浅析3D打印在三维动画造型设计中的应用

摘要：3D打印技术，对于三维动画造型设计而言，实现了艺术与技术的有机结合。基于此，本文就主要以3D打印技术为切入点，对这一技术在三维动画造型设计方面的应用进行分析，探讨动画产品生产制造环节中，3D打印技术在制造速度、成本和设计等方面的优势，并对3D打印技术在数字模型与实物模型的转化应用进行研究。

关键词：3D打印；三维动画；造型设计；应用方式

前言：

3D打印技术是近年来兴起的一种快速打印技术，这种技术主要以建立数字化的模型为基础，然后结合激光烧结和熔融沉积等技术，来实现对小批量产品的快速制造，有效地减少了对成本的使用。因3D技术的这种优势契合了动画领域的应用需求，因此，被应用在三维动画造型设计中，满足了模型制造的需求。

一、3D打印技术在造型设计中的优势

3D打印技术的发展，改变了传统制造产品制造的方式，极大地提高了产品生产制造的速度，同时也降低了生产制造需要的成本，这对经常需要进行造型设计的三维动画领域而言，可以在很大程度上满足其对制造技术的应用需求，与传统的造型设计方式相比，有着良好的应用优势，具体来说，主要体现五个方面：

第一，使用3D打印技术进行三维动画造型设计，可以极大地提高设计的速度，缩短开发周期，忽略了以往复杂的产品设计、制造流程，直接通过数字模型形式和相应的技术，将造型转化为实体，并且还缩短了动画实验产品的实验和反馈周期，提高了在单位时间内产品的生产率。

第二，降低了对成本的使用。应用3D打印技术制造三维动画模型，无需使用昂贵的生产线，也不用进行复杂的生产流程，就可以将造型转化为实体形式，减少了对生产成本的使用。

第三，3D打印技术的使用可以实现三维动画产品设计和制造的高度化定制。由于在使用这一技术时，可以免除对流水线和模具等物品的使用，这就降低了在这方面的资金投入，减少了对成本的使用。由此可见，这一技术适用于小规模的批量定制化生产[1]。

第四，使用3D打印技术，可以实现三维动画产品的高度自由化设计，并且可以将多种不同材料和复杂化造型异常定制成型，省去了以往复杂的零件装配程序，降低了过于复杂造型对产品设计和制造的限制，提高了三维动画产品自由化设计和制作。

第五，利用3D打印技术，可以有效实现对实物形象的数字虚拟化传输、分享以及再次开发设计，利用信息技术和网络手段，满足了人们对三维动画产品的就近生产以及按需制造。

二、3D打印在三维动画造型设计中的应用

（一）数字-实物-数字模式转换应用

一般来说，在三维动画造型设计和产品制造过程中，数字模型和实物模型的转换顺序并不固定，产品项目设计制作环节，往往包含多种形式，常见的有以下几种：第一，美术造型设计-数字模型构建-3D打印-造型修改-产品扫描监测-三维动画模型确定。第二，常规造型塑造-3D造型扫描-虚拟数学雕刻-三维动画产品定型。第三，虚拟造型雕刻-3D造型打印-造型手动修改-3D扫描-数字化虚拟造型雕刻。而在3D打印技术应用过程中，可以将这些动画产品流程并行与三维动画制作流程一侧，先打印出3D实物模型，以此作为参照物，然后在此基础上，对动画模型进行适当的手动修改，在利用3D扫描技术对修改后的模型进行扫描，并将其以数字形式传输到制作流程中。这一环节可以多次反复进行，并且可以贯穿于整个生产流程。

（二）将数字模型转化到实物模型

3D打印技术在使用过程中，主要是以数字模型文件作为基础，然后在实物模型转化过程中，使用塑料、光敏材料等具有可粘性的材料，利用逐层打印的方式，实现了物体造型的构造，整个模型制作流程与以往的流程相比，既简化的程序，又减少了对物料的浪费。而在三维动画的数字模型转化为实物模型过程中，主要使用的工艺有两种：一种是，熔融沉积工艺。在打印制作模型师时，通常是将丝状的ABS塑料、尼龙绳和玉米淀粉等热塑性材料，以连续的方式推进到金属电热喷头中，然后加热并将其挤出来，在此过程中，三轴电动悬架驱动会沿着三维模型的横截面运动变化，而加热材料会在喷头离开后迅速遇冷凝固，在单层横截面打印结束后，喷头等工具就会远离模型，直到全部打印结束。另一种是光固化工艺技术。这种技术与喷墨打印机的工作原理存在很大的相似之处，在工作中通过将液态材料喷涂在模型托盘上，并利用紫外线进行照射，使涂料瞬间凝固出实体。打印环节中，模型托盘与喷头之间承三轴相对运动状态，打印出的模型精度极高，但也加大了材料的成本[2]。

（三）實物模型到数字模型的转化应用

使用3D技术对三维动画模型信息进行观测、激励、分析和处理，可以将实物模型一数字化的形式存储到计算机虚拟空间中，这样就实现了对实物模型的数字化转变。而在转换过程中，常见的扫描方式主要包含两种：第一，非接触式的主动扫描。日常生活中常使用的扫描仪，一般都是借助飞行时间测距法和三角测量法来实现的。其中，基于三角测量法扫描设备，常见的使用工具是手持3D激光扫描仪，利用扫描设备将激光光源，以光点的形式发射到模型上，并使用摄像工具对光点的位置进行侦测。这种情况下，扫描设备的激光光源、光点和摄像机就会构成三角形，在三角形中可以有效的计算出模型与摄像机间的距离，进而得出相应的数据，并被传输到计算机设备中，实现了对实物模型的数字化转变。第二，非接触式被动扫描。这种扫描方式是在三角测量和军事遥感测绘基础上发展而来的，在具体的使用过程中，可以通过对模型体多角度反射的可见光图进行记录，并借助专业化的计算机软件进行像素匹配分析，实现点云拼接，最终获得正确的3D数字模型。

结论：

随着网络技术的完善，3D打印技术已经在很多领域中获得了有效的应用，既提高了模型产品制作的速度，又在一定程度上降低了生产的成本。对三维动画产品造型设计领域而言，3D打印技术的开发与使用，改变了以往产品模型制造的方式，优化了制造效果，同时进一步实现了数字模型和实物模型的快速转换。

参考文献：

[1]洪达未.浅析3D打印在三维动画造型设计中的应用[J].计算机产品与流通，2018（11）：91+94.

[2]邹安，侯俏雯，张鹏.3D打印技术在偶动画造型设计与制作的应用研究[J].艺术科技，2016，29（9）：53.

作者简介：韩振峄（1997.10）男，籍贯：内蒙古，民族：汉，学历：本科，研究方向：动画中的3维画面研究与表现；

通讯作者：陈光宇（1981.10）男，籍贯：辽宁沈阳，民族：汉，学历：研究生，职称：讲师；研究方向：动画。