CG數(shù)字影像藝術中的真實感研究

鄧云淇 樊榮

摘要：隨著計算機技術的快速發(fā)展，計算機圖形學（CG）在電影、動畫、游戲、網(wǎng)絡等社會生活的各個領域得到了廣泛應用。CG技術以其獨特的視覺效果和廣泛的應用領域，成為現(xiàn)代娛樂產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一部分。使用計算機生成的圖像和效果，CG影像可以呈現(xiàn)出豐富多樣的視覺效果，包括逼真的光影效果、細膩的材質質感、精確的物體運動軌跡等。然而，在追求視覺效果的同時，CG影像的真實感也成為一個重要的考慮因素。在現(xiàn)實世界，人們對影像的真實性有較高的要求，希望影像能夠貼近物理現(xiàn)實并引發(fā)情感共鳴。所以，在CG影像創(chuàng)作中，構建數(shù)字影像的真實感極具挑戰(zhàn)性。盡管CG技術在視覺效果上取得了巨大的突破，但對CG影像真實感的研究相對較少或較為淺薄。真實感作為影像的重要屬性之一，在影視、游戲等領域具有重要意義。因此，文章從數(shù)字影像真實感角度出發(fā)，分析CG技術在影像真實感構建中的應用，依據(jù)“CG影像概述—傳統(tǒng)影像真實—CG影像真實—CG影像如何構建真實”的邏輯線索進行論述，旨在實現(xiàn)CG影像技術性與藝術性、現(xiàn)實性與真實感的結合，深入剖析CG影像，探索CG影像真實感的構建方法和技術手段，并探討其在影視、游戲等領域的應用前景和潛在影響，開啟一次獨屬于CG影像藝術的探討之旅。

關鍵詞：真實感；CG藝術；藝術真實；數(shù)字影像

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）09-0-04

0 引言

自人類使用影像媒介以來，對“真實感”的探求從未停止。在CG技術誕生之前，真實感的載體大多集中于傳統(tǒng)影像與繪畫。1895年12月28日，盧米埃爾兄弟在法國巴黎卡浦星路14號大咖啡廳的地下室進行了電影《火車進站》的首次公映。在電影中，一列火車向著攝影機飛馳而來，觀眾們感到非?？只牛娂姳茏?。在此之前，他們沒有任何觀影體驗，不知電影為何物，當他們第一次看到銀幕上的影像時，以為一輛真實的火車正朝他們駛來。從此，影片中火車進站的鏡頭成為電影技術崛起的標志，這一天作為“電影誕生之日”被人們永遠銘記。

1 CG影像的真實感

傳統(tǒng)影像的真實感是一種“復制真實”，在過去的一百多年里，電影產(chǎn)業(yè)極速發(fā)展，傳統(tǒng)影像“復制真實”的觀念逐漸式微，取而代之的是像素，它開始成為構成世界的基礎要素，人們進入了一個以“描繪真實”甚至“創(chuàng)造真實”為核心的CG新時代，“真實”的真正含義再次被擴展和爭論。隨著時代的發(fā)展，“真實”的含義已經(jīng)由客觀對象擴展到了主觀對象，由“現(xiàn)實”走向了“虛擬”，隨著人類的認知能力、理性思維能力和想象能力的提高逐漸產(chǎn)生深層次的意義，漸趨復雜多元。

1.1 從“再現(xiàn)真實”到“創(chuàng)造真實”

CG動畫和現(xiàn)實世界的關系模式大體可以分為“再現(xiàn)真實”和“創(chuàng)造真實”兩種類型。CG的“再現(xiàn)真實”反映了影片制作者對現(xiàn)實世界存在的事物的模擬和摹寫，力求將影像與現(xiàn)實聯(lián)系起來，以實現(xiàn)某種認識論上的目的。然而，CG動畫與現(xiàn)實世界之間的聯(lián)系并非實時的，它所展現(xiàn)的總是已經(jīng)消亡的過往，所以CG動畫常被用于重現(xiàn)歷史中某些偉大的人物或者事件，并且漸漸變成了紀錄片中一種新的探尋“真實”的方式。紀錄片《故宮》利用CG技術重現(xiàn)了故宮的建造過程，并且還原了歷史上場面盛大的慶典儀式，給觀眾帶來在中華五千年歷史長河中緊隨故宮命運穿梭的視覺體驗，達到高度逼真和充滿藝術性的展示效果。CG不但沒有削弱影片的真實性，反而有助于觀眾更深入地了解歷史的內(nèi)涵，這就是新紀錄電影所倡導的“再現(xiàn)真實”［1］。

除了文化類歷史紀錄片，自然歷史類紀錄片也可以利用CG技術增強影片的真實感。例如，《史前星球》（見圖1）以白堊紀的時代環(huán)境為背景，模仿野生動物紀錄片的敘事手法，用最先進的計算機圖像技術講述古生物學知識，還原了海岸、沙漠、河流、冰雪世界和森林的場景，展現(xiàn)了不同種類的恐龍為了生存而奮斗的景象，用獨特的視角揭開古老地球上的動物棲息地面紗……這些作品中的CG動畫嘗試使用“再現(xiàn)真實”的方式盡量還原現(xiàn)實，用影像的永恒來抵御時間的侵蝕。它們之所以能獲得真實的屬性，并不是因為在形式與技術上多趨向寫實，而是因為它們展現(xiàn)的是史實，而CG技術只是一種重現(xiàn)真實的方法。

數(shù)字技術的發(fā)展，讓CG動畫擺脫了常規(guī)的桎梏，建立了屬于自己的“超真實”的虛擬世界秩序。CG技術在當代數(shù)字技術的加持下，不再局限于以往的“描摹者”角色，而是以“創(chuàng)造真實”的“創(chuàng)作者”身份讓影片煥發(fā)新的生機，如《阿凡達》中絕美的潘多拉星球，《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》中的“眼神級別的真實”，《星際穿越》里交錯縱橫的四次元空間，都是在獨特的數(shù)字世界中杜撰的虛擬畫面。CG技術能從現(xiàn)實世界無法呈現(xiàn)或者根本不存在的視角，呈現(xiàn)出虛擬對象的全貌或局部，從而使CG電影呈現(xiàn)出更豐富、更高層次的“真實”。同時，CG影像的景別與傳統(tǒng)影像相比有很大的區(qū)別，在遠、全、中、近、特等基本的景別上呈現(xiàn)出兩極化擴展的傾向，宏觀上可以展現(xiàn)廣袤無垠的宇宙，微觀上可以展現(xiàn)每一粒細胞乃至原子的運動軌跡，景別和運動的跨度是傳統(tǒng)影像無法比擬的，微觀、宏觀世界的自由視角也能讓觀眾感到空前的新鮮和震撼。并且，在CG影像中，虛擬攝像機的動作不會受到現(xiàn)實的限制，它的移動速度、幅度和時間都是非常靈活的，通過設計影片細節(jié)構建更高一級的真實感，也讓影片的敘事方式更加多樣。

1.2 跨越“恐怖谷”效應

盡管CG影像真實感構建已經(jīng)取得了長足進步，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。在CG技術不斷“創(chuàng)造真實”的當下，有一種效應始終是CG需要跨越的坎——“恐怖谷”效應。日本的機械學家森政弘在1970年發(fā)表的《恐怖谷效應》中指出，當一個形象接近于人，卻又與人不完全相似的虛擬人物出現(xiàn)時，會引起一些人的反感和憎恨。

觀察圖2可以了解到，“恐怖谷”的好感度是一種動態(tài)的數(shù)值，這種數(shù)值會隨個體的認識和社會文化而波動。雖然使用CG技術為影片的創(chuàng)作與布景提供了新的可能，但如何克服“恐怖谷”效應是制作人員面臨的一大問題，尤其是在決定使用逼真路線的CGI渲染后，影片中的角色很可能會掉進“恐怖谷”的范圍。在當今的CGI動畫中，主要采用兩大戰(zhàn)略來規(guī)避“恐怖谷”效應。一種是將影片中的角色夸張化或者卡通化，讓他們看起來不像真實人物，并且把曲線維持在“恐怖谷”左側，如皮克斯的動畫片《玩具總動員》［2］，將角色塑造成了與人類不同的物種，從形象、習性等方面區(qū)別于真實的人。另外一種方法是讓真人演繹，由多個高速攝像機從不同角度捕捉演員動作，之后綁定影片中的動畫角色，使影片里的人物從各方面無限趨近真實人物，直接跳過“恐怖谷”，跨越到右側的曲線。第一個方案已經(jīng)在很多電影里得到了驗證，可行性很強，而第二個方案的實施難度比較大，可行性也有待商榷。

不過，在如今頂級的CG技術的幫助下，通過完全模擬人的動態(tài)和神情來規(guī)避“恐怖谷”效應已不再是難事。比如羅伯特·羅德里格茲執(zhí)導的《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》，影片在動態(tài)CG方面最不可思議的就是對阿麗塔神態(tài)表情的完美表現(xiàn)，使阿麗塔的形象仿佛通過默念魔法咒語，逃離了“恐怖谷”效應。由此可見，利用最先進的技術讓CG脫離“恐怖谷”效應具有相當大的可行性，但影片制作人員必須注意以下幾點：首先，人物形象必須足夠逼真；其次，通過增加人物與場景互動，增強人設本身的真實感；最后，編寫一個符合現(xiàn)實邏輯的劇本，為其行為尋找合適的動因，只有這樣才能使一切變得真實可信。

2 CG影像真實感的構建

目前，對CG影像真實感的構建，可采用光柵圖形生成演算法、圖形交互技術、虛擬現(xiàn)實等技術手段?，F(xiàn)代CG技術最大的目標之一，就是利用電腦的“虛擬”空間創(chuàng)造出令人賞心悅目并能讓人感受到“真實”的畫面和場景。試想一下，如果沒有深刻理解物體的結構、色彩關系、透視原理、光影關系、明暗關系，構建出來的虛擬世界怎么可能接近“真實”？因此，CG影像中的真實感是以物理模型與光學成像規(guī)律為基礎原理，利用計算機技術，結合人眼視覺機制呈現(xiàn)出的一種特殊的視覺感知。

2.1 設計構思

很多CG作品表現(xiàn)的是虛構的東西，這些東西并不存在于現(xiàn)實世界。他們之所以能讓觀眾覺得真實，純粹是源于創(chuàng)作者對現(xiàn)實的認知，對真實世界規(guī)律法則的掌握，以及對現(xiàn)實的摹寫。可以說，一部好的CG作品，其透視關系、明暗關系以及光影關系都是正確的。這些存在的形態(tài)、色彩、線條、明暗、質感、量感、存在感、空間、動態(tài)等復雜的要素，彼此交織，共同構成了一種美麗的秩序。

第一，素描關系。任何造型藝術都應該以素描為基礎。素描是對自然界事物的研究和表達，其目的是探索自然界事物的造型特點、內(nèi)在結構以及各個構成要素之間的關系。

第二，構圖。與基礎素描和構成一致，CG在構圖方面仍然遵循常見的構圖原則，如黃金比例分割、多樣統(tǒng)一原則、對稱構圖法則、平衡構圖原則等。

第三，色彩關系。在CG影像作品中合理運用對比色、同類色、互補色，正確處理色調對比、明度對比等對比關系，以及處理好非同色、同色、同明度、同純度等協(xié)調關系，就能讓CG作品的氛圍營造、色彩搭配、物體關系達到最佳的平衡，營造出獨一無二的視覺效果。

2.2 細致入微的建模

3D建模技術最大的好處在于可以讓創(chuàng)作者像雕塑大師那樣，從無到有地創(chuàng)作出想象中的虛擬場景。這項技術的問世使影視從業(yè)者不再需要花費大量精力去制作實體模型，僅通過電腦就可以完成建模。無論是自然界的物體還是人造的物體，都能以三維模型的形式來表現(xiàn)。在CG建模中，一般采用多邊形、曲面片、構造實體幾何（CGS）等表示方法。

電影《阿凡達》史無前例地將表示物體的多邊形數(shù)量從以往的百萬級別增加到十億級別。隨著多邊形數(shù)量的增加，其建模精度達到新的高度，極大地提升了影片的真實度。當然，數(shù)量的倍增也意味著其對計算機的渲染和處理能力有著極高的要求。

2.3 模擬光照及光線追蹤

燈光在影像藝術中有著舉足輕重的地位，它不僅可以營造出空間的立體感，還可以用來表達影片創(chuàng)作者的主觀情感。在CG影像中，燈光是不可或缺的一環(huán)。虛擬空間中的一切物體呈現(xiàn)都需要燈光的配合，它既是讓模型產(chǎn)生漫射的基本要素，又是一種重要的造型方式和色彩表達方式。近年來，光線追蹤技術在CG中得到了越來越多的應用。

光線追蹤技術能夠提供令人難以置信的真實光照，它一經(jīng)面世就擊敗了世界上所有的模擬光照技術，成為CG影像制片的新寵兒。實質上，這種技術能夠使用算法跟蹤光的軌跡，并且模仿光線和虛擬物體之間的交互。影視從業(yè)者可以借助光線追蹤技術創(chuàng)作更逼真的陰影和反射效果，同時還可以大大改善半透明度和散射。這種算法以類似于人眼的方式處理真實光線，利用陰影和反射的方式來考慮光線擊中的位置，并計算其中的交互和相互影響，人們觀察到的物體色彩也受到了光線照射物體方式的影響。

2.4 擬真材質貼圖

在三維建模軟件中，“材質”通常是指物體表面的可視屬性集合，常見的材質系統(tǒng)包括透明度、漫射、金屬反射率、顏色、法線等。三維造型軟件生成的模型只是一種具有形體的純色塊，是一個可編輯的線框模型，它的表面沒有任何材質。在燈光的照射和烘焙下，只會產(chǎn)生均勻的漫射光，所以必須對它進行加工，添加各種材質以及法線、層菲涅爾等。常用的環(huán)境材質球見圖3。

在CG影像創(chuàng)作中，要實現(xiàn)材質真實，一般有兩種方法：一種是調整各種參數(shù)，讓模型材質球表面的視覺屬性與現(xiàn)實世界相符，達到貼近物理現(xiàn)實的效果；另一種是利用貼圖的手段，將材質貼圖“粘貼”到模型的表面。第一種方法基于計算機算法函數(shù)，直接生成材質的紋理，其中包含顏色、反射率、高光、漫反射等大量的視覺參數(shù)，操作流程比較煩瑣。第二種方法相對比較簡單，利用Pixplant等貼圖軟件，將一張拍攝的紋理圖處理成無縫貼圖，并通過紋理本身生成（法線凹凸、置換、Alpha等）通道貼圖，然后直接將具體的材質圖片和通道貼圖賦予線框模型，再對它進行細節(jié)處理。當前，CG從業(yè)者會綜合使用上述兩種方式。除非非常仔細地貼近觀察，否則其材質已經(jīng)可以騙過大部分人的眼睛，可以說達到以假亂真的地步。

2.5 動作真實

CG影像帶來的感官真實，不僅涉及外在形體的真實，更重要的是涉及動作真實——能讓人從中感受到情感與生命。在動捕技術問世以前，CG動畫的主流技術包括關鍵幀動畫、物體變形動畫等。但是，這些技術非常基礎，主要被應用于Flash動畫或者簡單的二維動畫中，利用關鍵幀生成的動作比較僵硬，且很難完成復雜的運動。因此，現(xiàn)在很多影視作品放棄了這種傳統(tǒng)的K幀動畫，轉而采用了骨骼系統(tǒng)技術。

這種技術會先為生物體制造出一副虛擬的骨架，再將“皮膚”附著在骨頭上，只需要稍微調整一下骨頭節(jié)點的動作，便能“牽一發(fā)而動全身”，使對象的動作變得更加真實與流暢。可以說，骨骼系統(tǒng)為虛擬生物模型注入了血肉，使虛擬模型不再空有一副皮囊［3］。

3 結語

本文探討了CG數(shù)字影像真實感的構建。通過分析數(shù)字影像的發(fā)展歷程、實際應用和相關理論基礎，可以了解到數(shù)字影像真實感的構建是一個綜合性問題，涉及多個學科領域。在研究相關文獻和搜集網(wǎng)絡資源的基礎上，本研究歸納出數(shù)字影像真實感構建的關鍵因素和常用方法，并分析了現(xiàn)有技術的優(yōu)缺點，從設計構思、建模、光照、材質、動作等方面總結了構建數(shù)字影像真實感的必要條件。

然而，本研究還存在一些不足之處。例如，需要進一步考慮如何綜合平衡多種感官要素，如視覺、聽覺等，以及需要進一步研究和探索虛擬場景的真實還原等方面。本研究主要關注數(shù)字影像的物理特性和視覺感知原理，對數(shù)字影像更深層次的文化和情感內(nèi)涵，還有待深入探究。

參考文獻：

［1］ 幸小利，楊尚鴻. CG在紀錄片中的運用與新紀錄電影觀［J］.電影評介，2009（5）：76.

［2］ 張茅萍.跨越電影CG制作中的恐怖谷效應［J］.衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2019（8）：113-114.

［3］ 孫少華.虛擬與真實的滲透：試論CG影像中的真實構建［D］.重慶：重慶大學，2017.

作者簡介：鄧云淇（2000—），男，江蘇蘇州人，碩士在讀，研究方向：數(shù)媒與影像數(shù)字化。

樊榮（1976—），女，上海人，碩士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：數(shù)字內(nèi)容策劃與設計管理。