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动画背后的科学：3D动画如何在时间中赋予生命？
在当今的数位世界中，3D电脑图形（通常简称为CGI或3D-CGI）已成为我们日常生活的重要组成部分。无论是在电影、游戏，还是虚拟现实（VR）中，3D动画都能使静止的图像拥有了生命，带来更为真实的视觉体验。本文将探索3D动画的历史、技术、以及它们是如何在时间中赋予生命的。
3D动画的历史
3D电脑图形的历史可以追溯到20世纪60年代，当时威廉·费特（William Fetter）在波音公司首次提出了「计算机图形」这一术语。从早期的Sketchpad程式到1976年的《未来世界》（Futureworld），3D动画经历了多次创新与突破。特别是在1970年代末，随着家用电脑的普及，3D动画软体开始走入家庭，并随后伴随着虚拟实境技术的崛起，在2000年代迎来了新的高峰。
3D动画的生产流程
3D动画的生产通常包含三个基本阶段：建模、布局与动画，以及渲染。
建模是形成对象形状的过程，其中创建的3D模型是任何三维物体的数学表示。
建模的过程涉及使用多种工具，如多边形建模、曲面建模及NURBS建模等。这些模型不仅可以通过计算机生成，也可以通过扫描实际对象来获得。
在进行动画制作时，必须先对场景中的物体进行布局，这样才能确定物体之间的空间关系，包括位置和大小。
动画的部分则描述了物体随时间的转变，它们通过关键帧、逆向运动学和动作捕捉等技术来实现。这些技术可以单独使用，也可以结合起来以增强动画的效果。
材料与纹理的运用
在渲染过程中，材料和纹理的设定至关重要。这些属性决定了光与样本表面相互作用的方式。透过颜色地图、凹凸地图或位移地图，我们可以在3D模型上添加颜色或其他特征，使其更具真实感。
渲染的技术
渲染是一个将3D模型转换成2D图像的过程，这个过程可以是模拟光的传播以获得照片现实主义的影像，或是应用特定的艺术风格进行非照片现实主义的渲染。这个步骤通常通过专用的3D图形软体或图形应用程式接口（API）来执行。
在进行渲染时，首先需考虑场景的3D投影，将三维影像以两维方式展现。
虽然许多3D建模和CAD软体可以执行3D渲染，但专门的3D渲染软体如OTOY的Octane渲染引擎和Maxon的Redshift也为渲染提供了更多的灵活性和可能性。
3D动画与真实世界的融合
随着科技的发展，3D动画不仅仅局限于娱乐的领域。它们在医疗、教育和工程等专业领域也起到了重要的作用。比如，医疗动画可以帮助专业人士更好地理解复杂的生物结构。 3D技术的应用越来越广泛，也改变了人们看待和理解世界的方式。
未来的展望
3D动画的未来将可能由增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等新技术所引领。这些技术不仅增强了观众的沉浸式体验，还改变了人与技术之间的互动方式。随着3D建模技术的持续革新，创作者将能够更自如地在数位世界中赋予事物生命。
随着3D科技的快速发展，你是否想过未来的动画会为我们带来什么样的惊喜与挑战?
