王星博，杜碩

(長(zhǎng)春建筑學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

1 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的早期

上個(gè)世紀(jì)60年代期間，伊凡 蘇澤蘭(Ivan Sutherland)因?yàn)椤敖换ビ?jì)算機(jī)圖形與圖形用戶(hù)界面之父”被載入史冊(cè)。身為麻省理工大學(xué)博士生的蘇澤蘭用學(xué)院的TX-2計(jì)算機(jī)，以一種交互式計(jì)算機(jī)繪圖程序?yàn)轭}編寫(xiě)了一篇論文，并且在1963年發(fā)表，開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域的新天地。

隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，各類(lèi)藝術(shù)家逐漸被它吸引，這其中也包括正在當(dāng)時(shí)媒介局限性中掙扎的動(dòng)畫(huà)藝術(shù)家們，他們?yōu)橛?jì)算機(jī)圖形開(kāi)拓了全新的應(yīng)用方向。

美國(guó)是第一個(gè)發(fā)展計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的地方，在上個(gè)世紀(jì)七十年代末便利用計(jì)算機(jī)模擬人物活動(dòng)。迪士尼工作室一直以其創(chuàng)新技術(shù)而聞名，因此它理所當(dāng)然地在電影產(chǎn)業(yè)向計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)轉(zhuǎn)型的大潮中率先邁出了第一步，于1982年發(fā)行了《電腦爭(zhēng)霸》(TRON)[由史蒂芬利斯伯吉爾(Steven Lisberger)導(dǎo)演]。這部主要由真人實(shí)景鏡頭組成的長(zhǎng)片講述了一名程序員被自己的計(jì)算機(jī)吸入其中，并且不得不和自己創(chuàng)造的動(dòng)畫(huà)實(shí)體進(jìn)行生死競(jìng)賽的故事。雖然最初發(fā)行時(shí)表現(xiàn)平平，但是《電腦爭(zhēng)霸》仍然成為風(fēng)靡一時(shí)的經(jīng)典佳作，影響了眾多動(dòng)畫(huà)藝術(shù)家——至少影響了約翰·拉塞特(John Lasseter)，即《玩具總動(dòng)員》(Toy Story)的導(dǎo)演。這部具有劃時(shí)代意義的作品是動(dòng)畫(huà)歷史上第一個(gè)完全使用計(jì)算機(jī)制作的三維動(dòng)畫(huà)影片。

傳統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)制作是原畫(huà)師首先在繪畫(huà)紙上描繪演員的動(dòng)作，然后用卡通形象復(fù)制它。直到20世紀(jì)70年代末，計(jì)算機(jī)科技迅速發(fā)展的紐約技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室的錄影帶上的舞蹈演員被投放到電腦顯示器上。然后用計(jì)算機(jī)圖形來(lái)記錄圖像的運(yùn)動(dòng)，然后勾勒輪廓。1982年，麻省理工學(xué)院和紐約理工學(xué)院也使用光學(xué)跟蹤技術(shù)來(lái)記錄人體運(yùn)動(dòng)：真人身體的每個(gè)部分是安裝了一個(gè)會(huì)發(fā)光的物體，在指定的拍攝范圍內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)有數(shù)臺(tái)攝像機(jī)來(lái)拍他們的動(dòng)作。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析光電的運(yùn)動(dòng)，在制作三維運(yùn)動(dòng)圖像。

《泰坦尼克號(hào)》是世界歷史上最好和最成功的電影之一，其巨大成功主要因?yàn)樗麖V泛使用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)。世界上最出名的數(shù)字工作室Digital Domain花了超過(guò)一年半的時(shí)間使用超過(guò)300個(gè)SGI超級(jí)工作站，并派出超過(guò)50名專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員每天24小時(shí)在“泰坦尼克號(hào)”中制作電腦的特技表演。

1983年，麻省理工學(xué)院的金斯伯格和麥克斯韋開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)(Graphica Marionette)，該系統(tǒng)用了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)控制動(dòng)畫(huà)人物動(dòng)作。然而，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件和動(dòng)畫(huà)軟件發(fā)展迅速，以及越來(lái)越多的研究組織和商業(yè)機(jī)構(gòu)加入動(dòng)畫(huà)電腦領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作水準(zhǔn)也將日新月異。動(dòng)畫(huà)越來(lái)越重要一個(gè)行業(yè)。

2 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的現(xiàn)狀

中國(guó)的52集動(dòng)畫(huà)片“西游記”制作了百萬(wàn)張?jiān)?huà)和近20000種背景。它消耗大量的紙，需要五年的時(shí)間。在迪士尼的動(dòng)畫(huà)大片“花木蘭”中，一場(chǎng)匈牙利軍隊(duì)屠殺的場(chǎng)景只用了五名手繪士兵的身影，電腦改變了三四千名不同表情的士兵的面貌?！痘咎m》制作人表示，如果電影是用傳統(tǒng)的手繪方法完成的，那么團(tuán)隊(duì)人員的制作就會(huì)變得生氣勃勃。完成這部電影的時(shí)間可能會(huì)從5年延長(zhǎng)到20年，并且原片兩軍對(duì)戰(zhàn)的壯烈場(chǎng)景根本無(wú)法拍攝。

那么，是什么使得電腦技術(shù)有如此神力？這還要從它所涉及的技術(shù)來(lái)談。

從制作計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)角度來(lái)看，主要涉及幾何造型的技術(shù)和處理圖像的技術(shù)。在電腦動(dòng)畫(huà)的起初，人們進(jìn)行動(dòng)畫(huà)的制作主要采用幾何造型技術(shù)，用幾何學(xué)的方法來(lái)描述對(duì)象，使用計(jì)算機(jī)來(lái)產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)。然而,近年來(lái)由于該技術(shù)生產(chǎn)的成本較高以及時(shí)間較長(zhǎng)，我們已經(jīng)開(kāi)始研究和使用一種基于圖像處理的方法，并且利用現(xiàn)有的圖像數(shù)據(jù)來(lái)提取和表示動(dòng)態(tài)物體以在空間中生成動(dòng)畫(huà)。

在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)中，更進(jìn)一步的研究運(yùn)動(dòng)控制和渲染技術(shù)非常重要。早期的動(dòng)畫(huà)制作需要制作人一幀一幀的畫(huà)，工程巨大。在引入電腦動(dòng)畫(huà)技術(shù)特別是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)之后，制作者最初使用計(jì)算機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)人物造型，確定關(guān)鍵幀是根據(jù)故事劇情，由動(dòng)畫(huà)師畫(huà)出一些靜止關(guān)鍵圖像，然后根據(jù)一定的規(guī)則完成一定的圖像序列，并且用動(dòng)畫(huà)軟件來(lái)生成圖像序列。與手繪動(dòng)畫(huà)相比，這無(wú)疑是向前邁出了很大一步，但對(duì)于復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)影片而言，要調(diào)整關(guān)鍵幀中每個(gè)圖形的姿態(tài)，特別是表達(dá)力，仍然有很多麻煩和困難。它不但要求動(dòng)畫(huà)制作必須具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和熟練的技藝，而且效率較低下，容易出錯(cuò)，不直觀，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作行云流水的效果，這已是所有動(dòng)畫(huà)制作目前最大的難關(guān)了。然而，關(guān)鍵幀的老技術(shù)仍然是制作電腦動(dòng)畫(huà)的基本方法。

同時(shí)，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)也有自己的特點(diǎn)，并開(kāi)發(fā)出一套新的技術(shù)。這是基于物理模型的運(yùn)動(dòng)控制。因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)必須遵循一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，比如球的彈起，水層的律動(dòng)，都是有自己的的物理模型的，必須符合一定的物理規(guī)律。如果計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算完成，將使運(yùn)動(dòng)自然而真實(shí)。這一技術(shù)現(xiàn)在并沒(méi)有正式進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用階段，因?yàn)樵撃Ｐ偷睦碚撘廊贿€需要完善,但這項(xiàng)技術(shù)一定會(huì)會(huì)是未來(lái)發(fā)展的方向。

3 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的未來(lái)

從國(guó)際角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)的發(fā)展趨于規(guī)模,標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化。首先是規(guī)?；傅氖菑V泛的應(yīng)用和高水平的應(yīng)用和生產(chǎn)。其次，動(dòng)畫(huà)軟件和動(dòng)畫(huà)技術(shù)呈現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)激烈的局面，各有其特點(diǎn)，但它們之間的兼容性不夠，交流和合作不方便。因此，隨著技術(shù)逐漸日益成熟，標(biāo)準(zhǔn)化一定是以后的趨勢(shì)。第三，網(wǎng)絡(luò)化的表現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)的互相促進(jìn)。

現(xiàn)在，一些可以通過(guò)立體眼鏡顯示三維效果的游戲就是立體動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用。目前，人們正在研究降低這種眼鏡成本，提高像素和相關(guān)替代技術(shù)的方法。將來(lái)，我們有可能不再會(huì)向立體眼鏡尋幫助，但也可以享受到幾近真實(shí)的3D效果。另一個(gè)熱點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)。與一般動(dòng)畫(huà)相比，VR具有實(shí)時(shí)性和互動(dòng)性,可以隨著人的位置和觀點(diǎn)的變化，VR中的場(chǎng)景會(huì)隨著動(dòng)態(tài)變化，具有人機(jī)交互的功能特性，所以這種技術(shù)在未來(lái)一定會(huì)有很好的前景。