三維虛擬交互技術在水墨動畫中的應用研究

【摘要】隨著動畫制作技術的不斷發展以及傳統藝術表現形式的不斷創新，在水墨動畫藝術領域，中國動畫藝術家成功將水墨畫這一獨具一格的東方技法引入到動畫制作中，開創了一種前所未有的動畫形式，也涌現出了很多優秀的水墨動畫藝術作品。本文分別分析了水墨動畫與三維虛擬交互技術的發展現狀，在此基礎上，對三維水墨動畫的意境表現和創作實踐進行了探究，并對三維虛擬交互技術在水墨動畫中的應用進行了研究。

【關鍵詞】傳統藝術;水墨動畫;三維虛擬交互技術;應用

近年來，傳統文化藝術與科學技術的融合正在不斷加強，這給傳統文化藝術帶來了新的發展機遇，其中，三維水墨動畫就已成為中國傳統文化象征的符號在國際動畫舞臺上嶄露頭角。

三維水墨動畫是中國水墨畫與現代動畫制作技術相融合的產物，突破了傳統水墨藝術的視覺表現形式，是中國動畫在創作過程中的一次非常成功的探索。

一、水墨動畫的發展現狀

（一）從二維水墨動畫到三維水墨動畫

水墨畫是中國傳統文化藝術的精髓代表，是經過上千年文化積淀而形成的經典藝術形式，隨著現代社會的發展，文化多元化趨勢的顯現，傳統的文化藝術也展現出了新的藝術表現形式，煥發出新的生機。

上個世紀60年代，陳毅元帥在參加一次美術電影展時說道：“你們如果能把齊白石的蝦動起來就好嘍！”誰料陳毅元帥的這句話竟開啟了中國水墨動畫的新篇章，1961年，一部取材于齊白石《蛙聲十里出清泉》的水墨動畫《小蝌蚪找媽媽》成功問世，這是中國第一部水墨動畫，也是世界第一部水墨動畫，為中國水墨動畫的發展奠定了世界級的美術水準。水墨動畫是一種建立在民族性和審美性基礎上的藝術形態，這種具有民族特色的藝術形態需要不斷的發展和創新，才能一直被世界所認可，90年代三維水墨動畫的出現就是中國水墨動畫藝術表現形式的一大突破[1]。

從水墨動畫的發展過程來看，二維水墨動畫的出現，使國際動畫界領略到了中國動畫的民族性風格，如《牧笛》、《鹿鈴》、《山水情》等，這些水墨動畫將中華民族獨具一格的藝術表現形式推向了世界動畫的前沿，震驚了國際動畫界，讓我們也看到了，只有民族的，才是世界的，水墨動畫的發展前景必然是十分廣闊的。

隨著動畫制作技術的不斷發展以及傳統藝術表現形式的不斷創新，傳統水墨動畫也開始從二維向三維形式轉變，三維水墨動畫的出現，無論是從制作技術，還是從視覺藝術上來看，都提升了傳統水墨動畫的藝術感染力和表現力，為傳統水墨動畫的發展再一次注入了新鮮的血液，通過與三維動畫制作技術的融合，再一次開創了水墨動畫發展的新篇章。

如《夏》、《荷》、《塘韻》、《桃花源記》、《雙下山》、《秦時明月》等，都是比較典型的三維水墨動畫作品，都是建立在三維動畫軟件應用的基礎上，通過構建帶有水墨元素的3D模型，創設水墨植染材質貼圖，以及對形式各樣的角色鏡頭進行變化，從而表現出三維立體的視覺空間，然后利用后期影視制作技術進一步合成植染輸出具有水墨效果的虛實濃淡等，在一定程度上拓展了水墨動畫的視覺藝術表現形式，這也就是我們現在應用的三維虛擬交互技術[2]。

（二）三維水墨動畫的制作流程及發展現狀

三維水墨動畫有其固定的制作流程，即建立角色模型、賦予材質貼圖和骨骼綁定以及渲染輸出等，與其他三維動畫不同，三維水墨動畫最為關鍵的環節是賦予材質貼圖，這是由于材質貼圖的設定需要采用國畫式的手繪貼圖和水墨效果材質。與二維水墨動畫相比，二者在前期制作流程上是一致的，即便與其他三維動畫相比，還沒有什么不同，都要選取動畫題材、設計故事、設定角色等，不同之處主要體現在后期制作上，二維水墨動畫其實是由每一張靜態幀聯合構成的，而三維水墨動畫在后期制作上又分為兩個環節，即模型動畫和渲染合成，其實就是將最終的藝術視覺效果分散，先進行打散式的制作，再進行合理的歸整，以此來縮短制作時間，縮減制作總量[3]。

渲染效果是水墨動畫內在的核心部分，也是水墨動畫視覺藝術表現的局限之處，就三維水墨動畫渲染效果而言，其涉及的表現范圍方法以及制作技術非常廣，需要注意的點也非常多，如對材質球的設置、材質屬性與模型造型的匹配等，從觀賞體驗需求角度上來看，三維水墨動畫的制作要以虛擬沉浸感的交互體驗為核心目標，即需要借助三維虛擬交互技術來打破傳統的視覺藝術表現思維，以突破存在的視覺藝術的局限性。

所謂視覺藝術效果的局限性主要體現在兩個方面，一方面是視覺形式的單一化和大眾化，水墨與動畫的結合實質上是藝術與技術的結合，因此，水墨動畫的制作，必須注重藝術與技術在視覺上的有機結合，而僅僅運用動畫技術去創造一種藝術形式，而忽視了水墨藝術的表達深度，會使得制作出來的三維水墨動畫作品還只是停留在追求三維表象的視覺形式;另一方面是缺少交互性體驗，即便二維動畫已經過渡到三維動畫，但是這種發展還僅僅停留在對傳統動畫視覺形式的繼承上，這種被動式的視覺形式在渲染效果上存在很大的局限性，站在（下轉封三）（上接第298頁）墨藝術的角度來看，三維水墨動畫需要愛展現水墨藝術的魅力，應嘗試向虛擬交互的方向發展[4]。

二、三維虛擬交互技術的發展現狀

（一）三維虛擬交互技術的整體構架

三維虛擬交互技術指屬于虛擬現實系統中的三維人機交互技術范疇，對該技術的應用則是通過在計算機中構建三維模型，借助交互設計軟件設置交互程序，將傳統的交互方式（鼠標、鍵盤、顯示器）與新興的交互方式（手勢、聲音、肢體動作）融合在一起。

對三維虛擬交互技術的探討，可以分為兩個方面，即交互任務和交互設備，這比較容易理解，交互技術的應用就是為了實現某種交互任務，交互設備的選擇則是為交互技術的應用提供一定的保障。在應用過程中，交互流程又可分為用戶操作、傳感器設備、虛擬模型三個部分，即用戶借助交互設備與虛擬模型進行交互操作，在此過程中通過傳感器設備對處于環境（包括現實環境和虛擬環境）進行跟蹤檢測和實時反饋。由此可見，三維虛擬交互技術的整體構架主要包括技術構架和硬件構架兩部分內容，在技術構架中，比較常用的交互技術主要有基于任務的交互技術、多通道交互技術、3D Widgets、混合交互技術四種;硬件構架在應用中主要有輸入設備、輸出設備以及位置跟蹤設備三種。

總而言之，要想完成交互任務，就在特定環境下選擇適合的交互設備以便增強交互體驗，這充分體現了虛擬現實系統的三個基本特征，即沉浸感、交互性以及構想性[5]。

（二）三維虛擬交互技術的應用現狀

近年來，針對水墨動畫藝術和三維虛擬交互技術融合的研究開始增多，但是現實案例還比較少，在水墨動畫領域，應用于水墨動畫藝術的技術主要以計算機仿真技術為主，僅僅局限于對水墨視覺藝術效果層面的仿真研究，如基于物理建模的仿真方法、基于特征抽取建模的仿真方法以及基于輪廓線與紋理映射相結合的仿真方法，這些仿真方法的應用效果并不理想，主要原因在于規律性太強，仿真效果與典型藝術效果相比，存在很大的差距，很難真實地再現水墨的視覺藝術效果。

現階段，對水墨動藝術的動畫制作技術應用主要關注的是對其視覺藝術效果的仿真，對三維虛擬交互技術的應用效果并不理想[6]。

三、三維水墨動畫的意境表現和創作實踐

（一）三維水墨動畫的意境表現

傳統的水墨藝術遵循的是虛實相生的結構原理，三維水墨動畫對意境的表現要突出其意境美，在三維水墨動畫制作過程中，首先要對傳統的水墨動畫有一個清晰的認識和準確的把握，進而通過對三維虛擬交互技術的應用，表現出我們需要的效果。

這種意境表現主要分為動態的意境表現和聲與樂幻化的意境表現，“動”是三維水墨動畫要實現的效果，是其表現的一大特點，“意”是傳統水墨動畫表現的基本內涵，將二者結合在一起就是我們追求和想要達到的形神兼備的藝術效果。

鑒于傳統的水墨畫遵循的是散點透視原則，在建模過程中一定要注意對其位置的控制，實際上，與傳統水墨動畫相比，三維水墨動畫在其藝術表現形式上多了一個“動”，這是鏡頭的動，傳統的水墨動畫是在紙上完成的，鏡頭視角對準的是二維模式下的紙張，無法實現對鏡頭視角的改變，而在三維水墨動畫中，鏡頭視角更加多元化，能夠任意進行鏡頭捕捉，更有助于對意境的表現。

（二）三維水墨動畫的創造實踐

在三維水墨動畫制作過程中，除了要關注對視覺藝術效果的仿真，更要重視真，尤其是在后期制作中，要更好地借助三維虛擬交互技術對與水墨畫息息相關的筆法、墨法以及紙法進行計算機處理，這是體現三維水墨動畫的意境的關鍵所在。

水墨畫的意境在于筆意，動畫制作技術很難達到這一境界，而運用三維虛擬交互技術，可以通過不同的方法來完成筆觸，在前期建模時可以按照水墨畫的構圖特點，實現效果渲染，以為后期制作奠定良好的基礎，通過將材質圖與水墨畫建模進行整合，以達到想要的三維圖效果。

對于墨法和紙法的處理，創作者不但要懂得三維軟件的使用技術，還要充分理解水墨畫的基本要素，三維虛擬交互技術的應用過程中，對材質球屬性的調解至關重要[7]。

四、三維虛擬交互技術在水墨動畫中的應用

（一）虛擬交互式水墨動畫的技術應用

從軟件應用層面上來看，三維水墨動畫的制作主要應用到三類軟件：三維動畫制作軟件、平面制作軟件以及虛擬交互制作軟件。

Autodesk Maya和3DMAX是最為常用的兩款三維動畫制作軟件，前者的優勢體現在動畫制作上，后者的優勢主要體現在渲染制作上，二者都能夠很好地完成三維水墨動畫的前期制作;Adobe Photoshop和Illustrator是兩款目前比較常用的平面制作軟件，能夠完成貼圖、平面圖形繪制以及后期渲染效果等任務;虛擬交互制作軟件主要有Virtools和Quest3D Lumion，借助這類軟件能夠將2D圖形、3D模型燈光材質等一些比較常用的檔案格式整合在一起，迅速生成具有真實互動行為的三維水墨動畫作品。

在三維水墨動畫制作中，虛擬現實技術的應用，能夠將水墨動畫由動態畫面轉變為具有虛擬交互性質的表現形式，這不僅符合了時代的發展趨勢，又適應了人們對視覺體驗的新需求，更是對中國水墨動畫藝術的有力繼承和大膽創新，其具體的視覺藝術特征主要體現在三個方面：

其一，營造了三維水墨動畫的運動空間，實現了多視角的可視化效果;

其二，豐富了三維水墨動畫的藝術語言，突出了次時代特征下的視覺效果;

其三，增強了真實沉浸感，提升了多感官的虛擬交互體驗。

（二）虛擬交互式水墨動畫的設計制作

虛擬交互式水墨動畫的設計主要分為三個步驟：

第一，設計視覺風格和主體內容，即在現有題材基礎上進行更為深入的拓展，元素的選取應適應以虛擬交互的表現形式去體現，主題內容上要反映出作品的氣韻與意境，以及視覺空間與層次關系;

第二，設計角色模型和分鏡構圖，應盡可能地設計精準的角色模型以及遵循傳統水墨畫的構圖原則，以便為后期的材質渲染奠定基礎;

第三，設計整體框架和交互節點，較好的場景框架能夠使故事更好地銜接，而較好的交互節點則能夠將觀賞者的真實的感受引入到新的意境空間中，更好地體驗到水墨動畫的意境和內在精神。

虛擬交互式水墨動畫的制作也分為三個步驟：

第一，制作模型，運用Maya軟件中的Polygon多邊形來建模，然后對模型中的細節進行雕刻，在此基礎上制作動畫;

第二，制作水墨渲染效果，借助Polygon模型制作水墨效果的貼圖和材質，然后對平面化效果進行渲染，最后體現出水墨渲染的三維描邊效果;

第三，制作虛擬動作交互的動畫形式，運用Virtools交互軟件構建應用框架，然后選擇三維角色模型，設置模塊命令以及背景，最后整合交互動畫[8]。

五、結論

就現階段發展狀況來看，三維水墨動畫還并未完全轉變傳統的表現方式，雖然在視覺層面上已經達到了一定的審美需求，但是還難以達到表現出水墨動畫藝術本身內在精神的目的，因此，對三維虛擬交互技術在水墨動畫中的應用進行研究，有一定的現實意義。

參考文獻

[1]楊岱松.三維動畫中水墨畫意境表現研究[D].延邊大學，2013.

[2]段文君.中國畫設色藝術在水墨動畫中的應用研究[D].江南大學，2013.

[3]曹原.基于裝飾風格數字水墨動畫的設計與實現[D].上海交通大學，2013.

[4]張娜，范宏倩.MAYA技術在水墨動畫中的應用研究[J].青春歲月，2013，13（2）：97-98.

基金項目：湖南省科技廳規劃項目（2010GK3066）;湖南省教育廳規劃項目（09C102）。

作者簡介：王健（1972—），男，湖南常德人，碩士，長沙理工大學設計藝術學院副教授，武漢理工大學藝術與設計學院在讀博士研究生，研究方向：數字藝術設計，動畫等。