三維掃描技術在影視動畫中的應用

□文/王建磊，蘇州市旅游與財經等職業技術學校藝術系教師

電影《本杰明·巴頓奇事》海報

自20世紀70年代以來，由于計算機技術的不斷發展，數字技術在影視動畫中的應用逐漸廣泛，并已成為影視動畫制作中不可缺少的一部分。美國導演詹姆斯·卡梅隆說道:“視覺娛樂影像制作的藝術和技術正在發生著一場革命，這場革命給我們制作電影和其它視覺媒體節目的方式帶來了深刻變化，以至于我們只能用出現了一場數字化文藝復興運動來描述它。”隨著電影數字化程度的發展，在測量和逆向工程領域應用廣泛的三維掃描技術逐漸應用到影視動畫的制作中，并對影視動畫的制作具有較為深遠的影響。

一、何為三維掃描技術

三維掃描儀是用來偵測并分析現實世界中物體或環境的形狀與外觀數據(如顏色、紋理等性質)的科學儀器。搜集到的數據常被用來進行三維重建計算，在虛擬世界中創建實際物體的數字模型。三維掃描儀的用途是創建物體幾何表面的點云，用來插補成物體的表面形狀，越密集的點云可以創建更精確的模型。若掃描儀能夠取得表面顏色，則可進一步在重建的表面上粘貼材質貼圖，即所謂的材質印射。

三維掃描儀大體分為接觸式三維掃描儀和非接觸式三維掃描儀。其中非接觸式三維掃描儀又分為光柵三維掃描儀(也稱拍照式三維描儀)和激光掃描儀。而光柵三維掃描又有白光掃描或藍光掃描等，激光掃描儀又有點激光、線激光、面激光的區別。三維掃描在工業設計、地貌測量、數字文物典藏、影視動畫、游戲創作素材等領域應用廣泛。在影視動畫的制作中，非接觸式的拍照式三維掃描儀和激光掃描儀在虛擬物體的創建中發揮著重要作用，也是目前應用最廣泛的三維掃描技術。

二、三維掃描技術在影視動畫中的應用

隨著計算機圖形圖像技術的發展，數字技術越來越廣泛地應用于影視、動畫、游戲、廣告等眾多領域，實現了過去無法想象的特技效果，給人們帶來了全新的視覺感受，成為高質量數字媒體制作中不可缺少的手段。隨著影視動畫數字化趨勢的發展，高質而逼真的三維虛擬物體是高清畫面必不可少的元素。三維模型創建的方法主要有兩個，即完全在計算機中虛擬構造和設法獲得實物的三維彩色模型。但對于真實的、復雜的物體，例如人物，再好的模型師也無法將真實的人等比完整復制，正所謂“畫鬼容易畫人難”。于是三維掃描技術在數字影視的仿真模型制作中，顯得非常重要，如對真實角色的面部或者身體再現、三維場景的仿真、道具和裝飾物等模型的創建等方面。

(一)角色的創建

角色是影視動畫作品創作的核心，也是作品的靈魂。在影視動畫的角色創建過程中，三維掃描技術主要表現在數字替身和精細模型創建兩方面。

對于影視中的替身主要是指代替影片中原演員表演某些特殊和高難度的動作和技能，或原演員所不能勝任的驚險動作的特殊演員。一般選聘具有影片所需要的特殊技能的人員擔任，代替某一演員完成規定的動作。隨著數字技術的發展，數字替身在影視制作中被廣泛應用，并取得了良好的效果。所謂的數字替身就是指用虛擬的方式創建演員的三維模型，并通過虛擬角色的表演來完成真人演員不可能完成的危險或高難度動作，以此獲得較好的視覺效果。數字替身的原型一般為真人演員，所以其三維模型的創建是以真人為模板。為了使虛擬角色與真人演員具有高度的相似性，三維掃描技術往往成為導演所青睞的數字技術。無論是何種三維掃描儀都是以真人為掃描對象，以此來獲得演員的三維模型和細節特征，之后再通過逆向過程軟件進行后期的數據修補和局部細化，進而獲得具有高逼真度的三維模型。

三維掃描技術在影視動畫中完全虛擬角色的設計和創建過程中，也是身影不斷且屢創奇效。在三維角色設計和制作過程中，往往要反復修改來確定角色的外觀和細節。在細節設計和制作的過程中，為了獲得更好、更逼真的效果，通過特效化妝師和雕塑師合作制作相應的實體模型，對于角色細節的觀察和修改更加直觀。

格倫·斯坦德林執導的《Truth About Demons》在對角色模型制作的過程中，為了獲得逼真而細致的角色模型，特效師奈杰爾和他的團隊先用三維掃描儀對小尺寸的惡魔模型進行數字化處理，然后制作出等尺寸的頭部和肩部模型。對惡魔頭部的掃描數據主要用于細節處理，對縮小模型的掃描則用于全身造型的制作。將角色模型的掃描數據導出為Obj，并導入到Maya軟件中進行處理，另外通過掃描獲得的精細材質紋理，使逼真虛擬角色的獲得成為可能。卡梅隆執導的《阿凡達》在設計和制作納美人的過程中就制作了等比例的納美人模型，然后再掃描實體模型生成三維數據，并利用這些數據建立通用的高分辨率的納美人角色。《納尼亞傳奇3:黎明踏浪號》中羊人等角色，使用方便、高效的手持式三維掃描儀針對模型掃描獲得逼真的三維模型。特別是《本杰明·巴頓奇事》中本杰明的模型制作最具代表性。特效化妝師瑞克·巴克和雕刻家卡瑟制作了本杰明不同年齡段的逼真半身頭像。這些頭像完全是根據真人演員的臉型特征進行制作，甚至連眼睛、牙齒等都非常細致而真實。然后，通過三維掃描技術獲得本杰明頭部的百萬級的細致模型，從而為本杰明隨著年齡變化而實現的頭部替換而成為可能。另外，由于三維掃描數據簡潔、準確，無需過于繁瑣的后期數據處理，而大大提高了制作效率。

當然三維掃描技術在影視動畫的應用實例舉不勝數，我們所熟悉的影片，如《侏羅紀公園》、《玩具總動員》、《泰坦尼克號》、《蝙蝠俠Ⅱ》等，那些令人震撼、嘆為觀止的特技效果，都有三維掃描技術的參與。無論是《侏羅紀公園》中的恐龍，還是《玩具總動員》中的玩偶形象、《Jungle Book》中的蛇、《Dragon Heart》中的飛龍、《終結者Ⅱ》中的Linda Hamilton等，無不是三維掃描技術神奇效果的展現。

(二)場景的創建

三維虛擬場景的創建在虛擬現實、仿真、考古、古建筑修復等眾多領域的應用廣泛。但隨著三維掃描技術的成熟和數字技術在影視領域的逐漸深入，三維掃描技術已成為影視動畫中虛擬場景創建的一種重要手段。眾多影視動畫作品中的場景，并非完全真實拍攝而成，而是通過虛擬三維場景進行后期合成。對于三維場景的實現，一方面是對真實建筑場景的復制，另一方面是完全的虛構創建。

電影《侏羅紀公園》海報

為了達到逼真的效果、獲得真實的場景，通過三維掃描技術實現真實場景的復制和仿真無疑是一個比較好的選擇。通過三維掃描儀對于地形、地貌、建筑等場景的復制和創建，為影視動畫場景的拍攝和搭建節省了資金、提高了效率。無論是對地形的復制掃描，還是對建筑結構的掃描借用，三維掃描技術在電影場景的構建過程中發揮著至關重要的作用。無論是美國的科羅拉多，還是埃及的金字塔，具有標志性的地形、古建筑在電影中不僅是故事發生的地點，更承載了歷史、文化等多種藝術元素和內涵，對于影視本身具有非比尋常的作用。通過三維掃描技術所實現的仿真場景不僅僅是對場景本身的復制，更是復制了場景所蘊含的歷史、文化等底蘊，更有利于場景在影視動畫中作用的發揮。

而對于完全虛擬場景的創建，除了直接使用三維軟件創建之外，場景的設計和制作過程往往要制作場景模型，以方便對場景的光照、細節、比例等眾多因素進行修改。場景模型確定后再通過三維掃描將實體模型轉為三維虛擬場景。

(三)道具的創建

道具在影視動畫中對于烘托歷史氛圍、塑造人物形象具有畫龍點睛的作用。電影中的道具常把它分為兩大類:一類是陳設道具也叫大道具，一類是戲用道具也叫小道具。陳設道具大至城堡宮殿，小至茶碗、字畫等。戲用道具常指演員隨身佩帶和使用的物品，它與演員表演發生直接關系，對塑造人物性格、點明人物身份、推動情節發展起畫龍點睛作用。影視動畫中的道具既有對于歷史形態的真實還原也有完全的虛構形態。

對于真實歷史形態的道具創作，三維掃描技術結合三維打印等技術，可以實現對于真實的道具原型，如兵器、裝飾品、室內擺件等進行掃描和還原制作，從而獲得與原型一般無二的逼真道具。而對于虛構形態的道具也并非完全虛構，而是借用了現有物體的造型、紋理等特征進行制作而成。無論是對道具形態的制作，還是材質、紋理、圖案的復制與參考，三維掃描技術在道具的設計和制作中具有非常重要的作用，它不僅可以為其提供豐富的素材，同樣也是其造型手段之一。

結語

通過對于三維掃描技術原理以及目前三維掃描儀的分類和應用情況的分析，了解到三維掃描儀廣泛應用于地形、建筑測量和文物保護等領域。隨著計算機技術的發展，電影動畫的數字化程度日益提高，三維掃描技術也廣泛應用于影視動畫領域。三維掃描技術在影視動畫制作中對角色、場景、道具等三維虛擬物體的設計和創建過程發揮著非常重要的作用，并提高了影視動畫虛擬物體的制作效率和質量。隨著計算機和三維掃描技術的不斷成熟和發展，相信三維掃描技術必然成為影視動畫制作中重要的三維造型手段，向人們展現其神奇的造型藝術效果。