三维关键帧动画的交互设计探讨范文

摘要：

在计算机技术、网络技术、通信技术、数据处理技术等各种信息技术发展日益迅速的形势下，动画制作技术水平得到了显著的提升与进步。其中三维关键帧动画作为现代动画中最为普遍的一种制作技术，不仅实现了画面的三维立体视觉效果，而且实现了交互式设计，这对于动画领域而言无疑是一次质的飞跃。文章在简单介绍三维关键帧动画有关内容的基础上，对三维关键帧动画的数据结构设计、交互式设计及算法进行了深入的探究。

关键词：

三维；关键帧动画；交互设计；数据结构

三维动画系统的发展至今已有十多年的历史，并且目前已在教育、工程、广告设计、医疗等诸多领域得到了广泛的应用。但由于图形图像所有帧涉及的数据量十分惊人，我们不可能保存图像上的每一帧数据信息，且这种数据信息尽在绘制动画的时候有意义，这就需要我们保存图像每一帧中的一些关键数据，以获得一个高效的计算基础。而有关技术研究表明，将交互设计与三维关键帧动画相结合可以较好的解决这一问题。

一、三维关键帧动画相关概述

所谓关键帧，是指人和物体运动或变化过程中的关键性动作拍摄在图像上所处的那一帧。从动画创作角度来说，帧就是动画中最小单位的单幅影像画面；从电影胶片来说，帧就是动画软件时间轴上的一个标记。关键帧是计算机动画制作中的一个专业术语，它相当于二维动画中的原画。在三维关键帧动画制作过程中，用于连接关键帧与关键帧之间的动画叫做中间帧。中间帧关键变化数据的获取需要借助软件的插值方法来实现。插值方法通过在弧长与样条参数之间建立起一一对应的关系，使实现物体沿着一样条匀速运动，从而有效避免了因样条参数与帧频的直接连接和空间参数的等间隔采样而引起的物体不均匀运动问题[1]。关键帧插值方法具有一定的特殊性，一个良好的关键帧插值方法应能够产生逼真的运动或变化效果，并能够给用户提供相应有效的控制手段。

任何动画想要呈现出变化或物体运动的视觉效果，就意味着前后两个帧至少要给出两种不同的关键状态。而任意两个帧之间关键状态的连接则可以通过中间帧与相应软件来完成[2]。所以，所谓关键帧动画，是指将从动画序列关键帧中提取出来的、相对重要的一些与时间相关的值添加到图像属性当中，使其产生动画效果，而其他时间值则可以通过特定的插值方法结合已获取的关键帧时间值来计算得到，最终使动画各个帧之间达到流畅的衔接效果。在Flash软件中，其将关键帧动画定义为表示关键状态的帧动画。

二、三维关键帧动画的交互式设计技术

1、数据结构设计在三维关键帧动画创作过程中，要想实现一个三维关键帧动画对象随时间而呈现出连续绘制的效果，只需要将时间序列与每一帧之间建立一个对应的关系，并在响应时间事件的同时，更新屏幕与绘制当前帧的图形形态即可。根据这一过程特点，我们需要先将关键帧的所有变化信息进行保存，然后在此基础上计算并保存每一中间帧的关键变化信息，最后在响应时间事件时将中间帧的临时顶点信息计算出来，并绘制动画图像。如前所述，在三维关键帧动画实际制作过程中，我们不可能将所有的帧信息保留，实际上也没有必要保留所有数据信息[3]。因为我们只要将每一帧中的一些关键变化信息获取出来，再通过相应的技术将这些关键数据信息连接起来，即使用中间帧将多个关键帧连接在一起，便能够达到动画的效果。需注意，从帧中获取到的数据信息虽然来源渠道不一样，但对于中间帧与关键帧而言并无本质区别。关键帧中的变化数据信息主要来源于三维关键帧动画系统的交互作用，它是计算每一中间帧关键变化数据信息的基础。作为关键帧与关键帧连接重要纽带的中间帧，其关键变化数据信息的获取与保存主要依靠相关视频软件提供的插值方法来实现。由于不同应用程序插值方法所提出的具体要求不尽相同，需要依据具体情况而定，所以为便于理解和计算方便，本文决定采用最简单的线性插值方法和OpenGL图库软件来构建关键帧存储数组和关键帧与中间帧关键变化数据信息的计算。在线性插值方法的使用下，一个三维关键帧动画对象的关键帧与中间帧之间并无差别，在制作动画的过程中只需要定义一个一般的帧结构即可。当用户为某一特定帧输入数据时，如对动画进行旋转、平移等操作皆可视为对帧进行输入数据，此时该帧就会变成一个关键帧。

2、交互式设计根据上文分析，在建立了三维关键帧动画对象交互设计所需数据结构之后，就开始需要在每一帧和时间序列之间建立起一个对应的关系，这一环节的实现必须要由用户以交互方式进行最终确定。为记录关键帧中的关键变化数据信息，就需要一种高效的方法来对每一帧是否为关键帧进行判断，可以在系统用户界面内增加一个Slider控件用于记录当前帧，Slider控件可接受的数值范围在0到100之间，其中0表示与三维关键帧动画对象无关的一种普通变换，而当记录按钮响应以后，该控件开始记录每一关键帧的关键变化数据信息，即用户对界面图形的旋转、平移、缩放、移动等任何操作都是对关键帧的一种贡献，也就是说形成更多的关键帧。该方法为当前帧显示列表的构造方法，其他还包括在按下记录按钮后将状态切换至当前帧状态的控制变量和基于当前帧之下物体的平移记录方法等。通过上文对三维关键帧动画对象交互设计的分析可知，交互技术在三维关键帧动画制作中的应用不仅提高了三维关键帧动画的效果与技术水平，而且有效简化了帧中关键变化数据信息的计算和关键帧与中间帧的识别，从而进一步推动了三维关键帧动画系统在各个领域中的应用。

三、总结

综上所述，三维关键帧动画的交互设计是在以往开发实践中对所出现问题寻求解决方法，以及人们对现代三维关键帧动画提出的新要求基础之上产生的。因此，它不仅适用于实际问题的解决，而且更适合于利用OpenGL图库软件来构造三维关键帧动画对象的场景。在今后三维关键帧动画的交互设计技术研究工作中，还需要对现有设计方式进行不断改进，以不断提升三维关键帧动画的技术水平。

参考文献

[1]陈国华.三维关键帧动画的交互设计技术[J].计算机仿真,2007,04:221-224.

[2]黄太红.三维运动仿真的可视化编辑和脚本控制技术的研究[D].北京理工大学,2010.

[3]周晓成.基于3DSMAX动画技术的陶瓷产品设计应用研究[D].景德镇陶瓷学院,2012.

作者：熊立群 单位：吉林艺术学院