摘要：随着数字时代的到来，三维交互动画设计越来越受到人们的重视和发展。它能够给予使用者更深的视觉沉浸感和多感官的虚拟交互体验，弥补了普通三维动画的局限性和不足，具有更加广泛的应用领域。
关键词：三维动画；交互设计；虚拟交互
随着动画制作技术的不断发展变革，三维动画影视开始迅速崛起，三维动画给予观众更加立体的视觉画面效果，满足了人们在视觉方面的审美需求，使用三维技术制作的《大圣归来》《疯狂动物城》等动画影片受到了观众的一致好评。三维动画技术也同样可以应用于工业设计、文化教育、航空科技等领域，但由于各种因素的制约，目前只能作为演示的方法和论证、研究的工具，可操作性受到一定限制。交互设计可以解决这个问题。将交互设计和三维动画技术结合在一起，使参与者与三维动画产生互动。参与者在观看三维动画的同时，能够扮演动画中的角色参与动画剧情，根据自己的想法对动画的发展进行控制，不仅具有多感官的虚拟互动式的体验，还能增加三维动画的可操作性，使三维动画技术的应用领域更加广泛。三维交互动画设计具有更加真实的沉浸感，参与者能够随心所欲地在虚拟的三维空间中漫游，甚至还可以进行新形式的艺术创作，进一步满足人们的观赏体验需求。
一、三维交互动画设计在游戏设计中的应用
在游戏设计领域中，三维交互动画主要应用于角色扮演类游戏的设计与制作。使用Maya、3dsmax等软件为游戏建立三维模型和游戏场景，创建一个或多个游戏角色，由玩家选择自己喜欢的游戏角色，控制游戏角色在虚拟的三维场景中跑、跳、飞到空中、在水面上飞奔、战斗等，这种三维交互动画使玩家感受到不一样的视觉效果和体验感。部分大型3D网络游戏为了吸引玩家，在游戏中加入了动态雨雪天气系统，使三维游戏场景每隔几小时就有阴、晴、雨、雪的天气变化，还在玩家创建三维游戏角色的界面中加入“捏脸系统”，使玩家能够根据自己的喜好修改虚拟人物的面部造型。“捏脸”系统为三维虚拟人物的发型、眉毛、眼睛、颧骨、鼻梁、嘴唇、脸型甚至妆容等都设置了多项参数，例如眼部轮廓的参数设置中包括眼睛位置、大小、倾斜角度、眼睛间距、瞳孔大小、瞳孔位置、眉骨凸出、眉毛突出角度、眉毛高度等；脸部轮廓的参数设置包括颧骨位置、脸颊宽度、脸颊高度、上脸宽度、下脸宽度、脸蛋丰满程度、下巴宽度、下巴位置等参数。玩家对这些参数进行不同数值的调整，可以创建出面部形象各不相同的角色人物，给予玩家全新的造型体验感，增强了游戏的娱乐性以及玩家与三维游戏之间的交互性。将三维交互动画应用于体感游戏中已成为近几年游戏设计的一大热点。体感游戏是用身体动作来操控游戏。使用三维动画技术建立虚拟的三维游戏空间，创建三维动画人物，由玩家改变自身的身体动作来操控游戏角色，这种体感交互的游戏方式给玩家带来更好的游戏体验感和沉浸感。日本的任天堂游戏制作公司推出的WII游戏机将体感交互和三维游戏很好地结合在一起。它设计了可单手手持的细长手柄，使玩家能够单手握手柄对电视中的三维角色进行控制。WII游戏的手柄Wiimote中内置无线感应控制器，具有动作感应和动作跟踪的能力，玩家可以通过移动手柄位置和对电视屏幕进行不同方向的指向与虚拟游戏人物产生互动。任天堂游戏制作公司将三维交互动画设计应用于体感游戏中，使游戏的操作方式更加灵活多变，给予玩家更真实更舒适的游戏体验。例如玩家在玩体育类游戏时，只需要挥动手中的手柄就可以使游戏中的人物做出挥动球拍的动作，移动手柄的前后左右位置可以控制游戏人物的移动和转身；在战斗类的角色扮演类游戏中，握住手柄做出水平方向和垂直方向的挥动动作，游戏中的三维动画角色也会做出相应的平砍和斩击的战斗动作。一台WII游戏主机可以控制四个游戏手柄，在游戏中创建多个虚拟人物，同样可以使多人在游戏中进行互动，WII游戏机也因其优秀的交互性和逼真的三维动画效果成为家庭娱乐、朋友聚会中不可缺少的游戏机。美国微软公司看到任天堂游戏公司在三维动画游戏中体感交互技术方面取得的成功之后，也开始对体感交互技术进行研发。2010年美国微软公司推出了Xbox360游戏机，在这款游戏主机中加入3D体感摄影机，它可以对游戏主机前的玩家进行即时的动态捕捉和影像识别，使玩家完全摆脱了游戏手柄的束缚，通过自己的肢体动作控制三维游戏角色，使三维动画游戏中的交互设计又上升到了一个新的高度。在体育类游戏和动作类游戏中，三维动画角色可以摆出与玩家相同的动作；在舞蹈类游戏中，玩家甚至可以摆脱九宫格跳舞毯的束缚，无需任何游戏配件，只要随着音乐的节拍做出相符的肢体动作就可以轻松地沉浸在三维游戏的快乐中。在三维动画游戏的设计中，还可为游戏主机加入麦克风输入、语音辨别、社交互动等功能，以加强三维动画游戏的交互性。例如在运动健身类的三维动画游戏中，虚拟动画角色可提醒并记录玩家每天的运动量，玩家也可通过语音输入的方式安排每天的运动项目，并在游戏结束后通过网络社交和朋友们分享游戏体验。
二、三维交互动画设计
在虚拟现实技术领域中的应用虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，将虚拟现实技术和三维交互动画设计结合在一起，可以建立多源信息融合交互的三维动态视景，并为其赋予实体行为的系统仿真。使用者可以借助传感头盔、触觉控制设备，实时感受三维虚拟空间，并操控虚拟世界中的对象。虚拟现实技术在建筑景观方面可以实现视觉模拟。在虚拟的三维场景中建立三维建筑模型，并在场景中建立多个摄像机模拟人的多个视角，为其加入沉浸式的交互技术，使用户能够感受到置身于虚拟的建筑中，给予用户更加真切的三维漫游的体验感。虚拟现实技术可应用于古代遗迹的场景浏览和漫游，应用三维动画的重构技术，对受到破坏的遗址和文物进行还原，建立数字化遗址和博物馆，使用者通过传感头盔在古代遗址中漫游，佩戴触觉传感设备还能感受到虚拟建筑和文物的外观造型。在医学方面，虚拟现实技术可用于虚拟解剖和虚拟手术，用三维动画技术创建人体解剖现场的三维虚拟场景，设计制作出手术刀、数据手套等触觉传感控制设备，为使用者构建人体虚拟现实系统，训练者带上传感头盔就能进行模拟解剖。这种虚拟解剖、虚拟手术的方式可以使训练者沉浸在手术情景中，更加真实地进行外科手术训练，减轻人体解剖的成本。在军事领域方面，可将虚拟现实技术应用于虚拟军事训练。使用三维动画技术创建不同的地形地貌和天气等虚拟环境，使用者佩戴传感设备可在虚拟的三维空间与其他人协同作战。将这种虚拟互动的方式应用于军事对抗作战演习，可以使训练者适应多种环境的作战，给予训练者更加真实的空间感受，加强互动合作。虚拟现实技术还可应用于艺术创作领域，为用户设计制作出触觉控制画笔和相应的调色盘，并为虚拟空间中的调色盘赋予多种色彩。用户佩戴视觉传感头盔，手持画笔和调色盘就可以在虚拟的三维空间进行创作，通过手中的画笔创作出具有空间层次效果的三维绘画作品。这种新形式的艺术作品不仅拥有简练的线条和色块构成，还具有三维的质感和体积感，很自然地将线条、色块等平面造型语言与立体结构、光影、质感等三维造型语言结合在一起。还可以加入雕塑、三维动画软件等多种创作手段，用户通过使用触觉控制手套等相应设备和工具在虚拟世界中创建三维动画角色，创作过程不需要耗费大量的时间和精力，虚拟现实技术可以很快地为其呈现出更加具有真实感的立体影像。配以3D动态捕捉技术还可以从用户的表演中捕捉到相应的表情和动作，将这些动作数据附加到刚刚建好的三维动画角色上，使三维动画角色更加真实地模仿用户的表情和动作，增强虚拟现实与使用者的交互性。
三、三维交互动画设计在其他领域中的应用
在界面设计中加入三维交互动画可以进一步提高产品使用的辨识度，三维动画为使用者带来了更好的交互体验，增加产品的亲和力和易用性。交互界面设计中的三维动画使产品摆脱了冰冷的程序界面，使产品和使用者能够进行更好的交流，提高操作的可识别性和判断性，使用者在操作过程中能够获得更好的心理感受。例如在手机APP应用的界面设计中加入精美的三维交互动画，可以使产品应用的体验更具吸引力，更具动态性和引导性。将APP的应用界面从传统的二维平面设计成可移动的三维交互动画界面，增强使用界面的视觉效果，给使用者提供更加舒适的操作体验。在网络广告中加入三维交互动画可以改变网络广告枯燥、生硬、被动的宣传模式。它将三维动画、声音、文字、视频等多媒体元素融合在一起，使用户在观赏网络广告的同时还可以与其中的三维动画角色产生互动，充分地展现出网络广告所特有的交互性、体验性和娱乐性。将三维交互动画应用于教育教学领域，可以为学生提供生动逼真的互动学习情境，例如模拟实习过程、操作机械、体育专项训练等。也可以将其应用于三维校园漫游动画设计中，教师指导学生对校园进行三维建模、场景优化、材质贴图制作、设置环境、交互设计、漫游动画以及网络发布等一系列步骤的设计，在虚拟的三维空间中实现三维动画漫游、交互操作、信息查询以及网络公开课等功能。三维交互动画已走进了人们的生活，随着它的飞速发展，未来的数年也将成为三维交互动画的时代。尽管三维动画设计和交互设计有着各自不同的发展规律和轨迹，但两者间的合作必将推动技术的进步，有着广泛、密切的互动和交叉应用领域。
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作者：徐硕 杨林
