三維動畫和特效在影視作品中的應(yīng)用研究

李正冬

（安徽新華學(xué)院藝術(shù)學(xué)院 安徽合肥 230088）

影視作品創(chuàng)作是一門以視覺和聽覺為基礎(chǔ)，觸覺和嗅覺為延伸，多重感官相結(jié)合的現(xiàn)代藝術(shù)，它與戲劇戲曲、攝影攝像、繪畫、美術(shù)、音樂、文字圖形、舞蹈、雕塑和建筑等多種藝術(shù)表現(xiàn)形式息息相關(guān)，將現(xiàn)代科技與藝術(shù)表現(xiàn)融為一體。在影視作品創(chuàng)作過程中，前期和中期制作基本上具有比較完善的流程規(guī)范和設(shè)計方法，運用三維動畫和特效部分的設(shè)計是考驗和衡量一個作品細節(jié)和技術(shù)深度的重要衡量指標。

一、nParticle粒子系統(tǒng)在影視特效與群體動畫中的應(yīng)用

nParticle粒子系統(tǒng)是一套基于發(fā)射器、計算器和形狀節(jié)點進行設(shè)計的創(chuàng)作方法，在模擬階段，可以通過粒子系統(tǒng)進行自然特效的模擬，例如煙火、爆炸、水花、海洋、煙、塵、霧、云朵、植被樹葉、流行拖尾和發(fā)光特效等抽象視覺藝術(shù)效果。通過粒子事件碰撞編輯器和精靈向?qū)В梢詫崟r動態(tài)地模擬粒子效果在設(shè)計視圖中的現(xiàn)實效果，根據(jù)設(shè)計運動的視覺效果進行相關(guān)屬性的調(diào)節(jié)和修改。

在渲染階段，通過不同形式的渲染藝術(shù)方式，可以提供多種多樣的渲染屬性，配合不同的渲染器和渲染參數(shù)，加上燈光和材質(zhì)效果的配合，能夠模擬逼真的自然效果和生動的動畫運動效果，在視覺藝術(shù)表現(xiàn)效果上，與傳統(tǒng)的動畫制作方式上有著本質(zhì)的區(qū)別，不僅可以高效快速地模擬自然肌理效果，還可以真實還原現(xiàn)實場景的光影效果信息。

在系統(tǒng)應(yīng)用階段，粒子系統(tǒng)可以配合柔體和彈簧工具，進行可視化和實時化的設(shè)計效果，通過權(quán)重工具的繪制，可以調(diào)整每個粒子屬性在場景中的運動力的范圍和幅度。通過實例化器可以實現(xiàn)群體動畫的設(shè)計效果，這樣可以大大增加粒子顯示效果的屬性，通過自行設(shè)計的任意幾何體圖形，都可以作為實現(xiàn)粒子的替代效果，例如在影視作品中，荷塘里面小魚隨機游動的藝術(shù)效果，可以通過實例化器進行粒子替代，從而大大豐富了藝術(shù)創(chuàng)作的表現(xiàn)手段和形式。通過使用碰撞的功能，還可以使粒子系統(tǒng)參與物理碰撞的效果，增加幾何運動的真實感和逼真度。除了系統(tǒng)自帶的設(shè)計效果以外，還可以整合相關(guān)的插件，在系統(tǒng)整體設(shè)計應(yīng)用中，根據(jù)制作效果，快速表現(xiàn)相關(guān)藝術(shù)展示效果。

二、nCloth布料系統(tǒng)在動畫服裝與柔性動畫設(shè)計中的應(yīng)用

布料系統(tǒng)表示三維計算機圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)柔軟織物和具有可變形具有交互運算和運動屬性設(shè)計的技術(shù)，例如角色的服裝設(shè)計，隨風(fēng)飄動的旗幟等藝術(shù)效果。在影視動畫作品中，角色的服裝動畫是表現(xiàn)的難點之一，要讓服飾跟角色的運動相匹配，同時通過服飾的運動反映角色的運動規(guī)律，具有較高的藝術(shù)修養(yǎng)和美術(shù)功底才能較好地較好地把握其運動的節(jié)奏和韻律。傳統(tǒng)的角色動畫服飾主要通過軟選擇和關(guān)鍵幀技術(shù)得以實現(xiàn)，調(diào)節(jié)運動效果難度較大，工作量也比較煩瑣，通過最新的布料系統(tǒng)，可以模擬自然界中各種材質(zhì)的布料屬性，通過摩擦力和彈力等屬性的區(qū)別體現(xiàn)不同的紋理質(zhì)感和動畫效果。對于角色服裝設(shè)計有一個完善的系統(tǒng)進行整體化設(shè)計，模擬衣服服裝生成的過程和動畫演示效果。

除了模擬服裝和布料等具有柔軟變形效果的材質(zhì)之外，還可以模擬一些本身形狀具有隨著外在力的作用發(fā)生相關(guān)改變的易變形物體，通過繪制紋理和頂點特性，可以在紋理貼圖和頂點貼圖之間進行相互轉(zhuǎn)化，從而可以更好地表現(xiàn)物體的柔性運動軌跡和隨機變化過程。布料系統(tǒng)應(yīng)用在影視動畫作品中，可以極好地將復(fù)雜的關(guān)鍵幀動畫技術(shù)進行模塊化和簡單化處理，將極其耗費時間的工作變得簡單和容易，同時可以輕松地制作出完美的視覺效果，對于項目開發(fā)設(shè)計和制作具有良好的幫助和參考意義。

三、nHair毛發(fā)系統(tǒng)在動畫角色與三維場景中的應(yīng)用

毛發(fā)系統(tǒng)表示三維計算機圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)具有基于線條運動軌跡的技術(shù)，例如角色的頭發(fā)、草地的植被、燈繩窗簾等藝術(shù)效果。在影視動畫作品中，人物角色等毛發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計也是一個比較煩瑣的流程，在游戲動畫設(shè)計中，基本上可以通過面片貼圖的形式，進行骨骼綁定，得到一個基礎(chǔ)的毛發(fā)動畫效果，但是在影視級別的作品效果渲染中，通過貼圖表現(xiàn)，對于細節(jié)和動態(tài)變化的精度效果卻不能得到有效的體現(xiàn)，因此通過毛發(fā)系統(tǒng)，可以通過幾何體或者樣條曲線進行毛發(fā)系統(tǒng)的創(chuàng)建，同時可以模擬現(xiàn)實場景中頭發(fā)系統(tǒng)的梳理效果，根據(jù)設(shè)計效果，運用相關(guān)的頭發(fā)系統(tǒng)設(shè)計工具，提供不同毛發(fā)造型風(fēng)格的需求。對于毛發(fā)系統(tǒng)的運動效果，可以結(jié)合運動學(xué)和動力學(xué)進行產(chǎn)生交互動畫，從而得到更加真實和自然的運動效果，此外，通過Paint Effect筆刷可以指定并輸出添加給頭發(fā)系統(tǒng)，對整個頭發(fā)系統(tǒng)進行更為完善和深入的設(shè)計，為角色動畫的藝術(shù)魅力增添幾分生動的視覺藝術(shù)效果。

由于毛發(fā)系統(tǒng)具有半透明的屬性，因此在設(shè)計過程中應(yīng)該注意透明貼圖的使用和Alpha通道繪制毛發(fā)紋理的方法，法線貼圖可以顯著增加頭發(fā)的立體感和真實感，通過各個貼圖通道的相互配合，可以制作栩栩如生的毛發(fā)效果。除了生成毛發(fā)系統(tǒng)以外，還可以模擬三維場景的草地和植被效果，例如三維場景中動態(tài)風(fēng)吹草低的效果模擬，可以通過毛發(fā)系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)動力學(xué)解算，產(chǎn)生隨風(fēng)擺動的藝術(shù)效果，對于批量化、整體化的隨機變化運動，毛發(fā)系統(tǒng)也具有事半功倍的設(shè)計效果。

四、nConstraint約束系統(tǒng)在物體運動與限制過程中應(yīng)用

約束系統(tǒng)表示三維計算機圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)物體運動過程中，受到外界自然力或模擬力的影響，對本身的運動軌跡產(chǎn)生規(guī)律性變化的技術(shù)，例如鐘擺擺動、鐵鏈運動、物體破碎等藝術(shù)效果。約束系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計，可以讓物體的運動受到外力的影響，與本身自身運動產(chǎn)生一個互動的視覺藝術(shù)效果，對于影視作品中物體基于自然界力的效果的模擬和限制約束運動的效果具有重要的作用和幫助。通過相關(guān)的組件和變換約束，可以將物體的運動軸心固定在場景中的某一點靜止或者隨父對象一起運動，產(chǎn)生視覺中心的變化效果，運用力場和碰撞效果，可以模擬物體受到外力作用下，產(chǎn)生真實的反饋運動效果，對于基于物理計算的運動方式具有重要的幫助。例如在影視作品中，角色控制武器打斗場景中，碰到場景外物體產(chǎn)生的碰撞效果的效果模擬，可以利用運動約束系統(tǒng)對其運動軌跡和效果進行提前規(guī)劃和設(shè)計。

在影視動畫作品創(chuàng)作中，約束系統(tǒng)對于主體物體在場景中的運動具有視覺引導(dǎo)流程的效果，因此對于它與其他場景中物體發(fā)生力的作用后，運動軌跡的改變和速度的變化，對于新的運動軌跡具有重新規(guī)劃的作用。場景中的每個物體都不是獨立的存在，為了能夠產(chǎn)生互動和觀眾產(chǎn)生共鳴，每個物體的運動變化都對于全局畫面的視覺中心有重新定位的作用，因此如何設(shè)計主體物體的運動軌跡，同時能夠與其他物體產(chǎn)生比較真實的反饋效果，對于導(dǎo)演和設(shè)計師在構(gòu)思和設(shè)計制作過程中都是值得深思的主題。nConstraint約束系統(tǒng)的產(chǎn)生，可以通過基于物理運算的方式，讓物體的運動受到相關(guān)聯(lián)的物體的屬性的變化，同時可以模擬不同的力學(xué)反饋結(jié)果，對于復(fù)雜運動的物體軌跡運動和多場景交互畫面的效果實現(xiàn)，具有重要的功能。

五、流體系統(tǒng)在三維動畫和環(huán)境特效設(shè)計中的應(yīng)用

流體系統(tǒng)表示三維計算機圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)具有氣體和液體屬性的技術(shù)，例如煙霧運動、液體流動等環(huán)境裝置藝術(shù)效果。通過3D和2D容器可以模擬三維效果和二維效果的流體效果，根據(jù)添加和編輯容器內(nèi)容，模擬不同體積和形狀的運動變化，配合內(nèi)置的示例效果，可以模擬更多的流體運動效果。對于流體運動過程中的變化效果和細節(jié)體現(xiàn)，可以通過擴展功能和增加流體的分辨率提高模擬的真實度和運動感。此外，還可以創(chuàng)建相關(guān)的池塘和海洋的模型，增加船體模型和尾跡模型，配合運動場和動力學(xué)定位器，生成真實自然的流體運動效果，在運動過程中，還可以基于物理運算與場景中的模型發(fā)生碰撞，實現(xiàn)力的反饋效果，使運動的效果更加逼真和自然。

流體系統(tǒng)在三維動畫表現(xiàn)中，主要通過系統(tǒng)的算法和真實的模擬運動，完成動畫的模擬和解算，對于影視場景中難以基于拍攝實現(xiàn)的效果，流體系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計效果的需求，配合光影照明和材質(zhì)屬性，很容易地實現(xiàn)虛擬的場景動畫效果。流體系統(tǒng)在環(huán)境特效設(shè)計中，可以模擬自然天氣的雨雪和大霧等天氣效果，還可以模擬火焰燃燒，冰雪融合等自然效果，只要是具有流體屬性或與之相關(guān)聯(lián)的物體動畫，都可以通過流體系統(tǒng)進行模擬和再現(xiàn)，對于影視作品中難以實現(xiàn)的畫面效果和綜合場景的運用，具有快速表現(xiàn)物體運動的真實感和再現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的虛擬感的作用和價值。

六、場/解算器與Paint Effect效果系統(tǒng)在特殊運動與快速表現(xiàn)設(shè)計中的應(yīng)用

場/解算器與Paint Effect效果系統(tǒng)表示三維計算機圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)具有剛體運動的技術(shù)，通過力場和約束的影響，對其運動產(chǎn)生實時的變化，例如多米諾骨牌、物體隨機掉落動畫、煙火、閃電等藝術(shù)效果。場/解算器可以通過創(chuàng)建空氣、阻力、重力、湍流、旋渦等力場，影響粒子或者物體的運動屬性，對于影視特效中一些特殊的運動軌跡的表現(xiàn)，具有很好的模擬和計算效果。通過創(chuàng)建主動剛體和被動剛體對象，還可以模擬基于物理運算的力場效果，配合場/解算器等效果的使用，可以為創(chuàng)意設(shè)計提供更多的思路和途徑，為影視作品的創(chuàng)作效果提供新的設(shè)計表現(xiàn)方法。

Paint Effect可以創(chuàng)建基于二維或者三維場景的筆刷效果，通過自身參數(shù)屬性和相關(guān)動力學(xué)屬性，可以表現(xiàn)一些物體生成動畫或者群體隨機運動效果的畫面，對于快速表現(xiàn)和設(shè)計具有重要的作用。通過系統(tǒng)自帶的資源和實例效果，也可以導(dǎo)入場景進行基礎(chǔ)編輯，后期渲染輸出通過后期合成軟件，實現(xiàn)特效與場景的有機融合，為影視創(chuàng)作過程中批量化、快速化和隨機化的設(shè)計效果提供便捷的思路和途徑。

在影視創(chuàng)作過程中，如果現(xiàn)實場景中有合適的素材可以直接適配主題的創(chuàng)作，對于制作速度和效率具有重要的幫助，每個鏡頭里面如果有反復(fù)可以利用的場景或道具，對于制作表現(xiàn)進度上面都有不同程度的體現(xiàn)，因此預(yù)置的資源合理運用，也是一個重要的環(huán)節(jié)。隨著計算機軟件的Paint Effect系統(tǒng)不斷優(yōu)化和升級，對于動畫模塊、動力學(xué)模塊、燈光渲染模塊、建模、流體實例等模塊的設(shè)計制作，可以直接導(dǎo)入到場景中，通過屬性參數(shù)的調(diào)節(jié)，達到預(yù)期使用的素材效果，對于制作畫面效果和制作效率方面，都具有重要的幫助和指導(dǎo)意義。

結(jié)論

傳統(tǒng)動畫的表現(xiàn)技法和制作技術(shù)相對比較成熟，在創(chuàng)作過程中，應(yīng)根據(jù)創(chuàng)作過程中遇到的問題或者難以實現(xiàn)的畫面和運動效果，積極探索和尋找新的解決問題的辦法，對于新事物的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，借助于計算機輔助生成畫面的技術(shù)手段，應(yīng)當選擇合適的表現(xiàn)手法，引入到作品的創(chuàng)作和表現(xiàn)過程中，通過新技術(shù)的應(yīng)用和傳統(tǒng)畫面效果的藝術(shù)表現(xiàn)，達到技術(shù)和藝術(shù)的完美融合與創(chuàng)新。

通過特效系統(tǒng)的綜合設(shè)計，在具體影視作品中，可以選取合適的動畫和特效系統(tǒng)，為影視作品的畫面藝術(shù)表現(xiàn)和視覺表現(xiàn)提供更有力的保障和支撐，為藝術(shù)創(chuàng)作的范圍提供更為寬廣的平臺和空間。