浅谈计算机三维动画在工程设计中的应用

浅谈计算机三维动画在工程设计中的应用

包立华

辽宁省朝阳市财经学校 辽宁 朝阳 122000

摘要：三维动画在工程设计中的应用越来越广泛，得到了业界的关注，研究相关课题具有重要的实践意义。本文首先对三维动画的相关内容进行了总结，分析了三维动画的制作原理，并结合相关的实践经验，从建筑设计的制作规划入手，从三维动画效果的制作等角度，探讨三维动画技术在建筑中的应用，阐述了个人对此的看法和理解。

关键词：三维动画；建筑；应用；研究

在现代建筑行业中，对建筑工程的设计、工程施工和工程管理等方面都提出了更加严格的要求，传统的建筑设计方法、施工方法已经难以适应现代大型建筑工程的需要。随着计算机技术的发展，建设项目团队可以利用先进的计算机技术，来做一个现实的三维模型，实现数字可视化。利用直观的三维模型，可以更加高效安全，有效的节约建设成本。

一. 三维动画基本概述

1. 三维动画概念

三维动画一般简称为3D动画，它的由来是随着近年来计算机在软硬件技术上不断创新发展并借助计算机图形学和艺术设计的交叉结合，综合利用计算机软件技术、 美学数理学等知识而产生的一种新兴技术^［1］。

2. 三维建筑施工动画概述

三维动画技术是基于计算机形成的三维动态图像显示的高新技术，目前在建筑领域已经得到有效利用。在传统的建筑行业中，设计师们都是采用的二维设计施工，很难将建筑的内部与外部结合起来，达不到设计之初预想的效果，而三维动画技术可以完美的弥补了这一缺陷，将设计的理念，利用计算机软件进行表现，对建筑的场景全方位的动态模拟，使设计形象逼真。

3. 组成

3. 1几何造型

几何造型是三维计算机用户制作的基础。一个优良的三维动画系统应提供对象的造型工具，它包括造型编辑器(如平面多边形造型，实体造型等)，造型变换工具(如线性变换，柱面弯曲及其它变形工具)，造型增值工具，信息查询上具，以及数据文件管理和良好的可视界面环境，如三视图、 透视投影图、 帧而控制，以及便于用户设计的可视化工具^［2］。此外，还应提供与常用的造型数据文件的格式转换接口，使得在其它造型软件生成的几何造型，能够在三维动画软件系统中使用。

3. 2表面材料编辑

表面材料编辑主要用于交互地建立和修改物体的表面特性(如颜色，纹理，光照等)，从而产生特殊环境下的各种质地的材料表面。如大理石花纹，木纹，乌云和彩云等等。

3. 3动态设计与动态画面的生成

3. 31运动路径控制法

设计者通过物体、 光源、 镜头的运动路径以及对时间的指定后，由动画软件系统自动插值计算出物体运动的路径。

3. 32关节动画法

基于逆向运动学原理实现，适用于一些具有关节的物体(如人、动物、机器人等)的运动描述。

3. 33变形运动法

主要采用物体关系和样条或线性插值，加入时间因子使变形过程实现加和减等速度控制。

二. 建筑三维动画制作原理

1. 前期准备：计算机配置——由于动画制作的复杂性，使用的计算机配置是越高级越好。软件需要AutoCAD，3DSMAX，PHOTOSHOP，Authorware 支持。AutoCAD用于准确建模;3DSMAX用于动画制作，包括建模、 渲染；PHOTOSHOP用于对材质和图像后期处理；Authorware用于后期将动画处理成包含动画、 图片、 声音的多媒体。

2. 制作过程：动画镜头拍摄计划——包括片头、 主体内容、 结尾处理等。在这里，动画片的衔接是非常重要的。一条清晰的“参观”流线，使动画展示成为消费者“游览”建筑的过程。动画片制作时，当模型太复杂，周围配景太多，将光源光影跟踪打开之后，单帧画面渲染所需时间太长。因此，在制作过程中，应尽量简化配景，并关掉光影跟踪。

3. 后期处理：虽然3DSMAX提供了后期处理的VideoPost，但所需时间长，不易调试，笔者认为用Authorware软件进行后期处理，同时Authorware 可以提供人机交互功能，方便选择参观路线。制作前，选择合适的背景音乐，录好解说词，根据参观路径用Authorware编写程序，经过测试修改，打包成EXE文件。

三. 三维动画技术在建筑中的应用

1. 建筑设计的制作规划

将建筑设计的方案用三维动画进行展示，能够对建筑的平面结构的合理性进行考察，便于设计者对建筑设计中存在的问题，如朝向、举架等整体效果进行控制，从建筑的内部对建筑物的整体结构进行了解，对建筑内部的组成要素位置进行合理的调配和安置，达到资源利用的最优效果，对建筑整体设计规划图不断改进和完善。对建筑模型的建立，需要使用计算机AutoCAD制作软件，针对建筑的内部结构开展不同层次结构的平面图层绘制，然后开展建筑三维模型的制作手段，在三维动画设计中合理地将绘制图层进行运用，通过计算机平台利用动画设计技术，将虚拟的动画世界和动画效果进行完美的演绎。在虚拟的计算机动画设计中，能够清晰地体现出建筑物的特征以及相应的场景模式，利用动画设计的轨迹，加之摄影机与其他参考物的运用，并赋予三维动画场景特定的材料，最终通过计算机的运作，得到清晰、立体的动画场景，生动形象地将建筑中的结构进行展示。

2. 制作三维动画效果

把建筑设计方案制成清晰的三维动画，将三维动画与摄影画面进行叠加，为建筑的三维动画设计方案与环境的影响提供理论依据，充分将虚拟建设项目进行有效的展示，将项目完成后的模型进行真实呈现，展示出不同的建筑层次结构，对建筑模型进行不断的补充，最终形成完美的方案。在三维动画设计中，可以以建筑物内部为角度，虚拟人处于内部所产生的视觉效果，对建筑内部进行合理的选材和搭配。三维动画技术在建筑模型的操作应用上，对技术人员的专业知识和专业水平的要求较高，并需要专业的技术人员掌握一定的技能和技巧，更需要技术人员具备一定的实践动手能力，对建筑动画领域的知识有扎实的基础，才能够将理论与实践完美结合，这样设计人员的制作才与实际需求相符合，并具备一定的技术含量。同时还要对摄像机动画制作的过程进行掌握，清楚地掌握摄像机的性能和动画效果，摄像机的变焦速度、路线等因素都是需要考虑的，达到使建筑物形象地展示出来的目的。

3. 建筑模型动画输出

建筑模型动画输出实质上就是利用摄像机所呈现出来的影像，对流程进行合理的操作，对建筑模型进行完美的呈现和演绎，充分利用动画效果诠释，利用相应的渲染技术，使动画的表达更加淋漓尽致。所以，在表达前应针对模型进行整体的设计，不断调整相关指数，以最优化为目的。建筑动画能够对建筑行业的相关设计活动以动画影片的形式进行展示，以计算机软件的方式将设计师的意图进行合理的展示，使大众对展示空间进行体验。根据建筑设计做出的图纸，利用计算机把虚拟的建筑位置、内部环境、外部形状、自然现象、相关设施、人物、风景等动态效果呈现在建筑环境当中，从多种角度进行欣赏。建筑动画最广泛的应用情况就是房地产的开发和房产项目的宣传上、投标、建设等效果，用电脑的方式形成最终的方案结果。

结束语

综上所述，加强对三维动画在建筑中应用的研究分析，并将研究结果应用于实际工作，有着十分重要的意义。因此在今后的建筑工程实践中，应该加强对三维动画应用的重视程度，并注重其具体应用实施策略与方法的科学性。

参考文献

[1]李蒂. 三维动画在建筑设计中的运用[J]. 华中建筑，2019(12)：60-62.

[2]孟妍. 论建筑动画的理论研究现状[J]. 科技资讯，2018(2)：115-116.

[3]李永泉. 数字城市三维建模方法比较分析[J]. 现代绘测，2019(2)：88-89.