本文以虛幻引擎作為交互動(dòng)畫(huà)制作平臺(tái)，分析交互動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)的模型規(guī)范，影視語(yǔ)言表現(xiàn)技法以及達(dá)到電影畫(huà)面藝術(shù)效果的可能性。提出基于虛幻引擎的交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)和三維動(dòng)畫(huà)制作流程架接，使動(dòng)畫(huà)導(dǎo)演在所見(jiàn)即所得的環(huán)境下可以自由交互式的安排構(gòu)圖、鏡頭運(yùn)動(dòng)、處理畫(huà)面效果，最終動(dòng)畫(huà)企業(yè)生產(chǎn)效率獲得提高。

引言

動(dòng)畫(huà)藝術(shù)從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了100多年，20世紀(jì)20年代中國(guó)動(dòng)畫(huà)開(kāi)始起步，曾經(jīng)也制作出了影響世界動(dòng)畫(huà)史的偉大作品。1995年皮克斯工作室第一部三維動(dòng)畫(huà)電影《玩具總動(dòng)員》開(kāi)創(chuàng)了動(dòng)畫(huà)的一個(gè)新時(shí)代，從此三維動(dòng)畫(huà)成為動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)的主流開(kāi)始全面發(fā)展。三維動(dòng)畫(huà)需要若干部門(mén)相互配合才能制作出來(lái)，三維動(dòng)畫(huà)精美的畫(huà)面最后需要計(jì)算機(jī)集群經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的渲染才能生成，一部動(dòng)畫(huà)電影的制作時(shí)間與渲染時(shí)間是1：1，在當(dāng)今信息高度發(fā)達(dá)的快餐文化消費(fèi)時(shí)代這種制作方式顯然已不符合時(shí)代要求，我們需要一種不提高人力成本能夠快速生成與三維動(dòng)畫(huà)相同畫(huà)面質(zhì)量的生產(chǎn)方式和技術(shù)。

交互動(dòng)畫(huà)概念與技術(shù)現(xiàn)狀

交互動(dòng)畫(huà)是種新興的數(shù)字化的動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)形式，它是計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合而逐漸形成發(fā)展而成。用游戲引擎來(lái)生產(chǎn)動(dòng)畫(huà)作品也是交互動(dòng)畫(huà)的一種，也叫“引擎電影”。結(jié)合三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)就可以運(yùn)用游戲引擎的強(qiáng)大即時(shí)渲染能力和交互性來(lái)生成三維動(dòng)畫(huà)的各個(gè)鏡頭內(nèi)容。這將成為解決三維動(dòng)畫(huà)影片生產(chǎn)效率的有效途徑之一。

實(shí)現(xiàn)交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)最關(guān)鍵的是游戲引擎，游戲行業(yè)流行的有數(shù)十種著名的游戲引擎，本文以虛幻引擎為例來(lái)實(shí)現(xiàn)交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)。首先，虛幻引擎是開(kāi)發(fā)最早的引擎之一?，F(xiàn)在全球有超過(guò)65%的3D游戲使用它來(lái)開(kāi)發(fā)制作。其次，虛幻引擎是第一個(gè)向外部推出免費(fèi)版本的大型游戲引擎。學(xué)習(xí)人群比較廣泛。最后，最新版的虛幻引擎4，集成了當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)研究成果，易用性得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，而且全部免費(fèi)，學(xué)習(xí)資源更加豐富。使用虛幻引擎開(kāi)發(fā)游戲獲得收益后需要支付定的授權(quán)費(fèi)用，但對(duì)于建筑模擬、可視化電影項(xiàng)目、承包項(xiàng)目和咨詢(xún)項(xiàng)目不需要支付版權(quán)費(fèi)。

交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑

1.實(shí)現(xiàn)交互動(dòng)畫(huà)的模型規(guī)范

三維動(dòng)畫(huà)和游戲內(nèi)容都會(huì)包含場(chǎng)景、角色、道具等元素，這些元素統(tǒng)稱(chēng)為“模型”，制作三維模型的工具有Maya、3DMax等軟件，而這些軟件也是三維動(dòng)畫(huà)制作的主力工具，游戲引擎只需要用到它們的模型功能。兩者對(duì)模型的規(guī)范和技術(shù)要求不盡相同。以虛幻引擎來(lái)制作交互動(dòng)畫(huà)的模型規(guī)范有以下幾個(gè)方面。

（1）由于多邊形可以任意拓?fù)渌阅Ｐ偷拿鏀?shù)一定要合理分布。一般分為幾種情況：首先一般情況下，背景模型面數(shù)在5000面以?xún)?nèi)；單個(gè)道具模型面數(shù)在5000面以?xún)?nèi)；單個(gè)角色模型（配角）在10000面以?xún)?nèi)，主角模型在20000面以?xún)?nèi)。其次如果鏡頭有特寫(xiě)或近景，道具面數(shù)在10000面以?xún)?nèi)，主角可以到50000面以?xún)?nèi)。最后所有的模型在制作過(guò)程中一定要做高、中、低三個(gè)等級(jí)面數(shù)的模型，這樣就可以根據(jù)景別靈活使用。虛幻引擎現(xiàn)在也能智能識(shí)別物體到鏡頭的遠(yuǎn)近分別載入不同級(jí)別的模型。

（2）交互動(dòng)畫(huà)在制作時(shí)定要用較低的模型面數(shù)通過(guò)法線(xiàn)貼圖來(lái)表達(dá)高面數(shù)模型的效果，因此低模布線(xiàn)和高模的匹配就成為一個(gè)很重要的問(wèn)題。低模布線(xiàn)涉及前面所述的面數(shù)要求，也有UV的限制和外形的表現(xiàn)等多方面都會(huì)影響低模布線(xiàn)的合理性。由于布線(xiàn)更多的是主觀因素較多，總的來(lái)說(shuō)要遵循以下幾點(diǎn)要求：首先，從剪影上看一定是圓滑的。因?yàn)榉ň€(xiàn)貼圖無(wú)論如何都只是一個(gè)貼圖無(wú)法改變外形，所以要想低模加法線(xiàn)能很好的表現(xiàn)出高模的效果就要把低模的剪影外形做的圓滑，接近高模。其次，合理整理對(duì)角線(xiàn)使布線(xiàn)上不出現(xiàn)菱形，平行四邊形或者超級(jí)大鈍角；同時(shí)使對(duì)角線(xiàn)形成的面是凸面。然后，布線(xiàn)時(shí)盡量保證每個(gè)點(diǎn)的存在都能對(duì)外形起到作用。對(duì)外形沒(méi)有起作用的點(diǎn)要?jiǎng)h掉，對(duì)外形起作用的點(diǎn)應(yīng)該使其作用充分。最后，交互動(dòng)畫(huà)中模型的細(xì)節(jié)需要法線(xiàn)貼圖來(lái)表現(xiàn)，而法線(xiàn)貼圖通常都是低模在高模的基礎(chǔ)上烘培出來(lái)的，因此低模上正確的布線(xiàn)應(yīng)該是高模和低模相互穿插。

（3）使用虛幻引擎做交互動(dòng)畫(huà)時(shí)模型文件需要帶兩套UV，一套UV承載顏色貼圖，一套UV承載光照貼圖。這兩套UV對(duì)于模型的光影表現(xiàn)起到很大的作用，因此在模型制作時(shí)應(yīng)該正確設(shè)置光滑組合理分配UV。光滑組和UV的分配緊密相關(guān)，光滑組的設(shè)置會(huì)直接影響UV的分配。光滑組的設(shè)置也會(huì)明顯的影響烘焙的效果。

（4）制作模型前檢查單位是否設(shè)置正確。以3DMax為例，它的默認(rèn)單位與虛幻引擎的單位差別很大，Max以米或者毫米等國(guó)際單位為標(biāo)準(zhǔn)，虛幻引擎卻是自己的規(guī)則UU，所以我們要在制作模型的時(shí)候統(tǒng)一尺寸，外部顯示單位設(shè)為Meters；內(nèi)部系統(tǒng)單位設(shè)1Unit=1.438cm。

（5）檢查模型坐標(biāo)是否設(shè)置正確，首先檢查坐標(biāo)是否歸零；其次檢查模型上的坐標(biāo)軸是否符合拼接規(guī)律；最后檢查模型軸向是否正確。

（6）為每個(gè)模型制作碰撞體。碰撞體的制作應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：BOX與BOX之間應(yīng)隔開(kāi)一定的距離，不能穿插與重疊；BOX的各個(gè)面上的點(diǎn)必須4點(diǎn)共面；整個(gè)Collision的中心點(diǎn)必須與物體的中心點(diǎn)對(duì)齊；碰撞模型也必須按照一個(gè)特殊約定來(lái)進(jìn)行命名。通過(guò)使用此約定，可以使得虛幻引擎自動(dòng)檢測(cè)碰撞模型的存在并將其應(yīng)用于靜態(tài)網(wǎng)格物體。

2.交互動(dòng)畫(huà)中的影視語(yǔ)言表現(xiàn)

電影通過(guò)攝像機(jī)所拍攝出來(lái)的畫(huà)面來(lái)向觀眾講故事，如何把故事講好就需要導(dǎo)演運(yùn)用電影鏡頭語(yǔ)言向觀眾表達(dá)故事情節(jié)。電影鏡頭語(yǔ)言主要有三種類(lèi)型：首先是攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式，如推、拉、搖、移、跟等形式；其次是攝像機(jī)拍攝的景別，如遠(yuǎn)景、全景、中景、近景、特寫(xiě)等；最后是攝像機(jī)各個(gè)鏡頭之間銜接關(guān)系處理，也就是畫(huà)面剪輯，如淡入淡出、入畫(huà)出畫(huà)、疊、化、閃回、蒙太奇等處理技巧。一部電影一定是由鏡頭語(yǔ)言的綜合運(yùn)用來(lái)呈現(xiàn)的。

在虛幻引擎中實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式主要通過(guò)調(diào)整虛擬攝像機(jī)的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)屬性就可以實(shí)現(xiàn)，而且長(zhǎng)鏡頭的跟拍效果只需要在要跟拍的人或物的屬性中添加虛擬攝像機(jī)組件就可以做到。在虛幻引擎中能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬攝像機(jī)的多種機(jī)位運(yùn)動(dòng)拍攝，那么就可以在引擎中任意地方無(wú)限多的放置虛擬攝像機(jī)，從而可以營(yíng)造不同的景別關(guān)系為交互動(dòng)畫(huà)增加藝術(shù)感染力。鏡頭焦距對(duì)于景別以及劇情表達(dá)也很重要。在虛幻引擎中解決鏡頭焦距可以在虛擬攝像機(jī)的屬性設(shè)置中找到鏡頭設(shè)置選項(xiàng)，下拉菜單中可以很方便的找到從12毫米到200毫米焦距的攝影機(jī)，甚至可以到無(wú)限大焦距，使交互動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作更靈活。

3.交互動(dòng)畫(huà)中的藝術(shù)化效果處理

（1）畫(huà)面景深效果處理。景深有助于表現(xiàn)畫(huà)面的層次感，同時(shí)能夠突出拍攝主體。景深對(duì)于真實(shí)的電影拍攝只需要選擇正確的鏡頭并保持適當(dāng)?shù)木嚯x就能達(dá)到理想的景深效果，而三維動(dòng)畫(huà)可以用計(jì)算時(shí)間來(lái)?yè)Q優(yōu)質(zhì)的景深效果，作為引擎就要審慎的使用景深計(jì)算。虛幻引擎的景深計(jì)算已經(jīng)作了很好的優(yōu)化，但一般景深效果選項(xiàng)處于關(guān)閉狀態(tài)，在虛擬攝像機(jī)后期特效選項(xiàng)中打開(kāi)后效果不定是最好的狀態(tài)，需要不斷的調(diào)試和探索才能取得好的效果。通過(guò)本課題的項(xiàng)目實(shí)踐可以總結(jié)出在其他參數(shù)不變的情況下，對(duì)焦距離參數(shù)決定了清晰的位置。

（2）動(dòng)態(tài)陰影與次表面光照效果處理。影視動(dòng)畫(huà)作品中場(chǎng)景和角色是少不了的元素，角色在場(chǎng)景中活動(dòng)和表演，他所產(chǎn)生的陰影就在和場(chǎng)景發(fā)生關(guān)聯(lián)，而且角色和角色的陰影也會(huì)互動(dòng)。為了畫(huà)面更真實(shí)空問(wèn)關(guān)系更明確，陰影也應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的并且和各種元素互動(dòng)。在三維動(dòng)畫(huà)軟件中可以通過(guò)Shadow Mapping技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但在自然界中光線(xiàn)是非常復(fù)雜的，這項(xiàng)技術(shù)不能很好的模擬出本影和半影，要實(shí)現(xiàn)真實(shí)的動(dòng)態(tài)陰影要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的設(shè)置和漫長(zhǎng)的渲染實(shí)現(xiàn)。在虛幻引擎中為解決動(dòng)態(tài)陰影計(jì)算量的問(wèn)題把陰影分為靜態(tài)陰影和動(dòng)態(tài)陰影兩類(lèi)，不活動(dòng)的場(chǎng)景和物體采用預(yù)渲染的方式做成靜態(tài)陰影貼圖存儲(chǔ)在內(nèi)存中共引擎調(diào)用，活動(dòng)的角色和物體投影做成動(dòng)態(tài)陰影進(jìn)行細(xì)致計(jì)算還原出真實(shí)陰影，從而解決效率和質(zhì)量問(wèn)題。

次表面光照技術(shù)指光線(xiàn)射人半透明物體內(nèi)部后發(fā)生散射最后射出物體并進(jìn)入視野中產(chǎn)生的現(xiàn)象。在三維動(dòng)畫(huà)中這種材質(zhì)的物體非常多見(jiàn)，如樹(shù)葉、蠟燭、玉石、人體、動(dòng)物等都具有這種特征。次表面散射材質(zhì)是高質(zhì)量渲染中最復(fù)雜的材質(zhì)之一，為了更真實(shí)的畫(huà)面效果各大引擎和三維渲染軟件都有相應(yīng)的功能與設(shè)置。虛幻引擎的次表面光照主要在材質(zhì)編輯器中開(kāi)啟。

（3）運(yùn)動(dòng)模糊與抗鋸齒效果處理。運(yùn)動(dòng)模糊是影視作品中很常見(jiàn)的效果，它是一種物理現(xiàn)象，由于攝像機(jī)與被攝體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的圖像模糊，因?yàn)橛羞\(yùn)動(dòng)模糊才會(huì)使連續(xù)的畫(huà)面看起來(lái)相對(duì)平滑和順暢。三維動(dòng)畫(huà)軟件與游戲引擎是通過(guò)計(jì)算虛擬的模型得到畫(huà)面，軟件渲染清晰的圖像很容易做到，但要計(jì)算運(yùn)動(dòng)模糊的圖像則需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算得到。虛幻引擎要啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)模糊比較方便，只需到每個(gè)要產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊的虛擬攝像機(jī)屬性中打開(kāi)Motion Blur選項(xiàng)即可，但選項(xiàng)中的數(shù)值調(diào)整需要根據(jù)具體情況細(xì)心調(diào)整。運(yùn)動(dòng)模糊效果只有在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)比較明顯，所以調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)應(yīng)該在運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面下調(diào)整才能準(zhǔn)確判斷；在靜止不動(dòng)或輕微運(yùn)動(dòng)的鏡頭下可以不開(kāi)啟該效果，增加交互動(dòng)畫(huà)的實(shí)時(shí)性。

隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像的產(chǎn)生，圖形圖像邊緣的鋸齒現(xiàn)象就一直存在著，為了獲得更好的圖像效果和細(xì)節(jié)就有了抗鋸齒的概念。對(duì)于三維動(dòng)畫(huà)和游戲引擎來(lái)說(shuō)，3D圖像中受分辨率的制約物體邊緣總會(huì)或多或少的呈現(xiàn)三角形鋸齒，而抗鋸齒就是對(duì)圖像邊緣進(jìn)行柔化處理，使圖像更平滑更接近實(shí)物?？梢?jiàn)抗鋸齒可以有效提高畫(huà)面藝術(shù)效果，特別是屏幕4K時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，抗鋸齒就顯得尤為重要。目前抗鋸齒技術(shù)和手段已經(jīng)進(jìn)化到第四代，但在三維動(dòng)畫(huà)軟件和游戲引擎上也還是要消耗巨大的計(jì)算資源來(lái)實(shí)現(xiàn)抗鋸齒效果。虛幻引擎的抗鋸齒是目前最新的技術(shù)，可以在虛擬攝像機(jī)屬性菜單選擇2種抗鋸齒主流算法。制作交互動(dòng)畫(huà)時(shí)抗鋸齒要根據(jù)運(yùn)行機(jī)器的性能以及畫(huà)面輸出分辨率慎重選擇，否則就容易造成畫(huà)面幀速率太低影響交互操作以及輸出畫(huà)面的連續(xù)性。

結(jié)論

技術(shù)創(chuàng)造生產(chǎn)力。隨著虛幻引擎創(chuàng)造的交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)不斷提升其所呈現(xiàn)的畫(huà)面質(zhì)量也越來(lái)越高，雖說(shuō)現(xiàn)在還不能完全超越好萊塢式大制作動(dòng)畫(huà)電影效果，但對(duì)于TV動(dòng)畫(huà)、微電影、動(dòng)畫(huà)短片、電視廣告等行業(yè)的畫(huà)面只質(zhì)量要求已經(jīng)可以完全勝任。在國(guó)家提倡大力發(fā)展文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的背景下，推廣以交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)的方式創(chuàng)作影視藝術(shù)作品，就能夠滿(mǎn)足當(dāng)前人們對(duì)快餐式文化消費(fèi)的需求。

（作者單位：蘇州工業(yè)園區(qū)服務(wù)外包職業(yè)學(xué)院）

作者簡(jiǎn)介：張宏波，男，（1979-），湖北隨州人，工程碩士，講師，工藝美術(shù)師，蘇州工業(yè)園區(qū)服務(wù)外包職業(yè)學(xué)院人文藝術(shù)學(xué)院教師，研究方向：三維動(dòng)畫(huà)，游戲引擎。

項(xiàng)目基金：蘇州工業(yè)園區(qū)服務(wù)外包職業(yè)學(xué)院科研課題“基于虛幻引擎的交互動(dòng)畫(huà)技術(shù)研究”（項(xiàng)目號(hào)：ky-xiy302）；