淺談電腦三維動畫制作技術

文/孔祥鵬

前言

在很多年以前，一部使用全三維技術制作的動畫電影《玩具總動員》風靡全球，其中表現出來的角色傳神、畫面生動以及非常逼真的動作使三維動畫技術引起了全世界觀眾的驚嘆，使三維動畫技術的名聲就此打響。很多人覺得三維動畫非常神奇又莫測，對它具體的技術內容不是很了解。本文從電腦三維技術的本質上進行分析，通過對該技術的五種分類表現形式對電腦三維動畫進行全方位的綜述，并對此技術在以后的生活中應用延伸一些思考。

1.電腦三維動畫技術概念

利用人們在視覺上的殘留特性，通過對一系列的靜態圖片進行快速播放，可使人的視覺看到的內容產生一種動態的效果，進而形成可以“動”的畫面，稱之為動畫。電腦三維動畫就是將景物畫面與計算機軟件相組合，通過計算機系統中的技術繪制成三維形態的畫面，畫面中的當前圖片是基于前一張圖片稍作修改而展現，三維動畫的制作需要在電腦上以計算機圖形系統與相應的動畫軟件技術進行配合，畫面在“動”才能體現動畫成功的本質。該技術在70年代就已經出現了很多配備的制作軟件，盡管那些軟件各自的外在表現和功能都不同，但無一例外都可以使用相同的原理進行動畫的制作[1]。

2.電腦三維動畫技術的分類

2.1 幾何變換動畫

幾何變換動畫又被稱為“剛體動畫”，該種動畫技術是根據幾何的特性，在此基礎上對圖片進行各種位移以及變換的幾何內容操作，使圖片能夠聯系起來產生動態的效果。其具體的表現形式是不破壞圖片本身，只是對其的尺寸大小以及在場景中不同位置的變換來實現動態效果。在幾何動畫的制作當中，通常會采用關鍵幀技術，該技術主要是源自傳統的動畫制作中。在傳統時期，動畫制作中的關鍵內容通常由比較熟練的設計師進行設計，對關鍵部分以外的內容由普通的設計師對其進行穿插，成為中間幀；而在三維動畫制作中，關鍵以外的內容已經被計算機的相關制作軟件所代替，關鍵部分還是需要設計師進行把控，此部分經常會使用幾何變換的動畫技術形式。

2.2 變形動畫

畫面匯總通常有很多個節點，對節點進行改變就會使畫面發生較大的改變，變形動畫正是一種通過對節點的順序排列進行改變的一種動畫技術。以前，傳統技術還不太成熟，對角色賦予豐富的表現形式才能展現出角色的性格特性，畫面形態非?？鋸?。但在技術發達的現代，三維動畫技術使角色的形態能夠基于充分的表現力形式上，可以更加生動地展現角色的表情以及動作特性。在這種技術中，可以通過與物體是否有關進行變形方面的技術探索，對參數以及多邊形的曲面進行改變，使變形動畫技術能夠在三維動畫中展示得更加靈動[2]。

2.3 角色動畫

角色動畫屬三維動畫中的難點，其本質是指通過擬人化的動物、人物以及卡通角色，在人體造型的基礎上進行豐滿和描繪內容。要知道，人自身可以進行200多個自由且同時非常復雜的運動形態，人體內的肌肉表現形式大不相同，并且在活動中會相應地變換形式，人的表情由于心理狀態的不同也會有趨向于無數種的表現形式，所以，角色動畫基于人體為基礎就變得非常困難。但是技術人員并沒有放棄，而是應對挑戰，將人的肢體與大腦進行分離的制作，使表情和相關的肢體動作分給不同的技術部門去進行摸索制作，使其能夠專心地研究表現形式。

2.4 攝影機動畫

攝影機動畫又被稱為是鏡頭動畫，這種技術是通過對攝像機的方位、遠近程度以及對其進行搖晃使動畫效果豐滿充實。通常情況下攝像機動畫都用于對建筑物進行構建的過程中，對此技術的要求是使用者在制作過程中需要最大限度地保證鏡頭的平穩性，對重點的畫面要有突出的顯示。攝影機就是制作者的眼睛，攝像機對場景進行錄入的過程中，場景在鏡頭中展現的快慢以及相應的覆蓋率與攝像機的內部構造、真實的幀數有關。制作者需要考慮的是怎樣能夠將所錄的環境盡可能地還原到攝像機中來，對比較抽象的場景，比如天文中的星系、四維空間以及一些粒子的結構這些并不是在日常場景中能夠表現出來觀察到的，在這種狀態下可以使用動畫三維技術進行效果展示。盡管這一動畫技術屬于一種融合現實的間接技術手段，但其經常運用于虛擬現實動畫當中[3]。

2.5 粒子系統動畫

粒子系統技術在動畫的使用中，通常表現為對光影、雨雪雷電等的模擬畫面。在傳統的動畫制作技術中還沒有這種逼真的手段，而今的技術已經足夠支撐粒子系統的發揮。該技術通過自身的系統進行精密的算法，使畫面中可以自動生成景物表現形式，并通過對周期速度等數據進行統計，將這些內容添加進系統的算法中，經過系統的整合設計，通過制作者進行操作調整特殊效果的表現形式，程度強弱、大小都可以很方便地進行調整。

3.關于電腦動畫技術的一些思考

3.1 與傳統動畫技術比較

在傳統的動畫技術手段中，都是設計師通過在圖紙上進行描畫，對人體的各種表現形式以紙上的形式展現出來，再通過卡通人物進行復制，最后變成動畫。人體的肢體動作有很多種，表情更是千變萬化，很難通過描繪展現出表情的神韻，所以，這種動畫往往會采用過于夸張的手法來進行描繪。三維動畫作為新科技時代中的產物，是基于計算機軟件開發的基礎上進行制作的。相較于傳統動畫的技術，在傳統的動畫制作當中，制作者運用極限的想象力和創造力，在描繪圖畫上耗費功夫，而當前的電腦動畫技術在制作上不再僅依靠設計師在紙上費勁腦汁地去展示表情，而是利用新的技術進行制作。應用計算機軟件，通過對人體表情神態、體態的模擬，使動畫所展現的效果更加逼真，可以說是在傳統動畫制作的基礎上進行改進和更新，制作進度也明顯提高，效果上更加貼近現實生活[4]。

3.2 與傳統動畫技術結合

在當前的三維動畫技術不斷創新中，制作者已經脫離了傳統制作中手繪的部分內容，在使勞動力得到解脫的同時也達成了對傳統動畫技術的更新與改進。但傳統的動畫制作技術依然有著其特殊的優勢，就是其藝術表現形式，設計師豐富的想象力添加進動畫制作中，可以使角色更加具有表現力和更鮮明的特征，這些方面是當前的三維動畫技術無法取代的，也不能對其進行轉變和替代。若將二者能夠結合起來，動畫制作的發展會有更重大的意義。

3.3 電腦動畫技術與藝術結合

基于數學的幾何圖形內容、美學以及攝影學等方面，電腦動畫技術在計算機軟件開發的基礎上不斷地進行自我更新和并發展的高新技術，電腦動畫技術主要是通過影視得到了非常廣闊的發展空間。由于科技的高速進步，使計算機軟件的開發對動畫制作的進程產生了極大的促進效果，通過數學這門抽象的學科，在幾何圖形上的理論知識在實踐中的應用基礎上，也為動畫制作提供了新的思路，使動畫技術日漸成熟[5]。在當今社會中，電腦動畫技術的價值也越來越明顯，不僅限于生活中的實用價值上，還有相當可觀的經濟價值以及非常豐滿的藝術價值。在動畫制作過程中，對美術的一些基本常識的掌握是對制作者最基礎的要求，基于此才能產生無限的想象力，使動畫能夠得到更生動傳神的展現。通過技術與藝術相結合，電腦動畫可以在三維的形態中展現得更突出，為觀眾呈現最佳的展現效果。

結語

目前，國內外電腦所集中進行研究的熱點技術之一就有電腦三維動畫技術，這主要是源于三維動畫自身的特性，其應用范圍不僅局限于電影、廣告等方面，還可以用于科研、教育中，將內容展現得更加直觀方便人們去學習與探索，三維動畫技術在人們日常生活中的各個方面都能得到有效應用。在當前的科技發達的環境下，盡管對電腦三維動畫技術有了一個階段的鉆研和應用，但三維動畫技術還有很廣闊的發揮空間，并且其也有更加豐富的表現形式，這些都需要人們在以后的應用中不斷地探索和完善，很多關于動畫技術的問題還有更為廣闊的研究方向。

[1]王偉.分析三維角色動畫制作的關鍵技術[J].大眾文藝，2015（18）:128.

[2]劉洋，郭熒飛.三維角色動畫制作關鍵技術的幾點探討[J].工業設計，2016（08）:188+190.

[3]王瀟.虛擬現實技術在三維動畫制作中的應用[J].信息與電腦（理論版），2017（02）:86-87.

[4]馮楊.三維動畫制作中3D建模技術的探討[J].商丘職業技術學院學報，2013，12（05）:27-28.

[5]蘆甜.談談三維動畫制作技術的幾點認識[J].硅谷，2010（05）:60.