三維虛擬交互技術(shù)在水墨動(dòng)畫中的應(yīng)用研究

【摘要】隨著動(dòng)畫制作技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳統(tǒng)藝術(shù)表現(xiàn)形式的不斷創(chuàng)新，在水墨動(dòng)畫藝術(shù)領(lǐng)域，中國動(dòng)畫藝術(shù)家成功將水墨畫這一獨(dú)具一格的東方技法引入到動(dòng)畫制作中，開創(chuàng)了一種前所未有的動(dòng)畫形式，也涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的水墨動(dòng)畫藝術(shù)作品。本文分別分析了水墨動(dòng)畫與三維虛擬交互技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，對(duì)三維水墨動(dòng)畫的意境表現(xiàn)和創(chuàng)作實(shí)踐進(jìn)行了探究，并對(duì)三維虛擬交互技術(shù)在水墨動(dòng)畫中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng)藝術(shù);水墨動(dòng)畫;三維虛擬交互技術(shù);應(yīng)用

近年來，傳統(tǒng)文化藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)的融合正在不斷加強(qiáng)，這給傳統(tǒng)文化藝術(shù)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，其中，三維水墨動(dòng)畫就已成為中國傳統(tǒng)文化象征的符號(hào)在國際動(dòng)畫舞臺(tái)上嶄露頭角。

三維水墨動(dòng)畫是中國水墨畫與現(xiàn)代動(dòng)畫制作技術(shù)相融合的產(chǎn)物，突破了傳統(tǒng)水墨藝術(shù)的視覺表現(xiàn)形式，是中國動(dòng)畫在創(chuàng)作過程中的一次非常成功的探索。

一、水墨動(dòng)畫的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）從二維水墨動(dòng)畫到三維水墨動(dòng)畫

水墨畫是中國傳統(tǒng)文化藝術(shù)的精髓代表，是經(jīng)過上千年文化積淀而形成的經(jīng)典藝術(shù)形式，隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，文化多元化趨勢(shì)的顯現(xiàn)，傳統(tǒng)的文化藝術(shù)也展現(xiàn)出了新的藝術(shù)表現(xiàn)形式，煥發(fā)出新的生機(jī)。

上個(gè)世紀(jì)60年代，陳毅元帥在參加一次美術(shù)電影展時(shí)說道：“你們?nèi)绻馨妖R白石的蝦動(dòng)起來就好嘍！”誰料陳毅元帥的這句話竟開啟了中國水墨動(dòng)畫的新篇章，1961年，一部取材于齊白石《蛙聲十里出清泉》的水墨動(dòng)畫《小蝌蚪找媽媽》成功問世，這是中國第一部水墨動(dòng)畫，也是世界第一部水墨動(dòng)畫，為中國水墨動(dòng)畫的發(fā)展奠定了世界級(jí)的美術(shù)水準(zhǔn)。水墨動(dòng)畫是一種建立在民族性和審美性基礎(chǔ)上的藝術(shù)形態(tài)，這種具有民族特色的藝術(shù)形態(tài)需要不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，才能一直被世界所認(rèn)可，90年代三維水墨動(dòng)畫的出現(xiàn)就是中國水墨動(dòng)畫藝術(shù)表現(xiàn)形式的一大突破[1]。

從水墨動(dòng)畫的發(fā)展過程來看，二維水墨動(dòng)畫的出現(xiàn)，使國際動(dòng)畫界領(lǐng)略到了中國動(dòng)畫的民族性風(fēng)格，如《牧笛》、《鹿鈴》、《山水情》等，這些水墨動(dòng)畫將中華民族獨(dú)具一格的藝術(shù)表現(xiàn)形式推向了世界動(dòng)畫的前沿，震驚了國際動(dòng)畫界，讓我們也看到了，只有民族的，才是世界的，水墨動(dòng)畫的發(fā)展前景必然是十分廣闊的。

隨著動(dòng)畫制作技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳統(tǒng)藝術(shù)表現(xiàn)形式的不斷創(chuàng)新，傳統(tǒng)水墨動(dòng)畫也開始從二維向三維形式轉(zhuǎn)變，三維水墨動(dòng)畫的出現(xiàn)，無論是從制作技術(shù)，還是從視覺藝術(shù)上來看，都提升了傳統(tǒng)水墨動(dòng)畫的藝術(shù)感染力和表現(xiàn)力，為傳統(tǒng)水墨動(dòng)畫的發(fā)展再一次注入了新鮮的血液，通過與三維動(dòng)畫制作技術(shù)的融合，再一次開創(chuàng)了水墨動(dòng)畫發(fā)展的新篇章。

如《夏》、《荷》、《塘韻》、《桃花源記》、《雙下山》、《秦時(shí)明月》等，都是比較典型的三維水墨動(dòng)畫作品，都是建立在三維動(dòng)畫軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建帶有水墨元素的3D模型，創(chuàng)設(shè)水墨植染材質(zhì)貼圖，以及對(duì)形式各樣的角色鏡頭進(jìn)行變化，從而表現(xiàn)出三維立體的視覺空間，然后利用后期影視制作技術(shù)進(jìn)一步合成植染輸出具有水墨效果的虛實(shí)濃淡等，在一定程度上拓展了水墨動(dòng)畫的視覺藝術(shù)表現(xiàn)形式，這也就是我們現(xiàn)在應(yīng)用的三維虛擬交互技術(shù)[2]。

（二）三維水墨動(dòng)畫的制作流程及發(fā)展現(xiàn)狀

三維水墨動(dòng)畫有其固定的制作流程，即建立角色模型、賦予材質(zhì)貼圖和骨骼綁定以及渲染輸出等，與其他三維動(dòng)畫不同，三維水墨動(dòng)畫最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是賦予材質(zhì)貼圖，這是由于材質(zhì)貼圖的設(shè)定需要采用國畫式的手繪貼圖和水墨效果材質(zhì)。與二維水墨動(dòng)畫相比，二者在前期制作流程上是一致的，即便與其他三維動(dòng)畫相比，還沒有什么不同，都要選取動(dòng)畫題材、設(shè)計(jì)故事、設(shè)定角色等，不同之處主要體現(xiàn)在后期制作上，二維水墨動(dòng)畫其實(shí)是由每一張靜態(tài)幀聯(lián)合構(gòu)成的，而三維水墨動(dòng)畫在后期制作上又分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，即模型動(dòng)畫和渲染合成，其實(shí)就是將最終的藝術(shù)視覺效果分散，先進(jìn)行打散式的制作，再進(jìn)行合理的歸整，以此來縮短制作時(shí)間，縮減制作總量[3]。

渲染效果是水墨動(dòng)畫內(nèi)在的核心部分，也是水墨動(dòng)畫視覺藝術(shù)表現(xiàn)的局限之處，就三維水墨動(dòng)畫渲染效果而言，其涉及的表現(xiàn)范圍方法以及制作技術(shù)非常廣，需要注意的點(diǎn)也非常多，如對(duì)材質(zhì)球的設(shè)置、材質(zhì)屬性與模型造型的匹配等，從觀賞體驗(yàn)需求角度上來看，三維水墨動(dòng)畫的制作要以虛擬沉浸感的交互體驗(yàn)為核心目標(biāo)，即需要借助三維虛擬交互技術(shù)來打破傳統(tǒng)的視覺藝術(shù)表現(xiàn)思維，以突破存在的視覺藝術(shù)的局限性。

所謂視覺藝術(shù)效果的局限性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是視覺形式的單一化和大眾化，水墨與動(dòng)畫的結(jié)合實(shí)質(zhì)上是藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合，因此，水墨動(dòng)畫的制作，必須注重藝術(shù)與技術(shù)在視覺上的有機(jī)結(jié)合，而僅僅運(yùn)用動(dòng)畫技術(shù)去創(chuàng)造一種藝術(shù)形式，而忽視了水墨藝術(shù)的表達(dá)深度，會(huì)使得制作出來的三維水墨動(dòng)畫作品還只是停留在追求三維表象的視覺形式;另一方面是缺少交互性體驗(yàn)，即便二維動(dòng)畫已經(jīng)過渡到三維動(dòng)畫，但是這種發(fā)展還僅僅停留在對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)畫視覺形式的繼承上，這種被動(dòng)式的視覺形式在渲染效果上存在很大的局限性，站在（下轉(zhuǎn)封三）（上接第298頁）墨藝術(shù)的角度來看，三維水墨動(dòng)畫需要愛展現(xiàn)水墨藝術(shù)的魅力，應(yīng)嘗試向虛擬交互的方向發(fā)展[4]。

二、三維虛擬交互技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）三維虛擬交互技術(shù)的整體構(gòu)架

三維虛擬交互技術(shù)指屬于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的三維人機(jī)交互技術(shù)范疇，對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用則是通過在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建三維模型，借助交互設(shè)計(jì)軟件設(shè)置交互程序，將傳統(tǒng)的交互方式（鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器）與新興的交互方式（手勢(shì)、聲音、肢體動(dòng)作）融合在一起。

對(duì)三維虛擬交互技術(shù)的探討，可以分為兩個(gè)方面，即交互任務(wù)和交互設(shè)備，這比較容易理解，交互技術(shù)的應(yīng)用就是為了實(shí)現(xiàn)某種交互任務(wù)，交互設(shè)備的選擇則是為交互技術(shù)的應(yīng)用提供一定的保障。在應(yīng)用過程中，交互流程又可分為用戶操作、傳感器設(shè)備、虛擬模型三個(gè)部分，即用戶借助交互設(shè)備與虛擬模型進(jìn)行交互操作，在此過程中通過傳感器設(shè)備對(duì)處于環(huán)境（包括現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境）進(jìn)行跟蹤檢測(cè)和實(shí)時(shí)反饋。由此可見，三維虛擬交互技術(shù)的整體構(gòu)架主要包括技術(shù)構(gòu)架和硬件構(gòu)架兩部分內(nèi)容，在技術(shù)構(gòu)架中，比較常用的交互技術(shù)主要有基于任務(wù)的交互技術(shù)、多通道交互技術(shù)、3D Widgets、混合交互技術(shù)四種;硬件構(gòu)架在應(yīng)用中主要有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及位置跟蹤設(shè)備三種。

總而言之，要想完成交互任務(wù)，就在特定環(huán)境下選擇適合的交互設(shè)備以便增強(qiáng)交互體驗(yàn)，這充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三個(gè)基本特征，即沉浸感、交互性以及構(gòu)想性[5]。

（二）三維虛擬交互技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，針對(duì)水墨動(dòng)畫藝術(shù)和三維虛擬交互技術(shù)融合的研究開始增多，但是現(xiàn)實(shí)案例還比較少，在水墨動(dòng)畫領(lǐng)域，應(yīng)用于水墨動(dòng)畫藝術(shù)的技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為主，僅僅局限于對(duì)水墨視覺藝術(shù)效果層面的仿真研究，如基于物理建模的仿真方法、基于特征抽取建模的仿真方法以及基于輪廓線與紋理映射相結(jié)合的仿真方法，這些仿真方法的應(yīng)用效果并不理想，主要原因在于規(guī)律性太強(qiáng)，仿真效果與典型藝術(shù)效果相比，存在很大的差距，很難真實(shí)地再現(xiàn)水墨的視覺藝術(shù)效果。

現(xiàn)階段，對(duì)水墨動(dòng)藝術(shù)的動(dòng)畫制作技術(shù)應(yīng)用主要關(guān)注的是對(duì)其視覺藝術(shù)效果的仿真，對(duì)三維虛擬交互技術(shù)的應(yīng)用效果并不理想[6]。

三、三維水墨動(dòng)畫的意境表現(xiàn)和創(chuàng)作實(shí)踐

（一）三維水墨動(dòng)畫的意境表現(xiàn)

傳統(tǒng)的水墨藝術(shù)遵循的是虛實(shí)相生的結(jié)構(gòu)原理，三維水墨動(dòng)畫對(duì)意境的表現(xiàn)要突出其意境美，在三維水墨動(dòng)畫制作過程中，首先要對(duì)傳統(tǒng)的水墨動(dòng)畫有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確的把握，進(jìn)而通過對(duì)三維虛擬交互技術(shù)的應(yīng)用，表現(xiàn)出我們需要的效果。

這種意境表現(xiàn)主要分為動(dòng)態(tài)的意境表現(xiàn)和聲與樂幻化的意境表現(xiàn)，“動(dòng)”是三維水墨動(dòng)畫要實(shí)現(xiàn)的效果，是其表現(xiàn)的一大特點(diǎn)，“意”是傳統(tǒng)水墨動(dòng)畫表現(xiàn)的基本內(nèi)涵，將二者結(jié)合在一起就是我們追求和想要達(dá)到的形神兼?zhèn)涞乃囆g(shù)效果。

鑒于傳統(tǒng)的水墨畫遵循的是散點(diǎn)透視原則，在建模過程中一定要注意對(duì)其位置的控制，實(shí)際上，與傳統(tǒng)水墨動(dòng)畫相比，三維水墨動(dòng)畫在其藝術(shù)表現(xiàn)形式上多了一個(gè)“動(dòng)”，這是鏡頭的動(dòng)，傳統(tǒng)的水墨動(dòng)畫是在紙上完成的，鏡頭視角對(duì)準(zhǔn)的是二維模式下的紙張，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)鏡頭視角的改變，而在三維水墨動(dòng)畫中，鏡頭視角更加多元化，能夠任意進(jìn)行鏡頭捕捉，更有助于對(duì)意境的表現(xiàn)。

（二）三維水墨動(dòng)畫的創(chuàng)造實(shí)踐

在三維水墨動(dòng)畫制作過程中，除了要關(guān)注對(duì)視覺藝術(shù)效果的仿真，更要重視真，尤其是在后期制作中，要更好地借助三維虛擬交互技術(shù)對(duì)與水墨畫息息相關(guān)的筆法、墨法以及紙法進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，這是體現(xiàn)三維水墨動(dòng)畫的意境的關(guān)鍵所在。

水墨畫的意境在于筆意，動(dòng)畫制作技術(shù)很難達(dá)到這一境界，而運(yùn)用三維虛擬交互技術(shù)，可以通過不同的方法來完成筆觸，在前期建模時(shí)可以按照水墨畫的構(gòu)圖特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)效果渲染，以為后期制作奠定良好的基礎(chǔ)，通過將材質(zhì)圖與水墨畫建模進(jìn)行整合，以達(dá)到想要的三維圖效果。

對(duì)于墨法和紙法的處理，創(chuàng)作者不但要懂得三維軟件的使用技術(shù)，還要充分理解水墨畫的基本要素，三維虛擬交互技術(shù)的應(yīng)用過程中，對(duì)材質(zhì)球?qū)傩缘恼{(diào)解至關(guān)重要[7]。

四、三維虛擬交互技術(shù)在水墨動(dòng)畫中的應(yīng)用

（一）虛擬交互式水墨動(dòng)畫的技術(shù)應(yīng)用

從軟件應(yīng)用層面上來看，三維水墨動(dòng)畫的制作主要應(yīng)用到三類軟件：三維動(dòng)畫制作軟件、平面制作軟件以及虛擬交互制作軟件。

Autodesk Maya和3DMAX是最為常用的兩款三維動(dòng)畫制作軟件，前者的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在動(dòng)畫制作上，后者的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在渲染制作上，二者都能夠很好地完成三維水墨動(dòng)畫的前期制作;Adobe Photoshop和Illustrator是兩款目前比較常用的平面制作軟件，能夠完成貼圖、平面圖形繪制以及后期渲染效果等任務(wù);虛擬交互制作軟件主要有Virtools和Quest3D Lumion，借助這類軟件能夠?qū)?D圖形、3D模型燈光材質(zhì)等一些比較常用的檔案格式整合在一起，迅速生成具有真實(shí)互動(dòng)行為的三維水墨動(dòng)畫作品。

在三維水墨動(dòng)畫制作中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑺珓?dòng)畫由動(dòng)態(tài)畫面轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑摂M交互性質(zhì)的表現(xiàn)形式，這不僅符合了時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，又適應(yīng)了人們對(duì)視覺體驗(yàn)的新需求，更是對(duì)中國水墨動(dòng)畫藝術(shù)的有力繼承和大膽創(chuàng)新，其具體的視覺藝術(shù)特征主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

其一，營造了三維水墨動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)空間，實(shí)現(xiàn)了多視角的可視化效果;

其二，豐富了三維水墨動(dòng)畫的藝術(shù)語言，突出了次時(shí)代特征下的視覺效果;

其三，增強(qiáng)了真實(shí)沉浸感，提升了多感官的虛擬交互體驗(yàn)。

（二）虛擬交互式水墨動(dòng)畫的設(shè)計(jì)制作

虛擬交互式水墨動(dòng)畫的設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)步驟：

第一，設(shè)計(jì)視覺風(fēng)格和主體內(nèi)容，即在現(xiàn)有題材基礎(chǔ)上進(jìn)行更為深入的拓展，元素的選取應(yīng)適應(yīng)以虛擬交互的表現(xiàn)形式去體現(xiàn)，主題內(nèi)容上要反映出作品的氣韻與意境，以及視覺空間與層次關(guān)系;

第二，設(shè)計(jì)角色模型和分鏡構(gòu)圖，應(yīng)盡可能地設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的角色模型以及遵循傳統(tǒng)水墨畫的構(gòu)圖原則，以便為后期的材質(zhì)渲染奠定基礎(chǔ);

第三，設(shè)計(jì)整體框架和交互節(jié)點(diǎn)，較好的場(chǎng)景框架能夠使故事更好地銜接，而較好的交互節(jié)點(diǎn)則能夠?qū)⒂^賞者的真實(shí)的感受引入到新的意境空間中，更好地體驗(yàn)到水墨動(dòng)畫的意境和內(nèi)在精神。

虛擬交互式水墨動(dòng)畫的制作也分為三個(gè)步驟：

第一，制作模型，運(yùn)用Maya軟件中的Polygon多邊形來建模，然后對(duì)模型中的細(xì)節(jié)進(jìn)行雕刻，在此基礎(chǔ)上制作動(dòng)畫;

第二，制作水墨渲染效果，借助Polygon模型制作水墨效果的貼圖和材質(zhì)，然后對(duì)平面化效果進(jìn)行渲染，最后體現(xiàn)出水墨渲染的三維描邊效果;

第三，制作虛擬動(dòng)作交互的動(dòng)畫形式，運(yùn)用Virtools交互軟件構(gòu)建應(yīng)用框架，然后選擇三維角色模型，設(shè)置模塊命令以及背景，最后整合交互動(dòng)畫[8]。

五、結(jié)論

就現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r來看，三維水墨動(dòng)畫還并未完全轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的表現(xiàn)方式，雖然在視覺層面上已經(jīng)達(dá)到了一定的審美需求，但是還難以達(dá)到表現(xiàn)出水墨動(dòng)畫藝術(shù)本身內(nèi)在精神的目的，因此，對(duì)三維虛擬交互技術(shù)在水墨動(dòng)畫中的應(yīng)用進(jìn)行研究，有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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[4]張娜，范宏倩.MAYA技術(shù)在水墨動(dòng)畫中的應(yīng)用研究[J].青春歲月，2013，13（2）：97-98.

基金項(xiàng)目：湖南省科技廳規(guī)劃項(xiàng)目（2010GK3066）;湖南省教育廳規(guī)劃項(xiàng)目（09C102）。

作者簡介：王?。?972—），男，湖南常德人，碩士，長沙理工大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院副教授，武漢理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院在讀博士研究生，研究方向：數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)，動(dòng)畫等。