三維動畫技術在影視作品中的應用

陳靜怡

摘要：隨著計算機技術的不斷發展，三維動畫在游戲、教育、影視等方面成為一門不可或缺的技術。而一部好的影視作品，必須要有扎實嫻熟的三維動畫技術作支撐。三維動畫技術的主要特征，是對現實的一種虛擬、模擬和創造，是將美術、設計與計算機技術緊密聯系起來的一門技術。本文對三維動畫技術的三個發展時期、三維動畫的制作原理、在制作上成本高且制作復雜的問題，以及我國在三維動畫技術上未來的發展趨勢做了研究和展望。

關鍵詞：三維動畫；角色建模；動漫制作；發展；期望

引言

當我們談論起動畫的起源時，我們可以回顧到在1640年由外國傳教士柯雪發明的魔術幻燈，這可以被稱作是動畫的開始，也標志著電影的誕生。美國維太格拉夫電影公司制作出了第一部通過視線錯覺使得無生命物體“動起來”的影片的公司，這部影片就是1898年的《矮胖子》，至此人們正式拉開了動畫研究的帷幕。最早期的傳統二維動畫的制作人員會在一種名叫賽璐璐片（CELLULOID）的合成樹脂塑料片上用水彩顏料進行畫作，再用攝影機逐張對其進行拍攝記錄，最后將畫面連貫起來。二維動畫在計算機時代的到來得到了進一步提升的空間。繪線上色、圖像連接等工作可交給計算機通過運算完成。

通過計算機圖形技術和藝術的相結合，基于二維動畫藝術的計算機三維動畫也隨著計算機的發展誕生。這是另一個豐富多彩的世界。三維動畫技術是一門高新技術，它的高速發展離不開計算機技術在圖形算法和硬件等方面的不斷進步。

一、三維動畫技術的發展歷程

計算機三維動畫技術是基于計算機技術的快速進步和計算機圖形學的大幅拓展，才不斷成熟，并逐步地融入我們生活的方方面面，例如我們在影視媒體、虛擬醫療、培訓模擬等方面都可以看到三維動畫技術的身影。三維動畫從20世紀60年代開始逐步發展，大體上分為三個時期：初步研究期、深入探索期、高速發展期。

（一）初步研究期（20世紀60年代—70年代）

計算機被發明出來是上世紀60年代的事。早期的計算機是電子管數字機，體積很大、運行速度很慢、且耗能較高、可靠性較差。那時的計算機技術性太強，藝術家和評論家們都無法認同通過計算機進行藝術創作的想法。直到60年代末，以計算機技術為基礎的藝術創作才進行了第一次有效嘗試，此時的由計算機制作的圖片和漫畫并不是在藝術工作室，而是在類似科學實驗室當中制作完成的。畢竟這個時期的藝術家是無法參與計算機動畫的制作的，而這個時期的相關作品也多用于闡明科學理論，效果相較而言是比較粗糙的。

（二）深入探索期（20世紀70年代-90年代）

當時間到了70年代，許多關鍵性技術的成熟為藝術的發揮提供了條件，創造了可能。當然這有許多原因，比如市場的進一步擴大和計算機技術的高速發展，進入這個領域工作的藝術家的增多和成熟，以及有愈來愈多的學習了計算機動畫技術的勞動力進入市場，為動畫制作提供了成熟的人力基礎。1982年，由迪士尼公司（DISNEY PRODUCTIONS）出品的《TRON》是第一部有計算機動畫技術參與的具有完整故事情節的影片，包含有由PROBERTABEL、ASSOCIATES、III、MAGIC和數字效果公司創作的計算機動畫。

當計算機圖形學以及計算機硬件技術發展到80年代末期時，物體的三維效果制作和立體真實效果的營造都變得更加成熟，那個時期的計算機科學家們開始專注于對三維動畫制造技術的研究，因而比之前傳統的二維動畫更加具有立體效果、更加逼真的計算機三維動畫在這一時期就順利誕生了。

（三）高速發展期（1990-至今）

90年代的計算機圖形技術基本已經完善，這為三維技術的進一步發展奠定了基礎。1993年，著名的《侏羅紀公園》問世，開啟了對虛擬現實技術發展新方向研究的大門，以這部影片為標志，三維動畫技術進入了高速發展的黃金期。迪士尼公司和皮克斯動畫工作室不甘落后，在1995年合作推出了第一部全三維動畫片《TOY STORY》（玩具總動員），這部影片最具意義的地方，就是片中場景和角色全部利用計算機繪制而成，它帶給觀眾們前所未有的真實立體的視覺效果，這是二維動畫所達不到的境界。

1998年美國Alias|Wavefront公司的Maya橫空出世，隨后皮克斯，夢工廠，工業光魔，維塔視效公司接連推出《FINDING NEMO》（海底總動員）《THE INCREDIBLES》（超人總動員）《THE TRANSFORMERS》（變形金剛）《SHREK》（怪物史萊克）《THE LORD OF THE RINGS》（魔戒）等數字動畫電影，三維動畫技術一直在大步發展。

二、三維動畫制作原理

現在的影視動漫中一般會靈活地運用三維動畫技術進行制作。這種三維動畫的制作方法，是通過關鍵幀的方式制作的（關鍵幀就是指角色或物體變化過程中關鍵動作所處的最小單位的單幅影像畫面）。其主要制作過程包括角色造型設計、角色動作控制、背景制作、特效渲染和后期合成四大部分。具體的步驟如下：

1.角色造型設計：角色造型設計即為大家所熟知的角色模型建設。角色設計師們會先在計算機上利用Maya、3D MAX等三維造型軟件來繪制二維物體。該過程分為兩步：首先繪制一些簡單的幾何形體，然后通過它們形狀的多樣、組合方式的不同來制作出復雜的幾何形體；其次再通過對制作出的幾何形體進行不同位置的擺放，使其可以構成一個完整的整體。

2.角色動作控制：角色的動作控制，是一系列較為復雜的軟件工程。制作人員會根據動畫腳本，對角色設計師們制作出的三維模型進行姿態的設置，使其完成每幀所需的動作。動作控制是使整個作品更加生動形象的最重要的一步，該過程分為控制層和運算層兩個層面：控制層指制作人員在計算機上逐幅控制關鍵幀的動作繪制；運算層指計算機通過計算來對中間幀的平滑動作進行處理，進行運動學計算等。endprint

3.背景制作：任何一個場景都不能只有角色而沒有背景。道具是構成背景的有機組成成分，而道具的制作和角色的模型制作大同小異。背景的制作中，除了形體以外，材質也非常重要——材質就是物體的一些我們可以通過眼睛觀察到的表面特征，通過對材質的設置，可以在平面的顏色、暗亮程度、反光效果、光影的透過度等方面使制作出的道具更加逼真。材質的設置在背景制作真實感方面起了決定性的作用。動畫設計師們通常會通過上文提到過的一些三維造型軟件中的材質編排器來對物體的材質進行設定，從而使物體的視覺效果更加精湛。

4.特效渲染和后期合成：一部作品是否足夠吸引眼球，就取決于最后這一步的效果。特效渲染就是通過計算光的走向，增加模型的材質感，讓人們創造出的虛擬世界更加真實；而后期合成則是對所有文件進行一個整合的過程，也就是對雜亂的畫面進行剪輯，通過邏輯關系，使畫面與畫面、片段與片段間連貫連接，從而賦予動畫完整的故事情節。

三、三維動畫技術的限制與趨勢

近年來三維動畫技術的高速發展使得許多人認為三維動畫技術已經進入了成熟期，但在具體的制作流程中，還存在下面兩個問題值得我們去改善。

1.三維動畫制作中，存在成本高、制作復雜的問題。由于需要動畫師們在細節上對建立出的模型進行不停的修改，使他們腦海中的設計出的模型能夠完美地呈現在觀眾眼中，這就導致了設計師們無法在短時間內制作出一部動畫作品中的所需的大部分角色。一個職業動畫師一個上午可能只能做4秒左右的動作，一天只能做10秒，這也使得設計師做出角色后，動畫師還要花上很長的時間才能完成一部作品。而后期的渲染更加耗時：在電影《AVATAR》（阿凡達）花絮中提到，《AVATAR》每幀的渲染平均就要47小時。

2.角色動作控制中，存在動作僵硬不流暢的問題。這種需要在計算機上逐幀制作畫面的工作，需要制作人員擁有高超的繪畫水平和空間想象能力，否則畫面就會連接不自然，使得一些動作不夠流暢，轉換突兀。而中間幀的制作則是由計算機通過計算作出，這就難免會出現僵硬、不自然的畫面。

實際上，三維動畫技術比起在純粹的三維動畫方面的制作，它更廣泛地運用于影視作品中真實場景拍攝和特效場景制作的結合。三維動畫技術提升視覺效果的最大特點，就是利用人工圖像，可以制作出編輯器和特技機也沒辦法制作出來的動態畫面和特效。那么，將其與影視拍攝相結合，合成出演員無法做到的特技，或者通過對演員進行動作捕捉（Motion capture）使三維動畫更加流暢自然，成了當下一種熱門的影視作品制作方式。

我國現在已經可以通過將三維動畫技術與卡通渲染技術和動作捕捉技術相結合來進行影視作品的創作，如2007年杭州玄機科技信息技術有限公司制作的全三維武俠長篇動畫《秦時明月》。由于其精美的造型藝術畫面和強大的動態視角，觀眾們感受到了前所未有的完美的視覺效果。這也代表了我國的三維動畫技術逐漸追趕上時代、步向成熟的一個標志。

四、結語

本篇文章對于三維動畫技術的發展歷程、制作流程與未來趨勢做了簡單的介紹和展望。可以看出，近幾十年來，三維動畫技術的逐漸完善，在影視動漫中開始逐漸取代傳統二維動畫技術。但三維動畫技術的局限性，如成本太高、制作復雜、中間幀的流暢度、關鍵幀的自然性等也限制了它的發展。在技術不斷改進的同時，人們也開始嘗試著將三維動畫技術與其他技術進行結合來化解現有技術的不足的問題。通過和其他技術的結合，三維動畫技術將再次拓展它的應用領域，這門技術也將會再次達到一個全新的高度。

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