基于計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模技術(shù)的中國(guó)皮影藝術(shù)新傳承

王迪

摘要：皮影戲是我國(guó)民間工藝美術(shù)與戲曲巧妙結(jié)合的一種傳統(tǒng)藝術(shù)表現(xiàn)形式，在中國(guó)傳統(tǒng)古典文化中扮演者重要的角色。但是，伴隨著近代以來(lái)的各種社會(huì)變革，皮影戲開始走向蕭條，再加之現(xiàn)代各種文化藝術(shù)的蓬勃發(fā)展以及皮影本身制作工序的繁瑣和演出場(chǎng)地的限制，使得皮影戲的生存變得舉步維艱。幸運(yùn)的是，隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模技術(shù)給中國(guó)皮影藝術(shù)的傳承帶來(lái)了新的曙光。本文主要從中國(guó)皮影戲的起源與發(fā)展、皮影各部件的數(shù)字化提取、皮影各部件模型構(gòu)建和拼接技術(shù)、簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)以及通過(guò)設(shè)定關(guān)鍵幀實(shí)現(xiàn)皮影動(dòng)作仿真這五方面介紹皮影戲與計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模技術(shù)相結(jié)合的新形勢(shì)對(duì)于中國(guó)皮影藝術(shù)廣泛傳承的新啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：皮影戲；計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模技術(shù)；數(shù)字化提??；數(shù)據(jù)庫(kù)；關(guān)鍵幀

中圖分類號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）03-0217-03

Inheritance of China Shadow Art based on 3D Animation Modeling Technique

WANG Di

（College of Computer and Information Technology，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Abstract：Chinese shadow play，a traditional art form combined arts and crafts with opera skillfully，plays a crucial role in classical Chinese culture.However，shadow play is moving towards a recession with various social reform.Also，owing to its own complicated production process and the limit of performance places as well as the development of culture and arts，Chinese shadow play gets into a difficult situation .Fortunately，3D animation modeling technique brought new hope for the inheritance of Chinese shadow art after the arrival of the digital age.This paper mainly introduce the profound influence brought by new situation that shadow play is in combination with 3D animation modeling technique in terms of origin and development of Chinese shadow play，digital extraction，modeling and stitching for all the parts of shadow figures，designing ordinary database and achieving motion simulation of shadow figures by setting keyframes.

Key words：shadow play；3D animation modeling technique；digital extraction；data base；key frame

1 中國(guó)皮影戲的起源與發(fā)展

皮影戲，是一種用蠟燭或燃燒的酒精等光源照射以獸皮或紙板做成的人物剪影并加上故事表演的民間戲劇之一，又稱“影子戲”或“燈影戲”。據(jù)《漢書》最早記載，相傳漢武帝寵妃李夫人有著傾國(guó)傾城的美貌，可惜年紀(jì)輕輕就香消玉殞了，武帝傷悼不已，希圖與李夫人再見一面。這時(shí)，一位方士剪刻出李夫人畫像，將其設(shè)在紗帳內(nèi)，背后置有燈燭，燈影搖曳，宛如李夫人翩翩而來(lái)，姣姣玉面，裊裊腰身，宛若生前。而皮影，就是濫觴于這發(fā)生在兩千多年前帝王的愛情故事。

皮影戲始于西漢，興于唐朝，盛于清代，元代時(shí)期曾傳至西亞和歐洲，可謂歷史悠久。但是，中國(guó)皮影藝術(shù)的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的。清朝末年，有些地方官府為防止觀影者聚眾鬧事，便禁演皮影戲，甚至捕辦皮影藝人。后來(lái)，皮影藝人又受到“白蓮教”的牽連，被以“玄燈匪”的罪名遭到查抄。后抗戰(zhàn)爆發(fā)，在日軍鐵蹄的踐踏之下皮影戲一蹶不振。新中國(guó)成立之后，全國(guó)各地殘存的皮影戲班、藝人開始重新活躍，但在文革時(shí)期又遭到“破四舊”的迫害，從此元?dú)獯髠?。不僅如此，伴隨著當(dāng)代電視媒體技術(shù)的發(fā)展和流行文娛形式的沖擊，傳統(tǒng)皮影藝術(shù)難以適應(yīng)快節(jié)奏的現(xiàn)代社會(huì)，一度瀕臨絕跡。當(dāng)然，這些只是皮影戲逐漸衰落的社會(huì)因素，還有諸多皮影自身的因素也制約著它的發(fā)展和傳承，例如皮影的制作工序繁瑣、不易保存、難以攜帶等。

皮影制作考究，工藝精湛。它集合了繪畫、雕刻、剪紙等多種藝術(shù)形式，汲取了中國(guó)漢代帛畫和唐宋寺院壁畫的手法與風(fēng)格，色彩造型巧奪天工，為無(wú)數(shù)藝術(shù)家所傾倒。但是皮影的制作工序及其復(fù)雜，通常要經(jīng)過(guò)選皮、制皮、畫稿、過(guò)稿、鏤刻、敷彩、發(fā)汗熨平、綴結(jié)合成等八道工序、手工雕刻3000余刀，這足以花去一個(gè)手工藝人數(shù)月的時(shí)間，還可能因任何一個(gè)小差錯(cuò)而導(dǎo)致無(wú)法彌補(bǔ)，前功盡棄。除此之外，皮影成品的保存和攜帶也是個(gè)尚未攻克的難題，長(zhǎng)時(shí)間的日曬會(huì)使顏料褪色，溫度的濕熱變化也會(huì)使皮影變形，這對(duì)皮影的批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是致命的弱點(diǎn)。再加之現(xiàn)代各種新興藝術(shù)的快速崛起，愿意從事皮影演出的藝人越來(lái)越少，這在很大程度上制約了皮影戲的傳承和發(fā)展。

幸運(yùn)的是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模技術(shù)逐漸走向成熟，足以克服上述種種局限。不僅能真實(shí)地再現(xiàn)皮影戲的演出原理，而且制作方便，也可以根據(jù)觀眾的需要隨時(shí)進(jìn)行修改。這樣既可以打破皮影戲作為傳統(tǒng)藝術(shù)的沉重性，又賦予它大量的現(xiàn)代流行元素，吸引更多年輕人觀看，進(jìn)而促進(jìn)皮影戲的不斷向前發(fā)展和廣泛傳承。

2 皮影各部件的數(shù)字化提取

皮影人的頭部、軀干和四肢是各自獨(dú)立的，用線連綴而成，以便表演時(shí)活動(dòng)自如。為了構(gòu)建逼真的皮影模型，我們需要在建模之前進(jìn)行皮影各部件的數(shù)字化提取。所謂數(shù)字化，就是通過(guò)數(shù)碼相機(jī)拍攝、二維掃描、三維建模、Photoshop等圖像處理技術(shù)進(jìn)行皮影各部件的獲取，并以數(shù)據(jù)文件的形式保存在計(jì)算機(jī)中。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的皮影人為例進(jìn)行闡述。

在提取皮影各部件之前，我們首先應(yīng)獲取一個(gè)高清的完整影人圖像，具體操作大致有三種：第一種是把皮影粘貼在背景上用數(shù)碼相機(jī)拍攝高清影像的方法；第二種是通過(guò)二維掃描的方式獲取圖片，但采用此方式得到的圖像往往不夠清晰，甚至?xí)?dǎo)致一些細(xì)節(jié)失真；第三種是利用某些畫圖工具，如數(shù)位板在Photoshop平臺(tái)上直接繪制完整的影人圖片，但是這需要很強(qiáng)的繪畫功底，對(duì)于美術(shù)基礎(chǔ)較弱的人來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一種考驗(yàn)。

皮影各部件的數(shù)字化提取，主要是繪制適合模型使用的貼圖以便在三維建模時(shí)添加較為真實(shí)的皮影紋理。具體的操作可以通過(guò)繪圖工具Photoshop CC實(shí)現(xiàn)，主要包括圖像裁剪、色彩填充和輪廓導(dǎo)出三部分。

1）圖像裁剪

這里所說(shuō)的圖像裁剪是指將皮影人的頭部、軀干和四肢各自分開，各自保存的過(guò)程。首先將圖片以像素為單位導(dǎo)入到Photoshop CC中，然后運(yùn)用鋼筆工具或磁環(huán)套索工具沿著各部件的邊緣像素進(jìn)行裁剪，最后各自保存為bmp或jpg格式的文件。

2）色彩填充

色彩填充，換句話說(shuō)就是繪制貼圖，主要是針對(duì)部分褪色的皮影而設(shè)計(jì)的。由于皮影容易受光照、溫度和濕度的影響而變形或褪色，適當(dāng)進(jìn)行色彩填充既可以起到修復(fù)皮影的作用，又可以給人以完美的視覺效果，也是模型構(gòu)建不可或缺的一部分。

3）輪廓導(dǎo)出

圖1 影人（完整） 圖2 頭部和四肢

輪廓導(dǎo)出主要是為下面計(jì)算機(jī)三維模型的構(gòu)建做準(zhǔn)備。本文運(yùn)用的建模工具是3ds MAX，它是一種較為成熟、功能完善的三維動(dòng)畫建模工具。輪廓導(dǎo)出的具體操作如下：在Photoshop CC中打開保存好的影人各部件貼圖文件，用磁環(huán)套索工具把圖形邊緣選中，轉(zhuǎn)化為工作路徑，設(shè)置適當(dāng)?shù)娜莶钪?，然后?dǎo)出Illustrator路徑，得到ai格式文件并保存，以便在3ds Max中直接建立圖形的線行輪廓，方便模型構(gòu)建。

3 皮影各部件模型構(gòu)建和拼接技術(shù)

在20世紀(jì)80年代以后，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的逐漸成熟，計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，人們開始利用一些建模工具創(chuàng)建具體的、十分逼真的產(chǎn)品模型，克服了傳統(tǒng)二維模型由于丟失深度信息而造成的種種缺點(diǎn)。目前我們常用的計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模工具軟件有3ds MAX、AutoCAD、Maya等。本文是基于3ds MAX實(shí)現(xiàn)皮影各部件模型的構(gòu)建和拼接的。

首先，把保存在ai格式文件中的線性輪廓導(dǎo)入到3ds MAX中，再根據(jù)3ds MAX修改面板對(duì)其進(jìn)行擠出操作，參數(shù)大小應(yīng)盡量統(tǒng)一，以方便皮影各部件模型的拼接。然后，對(duì)擠出后的模型進(jìn)行貼圖操作。為了使貼圖與模型完全吻合，可以使用UVW貼圖工具來(lái)調(diào)整圖片的大小和位置。最后將建成的皮影各部件模型以.max格式分別保存到計(jì)算機(jī)中。

皮影各部件模型的拼接操作也是基于3ds MAX平臺(tái)進(jìn)行的。拼接操作的第一步就是將皮影各部件模型導(dǎo)入到一個(gè)新的.max文件中，然后利用平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像等操作將皮影各部件拼接在一起構(gòu)成一個(gè)完整的影人模型。當(dāng)然，拼接過(guò)程中對(duì)于身體各部位之間比例的把握也是一個(gè)難點(diǎn)，需要研究者們細(xì)心考究皮影原型才能呈現(xiàn)出更佳的視覺效果。

4 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)（Database）是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，它在數(shù)據(jù)查詢、修改、保存、安全等方面有著其他數(shù)據(jù)處理手段無(wú)法超越的優(yōu)勢(shì)。就皮影戲來(lái)說(shuō)，它流傳地域廣闊，且形成多種流派，各具地方特色，這樣一來(lái)，就造成了皮影資料的分散。不僅如此，傳統(tǒng)皮影素材大多靠拍攝、繪畫或印刷等技術(shù)獲得，且皮影本身制作工序繁瑣，不易保存和攜帶，籌備一次演出將耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，還常常受到演出場(chǎng)地的限制。鑒于上述種種缺點(diǎn)，本文引入了簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)。

皮影數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)大致包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入和建立索引兩大部分。數(shù)據(jù)庫(kù)中包括的內(nèi)容除了人物整體造型、皮影各部件模型、靜態(tài)場(chǎng)景模型和道具模型以外還包括皮影戲的劇本信息、聲音信息以及相關(guān)文本描述等。在保存皮影對(duì)象的時(shí)候，我們需要將其相關(guān)的劇本、聲音信息一起保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并設(shè)置關(guān)鍵字建立索引，方便數(shù)據(jù)的提取。

簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)的建立為皮影戲的傳承和發(fā)展帶來(lái)了諸多好處：

1）提高演出效率。將皮影模型以數(shù)字化形式保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，克服了傳統(tǒng)皮影模型制作工序的復(fù)雜性和耗時(shí)性，在演出前只需要將所需模型從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)導(dǎo)入設(shè)計(jì)軟件，然后根據(jù)需要設(shè)計(jì)各種皮影造型，大大提高了演出效率。

2）數(shù)據(jù)分類保存，方便提取。數(shù)據(jù)庫(kù)中包含的數(shù)據(jù)非常繁多、龐雜，為了提取數(shù)據(jù)時(shí)縮小遍歷范圍，節(jié)約檢索時(shí)間，本文運(yùn)用分類保存的方式分別保存影人造型、靜態(tài)場(chǎng)景模型、劇本信息和聲音信息等數(shù)據(jù)，方便演出時(shí)快速提取。

3）方便保存和傳遞。傳統(tǒng)的皮影大多以牛皮制成，色彩一般來(lái)自繪畫或印刷，長(zhǎng)時(shí)間的日曬會(huì)使顏料褪色，而且溫度和濕度的變化也會(huì)使皮影變形，保存和攜帶皮影的難度極大。而數(shù)據(jù)庫(kù)的出現(xiàn)克服了這一缺點(diǎn)，它將皮影的各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，不易丟失而且便于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。

4）開創(chuàng)了皮影再創(chuàng)造。數(shù)據(jù)庫(kù)包含了大量各地區(qū)各流派的皮影戲數(shù)據(jù)，演出者可以根據(jù)觀眾要求隨時(shí)更改或重組皮影造型，避免了皮影的重復(fù)雕刻和繪制，為皮影的再創(chuàng)造提供了便利。

5 通過(guò)設(shè)定關(guān)鍵幀實(shí)現(xiàn)皮影動(dòng)作仿真

“三尺生絹?zhàn)鰬蚺_(tái)，全憑十指逞詼諧?！痹趥鹘y(tǒng)皮影戲的演出中，一個(gè)皮影要用五根竹棍操縱，藝人手指靈活，通過(guò)操縱影人的動(dòng)作將影戲的劇情演繹得淋漓盡致。但是，一出皮影戲能否完美演繹，主要取決于皮影藝人精湛的演出技藝，

而練就如此精湛的技藝總要花去一個(gè)皮影藝人數(shù)十年的時(shí)間，這就導(dǎo)致從事皮影戲演繹事業(yè)的年輕人越來(lái)越少，使皮影戲的傳承一度陷入窘境。但是，隨著計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的出現(xiàn)，人們可以通過(guò)關(guān)鍵幀的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)皮影動(dòng)作仿真。

本文采用OpenGL三維圖形軟件包實(shí)現(xiàn)皮影動(dòng)作關(guān)鍵幀的設(shè)定。首先，把皮影模型的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到OpenGL中，然后在坐標(biāo)系中定義三維皮影模型的關(guān)鍵幀，參考傳統(tǒng)皮影戲以及人體骨骼模型運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系來(lái)設(shè)置三維皮影模型各部件的旋轉(zhuǎn)和平移的參數(shù)，最后利用平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何變換實(shí)現(xiàn)三維皮影模型的運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中存在兩個(gè)問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致不理想結(jié)果的出現(xiàn)：

1）關(guān)于平移與旋轉(zhuǎn)的關(guān)系。由于OpenGl是變換坐標(biāo)系，當(dāng)進(jìn)行兩種以上變換時(shí)，變換順序的先后會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不同。從觀察者角度看，只有先平移后旋轉(zhuǎn)才能使變換后的方向與變換前保持一致，因?yàn)橄刃D(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致坐標(biāo)系方向發(fā)生變化。

2）關(guān)于關(guān)鍵幀之間的過(guò)渡。為了影人動(dòng)作的轉(zhuǎn)換顯得不那么生硬，最好在關(guān)鍵幀之間設(shè)置過(guò)渡，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)插值來(lái)完成。具體插值的方法有很多，本文運(yùn)用較為普遍的線性插值方法來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵幀間的過(guò)渡。

6 總結(jié)

在本次“基于計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫建模技術(shù)的中國(guó)皮影藝術(shù)新傳承”的研究課題中，我們把中國(guó)傳統(tǒng)皮影藝術(shù)與當(dāng)代數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，為皮影戲的發(fā)展和傳承開辟了新途徑。本文運(yùn)用PhotoShop CC圖像處理工具完成了傳統(tǒng)皮影各部件的數(shù)字化提取，再運(yùn)用3ds MAX三維動(dòng)畫建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維皮影模型的創(chuàng)建和拼接，又運(yùn)用簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)分類存儲(chǔ)皮影模型等數(shù)據(jù)，最后基于OpenGL平臺(tái)通過(guò)設(shè)定關(guān)鍵幀實(shí)現(xiàn)了皮影動(dòng)作的仿真。通過(guò)上述幾種數(shù)字化技術(shù)功能的有機(jī)組合，給中國(guó)傳統(tǒng)皮影藝術(shù)帶來(lái)了新的生存形式，使得中國(guó)皮影藝術(shù)得以廣泛傳承。本文以皮影戲?yàn)榍腥朦c(diǎn)，將這種傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科技相結(jié)合的新思想映射到整個(gè)中國(guó)傳統(tǒng)文化領(lǐng)域中去，給中國(guó)傳統(tǒng)文化的發(fā)展和傳承注入了新的活力。同時(shí)，啟發(fā)廣大青少年積極地加入到傳承中國(guó)傳統(tǒng)文化的隊(duì)伍中去，讓中國(guó)傳統(tǒng)文化播灑到世界的任何一個(gè)角落。由此可見，數(shù)字化皮影技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。

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