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摘要：

在計算機技術、網絡技術、通信技術、數據處理技術等各種信息技術發展日益迅速的形勢下，動畫制作技術水平得到了顯著的提升與進步。其中三維關鍵幀動畫作為現代動畫中最為普遍的一種制作技術，不僅實現了畫面的三維立體視覺效果，而且實現了交互式設計，這對于動畫領域而言無疑是一次質的飛躍。文章在簡單介紹三維關鍵幀動畫有關內容的基礎上，對三維關鍵幀動畫的數據結構設計、交互式設計及算法進行了深入的探究。

關鍵詞：

三維；關鍵幀動畫；交互設計；數據結構

三維動畫系統的發展至今已有十多年的歷史，并且目前已在教育、工程、廣告設計、醫療等諸多領域得到了廣泛的應用。但由于圖形圖像所有幀涉及的數據量十分驚人，我們不可能保存圖像上的每一幀數據信息，且這種數據信息盡在繪制動畫的時候有意義，這就需要我們保存圖像每一幀中的一些關鍵數據，以獲得一個高效的計算基礎。而有關技術研究表明，將交互設計與三維關鍵幀動畫相結合可以較好的解決這一問題。

一、三維關鍵幀動畫相關概述

所謂關鍵幀，是指人和物體運動或變化過程中的關鍵性動作拍攝在圖像上所處的那一幀。從動畫創作角度來說，幀就是動畫中最小單位的單幅影像畫面；從電影膠片來說，幀就是動畫軟件時間軸上的一個標記。關鍵幀是計算機動畫制作中的一個專業術語，它相當于二維動畫中的原畫。在三維關鍵幀動畫制作過程中，用于連接關鍵幀與關鍵幀之間的動畫叫做中間幀。中間幀關鍵變化數據的獲取需要借助軟件的插值方法來實現。插值方法通過在弧長與樣條參數之間建立起一一對應的關系，使實現物體沿著一樣條勻速運動，從而有效避免了因樣條參數與幀頻的直接連接和空間參數的等間隔采樣而引起的物體不均勻運動問題[1]。關鍵幀插值方法具有一定的特殊性，一個良好的關鍵幀插值方法應能夠產生逼真的運動或變化效果，并能夠給用戶提供相應有效的控制手段。

任何動畫想要呈現出變化或物體運動的視覺效果，就意味著前后兩個幀至少要給出兩種不同的關鍵狀態。而任意兩個幀之間關鍵狀態的連接則可以通過中間幀與相應軟件來完成[2]。所以，所謂關鍵幀動畫，是指將從動畫序列關鍵幀中提取出來的、相對重要的一些與時間相關的值添加到圖像屬性當中，使其產生動畫效果，而其他時間值則可以通過特定的插值方法結合已獲取的關鍵幀時間值來計算得到，最終使動畫各個幀之間達到流暢的銜接效果。在Flash軟件中，其將關鍵幀動畫定義為表示關鍵狀態的幀動畫。

二、三維關鍵幀動畫的交互式設計技術

1、數據結構設計在三維關鍵幀動畫創作過程中，要想實現一個三維關鍵幀動畫對象隨時間而呈現出連續繪制的效果，只需要將時間序列與每一幀之間建立一個對應的關系，并在響應時間事件的同時，更新屏幕與繪制當前幀的圖形形態即可。根據這一過程特點，我們需要先將關鍵幀的所有變化信息進行保存，然后在此基礎上計算并保存每一中間幀的關鍵變化信息，最后在響應時間事件時將中間幀的臨時頂點信息計算出來，并繪制動畫圖像。如前所述，在三維關鍵幀動畫實際制作過程中，我們不可能將所有的幀信息保留，實際上也沒有必要保留所有數據信息[3]。因為我們只要將每一幀中的一些關鍵變化信息獲取出來，再通過相應的技術將這些關鍵數據信息連接起來，即使用中間幀將多個關鍵幀連接在一起，便能夠達到動畫的效果。需注意，從幀中獲取到的數據信息雖然來源渠道不一樣，但對于中間幀與關鍵幀而言并無本質區別。關鍵幀中的變化數據信息主要來源于三維關鍵幀動畫系統的交互作用，它是計算每一中間幀關鍵變化數據信息的基礎。作為關鍵幀與關鍵幀連接重要紐帶的中間幀，其關鍵變化數據信息的獲取與保存主要依靠相關視頻軟件提供的插值方法來實現。由于不同應用程序插值方法所提出的具體要求不盡相同，需要依據具體情況而定，所以為便于理解和計算方便，本文決定采用最簡單的線性插值方法和OpenGL圖庫軟件來構建關鍵幀存儲數組和關鍵幀與中間幀關鍵變化數據信息的計算。在線性插值方法的使用下，一個三維關鍵幀動畫對象的關鍵幀與中間幀之間并無差別，在制作動畫的過程中只需要定義一個一般的幀結構即可。當用戶為某一特定幀輸入數據時，如對動畫進行旋轉、平移等操作皆可視為對幀進行輸入數據，此時該幀就會變成一個關鍵幀。

2、交互式設計根據上文分析，在建立了三維關鍵幀動畫對象交互設計所需數據結構之后，就開始需要在每一幀和時間序列之間建立起一個對應的關系，這一環節的實現必須要由用戶以交互方式進行最終確定。為記錄關鍵幀中的關鍵變化數據信息，就需要一種高效的方法來對每一幀是否為關鍵幀進行判斷，可以在系統用戶界面內增加一個Slider控件用于記錄當前幀，Slider控件可接受的數值范圍在0到100之間，其中0表示與三維關鍵幀動畫對象無關的一種普通變換，而當記錄按鈕響應以后，該控件開始記錄每一關鍵幀的關鍵變化數據信息，即用戶對界面圖形的旋轉、平移、縮放、移動等任何操作都是對關鍵幀的一種貢獻，也就是說形成更多的關鍵幀。該方法為當前幀顯示列表的構造方法，其他還包括在按下記錄按鈕后將狀態切換至當前幀狀態的控制變量和基于當前幀之下物體的平移記錄方法等。通過上文對三維關鍵幀動畫對象交互設計的分析可知，交互技術在三維關鍵幀動畫制作中的應用不僅提高了三維關鍵幀動畫的效果與技術水平，而且有效簡化了幀中關鍵變化數據信息的計算和關鍵幀與中間幀的識別，從而進一步推動了三維關鍵幀動畫系統在各個領域中的應用。

三、總結

綜上所述，三維關鍵幀動畫的交互設計是在以往開發實踐中對所出現問題尋求解決方法，以及人們對現代三維關鍵幀動畫提出的新要求基礎之上產生的。因此，它不僅適用于實際問題的解決，而且更適合于利用OpenGL圖庫軟件來構造三維關鍵幀動畫對象的場景。在今后三維關鍵幀動畫的交互設計技術研究工作中，還需要對現有設計方式進行不斷改進，以不斷提升三維關鍵幀動畫的技術水平。

參考文獻

[1]陳國華.三維關鍵幀動畫的交互設計技術[J].計算機仿真,2007,04:221-224.

[2]黃太紅.三維運動仿真的可視化編輯和腳本控制技術的研究[D].北京理工大學,2010.

[3]周曉成.基于3DSMAX動畫技術的陶瓷產品設計應用研究[D].景德鎮陶瓷學院,2012.

作者：熊立群 單位：吉林藝術學院