淺談電腦三維動畫制作技術(shù)

文/孔祥鵬

前言

在很多年以前，一部使用全三維技術(shù)制作的動畫電影《玩具總動員》風(fēng)靡全球，其中表現(xiàn)出來的角色傳神、畫面生動以及非常逼真的動作使三維動畫技術(shù)引起了全世界觀眾的驚嘆，使三維動畫技術(shù)的名聲就此打響。很多人覺得三維動畫非常神奇又莫測，對它具體的技術(shù)內(nèi)容不是很了解。本文從電腦三維技術(shù)的本質(zhì)上進(jìn)行分析，通過對該技術(shù)的五種分類表現(xiàn)形式對電腦三維動畫進(jìn)行全方位的綜述，并對此技術(shù)在以后的生活中應(yīng)用延伸一些思考。

1.電腦三維動畫技術(shù)概念

利用人們在視覺上的殘留特性，通過對一系列的靜態(tài)圖片進(jìn)行快速播放，可使人的視覺看到的內(nèi)容產(chǎn)生一種動態(tài)的效果，進(jìn)而形成可以“動”的畫面，稱之為動畫。電腦三維動畫就是將景物畫面與計算機軟件相組合，通過計算機系統(tǒng)中的技術(shù)繪制成三維形態(tài)的畫面，畫面中的當(dāng)前圖片是基于前一張圖片稍作修改而展現(xiàn)，三維動畫的制作需要在電腦上以計算機圖形系統(tǒng)與相應(yīng)的動畫軟件技術(shù)進(jìn)行配合，畫面在“動”才能體現(xiàn)動畫成功的本質(zhì)。該技術(shù)在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)了很多配備的制作軟件，盡管那些軟件各自的外在表現(xiàn)和功能都不同，但無一例外都可以使用相同的原理進(jìn)行動畫的制作[1]。

2.電腦三維動畫技術(shù)的分類

2.1 幾何變換動畫

幾何變換動畫又被稱為“剛體動畫”，該種動畫技術(shù)是根據(jù)幾何的特性，在此基礎(chǔ)上對圖片進(jìn)行各種位移以及變換的幾何內(nèi)容操作，使圖片能夠聯(lián)系起來產(chǎn)生動態(tài)的效果。其具體的表現(xiàn)形式是不破壞圖片本身，只是對其的尺寸大小以及在場景中不同位置的變換來實現(xiàn)動態(tài)效果。在幾何動畫的制作當(dāng)中，通常會采用關(guān)鍵幀技術(shù)，該技術(shù)主要是源自傳統(tǒng)的動畫制作中。在傳統(tǒng)時期，動畫制作中的關(guān)鍵內(nèi)容通常由比較熟練的設(shè)計師進(jìn)行設(shè)計，對關(guān)鍵部分以外的內(nèi)容由普通的設(shè)計師對其進(jìn)行穿插，成為中間幀；而在三維動畫制作中，關(guān)鍵以外的內(nèi)容已經(jīng)被計算機的相關(guān)制作軟件所代替，關(guān)鍵部分還是需要設(shè)計師進(jìn)行把控，此部分經(jīng)常會使用幾何變換的動畫技術(shù)形式。

2.2 變形動畫

畫面匯總通常有很多個節(jié)點，對節(jié)點進(jìn)行改變就會使畫面發(fā)生較大的改變，變形動畫正是一種通過對節(jié)點的順序排列進(jìn)行改變的一種動畫技術(shù)。以前，傳統(tǒng)技術(shù)還不太成熟，對角色賦予豐富的表現(xiàn)形式才能展現(xiàn)出角色的性格特性，畫面形態(tài)非?？鋸垺５诩夹g(shù)發(fā)達(dá)的現(xiàn)代，三維動畫技術(shù)使角色的形態(tài)能夠基于充分的表現(xiàn)力形式上，可以更加生動地展現(xiàn)角色的表情以及動作特性。在這種技術(shù)中，可以通過與物體是否有關(guān)進(jìn)行變形方面的技術(shù)探索，對參數(shù)以及多邊形的曲面進(jìn)行改變，使變形動畫技術(shù)能夠在三維動畫中展示得更加靈動[2]。

2.3 角色動畫

角色動畫屬三維動畫中的難點，其本質(zhì)是指通過擬人化的動物、人物以及卡通角色，在人體造型的基礎(chǔ)上進(jìn)行豐滿和描繪內(nèi)容。要知道，人自身可以進(jìn)行200多個自由且同時非常復(fù)雜的運動形態(tài)，人體內(nèi)的肌肉表現(xiàn)形式大不相同，并且在活動中會相應(yīng)地變換形式，人的表情由于心理狀態(tài)的不同也會有趨向于無數(shù)種的表現(xiàn)形式，所以，角色動畫基于人體為基礎(chǔ)就變得非常困難。但是技術(shù)人員并沒有放棄，而是應(yīng)對挑戰(zhàn)，將人的肢體與大腦進(jìn)行分離的制作，使表情和相關(guān)的肢體動作分給不同的技術(shù)部門去進(jìn)行摸索制作，使其能夠?qū)Ｐ牡匮芯勘憩F(xiàn)形式。

2.4 攝影機動畫

攝影機動畫又被稱為是鏡頭動畫，這種技術(shù)是通過對攝像機的方位、遠(yuǎn)近程度以及對其進(jìn)行搖晃使動畫效果豐滿充實。通常情況下攝像機動畫都用于對建筑物進(jìn)行構(gòu)建的過程中，對此技術(shù)的要求是使用者在制作過程中需要最大限度地保證鏡頭的平穩(wěn)性，對重點的畫面要有突出的顯示。攝影機就是制作者的眼睛，攝像機對場景進(jìn)行錄入的過程中，場景在鏡頭中展現(xiàn)的快慢以及相應(yīng)的覆蓋率與攝像機的內(nèi)部構(gòu)造、真實的幀數(shù)有關(guān)。制作者需要考慮的是怎樣能夠?qū)⑺浀沫h(huán)境盡可能地還原到攝像機中來，對比較抽象的場景，比如天文中的星系、四維空間以及一些粒子的結(jié)構(gòu)這些并不是在日常場景中能夠表現(xiàn)出來觀察到的，在這種狀態(tài)下可以使用動畫三維技術(shù)進(jìn)行效果展示。盡管這一動畫技術(shù)屬于一種融合現(xiàn)實的間接技術(shù)手段，但其經(jīng)常運用于虛擬現(xiàn)實動畫當(dāng)中[3]。

2.5 粒子系統(tǒng)動畫

粒子系統(tǒng)技術(shù)在動畫的使用中，通常表現(xiàn)為對光影、雨雪雷電等的模擬畫面。在傳統(tǒng)的動畫制作技術(shù)中還沒有這種逼真的手段，而今的技術(shù)已經(jīng)足夠支撐粒子系統(tǒng)的發(fā)揮。該技術(shù)通過自身的系統(tǒng)進(jìn)行精密的算法，使畫面中可以自動生成景物表現(xiàn)形式，并通過對周期速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，將這些內(nèi)容添加進(jìn)系統(tǒng)的算法中，經(jīng)過系統(tǒng)的整合設(shè)計，通過制作者進(jìn)行操作調(diào)整特殊效果的表現(xiàn)形式，程度強弱、大小都可以很方便地進(jìn)行調(diào)整。

3.關(guān)于電腦動畫技術(shù)的一些思考

3.1 與傳統(tǒng)動畫技術(shù)比較

在傳統(tǒng)的動畫技術(shù)手段中，都是設(shè)計師通過在圖紙上進(jìn)行描畫，對人體的各種表現(xiàn)形式以紙上的形式展現(xiàn)出來，再通過卡通人物進(jìn)行復(fù)制，最后變成動畫。人體的肢體動作有很多種，表情更是千變?nèi)f化，很難通過描繪展現(xiàn)出表情的神韻，所以，這種動畫往往會采用過于夸張的手法來進(jìn)行描繪。三維動畫作為新科技時代中的產(chǎn)物，是基于計算機軟件開發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行制作的。相較于傳統(tǒng)動畫的技術(shù)，在傳統(tǒng)的動畫制作當(dāng)中，制作者運用極限的想象力和創(chuàng)造力，在描繪圖畫上耗費功夫，而當(dāng)前的電腦動畫技術(shù)在制作上不再僅依靠設(shè)計師在紙上費勁腦汁地去展示表情，而是利用新的技術(shù)進(jìn)行制作。應(yīng)用計算機軟件，通過對人體表情神態(tài)、體態(tài)的模擬，使動畫所展現(xiàn)的效果更加逼真，可以說是在傳統(tǒng)動畫制作的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和更新，制作進(jìn)度也明顯提高，效果上更加貼近現(xiàn)實生活[4]。

3.2 與傳統(tǒng)動畫技術(shù)結(jié)合

在當(dāng)前的三維動畫技術(shù)不斷創(chuàng)新中，制作者已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)制作中手繪的部分內(nèi)容，在使勞動力得到解脫的同時也達(dá)成了對傳統(tǒng)動畫技術(shù)的更新與改進(jìn)。但傳統(tǒng)的動畫制作技術(shù)依然有著其特殊的優(yōu)勢，就是其藝術(shù)表現(xiàn)形式，設(shè)計師豐富的想象力添加進(jìn)動畫制作中，可以使角色更加具有表現(xiàn)力和更鮮明的特征，這些方面是當(dāng)前的三維動畫技術(shù)無法取代的，也不能對其進(jìn)行轉(zhuǎn)變和替代。若將二者能夠結(jié)合起來，動畫制作的發(fā)展會有更重大的意義。

3.3 電腦動畫技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合

基于數(shù)學(xué)的幾何圖形內(nèi)容、美學(xué)以及攝影學(xué)等方面，電腦動畫技術(shù)在計算機軟件開發(fā)的基礎(chǔ)上不斷地進(jìn)行自我更新和并發(fā)展的高新技術(shù)，電腦動畫技術(shù)主要是通過影視得到了非常廣闊的發(fā)展空間。由于科技的高速進(jìn)步，使計算機軟件的開發(fā)對動畫制作的進(jìn)程產(chǎn)生了極大的促進(jìn)效果，通過數(shù)學(xué)這門抽象的學(xué)科，在幾何圖形上的理論知識在實踐中的應(yīng)用基礎(chǔ)上，也為動畫制作提供了新的思路，使動畫技術(shù)日漸成熟[5]。在當(dāng)今社會中，電腦動畫技術(shù)的價值也越來越明顯，不僅限于生活中的實用價值上，還有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟價值以及非常豐滿的藝術(shù)價值。在動畫制作過程中，對美術(shù)的一些基本常識的掌握是對制作者最基礎(chǔ)的要求，基于此才能產(chǎn)生無限的想象力，使動畫能夠得到更生動傳神的展現(xiàn)。通過技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合，電腦動畫可以在三維的形態(tài)中展現(xiàn)得更突出，為觀眾呈現(xiàn)最佳的展現(xiàn)效果。

結(jié)語

目前，國內(nèi)外電腦所集中進(jìn)行研究的熱點技術(shù)之一就有電腦三維動畫技術(shù)，這主要是源于三維動畫自身的特性，其應(yīng)用范圍不僅局限于電影、廣告等方面，還可以用于科研、教育中，將內(nèi)容展現(xiàn)得更加直觀方便人們?nèi)W(xué)習(xí)與探索，三維動畫技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€方面都能得到有效應(yīng)用。在當(dāng)前的科技發(fā)達(dá)的環(huán)境下，盡管對電腦三維動畫技術(shù)有了一個階段的鉆研和應(yīng)用，但三維動畫技術(shù)還有很廣闊的發(fā)揮空間，并且其也有更加豐富的表現(xiàn)形式，這些都需要人們在以后的應(yīng)用中不斷地探索和完善，很多關(guān)于動畫技術(shù)的問題還有更為廣闊的研究方向。

[1]王偉.分析三維角色動畫制作的關(guān)鍵技術(shù)[J].大眾文藝，2015（18）:128.

[2]劉洋，郭熒飛.三維角色動畫制作關(guān)鍵技術(shù)的幾點探討[J].工業(yè)設(shè)計，2016（08）:188+190.

[3]王瀟.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在三維動畫制作中的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2017（02）:86-87.

[4]馮楊.三維動畫制作中3D建模技術(shù)的探討[J].商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，12（05）:27-28.

[5]蘆甜.談?wù)勅S動畫制作技術(shù)的幾點認(rèn)識[J].硅谷，2010（05）:60.