前　　言

党的二十大报告指出，“繁荣发展文化事业和文化产业。坚持以人民为中心的创作导向，推出更多增强人民精神力量的优秀作品”。而动画产业作为我国文化产业发展的重要组成部分，产业的蓬勃发展需要动画设计方法与技术的不断创新与深化。以基于虚拟现实技术的应用型动画设计为切入点，促进动画设计行业的发展与突破，对动画产业乃至我国文化产业的发展具有重要意义。

动画设计是一门复杂且多专业的综合性设计，其中包括图形设计、色彩艺术、文学表达，而三维动画还需要计算机与图形学相关知识，其表达与呈现需要建立在大量的想象与提炼的基础之上。近年来，伴随虚拟现实、增强现实等媒介技术的进步，动画艺术的内涵不断延展，从原有的二维动画、三维动画扩展到虚拟现实动画等新的动画艺术类型，甚至威尼斯国际电影节、戛纳国际电影节、翠贝卡国际电影节也相继设置 VR 竞赛单元、VR 动画单元，使得虚拟现实动画迈入了新的发展阶段。

与业界相比，动画教育领域相对滞后。一部分高等院校虽然开设了与虚拟现实相关的专业课程，但并未涉及动画教育；另一部分高等院校则偏向于基于离线渲染的传统动画艺术教学。面向新的数码技术环境及我国社会经济的发展对动画行业提出的新要求，清华大学美术学院动画专业基于自身所具备的软硬件条件，全新开设“虚拟现实动画设计”课程，对动画专业的人才培养模式进行适时创新与适度改革。开设此课程有两个明确的目的：第一，培养学生掌握与实时渲染动画相关的三维建模、设计视觉、渲染和图形效果、创建交互体验的基础编程等技术能力，引导其从原有的感性创作逻辑向理性创作逻辑过渡，使其能够适应不断变化的社会需求与应用场景；第二，培养学生掌握实时渲染动画设计知识及相关理论，使其在原有以视听语言为基础的动画美学基础上，建立以沉浸性、交互性、想象性为基础的虚拟现实动画美学的理解。

虚拟现实的特性，以及具身参与的互动式认知给注重叙事的动画设计带来了巨大挑战。如何引导、训练动画专业的学生将技术与动画艺术思维相结合，成为虚拟现实动画设计课程的重要任务。课程在动画专业本科教学的改革背景下，针对虚拟现实技术的特点，依托信息艺术设计的专业学科群，探索了跨学科技术背景下以“突破画框”为核心的动画艺术教学新模式，实现了对动画专业学生从传统动画到虚拟现实动画的思维引导。 

传统动画艺术的创作思维是基于“画框”的，即观众在一个既定的视觉平面框架内，借助视听语言来实现固定镜头的影像叙事。而虚拟现实动画则是通过渲染技术、交互技术、传感技术等形式使得动画艺术突破了原有基于画框的思维定式。所谓的“突破画框”有两层含义。其一，在技术逻辑上，突破原有的动画艺术设计的思维定式，理解从离线渲染到实时渲染的创作流程；其二，在叙事思维上，突破原有动画艺术的蒙太奇视听语言，重新建立基于沉浸感、交互性与想象性的虚拟现实动画临场语言。

本书面向的授课对象为动画相关专业的高年级本科生，在其前置学习中已经具备了三维动画的创作能力，并具备相关的有机体建模、几何体物件建模及其动态呈现的软件技术基础。但是，学生对虚拟现实技术平台（如本课程所使用的 Unreal Engine）及相关的跨学科技术工具的理解与使用还相对陌生，尤其是缺乏对虚拟现实技术中“实时渲染”流程的理解。 

渲染（Render）的概念来源于计算机图形学领域，是一种通过计算机处理器去计算视频编辑文件中的效果，是从模型生成影像的输出过程。一般而言，动画创作的技术渲染分为离线渲染（Offline-rendering）和实时渲染（Real-time rendering）两大类。长期以来，几乎所有的计算机动画，包括CG动画（如皮克斯动画电影、电影特效镜头等）和全景动画（这里也可以称为虚拟现实全景动画，以奥斯卡动画提名短片Pearl为代表），都是面向离线渲染的。早在1965年，计算机科学家伊凡·萨兰德（Ivan Sutherland）就提出了计算机能实时创造构建和维护虚拟世界，人们也能用真实世界的自然交互行为与虚拟世界进行互动的概念。此后，实时渲染技术伴随着计算机技术和硬件发展持续推进，使其越来越接近于传统离线渲染的视觉效果，再加上其“所见即所得”的特性，成为当今虚拟现实动画的重要技术支撑。 

从计算机相关专业的角度来看，离线渲染与实时渲染都是依靠数据计算的方式，完成相关模型、数据的图像化的，但是它们在渲染技术、渲染效果、渲染应用等多个方面有差异。从渲染效果来看，离线渲染为了追求更加精细的画面效果，代价是花费更长的渲染时间；而实时渲染则为了保证及时性和交互性、随时观看和操作的速度，牺牲了部分画面的精细度和效果。从渲染应用来看，离线渲染以接近真实的高采样率，更加适合电影特效、动画视频等艺术形式；而实时渲染则为了保持流畅需要牺牲复杂、精确的光影反射画面，以及材质纹理细节，而依靠带有三维硬件加速器的显卡实时渲染，更加适合游戏、App等具有与内容交互的艺术形式。实时渲染所具备的可实现复杂交互行为的相关逻辑，也为虚拟现实动画交互性、沉浸性、想象性等美学的建构提供了技术保障。作为在计算机实时渲染技术下构建的可交互虚拟空间，基于虚拟现实技术的应用型动画设计在城市规划、 医学、娱乐、艺术、教育、军事与航天工业、室内设计、房产开发、工业仿真、 文化遗产保护与展示等诸多领域有着广泛的应用潜力，并可以通过其虚拟现实美学的建构提高观众的体验感，强化用户的消费黏性。

党的二十大报告指出，要“深化教育领域综合改革，加强教材建设和管理”。这为新时代教材建设工作指明了前进方向。在新的形势下，要深化教材改革，培养德智体美劳全面发展的高素质人才，配套开发信息化资源，推进教育数字化，加快推进党的二十大精神进教材、进课堂、进头脑，更好地提升学生的综合素质和能力。因此，本书坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻党的二十大精神，以丰富的案例和翔实的内容聚焦于基于虚拟现实技术的应用型动画设计，体现了本书的系统性、实践性和实用性。

本书的构筑过程中，面对软件日新月异的快速更新迭代，笔者时常担心案例示范过程的步骤是否与软件版本差距过大，所以一直思考如何才能让初学者在学习案例时减少对软件操作的匹配依赖性。在每章的教学中，笔者倾向不直接采用有明确设计和结果的案例，目的就是希望读者更关注如何应用基础知识逐步实现自己的设计，面对设计方案能够迅速地规划制作方案，在欣赏其他作品时能够解构和思考别人是如何实现其效果及功能的。也希望这些基础知识能够让读者理解到不同工具软件之间是有共通性的，唯有如此，在面对各种工具软件的新界面或新功能、理解新技术如何优化制作流程部分烦琐的步骤，或者学习各种同类性质工具时，才可以更快速地进入状态。当然，本书内容上可能还有许多不足之处，希望读者批评、指正。

最后，感谢清华大学美术学院新媒体演艺创新研究所的所有同仁与同学协助校稿、试阅并提供宝贵的反馈意见，本书才能够逐步完善精进，由衷感谢。

王之纲