基于三维数字影像技术的分子动画初探!.pdfVIP

ELECTRONICS WORLD ・探索与观察 基于三维数字影像技术的分子动画初探 华东理工大学 刘瀚璞 蒋正清 【摘要】 基于三维数字影像技术的分子动画是科学与艺术碰撞的必然结果，也是学科交叉的完美展现。针对国内目前还没有分子动画方面的 理论研究的情况下，给出了分子动画的释义、源起，并细致阐述了它的发展概况、制作技术及实际应用等领域，最后对分子动画的科学研究 的价值进行了探讨，并做了进一步的展望。此研究意在表明分子动画作为一种新的动画表现形式所起到的重要作用和意义，也体现了不同学 科之间合作的重要性。 【关键词】 三维数字影像；分子动画；科学；艺术；学科交叉 在2006年度国际图形学年会SIGGRAPH(Special Interest Group 分子动画的出现是科学与艺术碰撞的必然结果，它体现了科研 on Graphics and Interactive Techniques)上，一段三分钟的分子动画 人员与艺术家对美的共同追求，通过合理的想象，加之数字影像技 《细胞内部的生命》引起了极大的关注。该动画是哈佛大学分子 术手段的运用，使物质内部的微观结构鲜活地展现出来。 与细胞生物学系承担的科学可视化项目BioVisions ，科学动画公司 1.2 分子动画在国内外的发展情况 XVIVO参与共同制作。 从推动分子动画发展的动力来看，主要由高校的相关专业与动 制作三维分子动画的构想最早是由哈佛大学细胞生物学教授罗 画企业组成。国内代表性的高校有中国科学技术大学、华东理工大 ① 伯特·鲁 （Robert A. Lue ） 提出，即把先进的数字技术运用到生物 学等。代表性的企业有，水晶石数字科技有限公司等。 学中去，将生命内部的奥秘用视觉的形式呈现出来。从那时起，三 相比于国外，我们在这方面还有很大的差距。国外很多高校 维分子动画确立了其不可替代的地位。这一新的动画形式的出现， 有分子动画相关的课程和研究，如加拿大多伦多大学、美国哈佛 使科学与艺术的融合成为了现实。在人们惊叹于科学也能如此美丽 大学，也不乏一些专业的科学动画制作公司，如XVIVO 、RAN- 的同时,它也解决了很多重大复杂的科学问题。从字面意义来看， DOM42 、Polygon 。这些公司都致力于通过自己的专业技能为客户 分子动画 （Molecular animation ）即从分子水平阐释物体复杂的内 提供数字解决方案 （如表2 ）。 部机制的动画表现形式。从实际操作层面来看，它不仅局限于分子 表2 分子动画的国内外发展现状对比 水平，可泛指在微观层面上表现物体内部机制的动画形式。 三维分子动画的兴起到目前只有十多年的时间，但动画作为科 学研究的手段已有很长的历史。然而，分子动画方面的理论研究目 前仍处空白。本文试图从分子动画的发展、制作技术及应用领域等 方面展开系统的讨论。如若不做特殊说明，本文研究的分子动画就 是指三维分子动画。 1.分子动画的发展概况 1.1 分子动画的出现是科学与艺术碰撞的必然结果 国内在分子动画领域起步较晚，很多方面还不成熟，与国外的差 分子的概念最早是由意大利的阿莫迪欧·阿伏伽德罗提出，直到坎 距主要表现在三个方面：从制作水平 （数字技术）上来看，差距正在 尼扎罗通过实验证实了阿伏伽德罗的分子假说，而后，科学家们就试 逐步缩小；从艺术创意 （前期的策划能力和想象力）上来看，国内缺 图用各种方式来呈现分子形态。由于普通的光学显微镜无法看到分子 乏合作意识，前期剧本欠佳，也没有充分发挥合理想象；从合作机制 级别的影像，因此，在电子显微镜出现以后，人们才逐渐看到更加微 （学科交叉的意识）上来看，国内不同学科之间缺乏深入交流。 ② 观的影像。此外，还要借助X射线衍射 等方法获得更为微观的结构。 动画的发展从十六世纪的手翻书，十七世纪的魔术灯到1888 2.分子动画