三維動(dòng)畫和特效在影視作品中的應(yīng)用研究

李正冬

（安徽新華學(xué)院藝術(shù)學(xué)院 安徽合肥 230088）

影視作品創(chuàng)作是一門以視覺和聽覺為基礎(chǔ)，觸覺和嗅覺為延伸，多重感官相結(jié)合的現(xiàn)代藝術(shù)，它與戲劇戲曲、攝影攝像、繪畫、美術(shù)、音樂、文字圖形、舞蹈、雕塑和建筑等多種藝術(shù)表現(xiàn)形式息息相關(guān)，將現(xiàn)代科技與藝術(shù)表現(xiàn)融為一體。在影視作品創(chuàng)作過程中，前期和中期制作基本上具有比較完善的流程規(guī)范和設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用三維動(dòng)畫和特效部分的設(shè)計(jì)是考驗(yàn)和衡量一個(gè)作品細(xì)節(jié)和技術(shù)深度的重要衡量指標(biāo)。

一、nParticle粒子系統(tǒng)在影視特效與群體動(dòng)畫中的應(yīng)用

nParticle粒子系統(tǒng)是一套基于發(fā)射器、計(jì)算器和形狀節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的創(chuàng)作方法，在模擬階段，可以通過粒子系統(tǒng)進(jìn)行自然特效的模擬，例如煙火、爆炸、水花、海洋、煙、塵、霧、云朵、植被樹葉、流行拖尾和發(fā)光特效等抽象視覺藝術(shù)效果。通過粒子事件碰撞編輯器和精靈向?qū)?，可以?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地模擬粒子效果在設(shè)計(jì)視圖中的現(xiàn)實(shí)效果，根據(jù)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)的視覺效果進(jìn)行相關(guān)屬性的調(diào)節(jié)和修改。

在渲染階段，通過不同形式的渲染藝術(shù)方式，可以提供多種多樣的渲染屬性，配合不同的渲染器和渲染參數(shù)，加上燈光和材質(zhì)效果的配合，能夠模擬逼真的自然效果和生動(dòng)的動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)效果，在視覺藝術(shù)表現(xiàn)效果上，與傳統(tǒng)的動(dòng)畫制作方式上有著本質(zhì)的區(qū)別，不僅可以高效快速地模擬自然肌理效果，還可以真實(shí)還原現(xiàn)實(shí)場景的光影效果信息。

在系統(tǒng)應(yīng)用階段，粒子系統(tǒng)可以配合柔體和彈簧工具，進(jìn)行可視化和實(shí)時(shí)化的設(shè)計(jì)效果，通過權(quán)重工具的繪制，可以調(diào)整每個(gè)粒子屬性在場景中的運(yùn)動(dòng)力的范圍和幅度。通過實(shí)例化器可以實(shí)現(xiàn)群體動(dòng)畫的設(shè)計(jì)效果，這樣可以大大增加粒子顯示效果的屬性，通過自行設(shè)計(jì)的任意幾何體圖形，都可以作為實(shí)現(xiàn)粒子的替代效果，例如在影視作品中，荷塘里面小魚隨機(jī)游動(dòng)的藝術(shù)效果，可以通過實(shí)例化器進(jìn)行粒子替代，從而大大豐富了藝術(shù)創(chuàng)作的表現(xiàn)手段和形式。通過使用碰撞的功能，還可以使粒子系統(tǒng)參與物理碰撞的效果，增加幾何運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感和逼真度。除了系統(tǒng)自帶的設(shè)計(jì)效果以外，還可以整合相關(guān)的插件，在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)應(yīng)用中，根據(jù)制作效果，快速表現(xiàn)相關(guān)藝術(shù)展示效果。

二、nCloth布料系統(tǒng)在動(dòng)畫服裝與柔性動(dòng)畫設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

布料系統(tǒng)表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)柔軟織物和具有可變形具有交互運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)屬性設(shè)計(jì)的技術(shù)，例如角色的服裝設(shè)計(jì)，隨風(fēng)飄動(dòng)的旗幟等藝術(shù)效果。在影視動(dòng)畫作品中，角色的服裝動(dòng)畫是表現(xiàn)的難點(diǎn)之一，要讓服飾跟角色的運(yùn)動(dòng)相匹配，同時(shí)通過服飾的運(yùn)動(dòng)反映角色的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，具有較高的藝術(shù)修養(yǎng)和美術(shù)功底才能較好地較好地把握其運(yùn)動(dòng)的節(jié)奏和韻律。傳統(tǒng)的角色動(dòng)畫服飾主要通過軟選擇和關(guān)鍵幀技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)效果難度較大，工作量也比較煩瑣，通過最新的布料系統(tǒng)，可以模擬自然界中各種材質(zhì)的布料屬性，通過摩擦力和彈力等屬性的區(qū)別體現(xiàn)不同的紋理質(zhì)感和動(dòng)畫效果。對于角色服裝設(shè)計(jì)有一個(gè)完善的系統(tǒng)進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，模擬衣服服裝生成的過程和動(dòng)畫演示效果。

除了模擬服裝和布料等具有柔軟變形效果的材質(zhì)之外，還可以模擬一些本身形狀具有隨著外在力的作用發(fā)生相關(guān)改變的易變形物體，通過繪制紋理和頂點(diǎn)特性，可以在紋理貼圖和頂點(diǎn)貼圖之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，從而可以更好地表現(xiàn)物體的柔性運(yùn)動(dòng)軌跡和隨機(jī)變化過程。布料系統(tǒng)應(yīng)用在影視動(dòng)畫作品中，可以極好地將復(fù)雜的關(guān)鍵幀動(dòng)畫技術(shù)進(jìn)行模塊化和簡單化處理，將極其耗費(fèi)時(shí)間的工作變得簡單和容易，同時(shí)可以輕松地制作出完美的視覺效果，對于項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)和制作具有良好的幫助和參考意義。

三、nHair毛發(fā)系統(tǒng)在動(dòng)畫角色與三維場景中的應(yīng)用

毛發(fā)系統(tǒng)表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)具有基于線條運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)，例如角色的頭發(fā)、草地的植被、燈繩窗簾等藝術(shù)效果。在影視動(dòng)畫作品中，人物角色等毛發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是一個(gè)比較煩瑣的流程，在游戲動(dòng)畫設(shè)計(jì)中，基本上可以通過面片貼圖的形式，進(jìn)行骨骼綁定，得到一個(gè)基礎(chǔ)的毛發(fā)動(dòng)畫效果，但是在影視級別的作品效果渲染中，通過貼圖表現(xiàn)，對于細(xì)節(jié)和動(dòng)態(tài)變化的精度效果卻不能得到有效的體現(xiàn)，因此通過毛發(fā)系統(tǒng)，可以通過幾何體或者樣條曲線進(jìn)行毛發(fā)系統(tǒng)的創(chuàng)建，同時(shí)可以模擬現(xiàn)實(shí)場景中頭發(fā)系統(tǒng)的梳理效果，根據(jù)設(shè)計(jì)效果，運(yùn)用相關(guān)的頭發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，提供不同毛發(fā)造型風(fēng)格的需求。對于毛發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)效果，可以結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行產(chǎn)生交互動(dòng)畫，從而得到更加真實(shí)和自然的運(yùn)動(dòng)效果，此外，通過Paint Effect筆刷可以指定并輸出添加給頭發(fā)系統(tǒng)，對整個(gè)頭發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行更為完善和深入的設(shè)計(jì)，為角色動(dòng)畫的藝術(shù)魅力增添幾分生動(dòng)的視覺藝術(shù)效果。

由于毛發(fā)系統(tǒng)具有半透明的屬性，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意透明貼圖的使用和Alpha通道繪制毛發(fā)紋理的方法，法線貼圖可以顯著增加頭發(fā)的立體感和真實(shí)感，通過各個(gè)貼圖通道的相互配合，可以制作栩栩如生的毛發(fā)效果。除了生成毛發(fā)系統(tǒng)以外，還可以模擬三維場景的草地和植被效果，例如三維場景中動(dòng)態(tài)風(fēng)吹草低的效果模擬，可以通過毛發(fā)系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)動(dòng)力學(xué)解算，產(chǎn)生隨風(fēng)擺動(dòng)的藝術(shù)效果，對于批量化、整體化的隨機(jī)變化運(yùn)動(dòng)，毛發(fā)系統(tǒng)也具有事半功倍的設(shè)計(jì)效果。

四、nConstraint約束系統(tǒng)在物體運(yùn)動(dòng)與限制過程中應(yīng)用

約束系統(tǒng)表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)過程中，受到外界自然力或模擬力的影響，對本身的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生規(guī)律性變化的技術(shù)，例如鐘擺擺動(dòng)、鐵鏈運(yùn)動(dòng)、物體破碎等藝術(shù)效果。約束系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，可以讓物體的運(yùn)動(dòng)受到外力的影響，與本身自身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)互動(dòng)的視覺藝術(shù)效果，對于影視作品中物體基于自然界力的效果的模擬和限制約束運(yùn)動(dòng)的效果具有重要的作用和幫助。通過相關(guān)的組件和變換約束，可以將物體的運(yùn)動(dòng)軸心固定在場景中的某一點(diǎn)靜止或者隨父對象一起運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生視覺中心的變化效果，運(yùn)用力場和碰撞效果，可以模擬物體受到外力作用下，產(chǎn)生真實(shí)的反饋運(yùn)動(dòng)效果，對于基于物理計(jì)算的運(yùn)動(dòng)方式具有重要的幫助。例如在影視作品中，角色控制武器打斗場景中，碰到場景外物體產(chǎn)生的碰撞效果的效果模擬，可以利用運(yùn)動(dòng)約束系統(tǒng)對其運(yùn)動(dòng)軌跡和效果進(jìn)行提前規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

在影視動(dòng)畫作品創(chuàng)作中，約束系統(tǒng)對于主體物體在場景中的運(yùn)動(dòng)具有視覺引導(dǎo)流程的效果，因此對于它與其他場景中物體發(fā)生力的作用后，運(yùn)動(dòng)軌跡的改變和速度的變化，對于新的運(yùn)動(dòng)軌跡具有重新規(guī)劃的作用。場景中的每個(gè)物體都不是獨(dú)立的存在，為了能夠產(chǎn)生互動(dòng)和觀眾產(chǎn)生共鳴，每個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)變化都對于全局畫面的視覺中心有重新定位的作用，因此如何設(shè)計(jì)主體物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)能夠與其他物體產(chǎn)生比較真實(shí)的反饋效果，對于導(dǎo)演和設(shè)計(jì)師在構(gòu)思和設(shè)計(jì)制作過程中都是值得深思的主題。nConstraint約束系統(tǒng)的產(chǎn)生，可以通過基于物理運(yùn)算的方式，讓物體的運(yùn)動(dòng)受到相關(guān)聯(lián)的物體的屬性的變化，同時(shí)可以模擬不同的力學(xué)反饋結(jié)果，對于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的物體軌跡運(yùn)動(dòng)和多場景交互畫面的效果實(shí)現(xiàn)，具有重要的功能。

五、流體系統(tǒng)在三維動(dòng)畫和環(huán)境特效設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

流體系統(tǒng)表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)具有氣體和液體屬性的技術(shù)，例如煙霧運(yùn)動(dòng)、液體流動(dòng)等環(huán)境裝置藝術(shù)效果。通過3D和2D容器可以模擬三維效果和二維效果的流體效果，根據(jù)添加和編輯容器內(nèi)容，模擬不同體積和形狀的運(yùn)動(dòng)變化，配合內(nèi)置的示例效果，可以模擬更多的流體運(yùn)動(dòng)效果。對于流體運(yùn)動(dòng)過程中的變化效果和細(xì)節(jié)體現(xiàn)，可以通過擴(kuò)展功能和增加流體的分辨率提高模擬的真實(shí)度和運(yùn)動(dòng)感。此外，還可以創(chuàng)建相關(guān)的池塘和海洋的模型，增加船體模型和尾跡模型，配合運(yùn)動(dòng)場和動(dòng)力學(xué)定位器，生成真實(shí)自然的流體運(yùn)動(dòng)效果，在運(yùn)動(dòng)過程中，還可以基于物理運(yùn)算與場景中的模型發(fā)生碰撞，實(shí)現(xiàn)力的反饋效果，使運(yùn)動(dòng)的效果更加逼真和自然。

流體系統(tǒng)在三維動(dòng)畫表現(xiàn)中，主要通過系統(tǒng)的算法和真實(shí)的模擬運(yùn)動(dòng)，完成動(dòng)畫的模擬和解算，對于影視場景中難以基于拍攝實(shí)現(xiàn)的效果，流體系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計(jì)效果的需求，配合光影照明和材質(zhì)屬性，很容易地實(shí)現(xiàn)虛擬的場景動(dòng)畫效果。流體系統(tǒng)在環(huán)境特效設(shè)計(jì)中，可以模擬自然天氣的雨雪和大霧等天氣效果，還可以模擬火焰燃燒，冰雪融合等自然效果，只要是具有流體屬性或與之相關(guān)聯(lián)的物體動(dòng)畫，都可以通過流體系統(tǒng)進(jìn)行模擬和再現(xiàn)，對于影視作品中難以實(shí)現(xiàn)的畫面效果和綜合場景的運(yùn)用，具有快速表現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感和再現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的虛擬感的作用和價(jià)值。

六、場/解算器與Paint Effect效果系統(tǒng)在特殊運(yùn)動(dòng)與快速表現(xiàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

場/解算器與Paint Effect效果系統(tǒng)表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬和表現(xiàn)具有剛體運(yùn)動(dòng)的技術(shù)，通過力場和約束的影響，對其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生實(shí)時(shí)的變化，例如多米諾骨牌、物體隨機(jī)掉落動(dòng)畫、煙火、閃電等藝術(shù)效果。場/解算器可以通過創(chuàng)建空氣、阻力、重力、湍流、旋渦等力場，影響粒子或者物體的運(yùn)動(dòng)屬性，對于影視特效中一些特殊的運(yùn)動(dòng)軌跡的表現(xiàn)，具有很好的模擬和計(jì)算效果。通過創(chuàng)建主動(dòng)剛體和被動(dòng)剛體對象，還可以模擬基于物理運(yùn)算的力場效果，配合場/解算器等效果的使用，可以為創(chuàng)意設(shè)計(jì)提供更多的思路和途徑，為影視作品的創(chuàng)作效果提供新的設(shè)計(jì)表現(xiàn)方法。

Paint Effect可以創(chuàng)建基于二維或者三維場景的筆刷效果，通過自身參數(shù)屬性和相關(guān)動(dòng)力學(xué)屬性，可以表現(xiàn)一些物體生成動(dòng)畫或者群體隨機(jī)運(yùn)動(dòng)效果的畫面，對于快速表現(xiàn)和設(shè)計(jì)具有重要的作用。通過系統(tǒng)自帶的資源和實(shí)例效果，也可以導(dǎo)入場景進(jìn)行基礎(chǔ)編輯，后期渲染輸出通過后期合成軟件，實(shí)現(xiàn)特效與場景的有機(jī)融合，為影視創(chuàng)作過程中批量化、快速化和隨機(jī)化的設(shè)計(jì)效果提供便捷的思路和途徑。

在影視創(chuàng)作過程中，如果現(xiàn)實(shí)場景中有合適的素材可以直接適配主題的創(chuàng)作，對于制作速度和效率具有重要的幫助，每個(gè)鏡頭里面如果有反復(fù)可以利用的場景或道具，對于制作表現(xiàn)進(jìn)度上面都有不同程度的體現(xiàn)，因此預(yù)置的資源合理運(yùn)用，也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)軟件的Paint Effect系統(tǒng)不斷優(yōu)化和升級，對于動(dòng)畫模塊、動(dòng)力學(xué)模塊、燈光渲染模塊、建模、流體實(shí)例等模塊的設(shè)計(jì)制作，可以直接導(dǎo)入到場景中，通過屬性參數(shù)的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)期使用的素材效果，對于制作畫面效果和制作效率方面，都具有重要的幫助和指導(dǎo)意義。

結(jié)論

傳統(tǒng)動(dòng)畫的表現(xiàn)技法和制作技術(shù)相對比較成熟，在創(chuàng)作過程中，應(yīng)根據(jù)創(chuàng)作過程中遇到的問題或者難以實(shí)現(xiàn)的畫面和運(yùn)動(dòng)效果，積極探索和尋找新的解決問題的辦法，對于新事物的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，借助于計(jì)算機(jī)輔助生成畫面的技術(shù)手段，應(yīng)當(dāng)選擇合適的表現(xiàn)手法，引入到作品的創(chuàng)作和表現(xiàn)過程中，通過新技術(shù)的應(yīng)用和傳統(tǒng)畫面效果的藝術(shù)表現(xiàn)，達(dá)到技術(shù)和藝術(shù)的完美融合與創(chuàng)新。

通過特效系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，在具體影視作品中，可以選取合適的動(dòng)畫和特效系統(tǒng)，為影視作品的畫面藝術(shù)表現(xiàn)和視覺表現(xiàn)提供更有力的保障和支撐，為藝術(shù)創(chuàng)作的范圍提供更為寬廣的平臺(tái)和空間。