生物三維動畫科普影片的制作流程與特性研究

焦 琨

（遼寧師范大學(xué) 遼寧 大連 116081）

生物三維動畫科普影片的制作流程與特性研究

焦 琨

（遼寧師范大學(xué) 遼寧 大連 116081）

研究三維動畫在生物科研活動中的具體應(yīng)用，能夠使三維動畫更好地服務(wù)于生物科研與教學(xué)領(lǐng)域，為生物領(lǐng)域科普活動與科研的發(fā)展打開新的局面。本文概述了科普影片的傳播目的，分析和比較了三維動畫科普影片的優(yōu)勢與劣勢，并在此基礎(chǔ)上探討了生物三維動畫科普影片的特性與制作流程。

科普教育；形象化；靈活性

一、科普影片的傳播目的

“科普”一詞，應(yīng)源于1959年英國人查理斯·波西史諾《兩種文化與科學(xué)革命》的演講內(nèi)容，這是現(xiàn)代社會對于科普開始了解及重視的開端，在以人文社會為主流的時代，這一概念的提出也逐漸發(fā)掘了科學(xué)于社會發(fā)展和人民生活之間的重要聯(lián)系，因為科學(xué)所要普及的即是以人文為主的社會環(huán)境。更好的公民科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成與質(zhì)量的提升，是促進國家繁榮的重要因素，并可以提供更優(yōu)質(zhì)的社會決策和更高質(zhì)量的個人生活，提高廣大民眾的科學(xué)素養(yǎng)是對未來的投資。目前世界各國推廣科普教育的政策雖然各有不同，但是都對科普教育的推廣工作非常重視，且不乏積極發(fā)展的案例。在歐洲，大多數(shù)民眾都看好一般科學(xué)和技術(shù)所帶來的好處；根據(jù)美國相關(guān)機構(gòu)的研究顯示，超過百分之八十的美國民眾表示出對生活上具有普遍利益的科學(xué)知識有一定的興趣；在澳洲，大部分的民眾也認(rèn)為，科學(xué)技術(shù)是改善生活的重要因素。

如何喚起學(xué)生對于科學(xué)知識的興趣與學(xué)習(xí)動力，是近年來科學(xué)教育最關(guān)注的議題之一。過去科普或科教領(lǐng)域的研究主要關(guān)注于學(xué)習(xí)效率的提升，或改變教學(xué)策略對成就表現(xiàn)的影響。然而，推廣科學(xué)教育的目的是提升學(xué)生對科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，有相關(guān)機構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，觀眾在聽完科學(xué)知識講座后，自身在對科學(xué)知識的理解和對于相關(guān)知識的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)習(xí)興趣方面有明顯提升?？茖W(xué)教育因內(nèi)容議題廣泛，對于科學(xué)知識的學(xué)習(xí)效益研究、學(xué)習(xí)動機和科學(xué)素養(yǎng)等相關(guān)議題皆會產(chǎn)生積極影響。

學(xué)生在科學(xué)、科技知識課程中，能連結(jié)科學(xué)概念、理解與知識的相關(guān)應(yīng)用，甚至在課程結(jié)束后，會持續(xù)關(guān)注相關(guān)議題并統(tǒng)籌所學(xué)內(nèi)容，這就是科普影片所應(yīng)起到的作用。具體說來，注重科普影片的傳播可以達到以下的效果：

（一）大眾能肯定科學(xué)研究、科學(xué)方法、科學(xué)精神與其重要性，并能接受及推廣這些方法與價值；

（二）吸引更多民眾投入相關(guān)活動；

（三）促進專業(yè)與非專業(yè)領(lǐng)域的溝通了解，激發(fā)跨領(lǐng)域的新研究。

所以，科普影片的傳播目的不僅在于學(xué)習(xí)科學(xué)知識，更重要的是協(xié)助對科學(xué)的了解，并提升科普議題的關(guān)注與學(xué)習(xí)?？茖W(xué)知識是透過不斷辯證、收集數(shù)據(jù)并評估進而取得發(fā)展的，所以，借由科普影片輔助及整合科學(xué)知識內(nèi)容，有助于延續(xù)學(xué)生在科學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)識得到進一步發(fā)展。

二、三維動畫科普影片的優(yōu)劣勢比較

近些年來，隨著科技的不斷進步，科普影片的拍攝形式也由過去依靠相機、攝像機實景實地拍攝的單一拍攝方式，轉(zhuǎn)為利用計算機運算三維動畫仿真圖像的新型科普影片制作方式。那么，這種新型的科普影片拍攝方式相對于傳統(tǒng)拍攝方式，到底有哪些優(yōu)缺點呢？首先我們來探討優(yōu)點部分：第一，由于三維動畫完全采用電腦進行制作，在制作空間上可以節(jié)省許多，只要是能擺放電腦進行創(chuàng)作的地方都可以進行動畫制作；而其他的影片制作方式，不管是用拍攝方式還是用手繪方式，除了要有繪畫或是制作道具的場地，還需要有拍攝用的攝影棚等工作場所才可以進行制作。第二，利用三維動畫方式制作影片，具有高度的制作靈活性，如果有不滿意的鏡頭需要修改，只需在軟件中修改原有文件的相關(guān)參數(shù)即可，使得制作和修改過程變得相對簡單；而其他的影片制作方式，一旦出現(xiàn)某個環(huán)節(jié)的錯誤，可能就必須重做一次，好比實景拍攝的方式，只要有一個地方出錯，可能整個鏡頭就需要全部重拍，這會使得制作過程變得冗長、繁瑣且會消耗更多的資源，拍攝時間上也得不到很好的保證。第三，因為三維動畫能夠模擬生成復(fù)雜的環(huán)境場面，比起傳統(tǒng)手繪動畫能夠呈現(xiàn)更大的空間變化和更為逼真的視覺效果，而傳統(tǒng)的攝影機或顯微鏡拍攝的方式因為會受到環(huán)境、光線以及器材的影響，使得拍攝過程受到諸多限制，往往效果會不盡人意。隨著電腦硬件和軟件科技的不斷向前發(fā)展，三維動畫可以呈現(xiàn)出越來越多我們以往無法企及的視覺可能性，從而制作出更為逼真的影像效果。雖然這點有人認(rèn)為未必更好，但是若純粹以技術(shù)層面來看確實是一種進步。第四，三維動畫制作方式能夠節(jié)省更多的制作成本，因為不需要大量的人力物力的介入，在資金有限的情況下，只要有一臺中等配置的電腦便能夠開始制作工作，而傳統(tǒng)拍攝方式除了要將畫面用相機或是攝影機拍攝下來，還要將拍攝素材送交后期剪輯以及合成部門進行畫面的后續(xù)處理，而現(xiàn)在這些步驟在三維動畫制作的流程里可以在同一臺電腦上完成。

在探討要三維動畫的優(yōu)點的同時，我們也應(yīng)注意到利用三維動畫方式制作科普影片也存在一些缺點和問題。第一，是所有利用電腦進行動畫制作的方式下普遍存在的問題，就是過度依賴電腦使得資料的保存方式限于電腦硬件之內(nèi)，一旦電腦硬件出現(xiàn)損毀，辛苦創(chuàng)作的數(shù)據(jù)資料很有可能一瞬間化為烏有。第二，也與過度依賴電腦有關(guān)。由于制作過程全部或大部分透過電腦完成，軟、硬件之間的配合就顯得尤為重要。一旦軟、硬件之間出現(xiàn)不兼容的情形便會出現(xiàn)制作過程的停滯。例如：當(dāng)制作過程是由多人共同擔(dān)當(dāng)，并非個人獨立制作時，一旦所用的制作軟件不相同或是版本不同的時候，就有可能出現(xiàn)文件無法相容，導(dǎo)致制作過程停滯的情況。尤其是多人參與制作時，這是經(jīng)常出現(xiàn)的、非常麻煩的問題。第三，是與電腦硬件配置情況有關(guān)。雖然理論上只要電腦能安裝三維動畫制作軟件，就可以進行影片的制作工作，但是實際制作中如果電腦硬件設(shè)施過于老舊，即便是軟件能夠安裝，也很難正常使用。這個問題也會影響到將來圖像的輸出以及最終影片的完成時間。硬件設(shè)備的落后，使得相對的圖像運算需要花費更多的時間去完成，這會直接導(dǎo)致影片制作效率低下和制作成本的增加。

三、生物三維動畫科普影片的特性與制作流程

傳統(tǒng)生物學(xué)教學(xué)影片注重知識化、通俗化和形象化，將艱深難懂的生物學(xué)知識和生物學(xué)技術(shù)普及給社會大眾。隨著時代的發(fā)展和生物學(xué)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，新世紀(jì)的生物學(xué)科普影片除了要繼承傳統(tǒng)生物學(xué)科普影片的現(xiàn)有特征以外，還應(yīng)探索面臨的新形勢、新內(nèi)容和新問題，并以此指導(dǎo)生物學(xué)科普影片的創(chuàng)作工作。

隨著音視頻技術(shù)和媒體傳播方式的變遷，利用傳統(tǒng)方式拍攝制作的生物學(xué)科普影片從畫面效果到視頻內(nèi)容方面，已遠遠不能滿足當(dāng)今人們對于生物科學(xué)知識學(xué)習(xí)的渴望。近年來，由于三維動畫技術(shù)的精確性、真實性和無限的可操作性，被廣泛應(yīng)用于影視、教育、軍事、娛樂等諸多領(lǐng)域。利用三維動畫仿真技術(shù)制作的影片能夠給人耳目一新的感覺，因此受到了眾多觀眾的歡迎。在國外，三維動畫仿真技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)教學(xué)影片、科研及科普等多個領(lǐng)域。那么，國內(nèi)生物三維動畫科普影片的制作與發(fā)展現(xiàn)狀又是如何呢？針對這個問題，我們的科研小組做了一系列的調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：首先，盡管生物學(xué)研究領(lǐng)域特別是教學(xué)方面極度需要相當(dāng)數(shù)量的三維生物學(xué)動畫科普片的片源，但是國內(nèi)卻沒有一家機構(gòu)能夠?qū)I(yè)從事此類影片的制作，制作流程和技術(shù)表現(xiàn)特質(zhì)的研究方面仍屬空白；其次，國內(nèi)目前對于生物學(xué)科普影片的制作方面，仍然大多以電子顯微鏡或相機拍攝到的真實圖片或視頻為主，因為現(xiàn)實攝制條件的限制和軟硬件方面的制約，這種傳統(tǒng)拍攝方式得到的影片效果往往不盡人意；最后，國內(nèi)現(xiàn)在三維生物學(xué)動畫科普片的來源，主要是依靠采購國外僅有的幾家相關(guān)制作機構(gòu)制作的片源，影片價格高居不下，內(nèi)容也不甚豐富，而且品質(zhì)良莠不齊。

通過以上的調(diào)查結(jié)果我們不難看出，目前我國生物科普影片的制作中在牢牢把握科學(xué)性的同時，必須考慮當(dāng)今受眾的需要——只有觀眾喜聞樂見的科普影片形式才是“優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品”。三維動畫具備不受時空、結(jié)構(gòu)與尺度限制的特征，能以逼真的圖像表現(xiàn)無法實拍或者具有危險性的生物生活環(huán)境或身體內(nèi)部構(gòu)造，使用三維動畫技術(shù)能真實、清晰地展示想要表達的生物對象的每一個細節(jié)，可以在小規(guī)格時段內(nèi)模擬出實際發(fā)生過程漫長的生物研究過程，并可以突破物理屏障，深入對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行“拍攝”，也能夠輕松模擬在顯微鏡條件下難以拍攝到的對象外形和運動，適宜表現(xiàn)那些強調(diào)真實感、空間層次感的復(fù)雜研究題材，其制作修改靈活性較強，畫面質(zhì)量能得到很好地控制，以上特點使得三維動畫將成為今后一段時間生物科普影片表現(xiàn)的主要手段和趨勢。

生物三維動畫影片的制作過程依照制作團隊人員的數(shù)量和制作成本的不同會有一些差異，但是其整體的制作流程大體相同。本文以筆者制作影片的過程為例，大致將生物三維動畫科普影片的制作流程總結(jié)并劃分為：前期制作階段、動畫中期制作階段和后期合成階段等三大步驟。

（一）前期制作階段

這一階段主要將影片的構(gòu)思、文獻收集過程中的生物物種、生活習(xí)性和細胞結(jié)構(gòu)特點等資料，透過與生物科學(xué)專家的不斷溝通交流，取得科學(xué)層面上的建議與確認(rèn)，并充分結(jié)合三維動畫制作的特點，由故事大綱延伸出完整的文字劇本及基本美術(shù)造型設(shè)計方案，包括整體畫面風(fēng)格設(shè)計、生物造型設(shè)計、色彩氣氛設(shè)計等步驟，然后將細化的文字劇本給予鏡頭語言，制作成完整的畫面分鏡頭臺本，即完成影片的前期制作階段。

（二）動畫中期制作階段

這一環(huán)節(jié)主要將完整的前期美術(shù)設(shè)計方案依照設(shè)計完成的圖樣，進行諸如三維數(shù)字模型搭建、材質(zhì)貼圖、骨架綁定等工作，之后再進行生物角色的動畫設(shè)計、三維虛擬鏡頭運鏡、燈光、特效等方面的設(shè)定與測試，最后進行全片三維圖片序列素材的渲染輸出解算工作。

（三）后期合成階段

主要通過后期制作軟件完成圖片序列素材的剪輯與畫面效果調(diào)整處理工作，調(diào)整好畫面的節(jié)奏與色調(diào)，并對照畫面影像來制作影片中的全部字幕，最后將視頻進行完整輸出，得到最終成片。

以下便是筆者總結(jié)歸納的整個三維動畫科普影片的制作流程圖，如圖1所示：

圖1　

盡管目前國外已經(jīng)有關(guān)于三維生物學(xué)動畫的制作案例，然而，這在我國生物學(xué)研究界的應(yīng)用至今仍然處在起步階段。研究三維動畫在現(xiàn)代生物學(xué)研究活動中的運用，能夠使三維動畫更好地服務(wù)于生物學(xué)研究和其他相關(guān)科研項目，為生物學(xué)科研與科普活動的發(fā)展帶來新的契機。

［1］彭國華，陳紅娟編著.3ds Max三維動畫制作技法（基礎(chǔ)篇）［M］.科學(xué)出版社，2009.

［2］［美］葛詹尼加等著.周曉林，高定國等譯.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)——關(guān)于心智的生物學(xué)［M］.機械工業(yè)出版社，2011.

［3］毛松午，李藝康，顧潔燕等.美國IMAX醫(yī)學(xué)科普電影《人體奇跡》給我們的啟示［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2010（6）.

［4］徐越華.談醫(yī)學(xué)科普動畫片《我從哪里來》的制作［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2012（4）.

J954

A

1007-0125（2015）12-0101-03

遼寧師范大學(xué)青年科研項目（項目編號：LS2014W022）結(jié)題論文。