CG動畫探析

計算機圖形學(xué)在追求真實感方向的研究發(fā)展已進(jìn)入一個發(fā)展的平臺期，基本上各種真實感特效在不計較計算代價的前提下均能較好得以重現(xiàn)。然而，人們創(chuàng)造和生成圖片的終極目的不僅僅是展現(xiàn)真實的世界，更重要的是表達(dá)所需要傳達(dá)的信息。

CG的由來

CG是英語Computer Graphics的縮寫，是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計算機顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡單地說，計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進(jìn)行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。

利用計算機技術(shù)進(jìn)行視覺設(shè)計和生產(chǎn)。它既包括技術(shù)也包括藝術(shù)，幾乎涵蓋了利用計算機技術(shù)進(jìn)行的所有的視覺藝術(shù)創(chuàng)作活動，如平面設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計、三維動畫、影視特效、多媒體技術(shù)，以及計算機輔助設(shè)計的建筑設(shè)計等。現(xiàn)在CG的概念正在擴大，已經(jīng)形成一個可觀的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，我們提到CG時，一般可以指以下四個主要領(lǐng)域：CG藝術(shù)與設(shè)計、游戲軟件、動畫、漫畫。

CG動畫指電腦制作動畫，就是電腦原先就制作好了的動畫，主機只需要播放就可以了。跟它相對應(yīng)的是即時演算動畫，是一段程序需要主機進(jìn)行計算才能播放出的動畫。一般來說，CG動畫的畫面要比即時演算的強上不少，占用的空間也比即時演算的要少。但是CG動畫缺少變化性，無法即時更改動作。

在電影特技中的應(yīng)用

計算機動畫的一個重要應(yīng)用就是制作電影特技 可以說電影特技的發(fā)展和計算機動畫的發(fā)展是相互促進(jìn)的。1987年由著名的計算機動畫專家塔爾曼夫婦領(lǐng)導(dǎo)的MIRA 實驗室制作了一部七分鐘的計算機動畫片《相會在蒙特利爾》 再現(xiàn)了國際影星瑪麗蓮·夢露的風(fēng)采。1988年，美國電影《誰陷害了兔子羅杰》（Who Framed Roger Rabbit？）中二維動畫人物和真實演員的完美結(jié)合，令人瞠目結(jié)舌、嘆為觀止 其中用了不少計算機動畫處理。1991年美國電影《終結(jié)者II：世界末日》展現(xiàn)了奇妙的計算機技術(shù)。此外，還有《侏羅紀(jì)公園》（Jurassic Park）、《獅子王》、《玩具總動員》（Toy Story）等。

行業(yè)趨勢

計算機圖形學(xué)狹義上是一種研究基于物理定律、經(jīng)驗方法以及認(rèn)知原理，使用各種數(shù)學(xué)算法處理二維或三維圖形數(shù)據(jù)，生成可視數(shù)據(jù)表現(xiàn)的科學(xué)。它是計算機科學(xué)的一個分支領(lǐng)域與應(yīng)用方向，主要關(guān)注數(shù)字合成與操作視覺的圖形內(nèi)容。廣義上來看，計算機圖形學(xué)不僅包含了從三維圖形建模、繪制到動畫的過程，同時也包括了對二維矢量圖形以及圖像視頻融合處理的研究。計算機圖形學(xué)經(jīng)過將近40年的發(fā)展，已進(jìn)入了較為成熟的發(fā)展期。目前，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括計算機輔助設(shè)計與加工，影視動漫，軍事仿真，醫(yī)學(xué)圖像處理，氣象、地質(zhì)、財經(jīng)和電磁等的科學(xué)可視化等。由于計算機圖形學(xué)在這些領(lǐng)域的成功運用，特別是在迅猛發(fā)展的動漫產(chǎn)業(yè)中，帶來了可觀的經(jīng)濟效益。動漫產(chǎn)業(yè)是目前各國優(yōu)先發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)，具有高科技、高投入與高產(chǎn)出等特點。據(jù)統(tǒng)計，截至2009年3月，美國動畫夢工廠所拍攝的三維動畫片《怪物史萊克II》在預(yù)算為1.5億美元的情況下，獲得了超過9.2億的全球累計票房。而我國在2008年度共制作完成的國產(chǎn)電視動畫片249部，計131042分鐘，與2007年度相比增加了近28%。另一方面，由于這些領(lǐng)域應(yīng)用的推動，也給計算機圖形學(xué)的發(fā)展提供了新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)。

圖形渲染是整個圖形學(xué)發(fā)展的核心。在計算機輔助設(shè)計，影視動漫以及各類可視化應(yīng)用中都對圖形渲染結(jié)果的高真實感提出了很高的要求。同時，由于顯示設(shè)備的快速發(fā)展，人們要求能提供高清分辨率（1920x1080），進(jìn)一步要能達(dá)到數(shù)字電影所能播放的4K分辨率（4096x2060）；色彩的動態(tài)范圍也希望從原來每個通道的8Bit提高到10bit及以上。雖然已有的圖形學(xué)方法已經(jīng)能較為真實地再現(xiàn)各類視覺效果，然而為了能提供高分辨率高動態(tài)的渲染效果，必須消耗非常可觀的計算能力。一幀精美的高清分辨率圖像，單機渲染往往需要耗費數(shù)小時至數(shù)十小時。為此，傳統(tǒng)方法主要采用分布式系統(tǒng)，將渲染任務(wù)分配到集群渲染節(jié)點中。即使這樣，也需要使用上千臺計算機，耗費數(shù)月時間才能完成一部標(biāo)準(zhǔn)90分鐘長度的影片渲染。

計算機圖形學(xué)在追求真實感方向的研究發(fā)展已進(jìn)入一個發(fā)展的平臺期，基本上各種真實感特效在不計較計算代價的前提下均能較好得以重現(xiàn)。然而，人們創(chuàng)造和生成圖片的終極目的不僅僅是展現(xiàn)真實的世界，更重要的是表達(dá)所需要傳達(dá)的信息。例如，在一個所需要描繪的場景中每個對象和元素都有其相關(guān)需要傳達(dá)的信息，可根據(jù)重要度不同可采用不同的繪制策略來進(jìn)行分層渲染再加以融合，最終合成具有一定表意性的圖像。為此，研究者已經(jīng)開始研究如何與圖像處理、人工智能、心理認(rèn)知等領(lǐng)域相結(jié)合，探索合適表意性圖形生成方法。而這一技術(shù)趨勢的興起，實際上延續(xù)了已有的非真實感繪制研究中的若干進(jìn)展，必將在未來有更多的發(fā)展。

總 結(jié)

CG技術(shù)隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，開始為影視視覺服務(wù)，從最早pixar開始運用電腦將手繪的二維動畫往三維CG動畫發(fā)展，影視動畫就開始蓬勃發(fā)展，從1995年pixar公司的《玩具總動員》成功上映，到2011年《變形金剛3》《怪物史瑞克3》站上電影票房之巔。無不預(yù)示著電影動畫的發(fā)展前景。而中國第一部全三維動畫電影有環(huán)球數(shù)碼制作的《魔比斯環(huán)》在2006年成功上映奠定了中國CG影視的第一步，到今中國CG不斷發(fā)展，衍生出很多CG影視公司，拉動了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和就業(yè)。未來中國CG動畫還將蓬勃發(fā)展。

（作者單位：遼寧科技大學(xué)）

作者簡介：

呂洪，男，黑龍江哈爾濱人，出生于1990年1月20日，學(xué)歷：本科，職稱：學(xué)生，研究方向：影視動畫，郵編：114041。

王瓊，女，籍貫：遼寧鞍山，出生于1982年4月8日，職稱：遼寧科技大學(xué)動畫系教師，研究方向：影視動畫，郵編：114041。