王簫音

摘 要：本文主要研究非真實(shí)材質(zhì)渲染技術(shù)在二維與三維相結(jié)合的場(chǎng)景制作方法，分析非真實(shí)材質(zhì)渲染在場(chǎng)景制作中應(yīng)用的案例，并重點(diǎn)闡述案例中分析道具卡通渲染在場(chǎng)景鏡頭對(duì)位的方法，總結(jié)非真實(shí)材質(zhì)渲染在二維場(chǎng)景表現(xiàn)效果的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：非真實(shí)材質(zhì)材質(zhì)渲染；卡通渲染；二維動(dòng)畫場(chǎng)景

中圖分類號(hào)：J218.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2017）32-0268-02

一、非真實(shí)材質(zhì)渲染技術(shù)的發(fā)展

非真實(shí)材質(zhì)渲染（又稱Non-photorealistic rendering，NPR）是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一類渲染技術(shù)，主要是模擬藝術(shù)式的繪畫風(fēng)格，也用于發(fā)展新繪畫風(fēng)格。NPR技術(shù)和傳統(tǒng)的二維動(dòng)畫不同，NPR技術(shù)受到各種藝術(shù)風(fēng)格的影響，如油畫、素描、蠟筆、水墨的影響。許多NPR技術(shù)都是三維渲染技術(shù)的變體，并且基于二維圖像處理技術(shù)。①NPR技術(shù)有時(shí)也稱為卡通渲染（Cel-Shading），卡通渲染（Cel-Shading）是目前常見的三維建模和二維材質(zhì)相結(jié)合的新興的3D渲染技術(shù)，軟件根據(jù)造型的形態(tài)和光照自動(dòng)的生成造型的邊緣線并且對(duì)材質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)一化，渲染出的模型結(jié)果只有亮面、陰影面和輪廓線，與二維描寫上色也是很相似的，三維造型可以任意地轉(zhuǎn)換視角，不會(huì)有手繪的形態(tài)變化。這樣渲染的效果看起來不像三維真實(shí)渲染那樣生硬，具有卡通的質(zhì)感。畫面效果使人想起帶有黑色輪廓和有些單色的漫畫書上的繪畫。三維渲染二維的卡通渲染繼承了二維以平涂寫意的方式描述對(duì)象和簡(jiǎn)潔明快的風(fēng)格，有著二維繪畫的親切感，在場(chǎng)景的鏡頭方面也發(fā)揮了三維的特點(diǎn)，具備了獨(dú)特的藝術(shù)風(fēng)格和視覺吸引力。NPR技術(shù)已經(jīng)以卡通渲染（Cel-Shading）的形式出現(xiàn)在電影、動(dòng)畫、電子游戲中，應(yīng)用在藝術(shù)動(dòng)畫和實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫的創(chuàng)作上，追求更個(gè)性的動(dòng)畫風(fēng)格。非真實(shí)材質(zhì)渲染技術(shù)，開辟了2D 和3D 動(dòng)畫技術(shù)結(jié)合的途徑，也開創(chuàng)了三維動(dòng)畫模擬二維動(dòng)畫的新思路。

二、非真實(shí)材質(zhì)渲染技術(shù)在二維動(dòng)畫場(chǎng)景中的應(yīng)用

隨著影視動(dòng)畫的畫面審美的需求不斷提高，單一缺乏變化的三維渲染的畫面效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到觀眾的視覺體驗(yàn)。目前在國內(nèi)外影視動(dòng)畫的場(chǎng)景制作采取卡通渲染和二維手繪渲染相結(jié)合的案例越來越普及，視覺效果也更加個(gè)性與豐富。主要原因是技術(shù)的發(fā)展足以支撐觀眾的審美水平，在制作上也比較經(jīng)濟(jì)，避免了二維場(chǎng)景透視繪制的壓力，可以說是計(jì)算機(jī)解放了大量的生產(chǎn)力。

特別是上個(gè)世紀(jì)九十年代以來，二維動(dòng)畫影片中的大場(chǎng)面表現(xiàn)上開始結(jié)合三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)。比如，日本動(dòng)畫《蘋果核戰(zhàn)記》是比較早在場(chǎng)景上運(yùn)用非真實(shí)材質(zhì)渲染的技術(shù)的影片，從早可以體會(huì)由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的還不是很成熟，角色和場(chǎng)景的結(jié)合上還是比較明顯，風(fēng)格不夠統(tǒng)一。但是從另一個(gè)方面上講，三維渲染技術(shù)，在建筑、機(jī)械、無生命的物體的表現(xiàn)上更有優(yōu)勢(shì)。比如，PDI的《釣魚》中NPR渲染和關(guān)于空間錯(cuò)誤的超現(xiàn)實(shí)主義喜劇。迪斯尼的《鐘樓怪人》展示了三維計(jì)算機(jī)生成的五彩紙屑、人群和建筑細(xì)節(jié)。②夢(mèng)工廠的《小馬王》創(chuàng)造性地應(yīng)用了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)和卡通渲染。

三、“剛體”卡通渲染與二維動(dòng)畫場(chǎng)景對(duì)位的方法解析

在三維與二維結(jié)合制作的動(dòng)畫片中，道具的制作多采用“剛體”的卡通渲染技術(shù)。場(chǎng)景制作中所謂的“剛體”的理解，通常是指“機(jī)械”的無生命的物體。比如運(yùn)動(dòng)的“汽車”、“飛機(jī)”、“輪船”和“機(jī)器人”等。③“剛體”一般都是比較“硬”的材質(zhì)物體，運(yùn)動(dòng)幅度大，體積感強(qiáng)，這樣的特性比較符合三維制作的特點(diǎn)。

“剛體”動(dòng)畫場(chǎng)景鏡頭的表現(xiàn)上一般有兩種情況：一類是在運(yùn)動(dòng)的鏡頭中應(yīng)用：在運(yùn)動(dòng)的鏡頭中，鏡頭中的場(chǎng)景和道具都在運(yùn)動(dòng)，這種在后期制作上比較有難度的。一類是在固定鏡頭中的應(yīng)用：一般是鏡頭的機(jī)位是不動(dòng)的，但是鏡頭中道具是遠(yuǎn)動(dòng)的，這類鏡頭只需要在固定的背景和“剛體”運(yùn)動(dòng)的透視關(guān)系匹配。在固定的鏡頭中，“剛體”本身運(yùn)動(dòng)，但是沒有攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)，透視關(guān)系就不會(huì)發(fā)生變化。這樣3D和2D的對(duì)位問題就比較簡(jiǎn)單。現(xiàn)在很多動(dòng)畫片都采取這種形式來實(shí)現(xiàn)。

在二維動(dòng)畫場(chǎng)景中，尤其是運(yùn)動(dòng)的鏡頭中，“剛體”作為場(chǎng)景中比較特殊的元素，物體運(yùn)動(dòng)的透視變化比較大，細(xì)節(jié)也比較復(fù)雜，二維繪制很困難。為了達(dá)到更加細(xì)膩的手繪效果，可以考慮運(yùn)用三維軟件，先按照概念設(shè)計(jì)圖制作簡(jiǎn)模，通過二維材質(zhì)貼圖達(dá)到和場(chǎng)景匹配的二維手繪的效果。比如在《美麗城三重奏》中，三維卡通渲染汽車和自行車和二維手繪的山路完美的結(jié)合在一起。在場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)鏡頭中，“剛體”與二維場(chǎng)景對(duì)位問題是個(gè)難度。如圖1所示。

在后期制作中場(chǎng)景和道具匹配的方法有很多：

一種是手動(dòng)匹配，主要在后期軟件中，手動(dòng)對(duì)位透視關(guān)系，這個(gè)方法比較簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際操作中需要一定經(jīng)驗(yàn)，要手動(dòng)匹配透視關(guān)系，主要是找到二維場(chǎng)景繪制透視的消失點(diǎn)，與三維透視相吻合，并且使攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)和角色運(yùn)動(dòng)的速度要一致。

另一種是利用跟蹤軟件匹配，由于二維場(chǎng)景是平面的，一般需要在制作好鏡頭運(yùn)動(dòng)的攝像機(jī)動(dòng)畫，再把三維道具放入跟蹤軟件中，處理與場(chǎng)景的攝像機(jī)動(dòng)畫跟蹤匹配，設(shè)置場(chǎng)景的跟蹤點(diǎn)或者自動(dòng)跟蹤，這樣跟蹤出攝像機(jī)的路徑，再導(dǎo)入三維軟件中，調(diào)整道具的三維動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)，這樣道具就和場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)就可以完全匹配。

四、非真實(shí)材質(zhì)渲染技術(shù)在二維動(dòng)畫場(chǎng)景制作中的優(yōu)勢(shì)

非真實(shí)材質(zhì)渲染的場(chǎng)景制作的優(yōu)勢(shì)在于：首先方便攝像機(jī)的靈活調(diào)度；其次，在視點(diǎn)、視角、視距的設(shè)置上更加隨意；再次，景別和景物的透視關(guān)系上更加準(zhǔn)確。

目前很多影視動(dòng)畫大片的場(chǎng)景表現(xiàn)比較宏大，鏡頭的運(yùn)動(dòng)也具有視覺沖擊力。但是傳統(tǒng)繪制手法完成的環(huán)境設(shè)計(jì)無論如何都是平面上對(duì)三維環(huán)境的模擬，有很大的局限性。我們可以考慮應(yīng)用三維技術(shù)搭建一個(gè)三維虛擬的立體環(huán)境，對(duì)于導(dǎo)演、設(shè)計(jì)師及其他各部門所提供了有效的參考。當(dāng)然同時(shí)也要考慮成本和時(shí)間，三維場(chǎng)景的搭建只需要采用簡(jiǎn)單的，相對(duì)粗糙的模型來完成。這樣制作方便了鏡頭的調(diào)度、運(yùn)動(dòng)主體調(diào)度、視點(diǎn)、視距、視角的選擇以及畫面構(gòu)圖、景物透視、空間想象等方面的制作。④endprint

（一）平面效果與體積感表現(xiàn)

二維動(dòng)畫場(chǎng)景的畫面所呈現(xiàn)場(chǎng)景的平面空間效果，真實(shí)材質(zhì)真實(shí)渲染效果很難表現(xiàn)細(xì)膩的二維繪畫風(fēng)格，而非真實(shí)材質(zhì)渲染是三維建模與二維材質(zhì)相結(jié)合的動(dòng)畫制作手法來表現(xiàn)畫面中的縱伸特點(diǎn)，結(jié)合了三維與二維手法的各自優(yōu)勢(shì)，有平面繪畫的筆觸感，簡(jiǎn)潔明了效果，又有真實(shí)的體積、空間透視的變化。

（二）色彩與線條表現(xiàn)

二維場(chǎng)景繪制由于強(qiáng)調(diào)制作中的手繪成分，畫面線條的作用就顯得尤為突出。這正因?yàn)槭掷L場(chǎng)景的畫面色彩比較夸張且色塊概念強(qiáng)，就必須通過線條來區(qū)分同一事物中不同的塊面。一般三維動(dòng)畫場(chǎng)景是沒有物體的框線概念，再現(xiàn)的是真實(shí)的三維效果，所以色彩上沒有對(duì)比和夸張表現(xiàn)，更難表現(xiàn)色彩的微妙的變化。非真實(shí)材質(zhì)渲染在材質(zhì)制作上與二維繪制相同，線條成為很重要的組成部分，再加以三維模型的立體感和光線明暗的變化來區(qū)分同一事物中不同的塊面。

用立方體為例，卡通渲染可以用二維貼圖來表現(xiàn)兩個(gè)面的交接處的結(jié)構(gòu)關(guān)系，還可以考慮畫出交界線條或兩個(gè)面顏色的變化。再加上模型本身的立體光源的位置，使得視覺效果和二維手繪場(chǎng)景達(dá)到統(tǒng)一，而且卡通渲染的效果概括性強(qiáng)，賦予變化，讓觀眾沉浸在豐富的色彩當(dāng)中。

（三）光與影的表達(dá)

二維場(chǎng)景動(dòng)畫光影效果趨于整體，可以在平面軟件中進(jìn)行分層繪制。非真實(shí)材質(zhì)渲染本身的陰影關(guān)系可以透過三維軟件的渲染設(shè)置中進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，也可以在二維貼圖繪制過程中調(diào)整光源色彩效果，這樣二維場(chǎng)景和渲染的場(chǎng)景兩者結(jié)合后，場(chǎng)景不僅色調(diào)明快，同時(shí)具備了真實(shí)物體的光線明暗層次變化，視覺沖擊力強(qiáng)烈。

（四）景深的表達(dá)

二維動(dòng)畫場(chǎng)景繪制通過環(huán)境色，語境色，遠(yuǎn)近用色對(duì)比來表現(xiàn)遠(yuǎn)近景物的虛實(shí)關(guān)系，進(jìn)而表達(dá)畫面的景深。非真實(shí)渲染的場(chǎng)景本身是三維空間物體，視覺的景深效果可以通過分層渲染的技術(shù)，把景深層渲染出來，然后再后期軟件中進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，或者通過貼圖材質(zhì)繪制來表現(xiàn)更好的景深關(guān)系。

五、結(jié)語

綜上所述，非真實(shí)材料渲染技術(shù)在二維動(dòng)畫場(chǎng)景中的運(yùn)用，從視覺效果上，可以彌補(bǔ)二維場(chǎng)景道具的空間透視的局限；同時(shí)也可以達(dá)到二維動(dòng)畫的風(fēng)格效果，場(chǎng)景的景深感更加強(qiáng)烈，同時(shí)能夠縮短制作時(shí)間，可以為設(shè)計(jì)劇情的情節(jié)、角色形象以及動(dòng)畫特技效果。節(jié)約更多的制作成本，而且達(dá)到了二維場(chǎng)景的質(zhì)感和三維空間的效果。

★基金項(xiàng)目：本文是常州工學(xué)院2016年教改項(xiàng)目“基于CG應(yīng)用人才培養(yǎng)模式下的場(chǎng)景設(shè)計(jì)課程教學(xué)研究”，（項(xiàng)目編號(hào)：A3-4403-16-062）；常州工學(xué)院“場(chǎng)景設(shè)計(jì)”網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：A3-4406-17-071）部分研究成果。

注釋：

①Isaac Kerlow，陳寶國，紅然（譯）.3D動(dòng)畫與特效制作藝術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2010：149.

②Isaac Kerlow，陳寶國，紅然（譯）.3D動(dòng)畫與特效制作藝術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2010：35

③於水.影視二維動(dòng)畫和三維動(dòng)畫的融合應(yīng)用類型分析和實(shí)現(xiàn)方法[J].電視字幕.特技與動(dòng)畫，20107：27-31.

④劉戈三，王春水.技術(shù)成就夢(mèng)想——現(xiàn)代電影制作工藝探討與實(shí)踐[M].北京：中國電影出版社，2007：136.endprint