陳靜怡

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維動(dòng)畫在游戲、教育、影視等方面成為一門不可或缺的技術(shù)。而一部好的影視作品，必須要有扎實(shí)嫻熟的三維動(dòng)畫技術(shù)作支撐。三維動(dòng)畫技術(shù)的主要特征，是對(duì)現(xiàn)實(shí)的一種虛擬、模擬和創(chuàng)造，是將美術(shù)、設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密聯(lián)系起來的一門技術(shù)。本文對(duì)三維動(dòng)畫技術(shù)的三個(gè)發(fā)展時(shí)期、三維動(dòng)畫的制作原理、在制作上成本高且制作復(fù)雜的問題，以及我國(guó)在三維動(dòng)畫技術(shù)上未來的發(fā)展趨勢(shì)做了研究和展望。

關(guān)鍵詞：三維動(dòng)畫；角色建模；動(dòng)漫制作；發(fā)展；期望

引言

當(dāng)我們談?wù)撈饎?dòng)畫的起源時(shí)，我們可以回顧到在1640年由外國(guó)傳教士柯雪發(fā)明的魔術(shù)幻燈，這可以被稱作是動(dòng)畫的開始，也標(biāo)志著電影的誕生。美國(guó)維太格拉夫電影公司制作出了第一部通過視線錯(cuò)覺使得無生命物體“動(dòng)起來”的影片的公司，這部影片就是1898年的《矮胖子》，至此人們正式拉開了動(dòng)畫研究的帷幕。最早期的傳統(tǒng)二維動(dòng)畫的制作人員會(huì)在一種名叫賽璐璐片（CELLULOID）的合成樹脂塑料片上用水彩顏料進(jìn)行畫作，再用攝影機(jī)逐張對(duì)其進(jìn)行拍攝記錄，最后將畫面連貫起來。二維動(dòng)畫在計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來得到了進(jìn)一步提升的空間。繪線上色、圖像連接等工作可交給計(jì)算機(jī)通過運(yùn)算完成。

通過計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和藝術(shù)的相結(jié)合，基于二維動(dòng)畫藝術(shù)的計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫也隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展誕生。這是另一個(gè)豐富多彩的世界。三維動(dòng)畫技術(shù)是一門高新技術(shù)，它的高速發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形算法和硬件等方面的不斷進(jìn)步。

一、三維動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展歷程

計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的大幅拓展，才不斷成熟，并逐步地融入我們生活的方方面面，例如我們?cè)谟耙暶襟w、虛擬醫(yī)療、培訓(xùn)模擬等方面都可以看到三維動(dòng)畫技術(shù)的身影。三維動(dòng)畫從20世紀(jì)60年代開始逐步發(fā)展，大體上分為三個(gè)時(shí)期：初步研究期、深入探索期、高速發(fā)展期。

（一）初步研究期（20世紀(jì)60年代—70年代）

計(jì)算機(jī)被發(fā)明出來是上世紀(jì)60年代的事。早期的計(jì)算機(jī)是電子管數(shù)字機(jī)，體積很大、運(yùn)行速度很慢、且耗能較高、可靠性較差。那時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)性太強(qiáng)，藝術(shù)家和評(píng)論家們都無法認(rèn)同通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作的想法。直到60年代末，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的藝術(shù)創(chuàng)作才進(jìn)行了第一次有效嘗試，此時(shí)的由計(jì)算機(jī)制作的圖片和漫畫并不是在藝術(shù)工作室，而是在類似科學(xué)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中制作完成的。畢竟這個(gè)時(shí)期的藝術(shù)家是無法參與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作的，而這個(gè)時(shí)期的相關(guān)作品也多用于闡明科學(xué)理論，效果相較而言是比較粗糙的。

（二）深入探索期（20世紀(jì)70年代-90年代）

當(dāng)時(shí)間到了70年代，許多關(guān)鍵性技術(shù)的成熟為藝術(shù)的發(fā)揮提供了條件，創(chuàng)造了可能。當(dāng)然這有許多原因，比如市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域工作的藝術(shù)家的增多和成熟，以及有愈來愈多的學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的勞動(dòng)力進(jìn)入市場(chǎng)，為動(dòng)畫制作提供了成熟的人力基礎(chǔ)。1982年，由迪士尼公司（DISNEY PRODUCTIONS）出品的《TRON》是第一部有計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)參與的具有完整故事情節(jié)的影片，包含有由PROBERTABEL、ASSOCIATES、III、MAGIC和數(shù)字效果公司創(chuàng)作的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫。

當(dāng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展到80年代末期時(shí)，物體的三維效果制作和立體真實(shí)效果的營(yíng)造都變得更加成熟，那個(gè)時(shí)期的計(jì)算機(jī)科學(xué)家們開始專注于對(duì)三維動(dòng)畫制造技術(shù)的研究，因而比之前傳統(tǒng)的二維動(dòng)畫更加具有立體效果、更加逼真的計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫在這一時(shí)期就順利誕生了。

（三）高速發(fā)展期（1990-至今）

90年代的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)基本已經(jīng)完善，這為三維技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1993年，著名的《侏羅紀(jì)公園》問世，開啟了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展新方向研究的大門，以這部影片為標(biāo)志，三維動(dòng)畫技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展的黃金期。迪士尼公司和皮克斯動(dòng)畫工作室不甘落后，在1995年合作推出了第一部全三維動(dòng)畫片《TOY STORY》（玩具總動(dòng)員），這部影片最具意義的地方，就是片中場(chǎng)景和角色全部利用計(jì)算機(jī)繪制而成，它帶給觀眾們前所未有的真實(shí)立體的視覺效果，這是二維動(dòng)畫所達(dá)不到的境界。

1998年美國(guó)Alias|Wavefront公司的Maya橫空出世，隨后皮克斯，夢(mèng)工廠，工業(yè)光魔，維塔視效公司接連推出《FINDING NEMO》（海底總動(dòng)員）《THE INCREDIBLES》（超人總動(dòng)員）《THE TRANSFORMERS》（變形金剛）《SHREK》（怪物史萊克）《THE LORD OF THE RINGS》（魔戒）等數(shù)字動(dòng)畫電影，三維動(dòng)畫技術(shù)一直在大步發(fā)展。

二、三維動(dòng)畫制作原理

現(xiàn)在的影視動(dòng)漫中一般會(huì)靈活地運(yùn)用三維動(dòng)畫技術(shù)進(jìn)行制作。這種三維動(dòng)畫的制作方法，是通過關(guān)鍵幀的方式制作的（關(guān)鍵幀就是指角色或物體變化過程中關(guān)鍵動(dòng)作所處的最小單位的單幅影像畫面）。其主要制作過程包括角色造型設(shè)計(jì)、角色動(dòng)作控制、背景制作、特效渲染和后期合成四大部分。具體的步驟如下：

1.角色造型設(shè)計(jì)：角色造型設(shè)計(jì)即為大家所熟知的角色模型建設(shè)。角色設(shè)計(jì)師們會(huì)先在計(jì)算機(jī)上利用Maya、3D MAX等三維造型軟件來繪制二維物體。該過程分為兩步：首先繪制一些簡(jiǎn)單的幾何形體，然后通過它們形狀的多樣、組合方式的不同來制作出復(fù)雜的幾何形體；其次再通過對(duì)制作出的幾何形體進(jìn)行不同位置的擺放，使其可以構(gòu)成一個(gè)完整的整體。

2.角色動(dòng)作控制：角色的動(dòng)作控制，是一系列較為復(fù)雜的軟件工程。制作人員會(huì)根據(jù)動(dòng)畫腳本，對(duì)角色設(shè)計(jì)師們制作出的三維模型進(jìn)行姿態(tài)的設(shè)置，使其完成每幀所需的動(dòng)作。動(dòng)作控制是使整個(gè)作品更加生動(dòng)形象的最重要的一步，該過程分為控制層和運(yùn)算層兩個(gè)層面：控制層指制作人員在計(jì)算機(jī)上逐幅控制關(guān)鍵幀的動(dòng)作繪制；運(yùn)算層指計(jì)算機(jī)通過計(jì)算來對(duì)中間幀的平滑動(dòng)作進(jìn)行處理，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算等。endprint

3.背景制作：任何一個(gè)場(chǎng)景都不能只有角色而沒有背景。道具是構(gòu)成背景的有機(jī)組成成分，而道具的制作和角色的模型制作大同小異。背景的制作中，除了形體以外，材質(zhì)也非常重要——材質(zhì)就是物體的一些我們可以通過眼睛觀察到的表面特征，通過對(duì)材質(zhì)的設(shè)置，可以在平面的顏色、暗亮程度、反光效果、光影的透過度等方面使制作出的道具更加逼真。材質(zhì)的設(shè)置在背景制作真實(shí)感方面起了決定性的作用。動(dòng)畫設(shè)計(jì)師們通常會(huì)通過上文提到過的一些三維造型軟件中的材質(zhì)編排器來對(duì)物體的材質(zhì)進(jìn)行設(shè)定，從而使物體的視覺效果更加精湛。

4.特效渲染和后期合成：一部作品是否足夠吸引眼球，就取決于最后這一步的效果。特效渲染就是通過計(jì)算光的走向，增加模型的材質(zhì)感，讓人們創(chuàng)造出的虛擬世界更加真實(shí)；而后期合成則是對(duì)所有文件進(jìn)行一個(gè)整合的過程，也就是對(duì)雜亂的畫面進(jìn)行剪輯，通過邏輯關(guān)系，使畫面與畫面、片段與片段間連貫連接，從而賦予動(dòng)畫完整的故事情節(jié)。

三、三維動(dòng)畫技術(shù)的限制與趨勢(shì)

近年來三維動(dòng)畫技術(shù)的高速發(fā)展使得許多人認(rèn)為三維動(dòng)畫技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了成熟期，但在具體的制作流程中，還存在下面兩個(gè)問題值得我們?nèi)ジ纳啤?/p>

1.三維動(dòng)畫制作中，存在成本高、制作復(fù)雜的問題。由于需要?jiǎng)赢嫀焸冊(cè)诩?xì)節(jié)上對(duì)建立出的模型進(jìn)行不停的修改，使他們腦海中的設(shè)計(jì)出的模型能夠完美地呈現(xiàn)在觀眾眼中，這就導(dǎo)致了設(shè)計(jì)師們無法在短時(shí)間內(nèi)制作出一部動(dòng)畫作品中的所需的大部分角色。一個(gè)職業(yè)動(dòng)畫師一個(gè)上午可能只能做4秒左右的動(dòng)作，一天只能做10秒，這也使得設(shè)計(jì)師做出角色后，動(dòng)畫師還要花上很長(zhǎng)的時(shí)間才能完成一部作品。而后期的渲染更加耗時(shí)：在電影《AVATAR》（阿凡達(dá)）花絮中提到，《AVATAR》每幀的渲染平均就要47小時(shí)。

2.角色動(dòng)作控制中，存在動(dòng)作僵硬不流暢的問題。這種需要在計(jì)算機(jī)上逐幀制作畫面的工作，需要制作人員擁有高超的繪畫水平和空間想象能力，否則畫面就會(huì)連接不自然，使得一些動(dòng)作不夠流暢，轉(zhuǎn)換突兀。而中間幀的制作則是由計(jì)算機(jī)通過計(jì)算作出，這就難免會(huì)出現(xiàn)僵硬、不自然的畫面。

實(shí)際上，三維動(dòng)畫技術(shù)比起在純粹的三維動(dòng)畫方面的制作，它更廣泛地運(yùn)用于影視作品中真實(shí)場(chǎng)景拍攝和特效場(chǎng)景制作的結(jié)合。三維動(dòng)畫技術(shù)提升視覺效果的最大特點(diǎn)，就是利用人工圖像，可以制作出編輯器和特技機(jī)也沒辦法制作出來的動(dòng)態(tài)畫面和特效。那么，將其與影視拍攝相結(jié)合，合成出演員無法做到的特技，或者通過對(duì)演員進(jìn)行動(dòng)作捕捉（Motion capture）使三維動(dòng)畫更加流暢自然，成了當(dāng)下一種熱門的影視作品制作方式。

我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)可以通過將三維動(dòng)畫技術(shù)與卡通渲染技術(shù)和動(dòng)作捕捉技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行影視作品的創(chuàng)作，如2007年杭州玄機(jī)科技信息技術(shù)有限公司制作的全三維武俠長(zhǎng)篇?jiǎng)赢嫛肚貢r(shí)明月》。由于其精美的造型藝術(shù)畫面和強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)視角，觀眾們感受到了前所未有的完美的視覺效果。這也代表了我國(guó)的三維動(dòng)畫技術(shù)逐漸追趕上時(shí)代、步向成熟的一個(gè)標(biāo)志。

四、結(jié)語

本篇文章對(duì)于三維動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展歷程、制作流程與未來趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單的介紹和展望?？梢钥闯?，近幾十年來，三維動(dòng)畫技術(shù)的逐漸完善，在影視動(dòng)漫中開始逐漸取代傳統(tǒng)二維動(dòng)畫技術(shù)。但三維動(dòng)畫技術(shù)的局限性，如成本太高、制作復(fù)雜、中間幀的流暢度、關(guān)鍵幀的自然性等也限制了它的發(fā)展。在技術(shù)不斷改進(jìn)的同時(shí)，人們也開始嘗試著將三維動(dòng)畫技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行結(jié)合來化解現(xiàn)有技術(shù)的不足的問題。通過和其他技術(shù)的結(jié)合，三維動(dòng)畫技術(shù)將再次拓展它的應(yīng)用領(lǐng)域，這門技術(shù)也將會(huì)再次達(dá)到一個(gè)全新的高度。

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