數(shù)字三維皮影動畫的設(shè)計與實現(xiàn)

孫詩琦+袁航+高偉

引言

皮影戲作為“動畫師祖”，距今已有一千多年的歷史，但是隨著社會進(jìn)步、科技發(fā)展，西方文化的涌進(jìn)，電視劇、電影等新型娛樂方式皆給皮影戲的發(fā)展帶來了阻礙，使皮影戲逐漸走向蕭條。近年來，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺的不斷完善，國民民族文化保護(hù)意識的增強(qiáng)以及計算機(jī)三維動畫技術(shù)的迅猛發(fā)展，給皮影戲的發(fā)展帶來了曙光。2011年，美國上映的《功夫熊貓2》讓我們贊嘆不已，美國讓中國元素以皮影動畫的形式在世界亮相，中國也可以將數(shù)字動畫與傳統(tǒng)藝術(shù)結(jié)合，打開一個新的舞臺，拯救皮影戲這一瀕臨絕境的文化遺產(chǎn)，發(fā)展計算機(jī)三維動畫，弘揚中國傳統(tǒng)文化，喚醒國民保護(hù)文化遺產(chǎn)的意識。

據(jù)此，本文提出了皮影戲與計算機(jī)三維動畫技術(shù)相結(jié)合的新思路，以傳統(tǒng)皮影戲“武松打虎”為例將其制作成一部數(shù)字皮影動畫。在“數(shù)字化三維皮影戲的設(shè)計與實現(xiàn)”過程中，以Visual Studio 2010軟件環(huán)境為基礎(chǔ)，使用c++面向?qū)ο缶幊陶Z言以及OpenGL定義主要結(jié)構(gòu)體及函數(shù)，包含繪制模型過程中所需要的各種變量，定義皮影模型的關(guān)鍵幀動作，完成對程序的基本框架以及算法的設(shè)計，實現(xiàn)皮影三維模型的導(dǎo)入。為模型各部分組件定義坐標(biāo)，平移、旋轉(zhuǎn)及縮放數(shù)量，完成皮影模型整體的拼接，并為模型各部分組件分別設(shè)計關(guān)鍵動作，通過改變視角完成皮影模型的連續(xù)運動，實現(xiàn)對皮影模型的控制，達(dá)到較好的整體視覺效果。

1背景

所謂“皮影”，是對皮影戲和皮影戲人物及所用到的道具景物制品的通用稱謂，是我國出現(xiàn)最早的戲曲劇種之一。中國皮影戲所用到的布幕原理及栩栩如生的表演藝術(shù)方式，對近代電影的發(fā)明和現(xiàn)代電影的發(fā)展起到了先導(dǎo)作用，西方的歌德及卓別林等世界文化名人，對中國皮影戲藝術(shù)皆給予了高度的評價。

有文字記載以來，皮影戲已有2000多年的歷史。中國皮影戲藝術(shù)由漢誕生，清朝時，已發(fā)展到鼎盛時期。近現(xiàn)代以來，皮影戲在各地的發(fā)展十分廣泛，其造型風(fēng)格和表現(xiàn)形式各不相同。其中以沔陽、唐山、復(fù)州的皮影最為有名。

2皮影戲的藝術(shù)特色

皮影戲的音樂唱腔經(jīng)過長期的演化，吸收各個地域音樂的精華，形成了眾多流派。其中河南、陜西、山西一帶的流派中，以華陰老腔、碗碗腔等最為出名。

老腔初始于漢代，起源于軍隊，用來鼓舞士氣，由于發(fā)源地為關(guān)中華陰雙泉村，其地理位置特殊，又因取材于軍隊?wèi)?zhàn)爭，唱腔發(fā)展為亢奮激昂，慷鏘有力的風(fēng)格?！耙宦暫鸨M千古事，雙手對舞百萬兵”，陜?nèi)说膭倧?qiáng)性格可見一斑。除去氣勢磅礴的老腔，抒情婉轉(zhuǎn)、敘說故事則以碗碗腔為名。

皮影戲唱詞的根本在于音樂和語言的融合，是生活的語言。大多唱詞根據(jù)故事情節(jié)進(jìn)行編排，再與各個地域的風(fēng)俗及方言相結(jié)合，形成了各自獨特的唱詞風(fēng)格。

同其他傳統(tǒng)戲劇一樣，由于不同地區(qū)的風(fēng)俗習(xí)慣差異，各個地區(qū)的皮影戲藝術(shù)也有著其風(fēng)格的獨特性。皮影的制作一般要經(jīng)過選皮、制皮、描樣、雕鏤、敷彩、熨平、上油和綴結(jié)八個步驟，可以看出，一套完整皮影戲前期道具的制作是非常復(fù)雜的。皮影造型也與皮影的制作方式和演出類型有關(guān)，比如《三國演義》、《水滸傳》等歷史故事的題材大多出現(xiàn)在歷史發(fā)展過程較長的山西關(guān)東皮影戲中，而造詣最高的灤州皮影，則以幽怨悲情劇為多。

為了突出人物的形象特征，人物面部表情都較為夸張，一個人物的黯然神傷、剛正不阿的形象皆從面部造型直接傳達(dá)給觀眾。同時，皮影人物面部色彩的繪制也極為夸張，以紅、綠、黃、藍(lán)、黑五種顏色為主，準(zhǔn)確揭露人物的身份以及性格特征。如《連環(huán)套》藍(lán)色臉的竇爾敦，即性格剛直、桀驁不馴。

眾所周知，在進(jìn)行皮影戲表演時利用的就是投影的原理，借助燈光反射，把人物的形象投影在幕布上進(jìn)行演繹。在美國動畫電影《功夫熊貓2》中借鑒了大量的中國元素，尤其是皮影戲的應(yīng)用。電影中的老烏龜釣魚，以及孔雀形象的設(shè)計皆運用了皮影戲效果。

3《武松打虎》皮影戲的藝術(shù)特色

“水滸熱”的浪潮近代以來從未停止，武松早已是人人皆知的英雄。一方面，武松具有濃厚的英雄情結(jié)，另一方面，水滸傳又賦予了武松憂國憂民的情懷，而《武松打虎》這一節(jié)取自《水滸傳》中的經(jīng)典片段，也由此成為中國家喻戶曉的名篇。早已出現(xiàn)在小學(xué)課本中的武松這一形象，也成為教育兒童剛正不屈、敢作敢當(dāng)、樂于助人的典范。

《武松打虎》皮影動畫，能夠有效利用新媒體的優(yōu)勢，突破傳統(tǒng)藝術(shù)瀕臨失傳的現(xiàn)狀，使皮影與動畫結(jié)合。利用PhotoShop繪制二維皮影造型，利用3ds max建立三維模型，給予武松全新的藝術(shù)包裝，為皮影藝術(shù)開拓更大的生存和發(fā)展空間。在利用傳統(tǒng)元素的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量的現(xiàn)代流行元素，賦予武松的正直形象，用擬人或者夸張的造型設(shè)計將武松、老虎、店小二等各個角色的個性、身份表達(dá)的惟妙惟肖，使皮影戲能夠被更多的人所接受。

3.1《武松打虎》人物造型的建立

對于皮影人物造型部分的建立，采用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件PhotoShop進(jìn)行繪制皮影人物造型，用磁環(huán)套索工具選中模型邊緣進(jìn)行截取模型并保存為.png格式。皮影的造型比較復(fù)雜，為了建模方便，需要導(dǎo)出貼圖的輪廓，以便用于之后的模型構(gòu)建。在PhotoShop中用套索工具選中邊緣后，建立工作路徑->設(shè)置容差值為0.5->導(dǎo)出.>Illustrator路徑->得到.ai格式文件，以便在3ds Max中直接建立圖形的輪廓。

貼圖繪制完成后，使用3ds Max軟件建立模型。對于最后動畫的實現(xiàn)，模型的建立是十分關(guān)鍵的。

首先，將lllustrator路徑（.ai格式文件）導(dǎo)入到3ds Max軟件中，此時視圖中將顯示對應(yīng)的二維線框，選中二維線框，在修改器面板中選擇擠出命令，調(diào)整合適的厚度，即可得到三維的皮影模型。

其次，紋理貼圖。創(chuàng)建模型后，選中對象，利用材質(zhì)編輯器，點擊材質(zhì)球，設(shè)置對應(yīng)的貼圖并賦給模型，在修改器列表中選擇UVW貼圖，并修改為“有貼圖的真實材質(zhì)”，最后通過移動、平移等操作完成3維模型的貼圖。endprint

最終，合成各部分模型。將皮影角色的各部件模型導(dǎo)入到一個.Max文件中，將各部分皮影模型通過控制平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作拼接成一個比例協(xié)調(diào)的三維皮影模型。圖1即為合成后的武松、店小二、老虎的三維皮影角色模型。

3.2皮影人物形象——以武松為例

在皮影藝術(shù)中，人物皆以側(cè)面形象進(jìn)行表演。武松這一角色的面部采用傳統(tǒng)人物的繪制方法，輪廓明了，頭戴黑羅帽，面目威嚴(yán)與軒昂并濟(jì)，身高八尺，儀表堂堂，濃眉大眼，這些特征成為武松這一人物身份、性格的標(biāo)志。為了凸顯武松剛正形象，在處理側(cè)面面部輪廓時，線條處理較為棱角分明，面部結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確刻畫，力求展現(xiàn)武松“身軀凜凜，相貌堂堂，一雙眼睛射寒星，兩彎眉渾如刷漆。胸脯橫闊，有萬夫難敵之威風(fēng)?！钡男蜗?。

在人體比例中，頭的比例要比其他部分稍大些，手的比例較小，眼睛要大，五官清晰，才能使人物顯得有神Ⅲ。人體分解為頭、軀干、大臂、小臂、大腿、小腿等，并且在連接時，要準(zhǔn)確找到各個部位的連接點，避免在利用3ds max進(jìn)行幀動畫時出現(xiàn)問題。

4皮影藝術(shù)的發(fā)展局限

4.1皮影手工制作工藝的局限

皮影手工制作工藝的局限性主要針對皮影道具制作這一方面而言，一套完整的皮影道具制作工序需要經(jīng)過刮、磨、洗、刻、著色等二十四道工序，手工雕刻3000余刀而成，這一過程類似民間剪紙，但手、腿等關(guān)節(jié)需分別雕刻后再用線連綴在一起，方可表現(xiàn)得活動自如。由于工序復(fù)雜，要求嚴(yán)格，需要皮影制作藝人掌握全套的技術(shù)，若在制作期間出現(xiàn)錯誤則無法進(jìn)行修改。因此，具有精湛制作技藝的藝人數(shù)量愈發(fā)減少，皮影手工制作工藝技術(shù)面臨失傳的困境。

4.2保存局限

皮影道具由于其皮制制品這一特殊材質(zhì)，使其保存也存在一定限制。一方面，皮影道具需要經(jīng)常擦拭、晾曬，不然易被灰塵腐蝕，但長時間日曬會使顏料褪色，溫度的濕熱變化也會造成皮影的變形，使皮影道具的保存十分不易。另一方面，歷代皮影戲文字劇本、皮影道具、樂器、方言、唱腔等需要進(jìn)行傳承部分的遺落、消失也加重了皮影藝術(shù)發(fā)展的困境。

4.3傳播局限

由于皮影藝術(shù)是由皮影道具和影戲兩部分構(gòu)成，藝人通過竹條進(jìn)行抽線來操縱皮影進(jìn)行下跪、拔劍、騎馬等各種眼花繚亂的特技動作，配合相應(yīng)的角色唱腔進(jìn)行演繹。傳統(tǒng)皮影的傳播方式主要通過藝人的手授來進(jìn)行，需練習(xí)多年時間，才能掌握其精髓。

4.4語言及音樂局限

皮影戲除了惟妙惟肖的故事情節(jié)外，最吸引人的部分當(dāng)屬獨特的唱腔，皮影戲的音樂唱腔不局限于一種類型，每個地域的音樂皆與其自身的民俗及當(dāng)?shù)卣Z言融合，形成一種新的音樂流派。這使皮影藝人在傳承時還需會方言的人員，也就形成了關(guān)于語言上的阻礙。皮影戲音樂中用到的樂器主要是嗩吶、揚琴、二胡等傳統(tǒng)樂器，這些樂器均需要練習(xí)者經(jīng)過長期的學(xué)習(xí)和實踐經(jīng)驗的磨練才能達(dá)到精通樂器、掌握皮影戲配樂節(jié)奏的水平。

4.5文化模式的沖擊

隨著新媒體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種文化娛樂模式的涌現(xiàn)，特別是網(wǎng)絡(luò)的普及，對傳統(tǒng)的皮影藝術(shù)帶來了巨大的沖擊。傳播方式單一，演出場館數(shù)量稀少，環(huán)境與設(shè)備功能不完善，均是制約皮影藝術(shù)繁榮發(fā)展的主要原因，使皮影藝術(shù)的傳承面臨著巨大挑戰(zhàn)。

5中國傳統(tǒng)皮影與動畫的結(jié)合

如今，科技發(fā)展飛快，計算機(jī)三維動畫因缺乏原創(chuàng)性、新穎性、創(chuàng)新性陷入低潮。由于這些已經(jīng)存在的局限性，我們提出了將傳統(tǒng)皮影藝術(shù)與計算機(jī)三維動畫相結(jié)合的方法，使計算機(jī)三維動畫與皮影戲互取所長。計算機(jī)三維動畫利用皮影戲進(jìn)行創(chuàng)新，皮影戲利用計算機(jī)三維動畫這一新型表現(xiàn)形式，在保留傳統(tǒng)藝術(shù)方式的基礎(chǔ)上，創(chuàng)作符合現(xiàn)代風(fēng)格的原創(chuàng)戲劇藝術(shù)。

一部成功的皮影戲除獨特的造型外，還需要音樂、歌唱、動作等方面相輔相成。圖2為《武松打虎》皮影動畫制作流程。

5.1藝術(shù)造型方面

皮影人物及道具的造型大多為側(cè)面形象，具有平面化、地域化、夸張化的特點。計算機(jī)動畫中，創(chuàng)造一個新的造型不僅要求畫家擁有很強(qiáng)的想象力，而且需要與傳統(tǒng)文化和自然生活結(jié)合，耗費畫家大量的精力。但是在皮影藝術(shù)中有著非常豐富的人物造型，孫悟空、白骨精、關(guān)羽、張飛等等都可以在皮影戲中找到獨一無二的形象。計算機(jī)中繪制的人物不僅可以表現(xiàn)側(cè)面?zhèn)让?，還可以進(jìn)行創(chuàng)新，以多個角度、多個方向來表現(xiàn)皮影人物造型，此外，手工繪制皮影道具若出現(xiàn)錯誤，無法修改，需要重新繪制，在使用計算機(jī)繪制皮影道具時，若繪制過程中發(fā)生失誤，可以多次進(jìn)行修改。并且，計算機(jī)制作皮影道具時，無需進(jìn)行選擇皮制品，只需繪制相應(yīng)的風(fēng)格，進(jìn)行大膽的創(chuàng)新，既節(jié)省了原料，又突破了原有局限。

皮影造型根據(jù)地域、習(xí)俗的不同有著不同的風(fēng)格，但如今各國動畫的人物造型及畫風(fēng)都出現(xiàn)了類似的特征，國產(chǎn)動畫若是能打破日美動畫的設(shè)計風(fēng)格的局限性，利用皮影的多樣化造型進(jìn)行創(chuàng)新，必能開拓出一個新的舞臺。

《武松打虎》皮影動畫中武松的形象是一個剛直、善良的武生，因此，在設(shè)計過程中將武松繪制成一個正直的武士形象。清晰的面部線條，威武的身軀，濃眉大眼，都是其正直形象的體現(xiàn)，頭上的裝飾也很有講究，一頂黑羅帽，表示其武生的身份。老虎的形象更加威猛，兇惡的眼睛，長著血盆大口，全身褐色毛發(fā)，還有一道道黑色的斑紋，粗壯有力的四肢，雄壯威武。

5.2色彩方面

傳統(tǒng)皮影制作雖然顏料豐富多樣，但是由于皮影道具為皮制制品這一特殊材質(zhì)，易發(fā)霉，溫度的濕熱變化、陽光照射等會造成皮影的變形并影響色彩效果。計算機(jī)動畫就不會出現(xiàn)以上難題，我們在計算機(jī)中繪制出皮影的紋理顏色，直接進(jìn)行建模貼圖，紋理多具有民族氣息，古樸典雅，顏色多為純色而非漸變，如紅、黃、藍(lán)、綠等。

5.3劇本方面

劇本是皮影戲劇與動畫作品中關(guān)鍵的一部分，劇本描寫了整個故事的發(fā)展過程，展示人物之間關(guān)系的橋梁，每一個劇本都有它想要表達(dá)的寓意[1引。但是缺少能夠吸引觀眾的故事情節(jié)是當(dāng)前國產(chǎn)動畫的一大缺陷，相比而言，皮影戲劇目繁多，數(shù)不勝數(shù)，有歷史演義戲、民間傳說戲、武俠公案戲、愛情故事戲、神話寓言戲到時裝戲、童話寓言戲，比比皆是，其中《聊齋志異》、《西游記》、《封神榜》等經(jīng)典故事更是人人皆知。endprint

5.4制作方面

皮影戲只有一個幕進(jìn)行表演，在切換場景時需要藝人手動更換道具，而在計算機(jī)動畫中可以控制鏡頭到皮影戲中人物道具的距離，自由切換鏡頭，播放時可以在屏幕上呈現(xiàn)出特寫、近景、中景、全景、遠(yuǎn)景五種景別。全景和遠(yuǎn)景的鏡頭利于展示動畫中人物的關(guān)系，以及故事背景。近景鏡頭利于展示人物面部表情特征。特寫可以表現(xiàn)出自然界微小景物的變化。利用鏡頭和場面的調(diào)度，交替更換各種不同的景別，可以使動畫故事情節(jié)的敘述、故事整體框架的描述更加緊密。

5.5唱腔及音樂方面

地域的不同造就了皮影戲唱腔及音樂的不同，體現(xiàn)了中國文化的多樣性。皮影戲中，根據(jù)劇種種類的不同，背景音樂及唱腔也有很大的變化，音調(diào)隨著劇情跌宕起伏。皮影戲音樂融合了各地的民族器樂，是西洋樂器代替不了的音樂，在現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展下，皮影音樂吸收了一些流行音樂的因素，與其他種類音樂相互促進(jìn)，共同提高。隨著計算機(jī)音樂的發(fā)展，音樂制作硬件軟件功能的不斷完善，大量運用數(shù)字化的處理方式，使音樂制作更加多樣化，保證了作品具有高品質(zhì)音色，真實的還原出音樂家的創(chuàng)作理念。與此同時，在如今的網(wǎng)絡(luò)傳播中，新媒體采用的數(shù)字信息傳播占據(jù)了很大的優(yōu)勢，這一方式使信息的復(fù)制和傳播變得更加便利。降低了音樂復(fù)制的時間和制作成本，保證了音樂復(fù)制的質(zhì)量，增加了傳播方式，節(jié)約了人們的大量時間和精力。同時，計算機(jī)可以制作出許多復(fù)雜的音色，修改十分便捷。

5.6武松打虎三維皮影動畫實現(xiàn)

三維數(shù)字皮影動畫的生成關(guān)鍵在于模型對象關(guān)鍵幀的設(shè)置。首先，提取三維皮影角色模型的數(shù)據(jù)，然后構(gòu)造模型運動過程中每一幀的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放的矩陣。借助OpenGL圖形庫中的平移變換函數(shù)void glTranslate（TypeX，TypeY Typez）、旋轉(zhuǎn)變換函數(shù)void glRotate（TypeX，TypeY，Typez）和縮放變換函數(shù)void glScale（TYPE x，TypeY，Typez）生成變換矩陣，并將變換矩陣作用在模型對象上，從而得到每一幀的位置信息，這樣就完成了對其關(guān)鍵幀的設(shè)定。下面以武松頭部為例進(jìn)行其關(guān)鍵幀設(shè)定：

為了呈現(xiàn)出連續(xù)繪制的動畫效果。在皮影動畫的制作過程中加入定時器這一功能，通過使用GetTickCount（）函數(shù)，它返回從操作系統(tǒng)啟動到當(dāng)前所經(jīng)過的毫秒數(shù)，常常用來判斷某個方法執(zhí)行的時間。從而建立了時間序列與幀的對應(yīng)關(guān)系，顯示當(dāng)前幀的皮影模型。

使用GetTickCount（）函數(shù)時，若GetTickCount（）-lastTick>250，則從第一個關(guān)鍵動作切換到第二個關(guān)鍵動作，實現(xiàn)皮影模型兩個動作問的切換。

運用矢量運算，定義函數(shù)void normalizeVec-tor（noat*v）、void vecotrCross（noat*vl，float*v2，float*vOut）規(guī)范化矢量及求矢量叉乘。叉乘的結(jié)果是個矢量，用于計算法向量，這是生成3D圖形關(guān)鍵的一步。

在動畫進(jìn)行播放時，為了達(dá)到較好的呈現(xiàn)效果，利用void gluLookAt（GLdouble eyex，GLdouble eyey，GLdouble eyez，GLdouble centerx，GLdouble centery，GLdouble

centerz，GLdouble

upx，GLdouble

upy，GLdouble upz）函數(shù)，定義一個視圖矩陣，并與當(dāng)前矩陣相乘。gluLookAt（）共有九個參數(shù)，第一組eyex，eyey，eyez相機(jī)在世界坐標(biāo)的位置。第二組centerx，centery，centerz相機(jī)鏡頭對準(zhǔn)的物體在世界坐標(biāo)的位置。第三組upx，upy，upz相機(jī)向上的方向在世界坐標(biāo)中的方向。

使用gluLookAt（）函數(shù)，定義xoffset+=0.05，連續(xù)改變gluLookAt（）函數(shù)中的第一組和第二組參數(shù)，連續(xù)改變視點，實現(xiàn)皮影模型的連續(xù)運動。圖3為實現(xiàn)后的皮影動畫運行效果截圖。

6結(jié)論

將傳統(tǒng)皮影藝術(shù)與計算機(jī)三維動畫相結(jié)合，賦予皮影戲新的表現(xiàn)形式。用現(xiàn)代人的審美，將傳統(tǒng)藝術(shù)進(jìn)行展示，使其成為符合時代主流的藝術(shù)。與此同時，利用皮影戲?qū)赢嬤M(jìn)行改進(jìn)，運用其獨特的皮影因素打造具有中國傳統(tǒng)文化的動畫，并通過數(shù)字化渠道推廣和傳承。

中華文明生生不息，中國文化精神薪火相傳。不忘初心，與時俱進(jìn)。弘揚中國當(dāng)代人物精神，將中國道德模范事跡及感動中國人物的故事情節(jié)制作為皮影動畫，傳遞正能量。通過將皮影動畫引入課堂，豐富學(xué)生校園文化，提高對傳統(tǒng)文化這一瑰寶的傳承意識，增強(qiáng)對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)。充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”這一國家戰(zhàn)略平臺給動畫發(fā)展帶來的大量機(jī)遇，將中國傳統(tǒng)文化皮影戲傳播到全世界，譜寫中國皮影動畫的新篇章。