計算機動畫設計及制作中的特效技術

任 群

（亳州師范高等專科學校理化系，安徽亳州 236800）

0 引 言

隨著計算機應用技術的日益推廣及應用，其動畫設計也發生了翻天覆地的變化。尤其是三維技術在計算機中的應用，使得計算機動畫設計進入到一個嶄新時代，即CG動畫時代［1］。CG時代幾乎囊括了當前電腦中所有視覺藝術的創作，最為典型的應用如：多媒體技術、影視特效及三維動畫等。此外，動畫形式已由原來的二維手繪變為三維動畫，在此過程中計算機便成為動畫設計師的強有力工具。盡管三維動畫的設計發展較為不錯，但是各個環節的制作絕不是那么簡單。特別在影視動畫的后期制作中，其技術仍是一大難題。鑒于此種情況，如何恰當地將特效技術應用到動畫設計中是當前研究的重點課題。

1 計算機動畫設計分類及特效技術闡述

計算機動畫主要分為兩大類：一類是二維動畫，另一類是三維動畫。其中二維動畫也稱之為2D動畫，是一種借助于計算機2D位圖或者矢量圖形而創建的動畫［2］。當前，在電腦上制作的二維動畫是對手工傳統動畫的一個改進，通過輸入及編輯關鍵幀，計算和生成中間幀，產生某些特效效果，實現畫面及聲音的同步。二維動畫的主要特點為：可將事先手工制作的原動畫逐幀輸入到計算機中，然后由計算機幫助完成繪線上色的工作，最后由計算機來完成相關記錄工作。三維動畫也稱之為3D動畫，是隨著計算機硬軟件技術而發展的新興技術。三維動畫的完成首先需要在計算機中建立一個虛擬的世界，在虛擬的三維世界中應按照需要表現的對象的形狀及場景，根據特定要求設定模型運動軌跡及其它參數，最后在模型上賦予特定的材質，打上光，最終生成最后的三維動畫畫面［3］。

特效技術是一種基于全局光照技術的渲染技術。隨著動畫技術的不斷發展，世界上的動畫影視已由最初簡單的動畫體裁逐漸演變為影視三維動畫，一個全新的三維電影世界展現在人們眼前。簡而言之，動畫特效藝術是通過利用人的視覺性給予人的一種假象，這種假象可突破空間性、時間性及地域性，在視覺上彌補傳統動畫的不足，進而增加影視三維動畫的藝術效果［4－5］。當然，對于特效技術的應用最為重要的一點就是確保電腦拍攝畫面的真實性。如較為出名的《阿凡達》電影，就是利用計算機三維動畫技術將較為簡單的動畫題材轉變為影視三維動畫題材，將一個全新的三維世界展現在人們的面前，如圖1所示。

圖1 電影《阿凡達》

2 特效技術與計算機動畫設計的融合

盡管計算機動畫分為二維動畫和三維動畫，但到目前為止，研究最為廣泛的還屬三維動畫。三維動畫的設計是在計算機數字技術為核心的基礎上，利用計算機強大的運算能力進而對現實進行模擬，基本角色技術的流程是建模、運動、材質、燈光及渲染，進而完成整個計算機動畫的設計。通常情況下，計算機動畫設計可分為前期角色制作、中期動畫綁定及后期特效動畫，這3個階段的動畫部分都是相互作用及相互關聯的，而每一動畫部分都是通過絢麗的視覺效果所完成的［6］。

世界最為出名的三維動畫《冰河世紀》如圖2所示。

圖2 電影《冰河世紀》

該動畫設計的完成都是通過制作人員根據原先的畫面，以點、線及面逐步完善，在此基礎之上創建各種各樣的生活信息，進而完成建模；建模完成之后就是運動，通過骨骼綁定及運動捕捉等方法進而完成各種動物的運動；在接下來的渲染中，添加虛擬的燈光，采用虛擬攝像機來模擬影像，其紋理及聲像就顯得十分清晰，再通過三維燈光的計算，設計出相關的鍵幀設置。這樣一來，各種各樣表情豐富的動物才能夠活靈活現。

三維動畫是表現的藝術，主要是通過視聽語言來講解感人故事，通過利用表現角色的情感來感染觀者。尤其特效技術的應用，使得這種藝術表現力越來越明顯。很多設計師通過3D粒子特效進而建立一種全新的動畫語言風格。特效藝術為創作者提供了一種更為廣泛及全新的三維動畫語言。另一方面，特效藝術也為創作者提供了較為廣泛的想象空間，從單純技術的束縛中真正解放出來［7］。通過數字特效技術，動畫設計師就能夠創作出較為絢麗的場景，較好地感染觀眾，根據動畫劇情的需要及時地調整周圍運動軌跡及特技。換句話說，動畫設計實現的主要手段是三維軟件的制作。不僅需要實現三維動畫中最為基礎的動機型，而且還應實現動畫的神，將這幾方面有效結合起來，才能夠帶給人視覺上的沖擊力及感染力。

3 計算機動畫設計中特效技術的應用步驟

三維動畫的制作與二維動畫制作相比具有獨特性，其設計主要不受客觀條件的限制，其變化可隨心所欲進行轉換，并且三維動畫的設計可通過多材質及燈光的設置，進而使得畫面更加具有質感。三維動畫的制作不僅需要完成動畫、繪圖及著色等階段，而且還需要完成其它階段。對于三維動畫的造型則是三維建模，通過繪圖能夠達到所預想的視覺效果，并且將若干個片段連續整合在一起，形成較為完整的動畫及視頻。特效技術在計算機動畫設計中的步驟可分為前期準備、片段制作及后期合成3個階段。

3.1 前期準備

三維動畫的前期工作主要是指在計算機創作之前所進行的規劃設計，如劇本的分鏡頭腳本標記、場景設計等。前期準備階段主要是將動畫中所需要展示的效果利用文字進行表述，讓人們通過文字來感受畫面。將劇本進行分鏡頭，以便于更好地對劇本及畫面進行掌握。在動畫設計時期，設計師根據動畫中的主人公及其他角色，對人物所呈現的性格特征及服飾特點進行充分準備，以便后期更好地對角色進行設置。此外，動畫場景的設計也是動畫設計的重點內容，其設計不僅包括色彩搭配、環境燈光，而且還包括不同場景的建模等。對這些前期工作進行充分準備，能夠為后期的特效技術奠定良好基礎。

3.2 片段制作

當完成動畫設計的前期準備工作，就需要按照計劃完成接下來的片段制作。對片段制作過程則需要使用一些三維制作軟件。尤其伴隨著PC市場的迅速發展，計算機的軟硬件發展速度較快，不斷更新，導致軟件的開發也不斷擴大。近年來，涌現一批較為先進的三維制作軟件，如MAX，Paint3D等軟件［8］，其中應用最為廣泛的要數Maya及MAX，不僅具有快捷、靈活及準確的特點，而且還具有可調性及可擴展性，進而受到廣大動畫設計師的青睞。通過應用這些設計軟件，使得動畫作品的真實程度生動形象地展現出來。此外，建筑模型都是在三維制作軟件中進行，對場景的燈光及材質有著較高要求，不僅需要扎實的美術功底，而且還需要扎實的技術能力，最終確保畫面的穩定性及流暢性。

3.3 后期合成

所謂后期的合成是指將前期準備及片段制作中的聲音及動畫片段進行有效整合，利用剪輯生成較為完整的動態畫面。這一階段的設計尤為重要，當前國內影視制作領域，最為高效的合成軟件為5D Cyborg，由于具有較先進的工作流程及完備的界面操作模式，能夠對不同的解析度及幀速率進行合成，展現不同的特效。盡管計算機動畫的設計看似簡單，實質是涉及全方位知識。一部較好的三維動畫的完成不僅與社會現實相結合，而且還與人們的需求相結合。為此，后期的合成效果至關重要。

4 特效技術在計算機動畫設計中的表現力

計算機動畫設計中所涉及到的特效技術主要表現在4個方面，分別為鏡頭轉換、特效光影、交互特效及空間動感，下面分別從這4個方面進行詳細闡述。

4.1 鏡頭轉換

所謂鏡頭轉換是指動畫中的每一個鏡頭之間的轉換都需要特定的藝術表現手法，進而實現動畫藝術高度融合的目的。由于動畫的整體是由若干個鏡頭所組成的，要想實現每一個鏡頭之間的銜接，都必須巧妙地應用特效技術，突出藝術的渲染手法。為此，電影語言在進行拓展的同時，通過利用虛擬攝影機及虛擬空間的性質對其進行制作，進而實現攝像機不易實現的拍攝效果。動畫設計過程中，通過利用三維技術能夠實現高難度的鏡頭效果，這樣一來，能夠在很大程度上降低拍攝成本，讓觀眾獲得前所未有的視覺體驗。尤其在鏡頭的表現力上，能夠實現較大的突破，最終實現三維影視動畫鏡頭的完美銜接。

4.2 特效光影

從當前的三維動畫來看，其中最具有影響力及最具代表性的技術屬特效光影。長期以來，傳統的動畫設計的光影處理都是按照動畫原畫中的明暗關系做出的簡單的光處理，這種處理手段顯得較為落后，不僅使得光影缺乏一定的生動性，同時還浪費大量的人力及物力。而隨著計算機技術的不斷發展，動畫光影的設計采用現有的特效技術，通過特效光影就能夠將角色人物的內心情感及場景充分地展現出來，通過專業的二維動畫軟件的關鍵幀技術實現光影的處理，實現場景與角色互動光影的粒子變換［9］。此外，通過利用特效技術，能夠對虛擬燈光的各項參數技術進行調節，最終實現光與影的互動，并通過各個光影時間幀圖層的疊加及暗明度的調節來展現強烈的藝術表現力，如圖3所示。

圖3 光影疊加效果圖

4.3 交互特效

一般情況下，三維動畫的制作都是通過對特效的交互行為來實現對角色的描寫，這種特效制作則是通過對設計元素的定義及建立三維模型的方式。通過利用上述技術來完成設計元素的各種運動路徑，進而創造出具有模擬現實的真實環境，通過對角色的定義及環境來實現整個畫面的互動，從而使周圍的環境根據角色的動作發生變化。另外，在進行角色設計時，應與觀眾產生相應的互動效果。通過模擬技術實現動畫中獨特的視覺效果，這種交互特效也是今后動畫設計的發展趨勢。

4.4 空間動感

采用特效技術不僅能夠較好地對動畫角色進行烘托，而且還能夠使三維空間呈現動感特效，來符合相關動畫角色的設計及動畫場景的有效融合。在傳統的動畫設計過程中，動畫場景與繪制角色是分開的，并且是通過元件形式進而單獨存在的。在傳統的動畫空間設計中，角色的設計往往與背景缺乏相應的互動，而采用三維空間則可使動畫角色以任何的方式及任意的角度來實現其運動，此外，還能夠與其它的動作捕捉及綁定系統來實現更為真實的模擬配合環境。將這些元素綜合起來形成更為真實及逼真的立體動畫。

5 結 語

總而言之，伴隨著我國動畫產業的不斷發展，對其技術要求也在不斷提高。盡管動畫設計技術在日漸完善，仍存在一些問題。特效技術不僅僅作為一種完善的創作手段，而且還是一種增強動畫設計表現力的工具，能夠展現動畫設計的藝術魅力，將三維動畫作為技術與藝術的有效結合，具有廣闊的發展前景。文中闡述了特效技術在計算機動畫設計中的步驟，然后重點探討了特效技術在動畫設計中的表現力，以望對后期的動畫設計工作起到拋磚引玉的作用。

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