計算機三維動畫制作流程與未來發展趨勢

摘 要：隨著技術的不斷進步，三維動畫制作流程變得更加高效、效果也更逼真。本文概述了三維動畫的制作流程，探討了實時渲染、人工智能輔助設計、虛擬現實和增強現實等新型技術對未來三維動畫制作的影響。從更高的自動化水平、更廣泛的應用領域以及更加沉浸式的用戶體驗等方面，預測了未來三維動畫行業的發展趨勢，為研究三維動畫制作提供理論參考。

關鍵詞：三維動畫；制作流程；實時渲染；人工智能；虛擬現實；增強現實

中圖分類號：TP39；J218.7" 文獻標識碼：A" 文章編號：1673-260X（2025）01-0023-03

近年來，隨著計算機技術的飛速發展，三維動畫制作在影視、游戲、廣告等領域得到了廣泛應用[1]。三維動畫作為一種數字化的視覺呈現形式，具有逼真的效果和豐富的表現形式，能夠吸引觀眾的注意力，傳遞更加生動的信息。作為當今數字創意領域中炙手可熱的技術之一，隨著計算機圖形學的發展，三維動畫制作方式在不斷變化，結合不同的軟件具有不同的特點和優勢，為此，本文集中探討三維動畫制作流程，展望其未來發展的趨勢和前景。

1 計算機三維動畫概述

1.1 概念定義

計算機三維動畫，簡稱3D動畫，是指通過計算機軟件模擬三維空間中的物體運動、光線照射和材質表現，創造出逼真的動態視覺效果的數字藝術形式[2]。它不同于傳統的二維動畫，3D動畫能夠提供更為立體、真實的視覺效果，如圖1所示，使觀眾能夠從多個角度欣賞到動畫中的場景和角色。

1.2 應用范疇

計算機三維動畫廣泛應用于電影、電視、游戲、廣告、教育等多個領域。在電影制作中，3D動畫能夠創造出震撼的視覺效果，例如，科幻電影中的外星世界、奇幻電影中的魔法場景等；在游戲開發中，3D動畫提供了豐富的角色和場景，增強游戲體驗；廣告領域則利用3D動畫展示產品特點，強化宣傳效果；教育領域則通過3D動畫模擬復雜概念，幫助學生理解。

2 計算機三維動畫的制作流程分解

2.1 前期設計

前期設計包含故事板、概念設計、造型設計與3D建模。首先，故事板是動畫制作的藍圖階段，它將劇本轉化為一系列的圖像，描述了動畫中的每個鏡頭和場景。概念藝術家會根據故事板創建視覺概念圖，為動畫設定風格和視覺基調[3]。其次，造型設計包括人物造型、動物造型、器物造型等設計，設計內容包括角色的外形設計與動作設計，造型設計的要求比較嚴格，包括標準造型、剖面圖、結構圖、比例圖、道具服裝分解圖等，如圖2所示。建模是創建三維動畫中角色、場景和道具的幾何形狀的過程。藝術家使用3D建模軟件（如Blender、Maya或3ds Max）來構建模型。模型可以是硬表面的，如汽車或建筑，也可以是有機的，如人物或動物。

2.2 中期階段

中期階段主要包含材質、貼圖、紋理、燈光及攝影機等內容。首先，在3D模型創建完成后，需要為模型添加材質和紋理，使其看起來更加真實。材質定義了物體表面的屬性，如顏色、反光度和透明度。其次，貼圖材質即材料的質地，就是把模型賦予生動的表面特性，具體體現在物體的顏色、透明度、反光度、反光強度、自發光及粗糙程度等特性上[4]。紋理則是貼在模型表面的圖像，用來增加細節，如皮膚的紋理或磚墻的裂縫。最后，燈光是三維動畫中非常重要的環節，它不僅決定了場景的氛圍，還影響著觀眾的視覺感受。藝術家會設置不同的光源，如點光源、聚光燈和環境光，來模擬現實世界中的光照效果。完成上述設置后，利用攝影機捕捉場景中的動作。依照攝影原理在三維動畫軟件中使用攝影機工具，實現分鏡頭劇本設計的鏡頭效果，攝像機的位置變化也能使畫面產生動態效果。

2.3 后期階段

后期階段主要包括動畫制作、渲染剪輯、剪輯及后期合成制作等環節。首先，動畫是給模型賦予生命的過程。動畫師會使用關鍵幀技術來定義角色或物體在特定時間點的位置和姿態。通過在關鍵幀之間插值，軟件可以生成平滑的運動。高級動畫技術包括骨骼綁定、蒙皮和物理模擬。其次，渲染已設置好的動畫動作，將三維場景轉換成二維圖像。這個過程需要大量的計算資源，計算場景中每個物體的光照、陰影、反射和折射等效果[5]。渲染可以是實時的，也可以是預先計算好的，完成后進行渲染影片初步剪輯。最后，開展后期制作包括對渲染出的圖像進行顏色校正、添加特效、合成和聲音設計等。聲音設計涵蓋了配音、音效和背景音樂的添加，完成的動畫需要被輸出成適合不同平臺和媒介的格式，輸出的格式亦需要考慮分辨率、幀率和壓縮等因素。

需要注意的是，整個三維動畫的制作流程是一個復雜且需要團隊合作的過程。從故事板到最終輸出，每個步驟都需要藝術家和工程師的精心設計和調整，以確保最終產品能夠達到預期的藝術效果和質量標準。

3 計算機三維動畫未來發展趨勢梳理

3.1 技術層面：制作技術簡易，成本下降

隨著計算機硬件性能的不斷提升和軟件算法的不斷進步，計算機三維動畫技術正迎來前所未有的發展機遇。一方面，渲染技術的革新是未來發展的關鍵。實時光線追蹤技術（Ray Tracing，RT）已經開始在高端游戲和動畫制作中得到應用，它能夠提供更加逼真的光影效果，未來這一技術將更加普及，使得動畫制作的效率和質量得到雙重提升。另一方面，人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術在三維動畫中的應用將越來越廣泛。AI可以用于自動化的動畫制作流程。例如，通過機器學習算法自動生成動畫中的某些動作，或者輔助動畫師進行面部表情捕捉和動作捕捉數據的處理。此外，AI還可以用于優化渲染過程，減少所需的計算資源和時間。云計算和分布式計算亦將成為未來三維動畫制作的重要支撐。通過云平臺，動畫師可以遠程協作，共享資源，進行大規模的渲染作業，這將極大地提高工作效率，降低制作成本。

3.2 應用層面：應用范疇豐富，體驗加強

目前，三維動畫的應用領域非常廣泛，包括電影、電視、游戲、虛擬現實（Virtual Reality，VR）、增強現實（Augmented Reality，AR）以及教育和醫療等。在電影和電視行業，三維動畫技術已經廣泛應用于特效制作和虛擬角色的創造。在未來，隨著技術的進一步發展，三維動畫將更加無縫地融入實拍場景中，觀眾將難以分辨真實與虛擬的界限。其中，游戲行業是三維動畫技術的另一個重要應用領域。隨著VR和AR技術的成熟，三維動畫將為玩家提供更加沉浸式的游戲體驗。例如，利用Blender、C4D等開源的三維動畫軟件開發的各類沉浸式游戲，如圖3所示，其場景真實感強，界面直觀，容易上手，其游戲體驗將不再局限于視覺上的真實感，結合VR智能設備通過觸覺反饋、空間音效等多感官體驗，使玩家感受到更加生動的游戲世界[6]。同時，在教育和醫療領域，三維動畫技術同樣具有巨大的潛力。例如，在醫學教育中，三維動畫可以用來展示復雜的解剖結構和手術過程，幫助學生更好地理解和學習。在醫療領域，三維動畫可以用于患者教育，幫助他們理解自己的病情和治療方案。

3.3 產業層面：產業需求擴大，崗位增多

隨著三維動畫技術的不斷成熟和應用領域的不斷拓展，相關產業也將迎來新的增長點。一方面，內容創作和分發平臺將更加多元化。隨著互聯網和移動設備的普及，動畫內容的創作和觀看將不再局限于傳統的電影和電視，而是通過各種在線平臺進行傳播，觀眾可以隨時隨地觀看高質量的三維動畫內容。另一方面，隨著技術門檻的降低，獨立動畫師和小型工作室將有更多的機會參與到大型項目中。開源軟件和云服務的普及使得小型團隊也能夠享用先進的工具和資源，這將促進整個行業的創新和多樣性。此外，隨著三維動畫技術在各行各業的廣泛應用，相關教育和培訓需求也將增加。在未來，將有更多高校和培訓機構開設三維動畫和相關技術的課程，為行業輸送專業人才。

4 結語

隨著計算機技術的飛速發展，三維動畫制作流程正經歷著前所未有的變革。從傳統的線性制作流程到如今的實時渲染和AI輔助設計，三維動畫的制作效率和質量都有了顯著提升。隨著虛擬現實和增強現實技術的成熟，未來三維動畫設計將為用戶提供更加沉浸式的體驗。總體而言，三維動畫的未來是光明的，它將繼續推動數字娛樂產業的發展，并為人們帶來更加豐富多彩的視覺享受。

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參考文獻：

〔1〕劉立.基于UE5引擎的三維動畫制作流程探析[J].美術教育研究，2023，7（19）：119-121.

〔2〕陳梓涵.面向影視動畫制作流程的三維數據視頻生成方法研究[D].桂林：桂林電子科技大學，2023.

〔3〕梁天昊，柴艷霞.“三渲二”和二維技術在動畫制作中的應用研究[J].現代電影技術，2022，27（10）：31-35.

〔4〕廖俊.三維動畫技術在二維動畫中的應用[J].電子技術與軟件工程，2020，16（23）：126-127.

〔5〕鄭舒逸.探究VR技術在三維動畫制作前期的影響[J].傳播力研究，2019，3（32）：201.

〔6〕胡暢平.三維動畫制作流程[J].當代教育理論與實踐，2024，16（02）：56-62.