淺析三維影視動畫中的數字技術

[摘要]數字技術已經廣泛地應用于影視領域，特別是三維影視動畫中，產生更加逼真的視覺效果。因而使得一些人產生一種三維動畫已經到達完美階段的錯覺。實際上，三維動畫的研究仍然面臨著許多需要解決的困難，如運動的真實性與運動的可控制性之間的矛盾、運動物體的行為規劃以及任務描述的抽象方法以及對環境的認知過程，運動的自適應性、自學習功能和進化功能等等。

[關鍵詞]影視動畫 三維動畫 數字技術

引言

近年來，三維動畫在影視領域中取得了非凡的成就，國內外許多影視、廣告都運用三維動畫技術和計算機軟硬件的配合制作出令人賞心悅目的視覺效果。所謂的三維動畫就是借助計算機生成系列靜態圖像(又稱畫面)，再將這些靜態圖像高速播放(PAL制為25幅／秒)。從而對人眼來說產生動態效果。三維動畫是建立在軟硬件、數學、圖形學、攝影、美學等多學科基礎上不斷發展的圖形、圖像技術，軟硬件技術水平的飛速提高，使三維動畫為視覺內容的表達提供了更多可能性，數學及圖形學的發展為設計三維動畫軟件提供了先進的算法，影視數碼產品的制作實踐為三維動畫技術的發展開辟了市場。在我國。尤其是進入九十年代初期。三維動畫技術日益顯露出經濟價值、藝術價值、學術價值和實際價值。越來越多的研究人員開始對三維動畫中的深層次技術進行研究。

三維動西技術的應用原理

三維動畫技術又稱為三維預渲染回放技術，即先進行三維預渲染。得到完整的三維動畫視頻，然后再利用播放器將三維動畫視頻播放出來。這種傳統的計算機動畫，是采用關鍵幀(對于在運動過程中出現的主要畫面，稱為關鍵幀)的方式制作的，所以也叫關鍵幀動畫或幀動畫。幀動畫是由若干幅連續的畫面組成圖像或圖形序列，即物體的運動路徑需被人為的指定。制作這一類動畫常用的工具平臺有：3DS MAX，AUTOCAD，MAYA。SOFTIMAGE3D，LIGHTWAVE3D，RENDERMAN。ANIMATOR等。

三維動畫技術原理主要包含四個部分：造型、動畫、繪圖和著色輸出。

1、造型(三維建模)就是利用三維造型軟件在電腦上繪制二維物體。在造型之前需要設計好各個三維物體的形狀以及它們在整個場景中的位置。造型分兩個步驟：首先，先要繪出基本的幾何形體，再將它們變成需要的形狀，然后通過不同的方法將它們組合在一起。從而建立復雜的形體：其次，制作完各個三維物體后，再將建立好的三維物體放置到合適的位置，最后組成一個完整的場景。

2、所謂的動畫就是使各種造型(即各個三維物體)運動起來。首先定義關鍵幀。對于這些畫面。制作人員需要在計算機上一幅一幅地繪制。這樣需要制作人員具有很強的繪畫水平才能夠將這些畫面設計得栩栩如生：然后為了將這些畫面按順序播放出來時。能夠連續、連貫，需要在這些畫面中間再插入一些畫面，這些畫面成為中間幀。為減輕制作人員的勞動，中間幀可以交給計算機去完成。這就使人們可做出與現實世界非常一致的動畫。

3、動畫繪圖的重點是美學和視覺效果。繪圖包括貼圖和光線控制等。目的是保證制作的動畫逼真。

4、著色輸出所指的是現在的動畫制作軟件都直接提供動畫的生成過程。即將上述的那些連續的若干畫面連接起來，形成一個類似電影一樣的東西，稱之為動畫視頻，這就是一個文件。需要的時候播放這個文件就行了。

三維動畫技術的特點

現階段隨著三維動畫與計算機軟硬件技術相結合的快速發展，三維動畫技術可以概括為以下幾個特點：

三維動畫技術的特點之一是適于表現真實物體的純技巧的擬人手法，從而表現出趣味性和誘惑力。比如：1987年獲克萊歐的廣告作品中有一條收錄機廣告。這臺收錄機播放著音色優美的音樂，借助于摳像的手法，使原來沒有生命力的物體，都踏著節拍欣然起舞，把觀眾帶到了一種超現實的境界，以新的視覺印象喚起觀眾豐富的聯想。

三維動畫技術的特點之二是材質更加真實生動逼真，可以構造自然界中很難創造的光線條件。任意地設計理想光源。例如。帶有網格或圖案型的光源，可以賦予材質以更為生動的屬性。有些動畫軟件就有很好的材質結構，還可以人為地建立物體之間的反射、透明、折射關系，從而夸大真實感中賞心悅目的成份，例如，汽車廣告中常出現的擋風玻璃高度反光的效果。以及汽車造型輪廓邊緣上高光點等，這些都得力于計算機圖形學中真實感圖形、圖像技術的發展。

三維動畫技術的特點之三是更加有效地的利用現有的圖像，達到編輯機、特技機所無法達到的視覺效果。例如，利用貼圖效果可以使圖像貼在翻動的書頁中固定的某個地方，同時書中圖像也在連續的變化。又例如，許多分形圖像，具有很高藝術效果，復雜精美的自相似結構。其只能由三維動畫軟件產生。它們經過動畫系統的充分加工，可以以更具感官效果的形式表現在電視中，非普通特技所為之。

三維動畫技術的特點之四則是充分與其它學科相結合，并為電視畫面提供更加豐富的內容。例如，激光技術的發展，醫學中的CT掃描技術，都有效地為圖形輸入提供了新途徑。圖形學的最高會議SIGGRAPH會議的演示帶中。就有一些采用CT掃描技術把人物模型錄入計算機中，實現三維動畫效果。

三維動畫技術的特點之五是實現真人與真景的結合，可以有效地增強動畫結構的真實感和可信感，沒有真人與真景的動畫給人留下脫離現實的虛擬印象。為此，許多創作者力求將真人真景與動畫效果完美結合，使動畫中的造型與真人的環境相互依存。相互幫襯，天衣無縫，增強廣告的真實感和可信感，這種技術手段正悄悄地在世界范圍內廣泛傳播。

小結

由于三維動畫在一些影片中的成功運用，使得一些人產生一種三維動畫已經到達完美階段的錯覺。實際上，在影片中我們所看到的特技鏡頭，是實際場景、比例實物模擬和計算機制作的動畫經過剪接編輯和特殊的圖像處理技術混合制作出來的。三維動畫的研究仍然面臨著許多需要解決的困難。其中一些困難是目前整個計算機領域所面臨的困難。如運動的真實性與運動的可控制性之間的矛盾、運動物體的行為規劃以及任務描述的抽象方法以及對環境的認知過程、運動的自適應性、自學習功能和進化功能等等。