數字技術下的影視特效設計和動畫合成技術

趙書英

(渭南師范學院 絲綢之路藝術學院傳媒學部， 渭南 714099)

0 引言

每部影視作品在制作過程中都包括前期的策劃、攝制和后期的制作，在影視后期制作過程中廣泛使用計算機數字化，從而提高了人們的感官效果，也預示了影視化時代的逐漸來臨。在現代社會中，影視后期特效的后期制作設計全面模擬了人們不能夠實現的場景，在技術不斷進步的過程中，人們所模擬的影像也更加逼真，并且也為電視及電影作品拍攝的創作提供了有效的空間。動畫合成技術指的是全面使用人體運動紋理、動作捕獲及運動繪圖等多種技術的相互結合，然后對其進行分割和類聚分析，最后利用拼接實現人體運動組合的動畫，其中的動作單元分析就是實現人體動畫合成的主要途徑。

1 數字影視特效及動畫合成技術

數字技術中的影視特效技術就是基于計算機硬件和軟件利用計算機圖像及圖形原理，實現拍攝畫面及計算機自動生成畫面等方面素材的自動生成，被廣泛應用到色彩、透視、運動和素材敏銳度等多方面中，從而對影視作品外在的藝術表現形式具有密切的影響。所以，數字技術在影視特效設計方面使用視覺審美效果尤為重要。在現代社會中，影視特效不僅被廣泛應用到現代化科幻類、戰爭及動作等影視作品制作過程中，并且也被廣泛應用到專題紀實的作品中[1]。

動畫的后期合成主要包括特效的合成、臺詞的錄制、畫面的剪輯和音樂音效的配置等內容，并且將這些元素能夠相互的結合。簡單來說，動畫后期特效的主要目的就是對畫面進行處理、實現鏡頭的連接和特殊效果的創造。

其一，畫面的處理。在影視后期制作過程中使用最為廣泛的就是畫面的處理，不同類型的畫面處理思路也各不相同，最后所展現的視覺效果也并不相同，但是畫面處理的基礎就是對畫面的色調進行有效的調節。色調的調節不僅在廣告、影視作品和宣傳片后期制作中使用，其還能夠通過紀實手法有效提高作品的視覺效果。總體來說，色調的調節主要目的包括：首先，對作品中的人物情緒特點及氛圍充分的展現出來；其次，使不同時間及條件中所拍攝的畫面能夠實現色調統一；最后，能夠以劇情需求為主利用淡化色調及單獨突出等方式將其中情節的含義及視覺效果充分的展現出來。在實現畫面處理的過程中，還包括另外的方法就是實現畫面的合成，此種方式在電視制作過程中被廣泛使用，其能夠相互結合虛擬場景及攝影棚中的演員。畫面的合成不僅能夠對演員進行保護，還能夠便于拍攝，節約拍攝資金。

其二，鏡頭的連接。本文所研究的鏡頭連接并不是將鏡頭相互組接，而是通過創建組接方式，使鏡頭之間能夠相互的過渡，并且還能夠實現多個鏡頭的相互整合，從而使畫面能夠更加的流暢。但是連接鏡頭并不是將鏡頭簡單的相互組合，而是要實現鏡頭的創作，并且添加全新的過渡元素。比如，新聞聯播或者其他的影視作品中，一般都會具有一個標志在畫面中短時間的劃過對已經發生過的場景進行回訪，之后和實際場景進行對比，這就是利用動畫合成及三維軟件展現的視覺效果。并且，其還能夠使用色彩、變形及光線等技術實現鏡頭的和諧過度，還能夠使用相同視覺元素在不同畫面中實現串聯，實現畫面的統一，從而使畫面更加的清晰和流暢，并且還能夠將其中的某個標志充分的展現出來。

其三，特殊效果的創建。在觀眾視野不斷擴展的過程中，單純畫面已經無法滿足觀眾需求，所以就產生了特殊視覺效果，比如可以根據其他運動過程中的物體拖影、運動效果及字母的光線效果，以此有效提高畫面呈現出來的藝術感染力[2]。

目前動畫合成技術算法主要使用小振波理論，小振波理論是針對初始化的t=0靜止流體添加擾動，要求t>0之后流體開始運動，并且還要對動畫形狀進行確定，并且通過流體方程求解，要求使用非線性邊界的問題。如果將 波浪振幅作為波長微量，并且對其進行近似處理，從而簡化問題求解，這就是小振波的理論，其算法為下式。

2 動畫合成技術的使用

在影視作品后期制作過程中要實現相應素材的統一連接，其中就包括特效設計等內容，其中的后期動畫合成與前期拍攝屬于相應概念，在時間中不僅是精準一對一關系。例如，在部分虛擬場景設置過程中要先拍攝，從而才能夠實現后期預覽的效果，在之后的工作中能夠將其作為對照，尤其是完整故事情節中，制作這些素材都能夠單獨使用到作品中。比如在《坦塔尼克號》制作過程中，首先就是要制作船下沉的場景，從而能夠將船體的下沉良好的拍攝出來。并且，在部分制作過程中要結合拍攝，才能夠有效提高場景制作的真實性。在動畫合成工作中，動畫合成尤為重要。

現代畫面的處理方式主要是根據電影作品自身的設計風格實現的，其中處理思路和方式并不相同，所以數字的影視特效制作也各不相同。首先就要利用動畫合成技術實現畫面色度及色彩各方面的和諧及統一，包括深淺及辨識度，將畫面中的主體特點重點的突出，從而在劇情渲染過程中進行使用。在通過多種方法調整圖像之后，就能夠實現圖像的合成。比如摳圖，其屬于最為常見的手段，簡單來說就是在合成過程中提取通道。提取通道可以利用藍屏技術實現，主要是利用色度在對人物進行拍攝的過程中，通過單一顏色的背景將單色的背景去除。一般數字合成主要包括數字復制，如果在拍攝大場面的時候，可以先使一部分演員拍攝，之后利用多次拍攝復制圖像，使其能夠充滿畫面中。在實現數字合成的過程中，主要包括硬件工具及軟件工具。其軟件工具主要包括Maya Fusion、Paint、Premiere，這些軟件具有強大的功能，并且還有各自的優勢，能夠實現不同鏡頭的特技處理。硬件工具方面，其對于合成軟件的性能具有較高的要求，而且對于硬件也具有較高的要求，所以在使用此種工具的時候，要求在具有較高性能的圖形工作站中使用。因為現代計算機的性能在不斷的提高，所以目前也涌現出來大量的以計算機操作平臺為基礎的數字合成軟件，比如Fusion及EFECT等，具有較快的運算速度、良好的操作界面，并且這些軟件在特技鏡頭合成的過程中具有強大的能力，能夠將人們需要的視覺效果充分的展現出來[3]。

在部分特殊的情況中，還要實現畫面中移動像素的幾何變化修改。幾何變化主要包括多種基本的形式，比如畫面的旋轉、平移及縮放。在實現畫面合成的過程中，要根據相應的需求將畫面放入到指定位置中，部分較為復雜的幾何變換，簡單來說就是通過三維空間實現畫面位置的變化。并且，部分變換也能夠使畫面出現不均勻變形，這方面的變換較為復雜。比如將圓形進行變形，能夠利用模擬方式實現鏡頭的變形，或者實現放大鏡畫面的模擬。

然后就是濾鏡效果的實現，簡單來說，濾鏡就是通過畫面在指定范圍中相鄰像素實現全新像素值的設計，濾鏡包括多種類別，其被廣泛應用到各方面中，通過濾鏡能夠有效提高視覺沖擊，比如銳化、虛化、噪波及顆粒等。

3 數字影視特效及動畫合成技術的使用

3.1 定格畫面的使用

定格動畫指的是利用逐格拍攝的方式及攝影、攝像設備實現預先制作動畫角色連續動態逐格的拍攝，之后對畫面實現剪輯，最后表現出動態畫面，比如《神筆馬良》、《僵尸新娘》、《阿凡提的故事》。在現代科學技術不斷發展的過程中，全新的工藝、材料和計算機數字技術在定格動畫片制作過程中使用。在數字影視特效融入到定格動畫制作過程中，主要為數字化拍攝的技術和影片的后期數字化加工處理。數字化定格動畫的攝影術就是控制電腦及角色模型實現定格動畫的制作。在實現定格畫面制作的過程中，要求繪制幾何圖像，利用After Effcets中的數字函數配合連線特效實現。精準動畫特效被廣泛應用到后期合成中，為了能夠提高特效的真實感，就要求使用標準物理學規律進行設置。

《長發公主》中的人物造型都具有鮮明的特點及性格，故事情節跌宕起伏，但是情節也略有搞笑。總而言之，影片整體都具有迪士尼公司動畫的風格。在觀看此片的時候，人們都非常喜歡女主角的金色長發，這也是此片在制作過程中的亮點。影片中的長發根據計算機模擬及手動動畫的調節技術相互配合實現，并且其中還使用全新的動畫綁定，以此對頭發效果進行良好的控制。并且動畫合成技術小組還通過計算機程序實現體積渲染、運動捕捉等的開發，其主要目的就是使頭發能夠更加的逼真，在此過程中主要使用的技術為：使用一百多個管狀模型實現動畫設計，將這些管子作為頭發結構，之后渲染制作，使其能夠看上去具有上百萬根頭發絲。計算機動畫在后期制作過程中具有一定的突破，并且使用模擬計算和動畫技術相互的配合，有效解決頭發及布料在接觸過程中的穿透問題。并且，此片的女主角頭發之所以會閃閃發光，是因為使用基于環境的阻光通道，簡單來說，就是將光纖照射到頭發中，之后通過頭發組合整體效果，使用模擬光纖制作技術實現頭發閃閃發亮的效果。如圖1所示。

在《長發公主》動畫設計過程中，主人公的長發運動軌跡要根據平拋物的運動規律進行設置，在After Effects軟件中通過平拋運動數學公式進行設置，在相應屬性中實現程序的編寫，從而得到需要的效果，代碼為：

Tran sform.position=[v*time,v*time+(1/2)*9.8*time*time]

3.2 在《阿凡達》中的使用

《阿凡達》不管是在觀影視覺感受方面還是在影片制作方面都進入到了全新的局面中，此片中使用的制作手法越來越多[4]。首先，其使用虛擬攝像的技術使影片更加的炫彩奪目，制作團隊使用AutodeskMaya軟件實現虛擬表演舞臺空間的創建，在此空間中對演員表演進行捕捉，之后將其使用到電腦圖形中，從而能夠對效果進行使是查看。為使用AutodeskMaya軟件實現虛擬表演的制作，如圖2所示。

在動態特效設計過程中，也要通過編程實現，利用關鍵幀技術中的文字圖層text屬性進行編寫，代碼為：

Time To time ecode(t=time+this compdis play Startme.timecode Base=30,is Duration=false);

之后，使用三維動態捕捉系統將演員的動作捕捉傳輸到電腦中，之后利用合成技術及后期制作技術將真人的表演及電腦任務相互結合。使用合成技術實現電腦及現實人物角色的互動，如圖3所示。

圖3 使用合成技術實現電腦及現實人物角色的互動

最后，其在立體三維視覺制作創建了全新的標準，在影片制作過程中使用三維技術進行制作，從而能夠使觀眾在觀看的時候仿佛身臨其境，提高觀眾的觀影感受。

4 總結

本文實現了影視特效設計及動畫合成技術的分析，并且研究了其的使用，通過本文研究可以看出來，影視作品在制作過程中主要包括3個環節，分別為前期拍攝、策劃及后期的制作。計算機數字化技術目前被廣泛應用到后期的視頻過程中，促進了人們視覺及感官的全新發展。在現代影視后期視頻制作及設計過程中，一般都使用了人們無法想象的虛擬場景，在現代科技不斷發展的過程中，人們模擬的影像和實物也更加的真實及生動，并且也為影視作品拍攝及制作創建了較大的發揮空間，使現代影視作品為人們帶來了全新的觀看感受。