計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中多層運(yùn)動(dòng)視差與運(yùn)動(dòng)鏡頭的營造

呂鑫 郝莎莎

摘要：在計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)日趨完善的今天，人們對計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的視覺要求越來越高。多層運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)是基于多層運(yùn)動(dòng)視差的原理發(fā)展而來，利用這一方式不僅節(jié)省大量的動(dòng)畫制作成本和工作量，還能模擬運(yùn)動(dòng)鏡頭以形成很好的視覺效果。該文章著重探討目前圖形圖像處理軟件中利用多層運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)模擬運(yùn)動(dòng)鏡頭的方法，從而來更好實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)動(dòng)畫場景中空間感和透視感的模擬。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)視差；空間；動(dòng)畫；鏡頭運(yùn)動(dòng)；計(jì)算機(jī)圖形圖像

中圖分類號(hào)：TP317文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)01-0149-02

Use Multilayer Motion-parallax to Create Camera Motion in Computer Animation

LV Xin，HAO Sha-sha

(Anyang Normal University，Anyang 455002，China）

Abstract: In computer graphics technology are maturing today, peoples vision of computer animation have become increasingly demand? ing. Multi-layer motion parallax technique is based on the principle of motion parallax , the use of this approach not only saves a lot of ani? mation production cost and effort, but also to simulate movement of the lens to form a good visual effect. The article focuses on the use of multi-layer motion parallax technique to simulate motion lens in present graphic software to better achieve the sense of space and perspec? tive in the computer animation scene.

Key words: motion parallax; space; animation; camera motion; computer graphics

早期利用視差原理形成多層運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)的當(dāng)屬多平面攝像機(jī)（The Multi-plane Camera），它塑造出許多美輪美奐的場景空間并使得這項(xiàng)技術(shù)在影視動(dòng)畫中得以廣泛應(yīng)用。這種動(dòng)態(tài)效果攝影技術(shù)，通過背景一層層的分布，從而在運(yùn)動(dòng)中制造出更加真實(shí)的空間效果。例如，隨著人物的行走，背景上的物體能有層次的隨之運(yùn)動(dòng)與變化。這種攝像機(jī)的優(yōu)勢不僅在靜止的畫面中能很好的體現(xiàn)場景中的前后關(guān)系，而且可以很好的模擬鏡頭的推、拉、搖、移跟等鏡頭運(yùn)動(dòng)。它利用各層之間呈現(xiàn)不同的移速關(guān)系來詮釋場景的空間縱深感。在此之前，動(dòng)畫場景中的空間感、縱深感是很難表現(xiàn)的，多以一種裝飾平面的方式呈現(xiàn)，削弱了場景中縱深感的表現(xiàn)。隨著《白雪公主和七個(gè)小矮人》的上映，其極具空間感的畫面，絢爛的色彩、生動(dòng)的動(dòng)作都令當(dāng)時(shí)的觀眾嘆為觀止，也令這項(xiàng)技術(shù)被人們所知。如今，多平面攝影機(jī)技術(shù)早已在傳統(tǒng)的2D動(dòng)畫界得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展及完善，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的視覺作品應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算技術(shù)彌補(bǔ)了一部分動(dòng)畫制作上技術(shù)缺陷。使得原本困難復(fù)雜的工作變得相對輕松簡單，但這并不是完全取代了傳統(tǒng)動(dòng)作的制作理念，許多現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)是依據(jù)傳統(tǒng)動(dòng)畫制作中的原理來進(jìn)行了數(shù)字化的處理，動(dòng)畫多層運(yùn)動(dòng)視差原理便是如此。在數(shù)字化高速發(fā)展的今天，多層運(yùn)動(dòng)視差的概念并沒有被時(shí)代遺忘淘汰，而是得以新的發(fā)展。

1在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中的發(fā)展與應(yīng)用

應(yīng)用于游戲中的圖形動(dòng)畫可以說很好的繼承了多層運(yùn)動(dòng)視差的方法，并將之發(fā)揚(yáng)光大。任天堂開發(fā)的游戲系統(tǒng)就很好的利用這一概念，并在接下來的實(shí)踐中加以改良。視差卷軸（parallax scrolling）就是這一改良的杰出代表。這種模擬三維空間技術(shù)的方法中，遠(yuǎn)景的圖片在攝像機(jī)前移動(dòng)的速度要慢于相對近景的圖片移動(dòng)速度，從而在二維的視覺游戲動(dòng)畫中創(chuàng)造出有立體感效應(yīng)的畫面，增強(qiáng)了畫面的縱深空間感。手機(jī)平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)圖形動(dòng)畫（flash動(dòng)畫）的興起，讓多層運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)煥發(fā)新生。現(xiàn)在，通過java或Action Script以及css等技術(shù)，我們可以將這種營造空間感的方法應(yīng)用于手機(jī)游戲及圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)之中。在現(xiàn)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中，多層運(yùn)動(dòng)視差技術(shù)經(jīng)常用于大場景的塑造，某些宏大場景工作量巨大，利用多層視差技術(shù)可以提高制作效率，減少成本。

2多層運(yùn)動(dòng)視差與鏡頭運(yùn)動(dòng)

有人說動(dòng)畫是一種“空間形式的時(shí)間藝術(shù)”，的確如此。在這一點(diǎn)上動(dòng)畫可以說是一種類型的電影，因而動(dòng)畫中的許多理論來源都借用了電影的表現(xiàn)手法。尤其是在鏡頭運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方面，動(dòng)畫形式的影視鏡頭語言與電影是“同源”的。然而動(dòng)畫作為一門獨(dú)立的藝術(shù)，有著自己鮮明的特點(diǎn)。電影的運(yùn)動(dòng)相對動(dòng)畫更具有一種“純粹的狀態(tài)”。而動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)是“擬人”的，它屬于一種造型藝術(shù)，其運(yùn)動(dòng)不一定符合真人電影的邏輯運(yùn)動(dòng)。在舞臺(tái)演出中，舞臺(tái)上的所有動(dòng)作是受舞臺(tái)的三向維度限定的，在動(dòng)畫中畫框起著相同的作用。隨著攝像機(jī)的每次變動(dòng)，畫面中的“舞臺(tái)”也要重新設(shè)定。在現(xiàn)在的圖形圖像處理軟件中（After Effect或Flash等軟件），都有脫胎于多層攝像機(jī)而來的“層”概念和工具。利用軟件中“層”工具，基于多層運(yùn)動(dòng)視差可以模擬各種攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)。以下是介紹在現(xiàn)在圖形圖像處理軟件中如何利用多層運(yùn)動(dòng)視差呈現(xiàn)鏡頭的運(yùn)動(dòng)，這些方法是基于模擬攝像機(jī)靜止?fàn)顩r下去表現(xiàn)的攝像機(jī)鏡頭運(yùn)動(dòng)。

2.1推和拉鏡頭

模擬鏡頭的推和拉，是利用場景中的前景層與后景層大小對比變化來實(shí)現(xiàn)的。場景中的前景后景的對比也可以說是前后大小的對比。是利用影視中的鏡頭與被攝物體的遠(yuǎn)近關(guān)系產(chǎn)生的。任何人都會(huì)發(fā)現(xiàn)：遠(yuǎn)處的人比近處的小，而且人離得越遠(yuǎn)就顯得越小。同樣大小的物體，近的看上去顯得大，遠(yuǎn)的看上去顯得小。這實(shí)際上是一種錯(cuò)覺，是一種視覺上的變形現(xiàn)象。透視的實(shí)質(zhì)是“變形”。不管我們觀察什么東西，所看到的結(jié)果很少有不變形的。由于距離的增加，不僅直線的物體會(huì)產(chǎn)生變形現(xiàn)象，圓形、圓柱形等等也會(huì)產(chǎn)生變形現(xiàn)象。我們正是利用這種錯(cuò)覺，來模擬攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的推拉運(yùn)動(dòng)，使前景、中景、遠(yuǎn)景層的各個(gè)物體離鏡頭的遠(yuǎn)近運(yùn)動(dòng)、大小變化來形成攝像機(jī)鏡頭的推拉運(yùn)動(dòng)。

在一些以flash為主要制作手段的動(dòng)畫制作中，模擬推、拉鏡頭的方法是直接放大或縮小各層的景物。在現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中，后期合成軟件（如After Effect）里可以讓創(chuàng)作者在模擬的三維空間中實(shí)現(xiàn)鏡頭運(yùn)動(dòng)的操作（3D層），可以將三維空間中的各個(gè)層，實(shí)際靠近攝像機(jī)而不是平面的放大縮小模擬遠(yuǎn)近的動(dòng)作。這樣塑造出來的效果更具真實(shí)性，視覺效果上也更美觀（見圖1）。同時(shí)，在各層向鏡頭移動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度是不同的。根據(jù)多層運(yùn)動(dòng)視差原理，近處的物體運(yùn)動(dòng)較快，遠(yuǎn)處的物體運(yùn)動(dòng)較慢，在設(shè)計(jì)者制作時(shí)可以有意加大這種速度上運(yùn)動(dòng)來增強(qiáng)畫面中的推、拉鏡頭的效果，同時(shí)也增強(qiáng)了畫面的縱深空間感。

圖1各層向攝像機(jī)的方向靠近或原理來形成推拉的鏡頭運(yùn)動(dòng)

2.2移鏡頭

移動(dòng)鏡頭通常有兩種，水平方向的移鏡頭和垂直方向的移動(dòng)。在真實(shí)世界里，假若我們坐在車上，看到的畫面是窗外的場景在倒退，與你前進(jìn)的方向相反。因此，在圖形圖像處理軟件中利用多層運(yùn)動(dòng)視差的方法，讓各層相對于要模擬的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)。比如，要模擬鏡頭運(yùn)動(dòng)是從左到右的移動(dòng)，則作為畫面中前景、中景、遠(yuǎn)景的各個(gè)層要從鏡頭的右側(cè)往左側(cè)移動(dòng)，同時(shí)依據(jù)運(yùn)動(dòng)視差原理，前景層移動(dòng)較快，遠(yuǎn)景層移動(dòng)較慢，從前往后移動(dòng)速度遞減的方式略過鏡頭，這樣觀眾在畫面看到的就是從左到右的移動(dòng)鏡頭效果（見圖2）。垂直方向移鏡頭亦如此。

圖2各層運(yùn)動(dòng)方向與要模擬的攝像機(jī)移鏡頭運(yùn)動(dòng)方向相反

2.3跟鏡頭

跟蹤鏡頭是讓鏡頭鎖定在某個(gè)主物體上,當(dāng)這個(gè)物體移動(dòng)時(shí)鏡頭也跟著移動(dòng)，表現(xiàn)方法上要區(qū)別主要跟蹤的物體層和背景層，在背景層的表現(xiàn)方法上與前面提到的移動(dòng)鏡頭的方法大致相同；主要跟蹤物體層要始終在畫面的視覺焦點(diǎn)上面，所以主要物體常常做原地動(dòng)作，以便達(dá)到一種與攝像機(jī)一起運(yùn)動(dòng)的視覺跟蹤效果。

2.4其他

多層運(yùn)動(dòng)視差塑造搖鏡頭的方法與傳統(tǒng)方式接近，需要在畫面中事先描繪出以攝像機(jī)不動(dòng)時(shí)左右看到的景象，而在實(shí)際模擬運(yùn)動(dòng)中，這些層只是在攝像機(jī)前做了水平的橫移。移動(dòng)時(shí)各層掠過攝像機(jī)的速度與前面的移、跟鏡頭相反，前面的層要比遠(yuǎn)處的層移動(dòng)速度慢。

另外多層運(yùn)動(dòng)視差的方法模擬的鏡頭運(yùn)動(dòng)，雖然可以在節(jié)省成本同時(shí)創(chuàng)造出很好的視覺效果，但是它也有一定局限性，比如要想達(dá)到圍繞物體的旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)就顯力不從心了，因此在現(xiàn)在的動(dòng)畫制作中，使用多層運(yùn)動(dòng)視差原理塑造的攝像機(jī)動(dòng)畫和三維攝像機(jī)動(dòng)畫相結(jié)合的方式制作動(dòng)畫場景中的運(yùn)動(dòng)，這樣即能節(jié)省成本，又能更好的塑造場景中的空間，完善畫面中的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)。

此外值得一提的是，如果把攝像機(jī)變焦的原理而形成的景物呈現(xiàn)清晰與不清晰的對比，也算所一種攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的話，是可以更好的展現(xiàn)空間和深度。因?yàn)榻咕啾旧砭褪悄７氯搜墼谟^察縱深的景物時(shí)，把視線的注意力集中從景物的某一點(diǎn)上移動(dòng)到另一景物的某一點(diǎn)。視線集中在前景上，前景清晰，后景不清晰；反之亦然。在鏡頭設(shè)計(jì)實(shí)踐中，利用這一原理就能把場景上各個(gè)層，清晰度限制在一個(gè)特定的深度范圍內(nèi)，使前后景或多或少地虛化，造成清晰與不清晰的對比，影像之間清晰與不清晰的對比越大，深度感越強(qiáng)，使空間深度顯得更大。并且在軟件中這些模糊值可以調(diào)節(jié)改變，形成視覺焦點(diǎn)從一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一個(gè)點(diǎn)的效果。這樣不僅可以強(qiáng)調(diào)空間和深度，而且還具有突出畫面中的主體，引起觀眾的注意的作用。

3結(jié)束語

這種多層相對運(yùn)動(dòng)的方式表達(dá)和塑造空間的方法是以后計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中塑造空間的核心理念之一。為現(xiàn)代的后期合成軟件和一些三維軟件提供了參考模型和理論依據(jù)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖形圖像學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)逐步將原有的技術(shù)轉(zhuǎn)化成以計(jì)算機(jī)生成方式所取代，利用現(xiàn)在的后期合成軟件將畫面中場景分層移動(dòng)，利用軟件中的層概念來模擬多層動(dòng)畫攝像機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)場景中的空間表現(xiàn)。

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