谈多媒体作品中的三维虚拟再现付

（北京印刷学院设计艺术学院，北京，102600）

摘 要：多媒体作品的日渐丰富给读者带来了不同的阅读体验，三维虚拟再现的应用更增加了多媒体作品的趣味性和生动性。本文从三维虚拟的应用和多媒体作品中三维建模的形式来分析和总结不同三维建模方式在多媒体作品中的异同和特点，并在此基础上总结多媒体作品中三维建模应用的原则。

关键词：多媒体；三维虚拟；三维建模

中图分类号：TP37 文献识别码：A

随着多媒体技术的迅速发展，多媒体作品已逐渐渗透到各个领域，表现形式精彩的多媒体作品可以使人如饮甘霖，从而对其表达的内容印象深刻。多媒体的题材表现有四大特点：知识性、趣味性、科学性、艺术性；按作品内容分，多媒体的题材有政治、体育、文化、科技、生活、艺术、旅游等；另外，多媒体作品还有其针对的目标人群。以上都是在做一个多媒体作品之前要考虑的问题。

三维虚拟再现作为一种很重要的艺术形式，在多媒体作品中运用得也越来越广泛，它通过独特的艺术特色——自由的视角、真实的场景、人性化的互动以及强烈的代入感，满足了人们体验的激情和欢愉。因此，契合作品主题的精彩的三维动画设计既有助于受众理解作品表达的内容，加深对作品的印象，又使整部多媒体作品充满生气和感染力。

然而目前很多的多媒体作品仍然存在形式单一、表现形式不够丰富有趣的问题，比如，许多多媒体作品还难以突破传统观念的限制，侧重以图片和文字来表达内容，三维的运用仅仅是为了介绍概念或知识，创意性和趣味性不够，这样很难加强作品的感染力，也使读者的浏览变得枯燥乏味，大大降低了作品的传播效应。因此，在多媒体的形式表现与操作使用上，均应充分考虑人性化互动与趣味性原则，使受众的浏览过程变成愉快的体验。随着近几年网络和数字产品的迅猛发展，各种各样新奇好玩的视觉产品不断冲击着人们的眼球，人们的审美水平较过去有了很大的提高。随着人们见到的多媒体作品越来越多、越来越好，人们的口味也越来越挑剔，要求也就变得越来越高。

1 多媒体作品三维虚拟再现的应用

当然，并不是用了三维虚拟再现的多媒体作品就是好的作品，采用适合的三维形式表达的作品才能吸引读者。例如，“THE ECO ZOO”是日本的一个环保网站，如图1所示，网站运用三维技术，在界面呈现一棵形状奇异的树，树上有不同的小动物。整个作品的交互方式就是鼠标点击和拖曳，方式简单、易记、易懂，用户操作起来很方便。用户可以拖曳鼠标使场景360°旋转，以达到用户想要的视角。这样的操作给用户很大的自由度，用户可以随意观察场景的任何地方，这种方式实现了很好的用户体验。虚拟的三维环境可以降低用户对新操作的学习成本，给用户心理以认可和鼓励。

图1 “THE ECO ZOO”网站的界面

如图2所示的多媒体作品 《大人爱科学》是由北京印刷学院设计艺术学院多媒体专业的李宗硕、陆旭和李文轩三位同学联合开发的一款以拼装模型为内容的多媒体作品，它打破了传统纸质作品枯燥乏味的形式，运用三维虚拟再现技术将机械的构造和工作原理展示得更加清楚明白，也使拼装机械更加简单易懂。作品界面就让读者在一个虚拟的三维实验室里进行体验。

图2 多媒体作品 《大人爱科学》虚拟实验室场景画面

在拼装模型时会有三维立体图纸的的参考，同时还有一些简单的提示，如图3所示。相比之下，传统的图形界面更多地依赖导航以及各层级界面之间视觉的不同进行区分。但因为各层级界面之间的视觉效果相差太大，会导致整体作品风格不一致，所以还是会使用户混淆各层级界面，不了解自己所处的界面。进入 《大人爱科学》界面时，画面会模拟人的真实视角走到界面中，采用虚拟的三维实验室和三维零件展示拼装过程。三维场景的层级逻辑性还体现在界面与界面的切换之间。传统的图形界面多媒体作品往往需要依赖导航条来达到界面切换的目的，但导航条常以文字为主，或加些简单的图形表示界面内容，难以帮助用户更好地理解界面的内容。而三维的多媒体作品由于其界面都是三维的，用户可以利用自己的方向感知道自己所要切换的界面的位置。用户也许对界面的名称印象不深刻，但是会对各个界面的方位印象深刻。这样用户可以通过三维的虚拟环境方便地切换到自己想到的界面中去。

图3 多媒体作品 《大人爱科学》的模型拼装画面

2 多媒体作品中三维对象的建模技术

选择在多媒体作品中运用三维虚拟再现技术就要谈到三维建模，建模是三维艺术的基础，若希望通过三维软件高效率地创建出理想的模型，就要广泛了解客观世界中的事物，掌握其基本规律。多媒体作品需要考虑具体的制作流程和呈现方式来确定不同的建模方法。

现在的三维软件多种多样、各有特色，软件的建模方式也都各有特点。大部分软件包含多种建模方式，这为多种建模方式配合工作提供了便利性。

（1）多边形建模。

目前最常用的三维建模软件3ds Max和Maya综合了相当多的建模方式，其中以多边形建模的使用最为广泛。多边形建模是通过对点、边和面的操作来造型的。多边形的建模优势在于构造灵活，其长项主要是生物模型。尽管在工业产品造型方面也有很多出色的作品，但是精确度有限。生物造型具有结构任意的特性，并且往往是关联为一体的单一网格体，不像机械零件可以拆开来做，这样就大大提高了难度。

（2）笔刷建模。

在建模的过程中，使用前面所说的那种软件，都是使用鼠标操作的。对于艺术专业特别是学绘画出身的人，在刚接触3D的时候会感到十分吃力，因为手中的画笔完全派不上用场。目前，打破机械的操作模式，采用人性化、智能化的制作手段，成为一个三维软件开发者的重要任务。ZBrush对于建模最大的贡献就是使用笔刷修改模型，这也几乎是它唯一的工具，完全放弃了传统的建模方法，这样一来，建模从工序上就变得简单了。Mudbox的工作方式和ZBrush基本上是一样的，它就像是ZBrush的一个简化版，优势在于上手快，不需要过多复杂的操作。

（3）其他建模方式及利弊。

在进行三维建模的时候，除了前面提到的两种建模方式之外，还可以根据自己的工作方式选择其他的建模方式。不同的建模方式有各自的优缺点，了解这些优缺点更有助于提高建模的质量和效率。

NURBS建模的优势在于表现平滑的表面，它的柔和特性特别适合表现柔美的表面。NURBS的一个重要特性是可以对面任意划分线。通过曲面的重建功能，一个简单的曲面可以变成多重的网格，并且行与列之间的结构分别保持有序的平行，而曲面的形态几乎不会发生变化。当结构线不足时，根本无法编辑出需要的对象；当曲面重建后得到足够的结构线，就可顺利地制作复杂物体了。NURBS曲面柔韧而富有张力的特性使之成为模拟生物肌肉和皮肤运动的最好载体。但是由于NURBS使用较少的点来控制较广的曲面，在编辑的时候难免会波及周围不需要改动的点，从而破坏曲面的结构。这样就只好增加UV以密度来限制结构，但UV线加多了再想减掉就不行了，因为那样会使原本调整好的结构丢失，即这个过程不可逆。当UV比较复杂时，在点层级调整就会受到大量漂离曲面的控制点的干扰，特别是当这些点离所控制曲面对应区域比较远的时候，几乎无法找到需要的控制点，这是最影响NURBS建模效率的问题。

多边形建模可以在一个毫无细节的表面按照作者的意愿切出需要的结构，再通过基础命令拉出立体的结构并编辑成型。多边形有很强的造型能力，它可以塌陷过多的点编辑成为一个点，可以删除不需要的面，可以无缝缝合立体分支。

多边形建模的资源占用比较低，如果使用Meshsmooth的分级平滑，在0级的时候，几万面的模型也可以在游戏机显卡上运转自如，并不会因为显示速度迟缓影响操作。当然，理想的模型的面数只要在几千以内就相当充分了，这对于动画蒙皮相当有利。在粗略的模型上蒙皮，渲染时开启Meshsmooth的2级光滑，将得到很高质量的结果。

3ds Max允许在开启光滑级别的同时在底层编辑多边形，这样可以得到形体变形的平滑结果实时反馈，这对于控制造型具有至关重要的作用。直观性强成为多边形建模最吸引人的优点，因此它也成为最容易掌握的建模方式。多边形的灵活性还体现在可以随时随地增加细节和去除不想要的细节。

然而，多边形建模也有不可避免的缺点。首先，多边形存在细节越多越无法进行动画的缺点。这并不是建模本身的错，而是因为蒙皮系统缺乏高级的仿真动力学系统的配合，导致制作动画的时候必须将布料和人体肌肉捆绑在一起，所以在运动中出现结构错误是必然的。其次，贴图坐标定位是一个老大难问题。由于拓扑任意的特点，多边形不能按照NURBS那样的四边形结构自动适配贴图坐标，所以只能采取手工切割模型为多块的办法贴图。这样不仅操作麻烦，而且也不能保证贴图完全不发生拉伸。最后，多边形建模的精确程度也很有限。建模可以凭感觉造型，但是要做非常精细的模型，如果依靠手工移动点去调节曲面，不仅无法保证准确度，而且在微小的差异之间调节，对眼睛和大脑已是艰巨的考验，并且调节的工作也很烦琐。

3 三维建模布线法则及技巧

在进行建模的时候，都是用网格线来塑造结构的，这其实也就是网格线的基本的作用——为物体模型塑造形体。模型的布线疏密在不同的领域有着不同的要求，在我们的多媒体作品中也可大致分为3个类别：实时环游级别、转场动画级别、三维展现级别。

在实时环游级别，因为浏览三维画面是实时计算得来的，浏览过程必须让普通的电脑显卡都能运行起来，所以对布线的精简度要求很高。既要求建模对象生动而富有特点，又要求面片数控制在一定范围内，一般面片数都要求在5000以下。不过随着科技的发展，计算机的运行能力不断得到提高，面片数的要求也会改变。转场动画在很多文化类的多媒体作品中都会用到，在视觉要求上相对要高很多。转场动画的视觉冲击力会让观众更加深刻地理解作品的文化含义，所以一般转场动画模型的面片数都在50000以上。三维展现级别通常用来展示表现对象的精美细节，通常带有深入观看、放大观看等功能，所以都以能够展现细节为标准，一般不考虑面片的数量。

建模布线大致可以分为结构法、平均法和结合法。

结构法主要是根据对象的结构走向进行布线塑造。这种方法主要用在静帧模型上，在塑造形体方面表现力很强，效率很高。但是在动画的时候难以实现结构变形。

平均法要求网格线在模型上分布平均而且每个网格形状近似，面与面的大小相等，排列有序，进行后续工作的时候给展开拓扑结构、进行蒙皮和肌肉变形带了更大的便利。但这个方法有一个缺点，即在增加结构细节的时候网格面会成倍地增加。

结合法可以概括成八个字：动则平均，静则结构。伸展空间要求大、变形复杂的局部用平均法可以保证布线量足够以满足结构变形，并进行大幅度动作。变形少的局部用结构法做出丰富的细节，它的变形和伸展动作不用考虑得十分周全。

另外，在进行建模的时候要尽量避免布线出现三星线和五星线。在进行多边形建模的时候要兼顾模型平滑后的结果，三星线和五星线会造成模型表面不平整的现象。三星线和五星线在进行肌肉和表情变形时很难控制，变形幅度过大会使模型扭结在一起。在不可避免的情况下，尽量把三星线和五星线结构放在变形幅度小和视线不被注意到的地方。

在进行建模的时候，皮肤和材质的真实质感是很难表现的。三维对象的皮肤并不是光滑的，一般的角色皮肤都是有许多细小的汗毛孔，在需要展示的物品上会有不同的材质类型，各种材质的原料不同，特性也不尽相同。这些细节如果全用建模来表现，实在是一项难以完成的任务。而各种三维软件都提供了凹凸贴图和置换贴图，这样不仅可以通过图片的明度对比来表现细节，还可以应用法线贴图以低面数的模型来影射高面数模型的细节。

4 结语

目前多媒体交互作品已经深入人心，这不仅仅是思想解放的过程，更是一个不断探索的过程。选择一个合适的角度在多媒体作品中运用三维虚拟再现，不仅介绍了概念或知识，还提升了作品的创意性和趣味性，加强了作品的感染力，也使读者的浏览变得不再枯燥乏味，大大提升了作品的传播效应。好的三维模型设计可以提升作品中的美感和代入感，它能够使作品的呈现形式更加饱满，加深读者对作品的印象，使整部多媒体作品充满生气和感染力，更能为作品表达的意义提升附加值，使表现形式不单一，从而直接影响整个多媒体作品的风格和艺术水平。

参考文献：

［1］张菁，张天驰，陈怀友．虚拟现实技术及应用 ［M］．北京：清华大学出版社，2011．

［2］尹新梅．3ds Max三维建模与动画设计实践教程 ［M］．北京：清华大学出版社，2011．

作者联系方式：

E－mail：16050087＠qq．com．

[1] 基金项目：北京印刷学院校级课程建设项目 《三维动画设计Ⅱ》。作者简介：付琳 （1978—），女，河南省郑州人，北京印刷学院讲师。研究方向为数字媒体艺术设计及其理论，交互设计、互动媒体展示设计。参与设计的多媒体作品多次荣获国内及国际多媒体光盘比赛奖项，发表论文10余篇。