淺析CG動畫場景中三維與二維技術的融合

摘要：本文探討了3D軟件以及技術在二維寫實場景的制作方法，以原創短片《變形記》①的場景制作為例，分別探討了Sketch up輔助技術在二維手繪場景應用；非真實材質場景和二維場景結合的方法；后期軟件在場景空間中的應用等技術方法。

關鍵詞：三維技術；二維動畫；場景；非真實材質渲染

1三維與二維技術結合表現CG動畫場景的發展

從上世紀末到這個世紀初，計算機動畫和視覺效果作品呈國際化趨勢，迪斯尼動畫作品《美女與野獸》（1991）以及Bill Kroyer制作的《科技的威脅》（1998年）開創了三維計算機方式結合匹配二維手工動畫的先河。當時許多手工制作為主的動畫片和電視連續劇都合并了三維元素。夢工廠的Jeffrey Katzenberg為這種合并風格取了個聰明的名稱“傳統數字化”。[1]

在影視動畫的場景制作中，二維和三維合成，大致分為三種形式：三維計算機場景上的二維手繪角色；二維手繪背景上三維計算機角色；以及三維背景上的定格動畫。三維動畫技術和二維動畫技術相結合，發揮二維手繪質感與三維空間的優勢。

2原創動畫短片《變形記》場景技術解析

本文的研究問題是三維技術在二維手繪場景表現上的應用。從動畫的視覺效果上看，它的意義在于三維技術制作擴寬了二維動畫場景的空間上的局限，烘托場景氣氛，增強視覺表現力；從動畫鏡頭語言的運用上，融合的三維技術的場景，鏡頭景深空間感強；從動畫的制作方面，對場景透視和鏡頭合成更加準確方便。

筆者確定短片為二維與三維的結合的制作方式，主要從兩個方面的考慮：（1）從藝術風格的角度考慮，二維場景更利于表現細膩的畫面效果，三維角色與二維場景結合實現了2D和3D優勢的互補，鏡頭運用更加靈活。卡通渲染效果，我們摒棄了傳統二維動畫的風格——增加了色塊與陰影、高光的變化。短片追求一種自然的手繪肌理藝術風格，通過筆觸和色塊的變化表現景物結構關系，使渲染效果與傳統手繪的風格更加接近。（2）從技術制作的角度考慮，《變形記》是一部角色動畫短片，角色動作表現多而復雜；通過三維技術表現，動作的表現和鏡頭的靈活性都更加方便，跟傳統二維動畫的制作程序相比，節約制作成本和時間。

（1）Sketch up輔助技術在二維手繪場景應用。1）創作階段。在場景的前期創作階段，筆者在理解分鏡頭劇本基礎上，在Google Sketch Up②的網絡素材庫收集相關資料，建議在Sketch Up中設定相似的場景制作3Dlayout，軟件的漫游工具方便模擬場景中的空間運動，方便制作者體會鏡頭中的空間變化，模擬鏡頭中視角和鏡頭運動。為了進一步輔助制作，使筆者建立對場景的空間的意識，理解鏡頭的運動。2）制作階段。筆者以街道場景的繪制為例：①根據分鏡頭劇本確定場景的基本透視關系：如平行透視；主鏡頭的運動關系，如鏡頭從右上向左下移動。②按照分鏡設計稿，進行建模制作。③收集素材圖片，將素材圖片中基本的透視關系與建筑模型進行匹配。④將匹配好的建筑模型導出，在Photoshop中進行手寫板繪制。筆者通過借助Sketch Up的場景繪制，可以快捷的繪制場景的透視關系，而且通過軟件導出光影圖，作為二維繪制的光影透視關系的參考。

（2）中期制作階段的制作方法。1）道具的卡通渲染。目前卡通渲染的方法也很多，也是三維技術表現二維效果最常用的方法。在Maya軟件中的Toon材質，是卡通渲染中比較常用功能。卡通材質的發展在常見的三維軟件都有應用，并不是Maya獨有的材質功能，一般只是在原有的材質基礎上創建出來。Toon shade材質的基礎就是RAMP等材質，再加上原來的Paint Effect效果就組成了現在的Toon shade材質。《變形記》是以二維手繪效果的原創動畫短片，從藝術風格上考慮，二維手繪的風格能夠突出表現場景的細膩畫面；由于角色制作以三維制作為主，因而道具采取三維卡通渲染即能保證二維繪畫風格相似的視覺效果，又符合三維的空間中鏡頭變化的需要。2）貼圖的繪制。為了達到三維渲染與傳統手繪效果統一，貼圖的繪制是更加注重筆觸效果。盡量參考場景細節寫實刻畫，雖然卡通渲染是色與線的表現效果，但是細節上顯得有些死板和僵硬，還達不到手繪筆觸效果的自然生動。因而，貼圖的繪制盡量細致，貼圖的效果和質量主要是要看對細節的處理和對模型的整體效果的把握，耐心和經驗對于繪制貼圖也是非常重要的（如圖1）。3）卡通渲染效果與手繪場景的合成。場景和道具的卡通渲染合成的主要問題是視覺效果的匹配，在《變形記》制作中，場景的繪制偏重寫實風格，整個場景沒有明顯的光影的分界線，都是靠筆觸的質感來表現形態的肌理，場景的輪廓基本上沒有邊線，都是隱于形態之中。因此筆者在道具的渲染設置上，盡量減少色塊之間明顯的界限，也不需要設置邊線。在造型轉折處，效果顯得僵硬，可以在貼圖的筆觸繪制上加以改善（如圖2）。

（3）后期合成階段的制作。1）場景的分層處理。通常二維場景在繪制的時候，一般場景中的景物關系都需要進行分層。在傳統的動畫的賽璐璐底片上，也通過前景、中景、后景進行繪制，表現動畫場景的層次關系。動畫的分層，當動畫角色活動處于遮擋部分的時候，在背景的繪制中應該運用相應的層進行遮擋，隨著電腦繪畫的運用，分層顯得比較簡單。[2]目前電子科技在圖像繪制領域可畏大顯身手，并且完全取代了傳統繪畫手段的趨勢，同樣給傳統動畫帶來的新的制作方法，在主流的繪制有傳統動畫手工繪制和二、三維動畫軟件制作的兩種手段，但在平面圖像軟件中運用電腦制圖繪制背景的誕生無疑為動畫制作帶來另外一種更加方便的二維圖像的繪制手段。[3] Photoshop都是以Layer為基本的概念，筆者運用電腦繪圖板在Photoshop中繪制，方便對場景圖像的管理和操作。2）合成軟件在場景中的運用。筆者在主場景合成中，主要運用Digital Fusion③3D功能處理場景空間的層次關系。Digital Fusion 3D的功能與Affect Effect的3D相似，主要特征包括了一個具有燈光、攝像機和基本幾何體的真實的3D合成環境，真正實現2D和3D的合成。Fusion現在可以直接導入FBX文件，通過FBX文件就可以制作出一個與燈光和攝像機相匹配的作品。借助Fusion的3D功能來解決二維場景的“假三維效果”，實現二維場景中的空間縱深運動。雖然這種處理方式，在鏡頭的運動上還有一定的局限性，但2D Matte Painting技術在影視動畫中的應用非常廣泛，在視覺上場景也可以達到三維空間的效果。例如：主場景2.5D后期制作：①首先將測試的場景分層，把前景層，中景層，背景層的景物分開，為了二維場景的基本層次關系分明，要注意前景的物體的表現。②創建面片節點和三維攝像機節點，建立三維空間與場景層的景深的關系。③調整貼圖的面片空間位置，調整攝像機的角度，設置燈光。④利用Projection 3D節點出來處理場景中面片邊緣接縫的問題。Projection 3D功能可以把場景的面片賦予相關的形體，處理注意層次之間的細節處理（如圖3）。

3制作小結

（1）場景的空間表現力是場景繪制最重要的因素。動畫是運動的藝術，場景空間的表現推到了劇情的發展，貫穿了角色的表演和主題表現。筆者場景在設計與空間表現上，既要表現二維手繪風格細膩自然，更要注意場景三維空間的視覺體驗。筆者通過短片的制作，對場景運動透視的表現有了新的理解，尤其注意處理視覺語言與場景透視之間的關系，把場景的設計的概念擴展到四維概念。

（2）技術豐富了動畫藝術的表現力。在實踐的過程中，筆者對三維技術主要結合二維手繪場景表現做了初步的探索，為今后的短片創作積累了寶貴的經驗，探索不同軟件與二維動畫效果相結合的方法。如何在視覺呈現上，運動的鏡頭中，更加準確的理解空間透視關系，全方位的展現動畫風格？

（3）動畫短片制作流程和時間管理的重要性。由于實踐經驗的不足，《變形記》從創作到制作還不夠成熟，最主要的問題是筆者對動畫短片制作技術和時間流程缺乏經驗，在場景合成中出現與角色匹配跟蹤的問題，有待今后實踐中解決。

4展望

藝術與科學的結合是今天數字動畫產業發展的趨勢。動畫藝術的創作與構想，依賴于計算機科學，生物科學，圖像交互技術等多個領域知識的交叉，這需要動畫人從本質上創新，不但從技術上創新，思路上創新，更要從知識結構上創新，使用方式上創新，使CG動畫得到更好的發展。

注釋：①原創動畫短片《變形記》為2011年北京大學軟件與微電子學院碩士畢業作品.

②http：∥www.sketchup.com/.

③http：∥baike.baidu.com/view/1538023.htm.

參考文獻：

[1] Isaac Kerlow，陳寶國，紅然.3D動畫與特效制作藝術[M].北京：人民郵電出版社，2010：272.

[2] 陳繼光.高新技術在傳統動畫制作中應用——計算機軟件技術在傳統動畫片中應用[J].山西師大學報（社會科學版）研究生論文專刊，2008，35：40.

[3] 劉鴻良.影視動畫背景繪制技法[M].北京：海洋出版社，2009：86.

作者簡介：王簫音（1981—），女，遼寧錦州人，碩士研究生，常州工學院藝術與設計學院助教，研究方向：計算機動畫創作。