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動畫背後的科學：3D動畫如何在時間中賦予生命？
在當今的數位世界中，3D電腦圖形（通常簡稱為CGI或3D-CGI）已成為我們日常生活的重要組成部分。無論是在電影、遊戲，還是虛擬現實（VR）中，3D動畫都能使靜止的圖像擁有了生命，帶來更為真實的視覺體驗。本文將探索3D動畫的歷史、技術、以及它們是如何在時間中賦予生命的。
3D動畫的歷史
3D電腦圖形的歷史可以追溯到20世紀60年代，當時威廉·費特（William Fetter）在波音公司首次提出了「計算機圖形」這一術語。從早期的Sketchpad程式到1976年的《未來世界》（Futureworld），3D動畫經歷了多次創新與突破。特別是在1970年代末，隨著家用電腦的普及，3D動畫軟體開始走入家庭，並隨後伴隨著虛擬實境技術的崛起，在2000年代迎來了新的高峰。
3D動畫的生產流程
3D動畫的生產通常包含三個基本階段：建模、佈局與動畫，以及渲染。
建模是形成對象形狀的過程，其中創建的3D模型是任何三維物體的數學表示。
建模的過程涉及使用多種工具，如多邊形建模、曲面建模及NURBS建模等。這些模型不僅可以通過計算機生成，也可以通過掃描實際對象來獲得。
在進行動畫製作時，必須先對場景中的物體進行佈局，這樣才能確定物體之間的空間關係，包括位置和大小。
動畫的部分則描述了物體隨時間的轉變，它們通過關鍵幀、逆向運動學和動作捕捉等技術來實現。這些技術可以單獨使用，也可以結合起來以增強動畫的效果。
材料與紋理的運用
在渲染過程中，材料和紋理的設定至關重要。這些屬性決定了光與樣本表面相互作用的方式。透過顏色地圖、凹凸地圖或位移地圖，我們可以在3D模型上添加顏色或其他特徵，使其更具真實感。
渲染的技術
渲染是一個將3D模型轉換成2D圖像的過程，這個過程可以是模擬光的傳播以獲得照片現實主義的影像，或是應用特定的藝術風格進行非照片現實主義的渲染。這個步驟通常通過專用的3D圖形軟體或圖形應用程式接口（API）來執行。
在進行渲染時，首先需考慮場景的3D投影，將三維影像以兩維方式展現。
雖然許多3D建模和CAD軟體可以執行3D渲染，但專門的3D渲染軟體如OTOY的Octane渲染引擎和Maxon的Redshift也為渲染提供了更多的靈活性和可能性。
3D動畫與真實世界的融合
隨著科技的發展，3D動畫不僅僅侷限於娛樂的領域。它們在醫療、教育和工程等專業領域也起到了重要的作用。比如，醫療動畫可以幫助專業人士更好地理解複雜的生物結構。3D技術的應用越來越廣泛，也改變了人們看待和理解世界的方式。
未來的展望
3D動畫的未來將可能由增強現實（AR）和虛擬現實（VR）等新技術所引領。這些技術不僅增強了觀眾的沉浸式體驗，還改變了人與技術之間的互動方式。隨著3D建模技術的持續革新，創作者將能夠更自如地在數位世界中賦予事物生命。
隨著3D科技的快速發展，你是否想過未來的動畫會為我們帶來什麼樣的驚喜與挑戰?
