三维动画技术研究报告

《计算机科学与技术新进展》

技术研究报告

技术报告题目 虚拟三维动画技术在人机界面设

计中的应用研究

学专

院 业

学生姓名 学

号

摘 要

众所周知，虚拟现实时代已经到来，如何控制和正确使用虚拟现实已经成为重要的话题。”在虚拟现实时代更好的人机交互虚拟现实交互环境和传统语境中的空间差异互动虚拟现实体验什么？通过人机界面设计，使用虚拟三维动画技术、新方法和新方法的实施产品设计。如今智能问答系统大多是二维的客户端，缺乏美观的界面。相比于在简单的问答场景下进行文字问答，现在3D技术的引入，使得利用三维合成技术产生虚拟人物进行智能问答成为热潮。

关键词：虚拟现实 三维动画 人机交互 产品设计 工业设计

第一章 虚拟现实技术的基本原理和特点

虚拟现实技术涉及计算机图形学、传感技术、动力学、光学、人工智能和社会心理学等领域的研究，是多媒体和三维技术发展的一个更高的领域。虚拟现实技术是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，是一种新型的人机界面。具体来说，就是利用现代技术生成以计算机技术为核心的逼真视觉、听觉、触觉等虚拟环境的具体范围的整合，用户用必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的这种交互进行交互，从而产生真实环境中的同样的感觉和经历。

虚拟现实技术的发展，引起了人们的极大兴趣。虚拟现实技术不仅开始在军事、医学、房地产、设计、考古、艺术、娱乐等诸多领域得到越来越广泛的应用，而且给社会带来了巨大的经济效益。因此，业内人士认为，80年代是个人电脑时代，90年代是多媒体、网络时代，21世纪将是虚拟现实技术时代。

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，仿真技术是计算机图形学和人机界面技术的集合，多媒体技术、网络技术、传感技术是一门具有挑战性的交叉技术和研究领域。主要包括仿真环境、感知、自然技能和感知设备。计算机生成仿真环境，实时动态三维真实感图像。

虚拟现实作为一种具有人机交互特性的人机界面，也可以称为“自然人机界面”。在这种环境下，用户看到的是全身彩色场景，听到的是虚拟环境中的声音，手或脚都能感觉到虚拟环境回到自己的力量，从而给用户一种身临其境的感觉。在同一个世界里，用感觉的方式去感受计算机创造的虚拟世界，与相应的现实世界有着同样的感觉。计算机世界可以超越我们生活在虚拟环境之外的时空，也可以模拟现实世界，可以让人拥有虚拟的图形界面。亲身感受现场。

虚拟现实是一种人机界面更为理想的人与计算机之间的用户形式。与传统的计算机界面相比，虚拟现实系统具有三个重要的特点：沉浸感、交互性、想象力。沉浸感称为专业声音感。虚拟现实技术是基于人的视觉、听觉生理和心理特征，由计算机生成逼真的三维图像，用户通过头戴式显示器、数据手套或数据服等交互设备，可以将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟中的一员环境。虚拟环境中各种对象与用户的交互，就像在现实世界中一样。当用户移动头部时，图像在虚拟环境中实时跟随变化，随着移动物体可以手势和移动，也可以听到3D模拟声音。用户在虚拟的环境中，感觉一切都很逼真有一种感觉，亲自上阵。

虚拟现实系统中的人机交互几乎是一种自然的交互，用户不仅可以使用计算机键盘

和鼠标进行交互，还可以通过特制的头盔、手套等设备进行传感数据交互。电脑可以根据用户的头、手、眼、肢体语言和动作，来调节图像和声音系统。用户通过自己的语言、身体动作或动作等自然技能，观察或操作虚拟环境中的任何物体。该虚拟现实系统具有视觉、听觉、触觉、感知和反应装置，使用户可以在虚拟环境中获得动觉、视觉和听觉、触觉、动觉等多种感知，从而实现个人对现场的感受。

第二章 虚拟现实的关键技术与研究对象

虚拟现实系统根据其功能的不同，可分为沉浸式虚拟现实系统、增强型虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。四种类型的虚拟现实系统具有三个“I”特性，该系统主要包括基本组分为观察者、传感器、合成效果发生器和真实模拟器。

从本质上讲，虚拟现实是一种先进的计算机用户界面，它还通过视频、听觉、触摸等直观自然的实时交互手段，为用户提供最大限度的方便操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。但虚拟现实技术的三个主要方面是真实感、虚拟对象的真实感和高性能计算技术。

如何将现实世界中的物体和事件放到虚拟环境中，是一个感知问题。网络技术就是如何让多个用户参与到同一个虚拟环境中。这需要分布式映射结构。一种虚拟现实是世界空间向多维信息空间的转换，包括基本模型的构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点诱导等关键技术，生成这些技术使得现实的虚拟世界，用户访问操作的虚拟环境检测和操作数据是可能的。

虚拟环境中虚拟物体的真实感是如何直接根据（声、光、电）信号传达给成年人的感受的。一种显示（输出），还可以保证用户从虚拟环境中获得相同的视觉，或相似的真实环境的关键技术触觉和听觉、触觉等感官感知的关键因素，可以使参与者产生身临其境的视觉和听觉感知，此外，用户还可以操纵虚拟环境物体在虚拟物体的同时，感受物体的反应，产生触觉和触觉的感知。力觉主要由计算机通过力反馈手套、力反馈操纵杆对手指运动进行阻尼，用户可以感受力的大小和方向。触觉反馈主要是基于视觉触觉、压力、振动、电子触觉和神经、肌肉仿真等方法，主要通过基本模型来实现。建筑技术、空间跟踪技术、视觉跟踪和视觉传感技术、高性能计算技术的实现。

虚拟环境的准确性。虚拟环境是与客观世界相一致的，它要求对各种各样的配置、复杂的信息做出准确、完整的描述。同时，需要研究有效的建模方法、虚拟对象的重构以及各种关系和交互的演化规律。

虚拟环境感知信息真实性综合。抽象信息模型不能直接感知到人，因此需要研究虚拟环境中视觉、听觉、触觉和触觉等感知信息的合成方法，重点解决高逼真度和实时合成信息的问题，以提高沉浸感。

人与虚拟环境相互作用的本质。感知信息的实时合成通过界面传递给用户，用户根

据感知到的信息对虚拟环境和情境中的事件进行分析和判断，并以自然的方式实现与虚拟环境的交互。这就要求研究基于非精确信息的多模态人机交互模式和个体自然交互技术，以提高人机交互的效率。

在虚拟现实技术中，计算机是从人类各种运动中，如语言信息的变化，正确理解信息需要使用人工智能技术来解决的，如语音识别、图像识别、自然语言理解等，研究智能界面领域是虚拟现实技术的基础，虚拟现实技术是虚拟现实技术的基础也很难。从本质上讲，解决上述6个问题可以让用户亲身感受虚拟环境的场景，从而探索和理解客观事物。一般来说，研究的重点都是围绕虚拟现实展开的6组问题。

第三章 人机交互界面的实现功能及设计原则

人机交互是研究系统与用户之间的交互关系。学习系统可以是多种机器，也可以是一个系统的计算机软件和人机界面。通常指用户的可见部分。用户通过人机界面和通讯系统，并操作小到单选播放按钮。到仪表板、飞机或发电厂控制室。人机界面的设计要包括对系统用户的理解，它是为了系统的可用性或用户友好性。

目前，人机交互还存在很多问题，主要从以下三个方面：使用范围有限，尚未摆脱交互界面，信息难以识别。总体而言，人机交互方式随着网络的升级和人工智能的发展而不断在以下三个方面发展：以用户为中心、生物特征个性化、全方位感知。未来，人与机之间的沟通，将从机械的互动上升到外部沟通的情感层面，信息基础设施的所有具体操作设备自然会融为一体，将被各种传感器所取代，各种形态无所不在，以及人工智能、大数据云计算平台的融合，将使它们成为越来越智能、体贴、实时的人机交互系统，提供各种信息。

传统的人机交互方式，人与计算机的交互都是通过键盘、鼠标、屏幕等工具来实现的。虚拟现实被视为一个统一的计算科学处理对象，一个由计算机生成的空间，并将其作为人的操作空间的一部分。

人与计算机空间的互动是通过各种先进技术和显示技术来感知的。人们可以感受到虚拟环境中的物体，虚拟环境可以感受到其上的各种操作。虚拟环境是人为的，是存在于计算机中的。用户可以进入这个虚拟环境，可以以自然的方式与环境交互。所谓交互是指对环境的感知和干预环境，能让用户在相应的真实环境中产生沉浸感的错觉，即个人对现场的感觉。虚拟环境系统包括人机界面和操作人员。电脑。

虚拟现实的主要方法是借助必要的设备，实现人与虚拟环境之间的信息转换，实现人与环境之间的自然交互和交互。而人机交互技术的功能决定了相应的系统友好操作，随着技术的发展指挥越来越复杂，对人机交互的要求越来越高。人机交互的发展历史伴随着.PC软件平台的发展，产品束缚着身体，眼睛束缚着双手和眼睛，这意味着需要一种新的交互媒体作为载体，VR和AR可能是下一代媒体。

为了最大限度地发挥影响，达到目的，在产品定位的概念上应遵循以下原则：整体性、审美一致性、直接操纵性、反馈性、隐喻性、用户可控性。在整个系统中，文字清晰可辨，图中各尺寸准确清晰。装饰精致得体，这是为了引导设计更加注重以上功能。空白、色彩、字体、图形和界面元素巧妙地突出了重要内容和有效互动。

滑动手势和清晰友好的界面可以让人们更好地互动和理解内容，但不是压倒性的。

主要内容通常是填充屏幕，使用更多的半透明和模糊效果来衬托。为了保证光与透明界面必须使用较少的边框、渐变和阴影。这将确保节目内容是最重要的。独特的视觉层次感，传达真实的动作层次，赋予活力，通俗易懂。触感、新的愉悦感、新功能的运用和新内容的不失真。当您浏览层次感的内容时，这些更改将提供更有趣的内容。

第四章 虚拟现实的设计与应用

在开始格式化纸张之前，请先将内容写入并保存为单独的文本文件。在文本格式化和样式化之前，请将文本和图形文件分开。不要使用硬制表符，并且将硬返回的使用限制为段落末尾只有一个返回。不要在纸上的任何地方添加任何分页。不要给文本标题编号模板将为您这样做。

最后，在格式化之前完成内容和组织编辑。校对拼写和语法时，请注意下列事项： 虚拟现实技术已经被世界上一些大型企业广泛应用于行业的各个方面，对提高企业的发展效率，加强数据的收集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要作用。虚拟现实技术的引入，将使工业设计方法和思想品质发生飞跃，更符合社会发展的需要，可以说是在工业设计中应用虚拟现实技术的可行性和必要性。

虚拟现实是利用计算机模拟生成一个三维虚拟世界，为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，允许用户亲自在场景中移动，在三维空间中观察是没有限制的。该技术的应用可以大大提升人机交互技术，可以大大提升用户体验，进一步提升产品竞争力。

世界工业发生了巨大的变化，大规模的海上战术不再适应工业的发展，先进科学技术的应用显示出巨大的威力，特别是虚拟现实技术的应用更是一场前所未有的工业革命。虚拟现实技术已经被世界上一些大型企业广泛应用于工业企业的各个方面，提高了企业的开发效率，增强了数据的收集、分析、处理能力，减少了决策失误，对降低企业风险起到了重要作用。虚拟现实技术的引入将使工业设计方法和思维发生质的飞跃，更符合社会发展的需要，可以说虚拟现实技术在工业设计中的应用是可行和必要的。

工业仿真系统不是一个简单的场景漫游，是用来指导仿真系统生产的真正意义上的，它结合用户服务层和数据库数据，建立了一个完整的仿真系统，可以建立B/S、C/S两种应用架构，以及企业ERP、无缝、MIS支持的SqlServer，Oracle、MySql为主流数据库。

工业仿真的范围非常广泛，从简单的单工作站机械装配到多层次的在线协同训练系统。虚拟现实为开展应急演练提供了一种新的模式，将事故现场模拟到虚拟场景中，在其中人为制造事故，使参与组织的工作人员做出正确的反应。这一扣减大大降低了成本，提高了扣减培训时间，保证了人们面对事故灾难时的应对能力，并能突破空间的限制和方便组织人员的扣减，此类案例得到了应用，将是今后的一个趋势。由于应急演练具有模拟性、针对性、开放性、自主性、安全性等特点，通过企业内部的虚拟空间，为企业构建一套数字化的开放数字资源。在录制时，在图书馆构建一套应急演练，并在虚拟数

字环境中再现相应的应急演练，提高其在虚拟环境中的专业水平。

目前，国内工业产品的设计和制造一直采用计算机辅助设计、模具制造的草型快速成型技术，但仍然是传统的产品设计过程，影响了产品开发的效率。利用该技术，在产品设计中进行虚拟试验在工业设计中做了一定的可行性，在产品设计过程中基于虚拟现实的具体设计操作简化了产品，可以对产品进行实时动态评价和虚拟三维产品使用该技术，可以观察到任何从产品的内外部结构角度，产品的推广阶段，虚拟现实技术可以直接为用户提供各种虚拟场景，让客户了解产品在不同条件下的形态和视觉效果，并让客户体验到更多的产品交互仿真借助外部设备，进一步激发消费者的购买欲望，提升产品的技术感和竞争力。

设计了预可行性测试，研究了用户的需求，快速定义了前期研究的可行性，并采用虚拟现实技术，呈现出多种形式。该草图经过局部动能快速而简单的产品特点，以虚拟的方式展现出来，让ID设计师、产品规划方案更加清晰，修改方案更加清晰。

在ID设计师的建模阶段，完成相应的模型后可以导入到软件中，根据产品的特点和功能做产品动画设计，为后期的产品展示形式提供支持，动画展示可以为消费者带来不同的视觉感受和刺激消费用户，提升产品定位价值。

产品评审是一种创造性的设计，产品的生产可以得到设计师的认可，传统的产品评审必须做产品样机，样机的生产时间和人力成本都很高，这种产品样机对于产品设计来说更加直观，在评审中要检查外观或功能模型。虚拟技术结构的合理性与手工相比只有非物理性的缺陷，还包括产品实时显示的所有细节视图，还有一些产品瞬间变化的细节在回顾，可以利用虚拟技术将虚拟空间和实时产品一起创造出来，根据用户的习惯和性格空间来设置产品。产品点评还可以将虚拟现实技术与物理空间的用户体验更好的手工结合起来。虚拟现实技术为产品点评提供了更多的显示功能，虚拟人体的检测、产品的实时调整、产品夸张的视觉体验和更有趣的点评。

国际新产品大会上，虚拟现实技术能够完美地发挥大会的主导作用，在大会上建立虚拟场景，使出版商与产品融合，完美地展示产品在各个环节的细节和突出的功能，同时也表现出高度的互动性。建立虚拟产品体验中心，为优秀的产品量身定做更具创意的虚拟空间。用于商业产品的虚拟现实展示设计展示。商品陈列的目的是通过展示良好的设计吸引人们的注意力，并借助多媒体或网络手段传递陈列信息。

虚拟现实交互技术可以让我们触摸到虚拟物体，你可以推，抓，甚至挤压它们。它可以捕捉每个空间中的真实物体，通过虚拟克隆来实现高质量的三维建模，用户可以触摸到物体，缩短人们重要的生活、地点和活动的距离，利用这项技术，我们可以在虚拟

世界中获得更多的奇妙体验。

虚拟现实展示设计提供了这样一种展示手段，而计算机硬件和网络的发展以及计算机高效的三维操作能力的提高，使得虚拟现实技术在商品展示中的应用更加广泛。应用多媒体显示以前的商品展示方式是以平面图片、文字、参观者只能通过文字、声音、图形、动画等方式来描述单一商品信息并进行虚拟现实展示。平面设计能够突破限制，不局限于文字、图片和图像的二维空间展示方式，很好地解决了商品在展示中缺乏真实感的问题：一方面，利用虚拟现实技术制作的三维虚拟展示，能够让消费品与消费者形成良好的互动，使消费者更容易掌握商品信息，以便对消费品进行评估和促销，做出购买决策；另一方面，不用虚拟产品展示产品，也降低了产品成本，从各个环节提高展示效率。

第五章 虚拟现实与人机交互的未来趋势与方向

随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面的发展，交互技术在建模和绘制方法、构建方法和系统等方面的深入应用，对虚拟现实技术提出了更高的要求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实技术的研究遵循“低成本高性能”的原则，取得了快速的发展，呈现出一些新的特点和趋势。虚拟现实技术与网络通信和多媒体技术相结合，是对传统信息技术发展的突破，具有深远的应用潜力。在线交互式虚拟世界是信息社会发展的方向，是各个行业的必然目标。未来的信息网络交互虚拟现实技术将改变人们的思维方式，改变人们对世界、空间和时间的看法。

在整个虚拟现实的发展过程中，未来虚拟现实技术的研究将延续“低成本、高性能”的原则，从硬件和软件两个方面总结出主要的发展方向如下：

动态环境建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，动态环境建模技术是针对三维数据采集环境，并根据需要建立虚拟环境模型。

实时三维图形生成与显示技术。三维图形生成技术相对成熟，但关键是如何实时生成，在不降低图形质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率是未来一个重要的研究内容。此外，虚拟现实技术的发展还依赖于虚拟立体显示和传感器技术，现有的设备已经不能满足系统的需求，有必要开发新一代的三维图形显示技术。

一种新型交互设备的研制。虚拟现实和虚拟世界对象人们可以自由地与现场的个人输入输出设备、主要数据手套、头盔显示器、数据服、三维位置传感器和三维声音发生器进行交互。

智能语音虚拟现实建模。虚拟现实建模是一个更加复杂的过程，需要花费大量的时间和精力。如果虚拟现实技术和智能技术结合语音识别技术，可以解决这一问题。我们通过语音识别技术将描述的属性、方法和一般特征建模成必要的数据，然后利用计算机图形学技术和人工智能技术进行设计、导航和评价，将模型用对象表示出来，并对基本模型进行静态或动态连接，最终形成系统模型。

分布式虚拟现实技术展望。分布式虚拟现实是未来虚拟现实技术发展的重要方向。随着众多DVE开发工具和系统应用的出现，DVE本身已经渗透到医疗、工程、培训教学、协同设计等各个领域。模拟训练和教学训练是DVE的另一个重要应用领域，包括虚拟战场、辅助教学。

第六章 结论

作为现代科学技术前沿的综合反映，虚拟现实艺术是一种通过人机界面进行语言可视化和复杂数据交互的新型艺术形式，它重要的是通过艺术思维与技术工具的紧密结合和对新的认知体验的两种深度渗透来吸引艺术家。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，互动性和扩展性对话是虚拟现实艺术有其独特优势的关键。从整体意义上讲，虚拟现实是一种基于人机交互的新型艺术形式，其最大的优势在于构建作品与参与者的对话，通过对话来揭示过程生成的意义。

结合现有的工作模式和工作内容，引入虚拟现实技术将是工业设计的亮点之一，创维品牌也将增强科技感，进一步体现对健康技术的重视。虚拟现实是未来人机交互、产品设计、展示的发展趋势。

虚拟现实技术的应用，对产品设计必须起到重要的作用，不仅对产品设计，还应积极探索一些新的领域，使虚拟现实技术在工业设计中涉及的领域更多。在科技发展的今天，虚拟现实技术也在不断的进步。不断的发展，不断的在设计中发挥更大的价值，产生最大的能量，广大用户以最完美的产品和大多数人享受的视觉感受和体验。