究趋势
3.1 虚拟三维服装展示技术的不足
当前，虚拟三维服装展示技术日趋成熟，已由最初的简单服装的静态展示发展到现在的复杂服装的动态展示，但也存在多方面的问题：三维立体模拟的真实感还有待加强，如服装质感与动感的表现、三维重建、逼真灵活的曲面造型等问题仍难以解决；三维服装模拟的集成系统较少，二维衣片和三维服装之间的转化、二维图案和面料的三维覆盖等问题没有得到很好的解决。虚拟三维服装展示技术可以对服装虚拟展示中所用模特的尺寸、姿势和体态进行操作，但是对服装的虚拟变形以及服装的悬垂性模拟操作还有一定的难度。需要从事虚拟三维服装展示的研究人员与学者共同的努力与合作，研发出更好的服装虚拟展示系统。
3.2 虚拟三维服装展示技术的挑战
随着科技的发展，服装虚拟展示必将向着智能化、自动化的方向发展，服装模型的动态模拟/三维服装褶皱效果处理是其趋势，但是在未来的研究道路上也会遇到许多难题与挑战。
（1）服装模型的动态模拟研究
服装模型的动态模拟在三维服装虚拟展示中有着至关重要的作用，服装虚拟展示时，虚拟的人体模特运动和服装动态模拟耗费的计算量非常大。
目前，三维服装的动态展示难度很大，很多国内外的专家学者对其都有研究，但是算法和物理模型在实践中都与预期效果有一定差距。模拟三维服装的动态效果，合理的碰撞检测模型是前提，服装曲面与人体曲面随模特动作变化时相对位置关系的变动中不能有穿透发生。这一点对于目前的三维服装虚拟展示技术来说是十分困难的。在三维服饰虚拟展示中，即使服装在静态人体上很合适，但并不能保证动态展示有同样好的效果。因此，对于服装面料的动态模拟的研究很有价值。
（2） 三维服装褶皱效果处理研究
三维服装虚拟展示已由静态展示发展到动态展示，对于服装褶皱的研究也有了更高要求。褶皱是服装的重要外观特征之一。在三维服装虚拟展示中，褶皱效果的模拟主要有两类：静态效果的模拟与动态效果的模拟。目前，静态效果模拟技术已经日趋成熟，效果较好。动态时服装的飘动悬垂效果的模拟还处于探索阶段，在进行模拟仿真时，既要注重碰撞检测的高效性，又要及时处理碰撞部位的褶皱问题。如何高效准确地处理动态的褶皱的研究属于服装动态效果仿真技术中的一种，值得对其深入研究。
（3）虚拟三维服装展示技术的挑战
在虚拟三维服装展示技术研究上还存在许多难题，如服装仿真建模和数值计算等问题。对结构复杂与材料较多的服装，如何构建仿真模型、服装从静态悬垂到动态变形怎样相互转化，是服装模拟的最大挑战。在模拟模特运动时服装与身体的接触以及服装自身的交互碰撞问题、仿真的实时性问题以及服装本身高度复杂的各向异性和非线性力学行为的模拟等问题，对于虚拟三维服装展示技术的发展无疑是棘手的难题与挑战。
4 结语
虚拟三维服装展示技术在三维人体模型、三维服装模型以及三维虚拟场景等方面都有很大的突破，实现了虚拟人体由静态到动态的灵活转换、虚拟服装纹理与质感的真实表现以及虚拟场景的真实模拟等。随着对虚拟三维服装展示技术更加深入与精细的研究，智能化的三维服装虚拟展示是其发展趋势，设计师可以随心所欲地将自己设计的服装借助虚拟展示技术浏览服装在三维空间的效果，从而大大缩短了成衣的生产周期和展示成本，这将在时尚服装的个性化设计与定制、传统服装的数字化展示等领域有着广阔的应用前景。
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关键词： 三维集成电路； 三维晶圆级封装； 三维堆叠技术； 三维片上系统
中图分类号： TN431.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）06?0104?04
依靠减小特征尺寸来不断提高集成度的方式因为特征尺寸越来越小而逐渐接近极限，而三维芯片则是继续延续摩尔定律的最佳选择[1]。理想的三维芯片是在硅片上交替的制造器件层和布线层，由于难度较大，现阶段基本无法实现。目前的三维芯片，本质上是封装技术的一种延伸，是将多个裸晶片（die）堆叠起来，这种技术允许基本电路元件在垂直方向堆叠，而不是仅仅在平面互连。三维芯片的主流技术有两种：SOI技术[2]和纯硅技术[3]，TSV最小间距可达6 mm，最小直径可达2 mm，即将走向量产阶段，成为主流技术[4]。
三维芯片优势很多，除了明显的提高集成度之外，更小的垂直互连，还可提高互连速度和减小最长全局连线。同时，连线的缩短会减少长连线上中继器的数量，从而减少功耗[5]。因为堆叠的晶片可以是不同工艺的，三维芯片非常符合片上系统（System?on?Chip，SoC）的需求，生产异构的复杂系统。三维芯片符合未来的高性能计算和多核/众核处理器的需求。目前IBM和Intel都纷纷在众核处理器中试用三维堆叠技术，如IBM的Cyclops系统[6]和Intel的万亿次计算系统[7]。
1 三维互连技术定义
为了能够对三维技术的前景有个更清晰的了解，首先需要确定三维技术的定义，并给众多的技术一个明确的分类[8]。组成电子系统的基本模块为晶体管、二极管、被动电路元件、MEMS等。通常电子系统由两部分组成：基本模块和用于连接它们的复杂的互连系统。互连系统是分级别的，从基本模块之间窄而短的连线到电路块之间的长连线。设计良好的集成电路，线网会分为本地互连线、中层互连线和顶层互连线。电路也是分级别的，则从晶体管、逻辑门、子电路、电路块到最后的带引脚的整电路。如今被称为三维技术的，是一种特别的通孔技术，这种技术允许基本电路元件在垂直方向堆叠，而不是仅仅在平面互连。这是三维集成技术的最显著特征，它带来了单位面积上的高集成度。三维互连技术，指的是允许基本电子元件垂直堆叠的技术。这里的基本电子元件指的是基本电子器件，例如晶体管、二极管、电阻、电容和电感。三维互连技术相关的一些定义见表1。
表1 三维互连技术的定义及特征
3D?Packaging（3D?P）：使用传统包装技术的三维集成，例如引线键合（wirebonding），层叠封装（package?on?package stacking）或嵌入PCB板。
3D?Wafer?Level?Packaging（3D?WLP）：使用晶圆级封装技术的三维集成，在晶圆制造之后进行，例如倒装封装、fan?in和fan?out重构晶圆级封装。
3D?System?on?Chip（3D?SoC）：做为片上系统（System?on?Chip，SoC）设计的电路，但是用堆叠的多层晶片实现的。三维互连直接连接不同晶片上的电路块。这种互连是全局级别的互连，可以允许大量的使用IP块。
3D?Stacked?Integrated?Circuit（3D?SIC）：允许三维堆叠栈中的不同层的电路块之间有直接的互连，这种互连是顶层和中层级别的互连线。这种三维堆叠栈由一系列的前段工艺（器件）和后段工艺（互连线）的交替堆叠而成的。
3D?Integrated?Circuit（3D?IC）：由各种有源器件直接堆叠而成。这里的互连是本地级的。这种三维堆栈是由器件和互连线混合堆叠而成的。
在上述介绍了很多实现三维互连的技术。其中备受关注的一个是硅通孔TSV技术，这个技术被广泛的用于3D?WLP， 3D?SoC和 3D?SIC的互连线中。
硅通孔（Through Silicon Via，TSV），也叫硅穿孔，是一种穿透硅晶圆的器件层的垂直电连接[3]。具体的说，TSV就是用来连通晶圆上下两边的通孔，在通孔中灌注导体形成连线。灌注的导体可以根据其具体工艺来确定，如导电材料铜、钨以及多晶硅，并用绝缘层（常为二氧化硅）将TSV导电材料与基底隔离开。这层绝缘层也确定了TSV主要的寄生电容及热性能。TSV导体与通孔壁之间镀有一层很薄的阻碍层（如钽），用来阻止导体中的金属原子向硅基底渗透。TSV通孔的形成有Bosch深反应性离子蚀刻（Bosch Deep Reactive Ion Etching，Bosch DRIE）、雷射钻孔（laser drilling）、低温型深反应性离子蚀刻（cryogenic DRIE）和各种湿式蚀刻（等向性和非等向性蚀刻）技术。在通孔形成的工艺上，特别强调其轮廓尺寸一致性，导孔不能有残渣，且通孔的形成必须满足相当高的速度要求。
有很多方法可用于实现基于TSV的3D?SIC和3D?WLP，不过大致都划分为如下工序：硅通孔阶段、晶圆减薄、薄晶圆处理和背部处理、三维键合。这些工序的顺序可能不同，会产生一系列的工艺流程。这些工艺流程可以按照四种特征来分类，具体如下：
（1） 按照TSV过程与器件扩散过程的先后顺序（见图1）。先通孔：通孔工艺在前段工艺（Front?End of Line，FEOL）之前；采用这种技术使用的导电材料需要承受后段工艺的高温热冲击（常大于1 000 oC），所以只能选择多晶硅为通孔材料；中通孔：通孔工艺在前段工艺FEOL器件制造之后，但是在后段工艺（back?end of line，BEOL）互连线之前；后通孔：通孔工艺在后段工艺之后，或与互连线工艺集成在一起进行；采用这种技术可以使用金属材料如铜和钨。
（2） 根据TSV工艺与三维键合工艺的顺序来划分：TSV工艺在三维键合工艺之前或者之后。
（3） 根据晶圆减薄与三维键合工艺的顺序来划分：晶圆减薄工艺在三维键合工艺之前或者之后。
（4） 根据三维键合工艺来划分：分为晶圆到晶圆（Wafer?to?Wafer，W2W）[9]键合、晶片到晶圆（Die?to?Wafer，D2W）[10?11]键合、晶片到晶片（Die?to?Die，D2D）[12?14]键合三种。采用的晶圆键合方法，包括：氧化物融熔键合（oxide fusion bonding）、聚合物黏着键合（polymer adhesive bonding） 、金属?金属键合（metal?metal bonding）。其中，金属?金属键合又可分为：金属融熔键合（metal fusion bonding）和金属共晶键合 （metal eutectic bonding），如：铜锡共晶（Cu?Sn eutectic）等。
以上是按照四种主要的特征来划分，除此以外，还可以按照另外的特征来划分，例如F2F（face?to?face）键合或者B2F（back?to?face）键合等。上面定义的通用流程特征可应用于3D?WLP和3D?SIC的顶层互连线和中层互连线。
对于3D?WLP TSV技术，后通孔的路径是最重要的，它在三维键合之前完成，可以是前面TSV（TSV与互连线在器件的同侧）或者是背面TSV（TSV在器件背面）。这些方法不仅仅可以用于平常的半导体技术，而且可以用于无源器件或者混合信号模块。另外，与TSV相关的问题还包括成品率、TSV可靠性、TSV寄生效应、TSV冗余、热通孔等问题，均是研究热点。
2 三维技术蓝图
依据上文的三维互连线级别和三维工艺的定义，给出了每个级别的TSV的发展蓝图如表2，表3所示[8]。对于3D?SIC，它分两个互连线级别，具体如下：顶层互连线级别的3D?SIC和3D?SoC。这种技术允许W2W， D2W和D2D堆叠。这种三维TSV工序一般与硅晶圆的制造生产线集成在一起，而三维键合工序一般在硅工序之外。中层互连线级别的3D?SIC，例如小电路块的三维堆叠。这种技术一般是W2W堆叠。三维TSV工序与三维键合工序都集成在硅制造生产线之中。
表2 顶层互连线级别的3D?SIC/3D?SoC发展蓝图
Intel认为三维芯片是未来芯片的发展趋势，它会带来架构的极大改变，未来即将迈入三维时代。Intel实验室与台湾工研院有合作开发采用三维芯片架构的低功耗内存技术，该技术将来可应用在百万级计算、超大规模云数据中心等大型系统以及智能手机、Ultrabook、平板计算机等移动系统中。Amkor公司和位于比利时的纳米电子和纳米技术研究中心IMEC，将合作开发成本效益高的基于晶圆级三维集成技术。许多公司如IBM；Amkor，Intel，IMEC，Samsung，Qimonda AG，德州仪器、Tessera，Tezzaron，Ziptronix，Xanoptix，ZyCube都在研究三维集成技术；TSMC（台湾）、Tezzaron、特许（新加坡）已有晶圆厂宣布有意将TSV技术量产，这些都是三维技术走向量产阶段、成为主流技术的前兆。
表3 中层互连线级别的3D?SIC发展蓝图
3 三维集成技术面临的挑战
成功的发展三维集成电路是一个综合复杂的问题，这个过程中面临多种挑战，需要克服很多问题。本文列出了几个最关键的问题，具体如下：
（1） 技术限制。三维集成技术的工艺还不完善。现在比较成熟的技术我们俗成2.5D，采用的bond?pad方式连线的晶圆级封装技术。基于TSV的三维堆叠技术目前已能实现，但是尚未大规模量产和一个完整的量产方案。例如是先通孔还是后通孔，三维集成是采用原有的设备改装还是全新的技术，是否会产生一种全新的三维集成厂，负责专门的三维集成工作，这些各个公司都有自己的研究方案，但尚未形成成熟的技术路线。
（2） 测试问题。测试技术也面临挑战，传统测试技术是针对单层系统设计的，未提供针对多层芯片集成的整体系统测试技术。
（3） 三维互连的设计问题。三维互连设计的问题主要表现在：第一，三维芯片中个各层可能是采用不用工艺完成的，要综合的对不同的层进行互连设计难度很大。现在常用的方法是，先进行一个三维划分，然后再进行各个层内的设计；第二，跨越几个层的全局互连线，例如时钟和电源电路，均需要重新考虑设计问题。
（4） 散热问题。在二维集成电路中，芯片发热已经对电路性能和可靠性产生了重要影响，采用三维工艺后，有源器件集成密度的大幅提升促使芯片功耗剧增，加之芯片内部使用的电介质填充材料导热性能不佳，种种不利因素使得三维集成电路芯片散热问题雪上加霜，散热问题成为集成电路物理设计中必须首先考虑的难点问题之一。目前也提出了很多解决热量问题的方案，但是并没有一个公认的完善的解决方案。
（5） CAD工具问题。集成电路的计算机辅助设计作为芯片设计的关键技术，对芯片性能、功耗、工作温度、设计?制造通过率等都有着巨大影响，是三维集成电路发展的基石。过去几年来三维集成工艺的发展成熟，使得人们已开始在三维集成电路方面开展积极的探索，但是目前的三维集成电路的CAD软件尚不完善，大部分均为现有的二维CAD软件的简单扩展，还没有一个通用的全面的软件。
4 结 语
CMOS集成电路发展至今，传统二维（2D）平面集成工艺已达集成密度极限，为了提升芯片性能，集成更多晶体管，就必须增加芯片尺寸，而芯片尺寸增加带来全局互连距离的延长，从而引发了更严峻的互连问题：延时增加、噪声、信号串扰问题不断加剧限制了数据总线带宽，互连问题成为二维集成电路的瓶颈。要克服互连线带宽限制，必须实质性地改变设计方法。
三维集成电路是传统二维集成电路从传统平面集成方式向垂直方向立体集成方式的延伸。三维集成电路的优势在于：多层器件重叠结构使芯片集成密度成倍提高；TSV结构使互连长度大幅度缩短，提高传输速度并降低了功耗；重叠结构使单元连线缩短，并使并行信号处理成为可能，提高了芯片的处理能力；多种工艺，如CMOS、MEMS、SiGe、GaAs混合集成，使集成电路功能多样化；减少封装尺寸，降低设计和制造成本。本文给出了三维技术的定义，并给众多的三维技术一个明确的分类，包括三维封装（3D?P）、三维晶圆级封装（3D?WLP）、三维片上系统（3D?SoC）、三维堆叠芯片（3D?SIC）、三维芯片（3D?IC）。给出了比较有应用前景的几种技术，三维片上系统和三维堆叠芯片的技术蓝图。最后，分析了三维集成电路存在的一些问题，包括技术问题、测试问题、散热问题、互连线问题和CAD工具问题，并指出了未来的研究方向。
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【关键词】三维激光扫描技术；测绘；应用；进展
现阶段，三维激光扫描技术是一项高科技测绘技术，它为测绘工作中空间三维数据信息的采集以及绘制工作提供了较大便利。三维激光扫描技术主要是利用激光记性测距来获得空间条件下的三维坐标数值，快速且准确的扫描到被测量的物体，获得精确度较高的扫描数据，有助于三维建模工作的顺利开展。目前，三维激光扫描技术在测绘工作中受到广泛应用，由于该技术对我国社会经济发展的积极作用，该技术的应用研究将具有较大的科研价值。
1 三维激光扫描技术的基本论述
1.1 三维激光扫描技术的主要测绘工作原理
三维激光扫描技术在实际测绘工作中，主要是利用扫描仪中的发射器通过专业的激光二极管准确发射出与红外波长相似的安全性激光束，按照规范化程序对被测对象进行扫描。并借助相关设备获得激光反射的标准时间差，从而最终测出激光与被测物体之间的相互距离。再用专业编码器对镜头的旋转角以及水平旋转角度进行有效测量，获得采样点的实际空间坐标值，从而得到被测物体的准确采样点集合，可以将其称为点云。点云之间有着可量测性，而且由点云组成的实际影像与扫描的栅格性影像相比，最大的差异在于矢量化的不同。
1.2 三维激光扫描技术的主要特点
三维激光扫描技术与测绘工作中其他测绘技术相比，具有特殊的优点。主要包括以下几个方面的特点：第一，三维激光扫描技术的测量距离相对较远。第二，三维激光扫描技术在测量过程中不需要发射棱镜的参与，具有无接触测量的优势。第三，三维激光扫描技术采样点的实际速率较高。第四，三维激光扫描技术的点定位实际精确度较高。第五，三维激光扫描技术在工作中的扫描目标不需要进行表面处理，就可以直接获得需要的三位点云信息数据。第六，三维激光扫描技术的数字化程度较高，采集工作中兼容性较强。第七，三维激光扫描技术的软件功能全面，基本上可以满足测绘工作的实际需求。
2 三维激光扫描技术在测绘工作中的应用
2.1 三维激光扫描技术在测绘工作中的信息数据采集
三维激光扫描技术在测绘工作中可以利用自由架站的形式，将站点设置在相对坚硬稳固的位置。测绘工作中测量的范围涉及较广，而且地面经常出现凹凸不平的现象，因此，在对测绘区域进行全方位测量的过程中，需要多次测量来获得更准确的信息数据，站点的布置工作要有助于云数据精确度的提高，从而获取较为全面的地面测绘信息，真实反映测绘情况。此外，除了要对扫描仪的实际站点位置进行科学设计之外，还要对激光扫描的实际标靶位置进行合理选取，从根本上满足点云拼接的具体要求，便于对测绘工作中高程面的有效获取。三维激光扫描技术与传统测量方式在分方测量中扫描数据对比如下所示：
2.2 三维激光扫描技术在测绘工作中的信息数据处理
三维激光扫描技术在测量过程中，会因测量物材料的不同、实际测量方式的不同以及外界干扰因素等情况的影响，使测量结果存在一定的测量误差。因此，在测绘工作的信息数据处理工作中需要运用软件对容易引起误差的店进行去除处理，准确提取测绘对象。然后进行三维建模，具体来说，测绘工程中的三维建模就是从高密度的云信息数据提取到测绘目标重建的技术。根据建模方法的差异，可以将其分为几何模型的三维重建以及云信息数据表面的三维模型重建。几何模型的三维重建主要应用于CAD中的断面轮廓以及轮廓模型等，两种重建方式都可以实现信息数据的有效处理以及模型的构建。
2.3 三维激光扫描技术在测绘工作中的精确度评价
三维激光扫描技术中的精确度评价主要是用来评价专业测绘工作中数据的准确性程度。在实际评价工作中，一般情况下会将测绘的数据结果与CPS-RTK测量方法中的数据结果有效对比，CPS-RTK测量的主要侧重点是特征点的实际坐标，两者的最终测量结果有着很好的一致性。但是，从某种程度上来讲三维激光扫描技术的测量精确度更高一些，能够准确反映出测绘工作的实际情况，有着较为广阔的应用空间。
3 三维激光扫描技术在测绘工作中的不足与发展
3.1 现阶段三维激光扫描技术在测绘工作中存在的问题
三维激光扫描技术是测绘工作中的先进技术，是现代化科学技术中的领先产品。与传统测绘技术相比有着鲜明优势，得到了广泛推广应用。从三维激光扫描技术的整体发展来看，它基本上涵盖了所有的测绘领域，具有测量面积极大、自动化水平高、速率较高以及测量精确度较高的特点。但是现阶段三维激光扫描技术在发展过程中，也存在着自身的不足。具体来说，首先三维激光扫描技术的测量工具―三维激光扫描仪的实际售价过高，很难满足普通测绘工作的需要。其次，三维激光扫描技术在测量精确度、测距以及扫描速率方面存在着较大的矛盾关系。再次，三维激光扫描技术的点云数据处理硬件以及软件没有进行统一，每个厂家都有着自带软件，不能有效兼容，给测绘工作造成一定程度上的影响。最后，三维激光扫描技术测量中的三维激光扫描仪自身精确度的校正以及检查存在较大困难。校正检查的实际方法相对单一，校正的基准数值选取存在复杂性的特点，精确度的评定工作不好进行。以上这些问题，都阻碍了三维激光扫描技术在测绘工作中得应用以及发展。需要在三维激光扫描技术的现有水平上，不断进行创新发展，提高其应用范围。
3.2 三维激光扫描技术在测绘工作中的发展
三维激光扫描技术在发展应用过程中，要不断创新改进，提高其测量水平。首先，三维激光扫描技术测量中的三维激光扫描仪需要不断国产化，经过创新研究，研制出具有自主产权的扫描仪器，解决三维激光扫描仪售价高的问题。其次，在三维激光扫描技术的测量过程中，需要高度重视测量方法以及测量算法，并不断提高测量的精确度，比如采用脉冲与相位相结合的方式进行测绘工作距离的准确测量[3]。再次，尽量实现三维激光扫描技术在测绘工作中点云数据专业处理软件的多功能化以及公用化程度，最大限度实现信息数据间的共享以及加工处理。最后，在三维激光扫描技术现有扫描范围的基础上，扩大扫描的实际范围，最大限度实现扫描技术的全球扫描。
4 结语
总而言之，现阶段三维激光扫描技术已经随着科学技术的发展取得了迅速发展，在测绘工作中的数据采集、数据整理以及精确度评价等方面得到广泛应用。但是，三维激光扫描技术自身存在扫描范围有限、点云数据处理软件不统一以及扫描仪售价过高等不足。因此，在实际研究工作中，需要采用科学的研究方法，利用创新的思维模式，不断推动三维激光扫描技术在测绘工作中的普遍应用。
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随着中国制造业信息化进程的不断加快，数字化技术在产品创新中的作用凸显。中国航天科技集团总工程师杨海成讲述了三维技术发展的新内涵，杨海成告诉记者，三维技术已经成为当前推动制造业信息化发展，推动两化融合的一个最重要、最核心的高技术的支撑和应用。在推动两化融合过程中，应该强调用数字化的设计和制造技术来促进企业的设计革命。
从产品设计向服务运行延伸
三维CAD技术在当代工业和制造业的发展中，得到了广泛的应用，是技术集成应用的现代高科技的产品设计制造技术。在航天工业的研发、生产、制造、实验，运营乃至产品全生命周期的过程中得到了贯通和广泛应用。特别是在载人航天的火箭的设计制造，飞船的设计制造中，得到了关键的重要应用。
杨海成说，火箭、卫星、飞船等都是高技术集成的装备产品，航天装备的结构复杂，零部件组建众多，相互之间的功能上和性能上的集成，也反映了现代高技术装备的特点，必须要用现代三维的数字化技术来进行产品的设计和定义，来充分评估产品的功能性。只有使用三维技术才能完整表达产品的各个零部件的功能，性能、结构状态，才能进行产品功能性能在制造之前的各种优化、仿真、试验。例如在产品定义阶段进行设计性能分析仿真，包括产品的技术状态管理、产品数据有效的组织管理等方面都是以三维数据、三维模型的形式进行管理。
在制造阶段，设计的数据，可以通过三维技术直接打通到制造的各个环节中去。把一个设计模型变成可制造的模型，需要进行三维的工艺设计，把制造的三维数据传递到现代的数控、机床，数控设备上进行加工生产实验，都需要用到三维制造技术。
产品在装配阶段，可以先用计算机三维模型进行预装配，使得装配的顺序、装配过程中的不协调环节，都能够充分的展现出来，能够做到产品装配完全逼真的三维在线展示。工人可以按照三维的装配工艺要求，按照装配的指令，完成整个零件的装配过程。到了实验环节，三维的数据、产品模型要与一系列性能数据进行比对，来确定产品的功能性是否满足实际工程的要求。
在杨海成看来，三维技术的应用已经从最初的卫星和飞船产品的设计，延伸到为产品在天空上运行提供支持服务。三维技术对整个的航天产品的功能、性能以及制造水平，运营状态，进行全面数字化定义、仿真优化的主要支撑工艺，起到核心的作用。
不仅如此，在我国由制造大国走向制造强国的过程中，在制造业信息化科技工程与两化融合中，三维CAD技术的应用发展起到非常重要的作用。
促进“两化融合”的重要支撑
我国当前在推动着信息化与工业化融合，特别是科技部以高技术为旗帜，推动制造业信息化如火如荼的进行。近二十年来，从“八五”、“九五”、“十五”到“十一五”，信息技术正在不断的发展，不断的向前迈进。在“八五”时期，国务委员宋健提出了“甩图板”工程，用电子图板代替原来手工的画图图板，这是一场二维CAD产业革命。
经过近二十年的发展，特别是现在的制造业信息化和两化融合，企业的产品设计到生产制造，已经开始由二维、二维半开始走向三维产品设计，开始用三维的方式来定义产品，来制造和销售产品。三维CAD技术的应用已经渗透到从产品设计到生产制造到产品的实验验证，一直到产品投入市场使用的环节中。可以说，三维CAD正在酝酿着更大的提升。
“三维技术已经成为当前推动制造业信息化发展，推动两化融合的一个最重要、最核心的高技术的支撑和应用。”杨海成表示，真正以三维技术为支撑的现代制造业的设计制造管理，更能本质性体现现代工业的一种从传统的以工程图纸定义产品的模式，迈到以三维模型定义的现代的、新型的工业产品定义模式，三维CAD应用是一场巨大的提升。它把传统的几百年来，工程师以工程图纸语言表达的产品设计制造，提升到了以数字化定义的模型、以真正的三维样机的模型来贯穿整个设计的过程。
所以，杨海成强调，在推动两化融合过程当中，要强调用数字化的设计和制造技术来促进企业的设计革命，制造提升，工业的转型升级。在制造业信息化发展中，强调使用三维技术实现设计制造的集成和并行，来缩短产品的设计和周期。而且通过三维和无纸化的设计制造方式，使得工业的现代化水平提升到与当代国际上一流产品设计的层次上。
支撑企业向服务型制造转型
现代服务业已经成为我国国民经济的重要产业和经济发展的一个重要增长点，并成为新技术的一个重要的促进者。过去传统制造业以产品的设计和制造为主，把设计图纸或生产的产品销售给用户。所以，长期以来，我国传统制造业是以产品生产和销售为主的。
杨海成表示，我国制造业企业在信息化技术的支撑下，特别是在数字化设计和制造，三维设计制造等技术的支撑下，正在由生产型制造向服务型制造转型，即：向制造服务转型。通过从生产型制造向服务型制造转型，可以使企业不仅仅获取的产品生产的价值和销售价值，也能够获得产品服务所带来的附加值和价值链的高端。
产品从研发、设计到生产、制造，到销售、使用、服务，是一个覆盖产品全生命周期的价值链环节。对于制造业来讲，要由过去所谓的只关注生产制造的低价值的苦笑曲线，到关注高价值的微笑曲线，向全价值链服务型制造扩充，这是制造业由低端向高端发展的一个必然趋势和规律，也是现代制造业和服务业结合的必然。现在可以看到，很多企业已经开始不仅是关注产品的设计制造，更关注产品的使用和服务。比如海尔，海尔的服务比其产品本身所创造的价值还要高。
[摘 要] 三维特效技术助推广告业的发展，这已经是一个无可争议的结论。随着数字技术的高新发展，虚拟的三维特效技术为影视
>> 三维动画技术在影视广告特效中的应用 诌议三维动画技术在影视广告特效中的应用 三维特效技术在电影制作中应用研究 数字三维动画技术在影视广告中的应用 三维技术在影视广告中的表现 关于三维在影视广告中的应用 影视广告中三维动画技术的运用 特效艺术在影视三维动画设计中的应用探析 三维动画特效在电影广告中的应用 数字化技术在影视广告中的应用与研究 “意象”视听语言在影视广告中的应用 三维激光扫描技术在古建测绘中的应用研究 三维断层比色、配色技术在口腔修复中的临床应用研究 三维CAD技术在工程制图教学中的应用研究 三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用研究 三维地震勘探技术在新疆煤田勘查中的应用研究 “三维渲染二维”技术在影视动画制作中的应用 浅谈CG软件技术在影视广告中的应用 GIS三维可视化技术在输电线路运维中的应用研究 三维技术在影视作品中的应用 常见问题解答 当前所在位置：。
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[作者简介] 李智伟（1979— ），女，安徽涡阳人，广州美术学院设计艺术学硕士，广州工程技术职业学院讲师。主要研究方向：数码动画设计。
关键词:可视化技术;脚本语言;实时虚拟技术
中图分类号:TP390文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)13-3538-03
1 Action Script脚本语言概述
1.1 Action Script的发展史
Flash是因特网上最流行的二维动画制作软件, 除具备强大的动画制作功能外,它基于矢量图形的动画格式、灵活方便的交互方式、占用的存储空间非常小等特点,已经使Flash成为网上二维动画的事实标准。Action Script是Flash中的脚本语言,通过使用Action Script代码能实现交互式Flash的应用。
Action Script脚本语言到目前为止已经经历了非常大的发展。随着每次新版本Flash的问世,许多新的编程语言要素被加入到Action Script当中。可以说Flash是一个在功能上和定位上不停演变升级的动画制作软件。
在早期的Flash版本中,Action Script还仅限于给美工人员制作动画,只有很少的指令。但是从Flash 4 开始, Action Script正式被确立为Flash里的编程语言,开始出现一般编程语言中常用的变量(Variable)以及if 和Loop While的逻辑判断等数十个指令。尤其是到了Flash 5 ,Action Script指令数量突然增加了三百多个,Action Script已经发展为一种独立的编程语言,不再单纯是一种脚本语言。
随着Flash MX 2004及ActionScript 2.0的, Action Script实现了较完整的面向对象编程模型, 具备了开发大型应用程序的能力。Flash MX更正式转型为一个开发大型网络应用程序前台的工具软件,ActionScript 2.0完全引入面向对象概念,仅Flash MX本身提供的指令就有八百多个。
Action Script 2.0具有严谨的数据类型,完全基于类。随着class、interface、extends与implements等面向对象编程关键词的引入,使得熟悉其它面向对象编程语言(如C++、Java Script)的程序员可以非常容易地掌握Action Script 2.0,而没有学过其它面向对象编程语言的初学者可通过学习Action Script脚本语言了解到很多面向对象编程的标准术语,并可以应用到其它面向对象编程语言中。随着Flash开发环境的日益完善, 其对Web Services 与XML的数据支持以及第三方插件提供商的迅速增多, Flash已完全具备开发从常规的小型动画到大型网络应用程序的能力,必将在各领域得到越来越广泛的应用。
1.2 Action Script的特点
Action Script不仅能对动画对象进行控制,还可以与其它后台开发程序进行结合。Action Script可以利用后台程序进行基于数据库的数据交换、读取后台程序传递回来的数据和向后台程序发送处理后的数据的功能,实现大型网络应用程序平台的制作。由于程序应用平台可能是一个非常庞大的工程,所以对它的维护是非常重要的,而用Action Script编制的网络平台往往可以通过load()函数对几个已经生成的*.swf文件(Flash生成的应用文件)进行组合生成,无论前期制作还是后期维护都非常方便。
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对象中,如时间轴上的帧中、影片剪辑中、控制按钮中等,这就对代码的修改、维护造成了很大的不便。当然它也可以作为单独的*.as 文件来存储,但是目前它的使用频率还很少。还有Action Script本身是不能实现动态的数据库交互功能,它必须结合其他后台开发语言,这就要求开发者在制作具有动态数据库交互功能的应用软件时,要懂得其它后台语言的语法规则。
所以综合以上几点,Action Script脚本语言的特点可以归纳如下:
1) Action Script 是一种面向对象的编程语言,它的风格和Java Script 语言相类似。它拥有循环、判断、对象事件等其它高级语言的特性。
2) Action Script支持用窗体对象进行程序开发,这是一个将传统的应用程序开发搬到Flash上的功能, 最显著的一点即是公共组件库的出现。
3) 支持第三方插件,以前执行第三方插件需要导入*.swf文件。现在Commands可以将第三方插件直接整合到Flash 中,而且已经可以直接反映到Timeline(时间轴)中。
4) 可新建自定义类,继承电影剪辑内建类的行为,扩展一些新功能,并设置电影剪辑符号的Linkage Properties,从而将自定义的类文件指派给电影剪辑。
1.3 Action Script的应用
随着Flash MX 2004的,Flash中新增了许多强有力的组件开发工具,还提供了能使界面设计员与后台程序员更加合理协作的项目管理工具。而外部脚本文件的引用和处理动态数据的性能使Flash已非常适用于结合HTML开发大型的网络应用程序。并且随着动画制作功能与后台管理功能的不断提高,内建的Action Script编程语言也日益完善, Flash正越来越多地应用在开发复杂的大型网络应用程序等领域。
1.3.1 Flash ActionScript在多媒体课件制作中的应用
Flash 是一款非常优秀的交互动画制作软件,借助Action Script脚本语言,可以制作出具有良好交互性的多媒体教学软件。
Flash在课件设计制作方面具有强大的功能,教师备课时可按章、节顺序生成一系列txt格式的文本文件,供指定的. swf文件(讲课模块)调用。
目前用于开发课件的工具软件非常多,但是选用Flash作为制作多媒体课件的工具特别受到人们青睐。Flash最独特的地方是具有内置的脚本语言―Action Script,因而可以创造互动性极佳的交互型多媒体课件。我们可以借助Action Script为多媒体教学加入矢量动画和互动效果,增强多媒体作品的表现力, 将静止抽象的理论知识转变为生动形象的视觉动画,给学生丰富形象直观的多种感官刺激,有利于学生对知识的获取和持久保持。
1.3.2 Flash ActionScript在网络教学中的应用
Flash的应用使计算机教育向多媒体网络教学方向不断发展。Action Scrip使Flash向多媒体网络平台发展,利用它可以实现动态数据的传递,可使多媒体教学软件具有更强的灵活性和交互性。
随着网络的普及和发展,使得教育由课堂教学开始向远程教育发展。学生除了在课堂中学习新的知识,还可以在网络上学习。为了满足网络教育的需要,出现了越来越多的网络教学软件,Flash由于它较强的动画特性及与网络良好的匹配性,因而被广泛应用于教学动画软件的制作中。由于Flash 是基于矢量图形的,生成文件小,在网上采用流媒体技术播放,降低了对带宽的要求,有利于提高播放速度。因此,利用ActionScript 编写的教学软件也具有了这些优点。相信随着ActionScript 的不断的发展,ActionScript 会给网络教学打开更大的发展空间。
1.3.3 Flash ActionScript在网络矢量地图中的应用
使用Flash软件绘制矢量地图,建立该矢量地图的元件与实例,再使用Flash的脚本语言ActionScript对实例进行代码设置,不仅可以实现选择性地浏览矢量地图的局部,调节局部矢量地图的显示比例,而且还可以显示局部矢量地图在全图中的位置,实现鹰眼功能。
通过MC元件和代码的设置就可以实现网络矢量图形的局部浏览,同时把握所看到的局部在整体矢量图中的位置,并且通过滑竿可以调整局部矢量图的显示的比例,这使得网络矢量图浏览清晰,具有很强的交互性,操作非常方便。
1.3.4 ActionScript在远程Flash技术中的应用
根据Macromedia公司的公布,Flash播放器在全世界已经被下载了近5亿次。有了如此广泛的交叉平台客户端基础,程序员会很愿意使用这种方便而且独立的平台。而Macromedia Flash Remoting MX工具,使这一流行平台得到了更大的拓展,它能够非常方便地与运行Java 、.NET或其它Web服务的服务器进行对话。
由一系列ActionScript类构成的客户端程序库能够对Flash客户端与服务器网关之间的对话进行管理,从而连接到服务器的资源。它能访问的服务器资源范围非常广泛。与Java组件的对话十分轻松,可以直接从Flash调用.NET代码,ActionScript可以把自己的数据类型自动映射到服务器端的Java和.NET服务器,还能够执行远程调用功能。
2 三维可视化技术
三维可视化技术从广义上来说是一种逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、嗅觉、运动等行为的人机界面技术。它融合了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、传感器技术、人工智能、数字图像处理、网络技术及高度并行的实时计算机技术多个信息技术。
3D STUDIO MAX是Autodesk公司出品的一款功能强大三维动画软件,用户可以方便地使用该软件创作出各种逼真的三维模型和三维动画,并可以渲染成为照片级质量的完美作品。它与MAYA等同类的三维动画设计软件相比有许多独特的特点:便利的动画制作,简洁的材质制作,丰富的造型功能和制作特技动画的功能。它始终以强大实力占据着市场的主导地位,这与它独特而方便的操作界面和强大的功能设置分不开的。应用3DS MAX 强大的建模技术能较为方便和真实地将图像及动画展示出来,通过对虚拟现实建模特性、3DS MAX 的建模方法的研究, 可丰富和简化虚拟现实的三维可视化技术。
2.1 基于3DS MAX的城市小区三维图[1]
用二维平面图来描述城市的地理信息时,各种城市地理信息都是通过投影转换到平面上。图上所反映的是各种地理信息的平面投影定位,城市真实状况并不能很好地在图上描述。人们只能通过一些抽象的文字符号、注记去想象所描绘的真实世界。随着信息化技术的不断发展,各种城市管理工作正在发生变化,逐渐地由纸张图表管理向计算机信息化管理技术转变。各种针对真实世界的三维图的制作技术与成果不断涌现。但各种技术和成果各有特点,传统的立体图的制作是手工的,尽管制作的立体图也具有立体图的仿真特点,但不能保证建筑物的透视一致。而使用COREDRAW 图形软件制作立体的建筑物,其立体的效果仅是将建筑物的几个面用图形拼合起来。用3DS MAX技术建立建筑物模型,不仅可以解决视觉问题,还可以对视觉问题进行调整,不会有透视变形,因此有很好的仿真立体效果。
通过这种方法制作的小区立体图既具有传统鸟瞰图的特点又具有地图特点,而且它所包含的信息量远比鸟瞰图和普通地图多。它的应用非常广泛,可用于城市规划、小区管理、城市旅游等部门。随着地理信息技术和城市建设的发展, 三维仿真技术越来越多地被应用于城市地理信息系统建设中。
2.2 基于3DS MAX的地质景观动态模拟与仿真[2]
三维可视化仿真技术是地球信息表达的重要手段。地质景观是在内、外动力地质作用下形成的,其成因和形态是复杂多变的,实现地质景观形成演化在时间尺度上进行模拟和仿真表达是很重要的。通过三维可视化及仿真动画技术,许多信息得到了有效组织和整合,建立起相互联系,在充分表达时间和空间尺度信息的基础上,以一种全新、直观和形象的视觉方式提供给用户使用,完全可以实现信息的三维动态表达。
除此之外,以三维动画软件3DS MAX为例,利用该软件的“动力学对象”进行地质灾害方面的数值模拟,以及使用它提供的大量的动画选项和脚本开发出更高一级的动画控制,实现数据库系统和文件系统的链接,从而实现信息的定量表达。
2.3 基于3DS MAX信息源的体三维显示技术[3]
随着计算机及图形学技术的发展,一系列三维图形应用软件随之出现已经在科研、军事、计算机游戏、多媒体、图像处理、虚拟现实、建筑与艺术等各方面得到广泛的应用。但这种基于阴影、明暗效应等心理深度暗示的计算机三维图像显示方式不能直接表达深度信息,并不属于真正意义上的三维显示。体三维显示利用人类视觉系统的三维数据处理结构,在真实的体积空间内显示三维图像。相对于其它三维显示方法,体三维显示方法可以提供多角度的直接观察。
体三维显示系统显示的三维图像存在着符合人类视觉观察习惯的生理和心理的深度暗示信息,直观地传达源图像信息的相对位置关系,有助于观察者更好地理解三维信息. 该显示技术还具有系统简单、结构紧凑、数据处理简单、便于控制等优点.
2.4 三维实时虚拟技术的应用[4]
三维实时虚拟技术的开发,建立在平面图像设计、三维模型设计和OpenGL 语言开发的基础之上。平面图像设计解决环境中各物体的表面纹理效果,三维模型设计精确地完成物体的三维结构,而OpenGL 语言则完成对整个三维环境漫游的交互控制能力的开发。整个三维实时虚拟系统在完成后,可以实现交互式的全方位漫游。也即是说,使用者可以在这个三维环境里以不同的速度、高度、视角随意漫游。尽管三维实时虚拟技术在国内外非常热门,但它的发展仍然不是很乐观,它面临下述问题:
1) 网络带宽是三维实时虚拟技术发展的主要瓶颈。
2) 三维实时虚拟技术的理论尚不成熟。
3) 三维实时虚拟技术标准不统一。
2.5 机器人三维图形仿真建模技术[5]
对机器人进行真实感的三维图形仿真,是机器人实现人机交互控制的关键技术。现有的方法有采用专用仿真软件库的机器人三维图形仿真,也有采用传统的C++语言进行三维图形仿真,前者虽然具有逼真的三维真实感,但是造价昂贵,且大多工作在图形工作站上;后者虽然成本低,编程灵活,但是图形功能不够强大,且真实感不高。
利用3DS MAX建模的方法具有模型逼真形象、开发效率高等特点,而在VC++编程环境中可以利用OpenGL完成三维模型的绘制和交互式控制的编程。实验表明结合3DS MAX和OpenGL两者优点的机器人三维图形仿真方法,能够快速地在普通个人计算机上实现具有真实感的MOTOMAN机器人的图形仿真和控制。
3 脚本语言在三维可视化技术中的应用
目前三维可视化技术在各个领域得到了广泛应用,如在机械产品虚拟现实装配中的应用、在网络虚拟建筑场景中的应用、基于3DS MAX的城市小区三维图的制作、基于3DS MAX的地质景观动态模拟与仿真、基于3DS MAX信息源的体三维显示技术、基于3DS模型的虚拟现实系统等。然而这些三维可视化技术应用系统都需要一个应用平台来支撑,能否选择一个合理可靠的平台直接关系到它的发展前景。
而Flash是当前Internet上最流行的网络应用程序制作工具,所以如何在Flash中实现三维可视化技术,这是一块应用前景非常好的研究领域。在Flash中实现三维可视化技术一直是人们期待的事情,但是由于脚本语言效率低下等缺陷导致用Action Script实现的三维效果严重占用机器资源,所以一般我们会采用一些三维技术的基本原理在Flash中实现简单的伪三维效果。这在目前还处于初步探索阶段,其理论尚未建立成熟,因此需要解决许多实际问题。
本文将探讨 Flash MX Action scirpt脚本语言在三维可视化技术中的应用范围与特点,研究用Action scirpt脚本语言来制作、控制三维动画的基本技术。希望在Flash平台上,通过Action Script脚本语言来控制三维模型,实现用户与系统的交互,设计、制作相关的三维动画,及设计、制作相应的多媒体作品。
参考文献:
[1] 张立亭,周世健,陈竹安,等.基于3DS MAX的城市小区3维图的制作[J].测绘学院学报,2004(2).
[2] 李百寿,邢立新,潘军.基于3DSMAX的地质景观动态模拟与仿真[J].国土资源遥感,2005(2).
[3] 徐|,刘向东,刘旭,等.基于3DS MAX信息源的体三维显示技术[J].浙江大学学报:工学版,2005(11).
[4] 羊裔高.三维实时虚拟技术的发展与应用探讨[J].成都信息工程学院学报,2006(2).
