CG技術(shù)
——游走在虛擬與現(xiàn)實之間的藝術(shù)

劉 娟

CG技術(shù)
——游走在虛擬與現(xiàn)實之間的藝術(shù)

劉 娟

CG技術(shù)在現(xiàn)代電腦動畫制作中起著決定性的作用。電腦動畫是計算機圖形學和藝術(shù)學相結(jié)合的產(chǎn)物。我們的世紀是高科技的時代，數(shù)字化的娛樂生活已讓我們真切感受到了科學技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的獨特魅力。

CG技術(shù) 三維動畫技術(shù) 虛擬世界

一 CG動畫技術(shù)概況

“CG”是計算機圖形Computer Graphics的縮寫。隨著以計算機為主要工具進行視覺設(shè)計和生產(chǎn)的一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)的形成，國際上習慣將利用計算機技術(shù)進行視覺設(shè)計和生產(chǎn)的領(lǐng)域通稱為CG。它既包括技術(shù)也包括藝術(shù)，幾乎囊括了當今電腦時代中所有的視覺藝術(shù)創(chuàng)作活動，如三維動畫、影視特效、平面設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計、多媒體技術(shù)、印前設(shè)計、建筑設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計等。CG動畫技術(shù)包括動畫硬件和軟件、計算機輔助動畫、繪畫系統(tǒng)、動作控制、關(guān)鍵幀動畫、圖形模擬、基于力學的動畫、合成角色、動畫中的圖像Render、動畫語言和系統(tǒng)、動畫界面、電影實例研究、路徑規(guī)劃、三維醫(yī)學圖像、分子圖形學、飛行模擬器、語音合成、視頻動畫、應(yīng)用于計算機動畫的傳統(tǒng)動畫技術(shù)、科學可視化中的動畫、工程中的動畫、基于人工智能的動畫、動畫中的機器人學方法、特殊效果、實時動畫、錄像錄音技術(shù)、場景制作、故事圖板生成、數(shù)字化音樂和聲音等。

二、CG技術(shù)揭秘

隨著計算機硬件技術(shù)的高速發(fā)展和計算機圖形學的深人研究，用計算機生成各種以假亂真的動態(tài)虛擬場景畫面和特技效果已成為可能，超常的現(xiàn)實世界、難以忘懷的人物角色和史詩般的戰(zhàn)斗場面等視覺盛宴均可由0和1兩個數(shù)字創(chuàng)造出來。CG技術(shù)不僅給觀眾帶來視覺上的奇觀，也給動畫制作帶來了不少方便。我國的52集動畫連續(xù)劇《西游記》繪制了100萬張原畫、近2萬張背景，共耗紙30噸、耗時整整5年。在迪斯尼的動畫大片《花木蘭》中，一場匈奴大軍廝殺的戲僅用了5張手繪士兵的圖，電腦就變化出三四千個不同表情士兵作戰(zhàn)的模樣，《花木蘭》人物設(shè)計總監(jiān)表示，這部影片如果用傳統(tǒng)的手繪方式來完成，以動畫制片小組的人力，完成整部影片的時間可能由5年延長至20年?？梢姡珻G技術(shù)在制作模式、視覺效果等方面改變了動畫。那么，是什么使得電腦動畫技術(shù)有此神力？這還要從它所涉及的技術(shù)來談。

（一）物體造型技術(shù)

第一，利用基本原色（如平面多邊形、正方形、圓柱形、球體、曲面片）進行拼接組合來制作兒何模型；第二，通過兩個造型之間進行布爾運算（交、并、差等）來產(chǎn)生新的兒何模型；第三，通過Sweep造型工具來制作客觀物體模型。首先通過鼠標在二維平面上描繪出客觀物體的各種特性曲線，后通過sweep方法將這些曲線變成三維模型；第四，利用二維變換產(chǎn)生新造型。將三維模型進行線性或者非線性變換，從而產(chǎn)生新的造型。常用的變換包括旋轉(zhuǎn)、縮放、彎曲、扭曲、傾斜、錐形變形等；第五，利用粒子模擬幾何造型。通過一系列的粒子來定義物體，每個粒子都有出生，生命期，死亡過程。在粒子的生命期，粒子屬性如色彩、透明度、大小、運動速度、加速度、運動方向等可隨時間變化，從而產(chǎn)生某些自然現(xiàn)象如云、霧、雪、雨、火、瀑布等物體模犁；第六，三維掃描儀。又稱為數(shù)字化儀，它能夠迅速的獲得物體表而的立體坐標和色彩信息，并將其轉(zhuǎn)化為計算機能夠直接處理的二維色彩數(shù)字化模型。

（二）三維動畫分關(guān)鍵幀動畫與算法動畫

關(guān)鍵幀動畫是根據(jù)動畫設(shè)計者的一組關(guān)鍵幀自動生成中間畫面。生成方法有兩種：對關(guān)鍵幀三維形狀插值計算和對物體模型內(nèi)部參數(shù)插值計算。算法動畫是指運動用算法描述即物理規(guī)律作用于各種參數(shù)。分運動學算法動畫與動力學算法動畫。運動學是物理學中研究物體位置和運動的一個科學分支，動力學是描述物體怎樣運動的另一分支。

三、技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合

動畫技術(shù)是建立在軟硬件、圖形學、數(shù)學、美學、攝影等多學科基礎(chǔ)上而又不斷發(fā)展的高新技術(shù)。影視產(chǎn)品的生產(chǎn)實踐為電腦動畫技術(shù)的發(fā)展開辟了市場。軟硬件技術(shù)的發(fā)展使電腦動畫的制作成為可能。數(shù)學及圖形學的發(fā)展為設(shè)計動畫軟件提供了優(yōu)良的算法。電腦動畫技術(shù)日益顯露出明顯的經(jīng)濟價值、藝術(shù)價值、學術(shù)價值和實用價值。為了制作更新、更美、更復(fù)雜的動畫作品，越來越多的探索者開始潛心研究動畫制作技術(shù)。

電腦動畫是借助于計算機實現(xiàn)的，它涉及到計算機的基本知識，如計算機的圖形顯示原理、軟件編程技術(shù)以及高速圖形處理芯片或板卡的接口技術(shù)；它還需要相應(yīng)的外圍設(shè)備來實現(xiàn)動畫作品的輸出，如逐幀控制器、海量存儲器、高速硬盤陣列等。當需要在中低檔設(shè)備上輸出實時動畫作品時，它需要創(chuàng)作人員了解不同的圖像壓縮格式及壓縮比對畫面的損傷程度。而從事影視動畫創(chuàng)作時，它還需要創(chuàng)作人員了解編輯機及特技機等影視后期制作設(shè)備的基本原理，以上這些顯然都是電腦動畫的技術(shù)屬性。電腦動畫創(chuàng)作當然還需要有一定的美術(shù)基本知識以及超常的想象力，否則完成的動畫作品很難具有什么藝術(shù)價值。這顯然是電腦動畫的藝術(shù)屬性。對于一個CG創(chuàng)作者，“技術(shù)”和“藝術(shù)”兩方面的知識修養(yǎng)是缺一不可的，它們是相輔相成的。孤立的技術(shù)是沒有價值的，和藝術(shù)相結(jié)合的技術(shù)也具備了藝術(shù)的價值。它們的關(guān)系應(yīng)該是：藝術(shù)是目的，技術(shù)是手段；技術(shù)是藝術(shù)的支撐，藝術(shù)是技術(shù)的歸宿；藝術(shù)因技術(shù)而發(fā)光，技術(shù)因藝術(shù)而永駐。CG行業(yè)重視軟硬件技術(shù)，重視世界潮流的最新技術(shù)，但不等于賣弄CG技術(shù)，炫耀計算機數(shù)字技術(shù)，而是為了增強作品的藝術(shù)表現(xiàn)力和感染力。游離于作品藝術(shù)表現(xiàn)力之外的CG技術(shù)，是膚淺的，是沒有生命力的。

四、CG技術(shù)的未來

CG作為計算機數(shù)字圖像藝術(shù)，其中一個主要特征在于它與數(shù)字技術(shù)結(jié)合得非常緊密。 同時，計算機硬件技術(shù)的不斷革新也為CG數(shù)字藝術(shù)家提供了極大便利。 從國際上看，電腦動畫技術(shù)的發(fā)展正在趨向于規(guī)?；藴驶?、網(wǎng)絡(luò)化。首先，規(guī)模化是指應(yīng)用范圍廣而應(yīng)用水平和產(chǎn)生的效益高。其次，現(xiàn)在動畫制作軟件和動畫技術(shù)呈現(xiàn)出一種百家爭鳴的形勢，各有特色但相互間的兼容則做得不夠，不便于交流與合作，因此，隨著技術(shù)的日益成熟，標準化是大勢所趨。

從技術(shù)的發(fā)展方向看，體視動畫會是未來的熱點。現(xiàn)在一些通過立體眼鏡能夠呈現(xiàn)立體效果的游戲就是體視動畫的應(yīng)用，目前人們正在研究降低立體眼鏡的成本、提高圖像質(zhì)量的方法和有關(guān)的替代技術(shù)，未來我們很可能不用立體眼鏡的幫助也能欣賞逼真的立體效果。

人工智能在未來動畫制作技術(shù)中發(fā)揮越來越重要的作用。人工智能技術(shù)即是將運動學、動力學、運動捕獲技術(shù)和計算機視覺技術(shù)在人體運動信息獲取方面的應(yīng)用及人體模型的動畫控制，即把獲取的人體運動信息提供給計算機動畫程序，對人體模型進行控制，使其完成各種復(fù)雜的仿真動作。隨著計算機動畫技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，相關(guān)的研究人員開始探索從文本故事到圖像的動畫自動生成技術(shù)，該領(lǐng)域的研究主要包括自然語言指令驅(qū)動的動畫、知識驅(qū)動的行為仿真、文本到計算機動畫的翻譯、交互式故事系統(tǒng)、動態(tài)實時攝像機自動控制以及基于角色情緒和動作的自動背景音樂生成。

［1］周薊．動畫電影分析［M］．廣州：暨南大學出版社，2007．

［2］ 靚雨動畫制作協(xié)會．動畫發(fā)展史．http://longyuxiehui.blog.hexun.com/2009．5．

［3］宋妍．都是新藝術(shù)——CG和數(shù)字藝術(shù)［J］．互聯(lián)網(wǎng)周刊，2004．8．

（劉娟：青海師范大學美術(shù)系。）