王孟岩++马宋名辉++王秀梅

[摘 要]三维动画技术不仅操作方法简单，仿真速度快，而且具有很强的视觉表现力。能够在工程建设初期提供工程的详细资料给决策者，大大降低工程建设和方案选择的难度。本文以LNG产业链工程仿真动画实际项目为背景，介绍了工程仿真动画的实现过程。提出了针对工程领域中不同类型对象的真实物理过程的仿真方法和表现技巧。为工程方案可行性的验证，工业信息的传达提供了参考依据，降低了工程成本。

[关键词]工程仿真 三维动画技术 LNG产业链 3DS MAX

中图分类号：G540 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0133-01

1、工程仿真动画整体设计

1.1 项目背景介绍

LNG（Liquefied Natural Gas）即液态天然气，是一种清洁，高效的能源。其产业链大致可以分为三段，每段包括几个关节。项目要求用影视语言对气电公司的主工业园区及LNG产业链进行生动的描述。运用三维动画和多种剪辑合成技巧进行设计制作，得到生动真实、视觉效果和逻辑性很强的工程仿真动画。

2、设计定位及策划

对于工程仿真动画，除需要展现厂区设施、自然环境外还需要展现相关工业流程，体现工程的真实物理过程，所以通常采用写意与写实相结合的表现手法。

在对LNG产业链的三维动画设计中，采用该种表现手法，以精细的三维动画描述各关键环节的工作情况，总体过程按照产业链逻辑脉络，将大量的视觉信息（三维动画、静态图片、视频等）进行逻辑性的组合、穿插，配合一定的字幕共同传达信息。充分利用影视语言表现手法进行叙事，结合精心选配的音效、背景音乐营造气氛；整体画面体现出气电公司产业链的工作过程，传达信息令人信服。

3、基于真实物理的仿真建模方法

3.1 运动物体模型对象

涉及自身运动的模型对象往往是工程仿真动画的表现重点，应该采用较为精确的建模方式，适当增加模型分段数，提高光滑程度，避免在展示的过程中由于模型的精度不够出现模型缺陷。精确程度要根据脚本中镜头设计具体把握，避免无谓的增加模型数据大小。

在对一些涉及复杂机械运动的机械设备仿真时，要注意各零件的坐标系问题。如卸料臂，在对它的各活动部件进行定位时，要特别注意它们的自身坐标系和相关部件的同心轴问题，防止在旋转动画制作过程中出现跳转。在调整自身坐标系时，激活Hierarchy面板下的Affect Pivot Only功能，将坐标系调节到适当位置，使相关部件在旋转时能够绕同一中心进行旋转[3]。

3.2 固定设施模型对象

固定设施和设备模型对象在工程动画展示中，主要是做为背景表现。在建立模型时，可以在不降低视觉效果的条件下，采用比较粗略的建模方式。在调试的时，要尽量勾选Display面板下的Display as Box选项，将模型以box显示，提高系统的运行速度，这种操作在设计过程中是十分必要的。另外在建模时，要尽量降低Blone的使用次数，控制模型大小。

3.3 自然环境模型对象

自然环境是工程仿真中不可缺少的表现对象，它主要包括天空、地理环境、主光源等。LNG产业区自然环境，天空模型用椭圆，然后贴以无缝贴图，产生无缝天空的效果。地理环境大多复杂且不规则，用通常的建模方式来生成地形，生成的数据量很大，影响动画生成的速度，所以采用贴图的方式，在平板上贴以地形图像，有效地控制模型大小，并且有很好的视觉效果。在仿真动画的设计过程当中，所有场景的设计都要调用同一个自然环境背景，确保环境的统一性。在调用的过程当中，为了避免贴图信息的丢失，要对文件进行File →Archive打包处理，调用打包文件实现文件的共享。

4、基于真实物理过程的动画实现方法

4.1对象本身的动画

。

（1）机械物体的动画。机械物体的动画主要涉及的就是对象自身的位置变换和自身的机械运动。对于位置的变换动画可以在3DS MAX中通过路径绑定或设置关键帧的方式来实现。路径绑定类动画实现的关键之一是路径的准确绘制，对于二维平面上的路径直接绘制可以实现，但是对于凸凹不平的三维平面上的路径来说，这种绘制过程是无法实现的。需要我们首先在一个虚拟的平面上绘制出二维曲线，然后通过投影的方式将二维曲线投影到目标对象上，

（2）柔性物体的动画。所谓柔性物体，是指工程中没有固定形态的对象物体，例如液体、气体等。此类对象在工程中大多是密封状态保存，运动不规则，对此就要求设计者对它们的表现形式进行设计，在对其自身运动进行模拟外，还要采用容器变透明、切割容器、将摄像机放置到容器内等特殊表现手法对其进行诠释，表现他们的真实性。

（3）示意性动画。对于一些复杂的工业过程或是特殊的作业环节，简单的如实表现往往使观者很困惑，不理解其中的原理或是作业内容，这是就应该采用示意性动画的表现手法进行动画演示，起到传达信息帮助人们理解的作用。

4.2 摄像机动画

（1） 移动摄像机。移动摄像机在工程仿真动画中的应用最为广泛。在进行产业区浏览、场景展示时大多采用移动摄像机的动画表现方式，通过摄像机的路径绑定，模拟人眼从不同角度连续观察对象。

（2）推拉镜头。根据人们观察事物的习惯和逻辑特点，在某些特定场景的表现时，还运用到推、拉镜头的表现手法，实现由远到近或由近到远的观察方式。卸料臂与LNG船对接后固定的过程表现，为了清楚表现对接过程，满足观者的观察要求，就利用了拉镜头的摄像机动画，

（3）跟镜头。这种表现手法在诠释生产线运作、液体流向等场景时是比较实用的。如卸料臂卸载液态天然气，液体沿卸料臂上升的过程就采用了这种表现方式，用摄像机跟踪液态天然气流动直至输送到陆地管线内。使整个液态天然气的卸载过程清晰的呈现在人们面前，表达信息十分准确。

（4）摇镜头。摇镜头，这种在普通影视片和传统工程仿真中很少用到的镜头方式，在通过三维动画技术实现的工程仿真动画示中是一种常见的表现手法。

5、剪辑

剪辑是三维动画制作的最后一个步骤，这个步骤也是很重要的，同样要求设计人员具有导演意识。在这一步骤中，设计人员对前期的片段动画进行剪切、编排，并加以背景音乐，生成可播放的影音文件[6]。在剪辑时，要特别注意画面的连续性，对跳跃性特别大的镜头要重新设计、重新渲染。音效的添加，除了选择合适的背景音乐，还要加以适当的真实声音效果，如机械转动、轮船汽笛、水泡等，完成工程仿真动画的设计。

6、结束语

利用三维动画技术进行工程仿真是为了提供真实的仿真动画给决策者，降低工程建设和方案选择的难度，同时起到树立企业形象和传达信息的作用。为实现这一目标，该类型仿真动画应该体现出工程的真实物理过程，直观的展示工程全貌和工业流程。本文介绍了应用三维动画技术实现工程仿真的工作流程，讨论了针对工程中不同类型对象的真实性表达的方法和技巧，努力寻求最恰当的仿真方法和表现形式。

参考文献

[1] 熊标.加速开发中国LNG汽车产业链[J].广东油气商会会刊，2007.

[2] 何四华，李天伟等.虚拟现实与航海仿真技术[J].船舶电子工程，2004.