CG數(shù)字影像藝術(shù)中的真實(shí)感研究

鄧云淇 樊榮

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG）在電影、動(dòng)畫、游戲、網(wǎng)絡(luò)等社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。CG技術(shù)以其獨(dú)特的視覺效果和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為現(xiàn)代娛樂產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一部分。使用計(jì)算機(jī)生成的圖像和效果，CG影像可以呈現(xiàn)出豐富多樣的視覺效果，包括逼真的光影效果、細(xì)膩的材質(zhì)質(zhì)感、精確的物體運(yùn)動(dòng)軌跡等。然而，在追求視覺效果的同時(shí)，CG影像的真實(shí)感也成為一個(gè)重要的考慮因素。在現(xiàn)實(shí)世界，人們對(duì)影像的真實(shí)性有較高的要求，希望影像能夠貼近物理現(xiàn)實(shí)并引發(fā)情感共鳴。所以，在CG影像創(chuàng)作中，構(gòu)建數(shù)字影像的真實(shí)感極具挑戰(zhàn)性。盡管CG技術(shù)在視覺效果上取得了巨大的突破，但對(duì)CG影像真實(shí)感的研究相對(duì)較少或較為淺薄。真實(shí)感作為影像的重要屬性之一，在影視、游戲等領(lǐng)域具有重要意義。因此，文章從數(shù)字影像真實(shí)感角度出發(fā)，分析CG技術(shù)在影像真實(shí)感構(gòu)建中的應(yīng)用，依據(jù)“CG影像概述—傳統(tǒng)影像真實(shí)—CG影像真實(shí)—CG影像如何構(gòu)建真實(shí)”的邏輯線索進(jìn)行論述，旨在實(shí)現(xiàn)CG影像技術(shù)性與藝術(shù)性、現(xiàn)實(shí)性與真實(shí)感的結(jié)合，深入剖析CG影像，探索CG影像真實(shí)感的構(gòu)建方法和技術(shù)手段，并探討其在影視、游戲等領(lǐng)域的應(yīng)用前景和潛在影響，開啟一次獨(dú)屬于CG影像藝術(shù)的探討之旅。

關(guān)鍵詞：真實(shí)感；CG藝術(shù)；藝術(shù)真實(shí)；數(shù)字影像

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2023）09-0-04

0 引言

自人類使用影像媒介以來，對(duì)“真實(shí)感”的探求從未停止。在CG技術(shù)誕生之前，真實(shí)感的載體大多集中于傳統(tǒng)影像與繪畫。1895年12月28日，盧米埃爾兄弟在法國巴黎卡浦星路14號(hào)大咖啡廳的地下室進(jìn)行了電影《火車進(jìn)站》的首次公映。在電影中，一列火車向著攝影機(jī)飛馳而來，觀眾們感到非常恐慌，紛紛避讓。在此之前，他們沒有任何觀影體驗(yàn)，不知電影為何物，當(dāng)他們第一次看到銀幕上的影像時(shí)，以為一輛真實(shí)的火車正朝他們駛來。從此，影片中火車進(jìn)站的鏡頭成為電影技術(shù)崛起的標(biāo)志，這一天作為“電影誕生之日”被人們永遠(yuǎn)銘記。

1 CG影像的真實(shí)感

傳統(tǒng)影像的真實(shí)感是一種“復(fù)制真實(shí)”，在過去的一百多年里，電影產(chǎn)業(yè)極速發(fā)展，傳統(tǒng)影像“復(fù)制真實(shí)”的觀念逐漸式微，取而代之的是像素，它開始成為構(gòu)成世界的基礎(chǔ)要素，人們進(jìn)入了一個(gè)以“描繪真實(shí)”甚至“創(chuàng)造真實(shí)”為核心的CG新時(shí)代，“真實(shí)”的真正含義再次被擴(kuò)展和爭(zhēng)論。隨著時(shí)代的發(fā)展，“真實(shí)”的含義已經(jīng)由客觀對(duì)象擴(kuò)展到了主觀對(duì)象，由“現(xiàn)實(shí)”走向了“虛擬”，隨著人類的認(rèn)知能力、理性思維能力和想象能力的提高逐漸產(chǎn)生深層次的意義，漸趨復(fù)雜多元。

1.1 從“再現(xiàn)真實(shí)”到“創(chuàng)造真實(shí)”

CG動(dòng)畫和現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)系模式大體可以分為“再現(xiàn)真實(shí)”和“創(chuàng)造真實(shí)”兩種類型。CG的“再現(xiàn)真實(shí)”反映了影片制作者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界存在的事物的模擬和摹寫，力求將影像與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來，以實(shí)現(xiàn)某種認(rèn)識(shí)論上的目的。然而，CG動(dòng)畫與現(xiàn)實(shí)世界之間的聯(lián)系并非實(shí)時(shí)的，它所展現(xiàn)的總是已經(jīng)消亡的過往，所以CG動(dòng)畫常被用于重現(xiàn)歷史中某些偉大的人物或者事件，并且漸漸變成了紀(jì)錄片中一種新的探尋“真實(shí)”的方式。紀(jì)錄片《故宮》利用CG技術(shù)重現(xiàn)了故宮的建造過程，并且還原了歷史上場(chǎng)面盛大的慶典儀式，給觀眾帶來在中華五千年歷史長河中緊隨故宮命運(yùn)穿梭的視覺體驗(yàn)，達(dá)到高度逼真和充滿藝術(shù)性的展示效果。CG不但沒有削弱影片的真實(shí)性，反而有助于觀眾更深入地了解歷史的內(nèi)涵，這就是新紀(jì)錄電影所倡導(dǎo)的“再現(xiàn)真實(shí)”［1］。

除了文化類歷史紀(jì)錄片，自然歷史類紀(jì)錄片也可以利用CG技術(shù)增強(qiáng)影片的真實(shí)感。例如，《史前星球》（見圖1）以白堊紀(jì)的時(shí)代環(huán)境為背景，模仿野生動(dòng)物紀(jì)錄片的敘事手法，用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)講述古生物學(xué)知識(shí)，還原了海岸、沙漠、河流、冰雪世界和森林的場(chǎng)景，展現(xiàn)了不同種類的恐龍為了生存而奮斗的景象，用獨(dú)特的視角揭開古老地球上的動(dòng)物棲息地面紗……這些作品中的CG動(dòng)畫嘗試使用“再現(xiàn)真實(shí)”的方式盡量還原現(xiàn)實(shí)，用影像的永恒來抵御時(shí)間的侵蝕。它們之所以能獲得真實(shí)的屬性，并不是因?yàn)樵谛问脚c技術(shù)上多趨向?qū)憣?shí)，而是因?yàn)樗鼈冋宫F(xiàn)的是史實(shí)，而CG技術(shù)只是一種重現(xiàn)真實(shí)的方法。

數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，讓CG動(dòng)畫擺脫了常規(guī)的桎梏，建立了屬于自己的“超真實(shí)”的虛擬世界秩序。CG技術(shù)在當(dāng)代數(shù)字技術(shù)的加持下，不再局限于以往的“描摹者”角色，而是以“創(chuàng)造真實(shí)”的“創(chuàng)作者”身份讓影片煥發(fā)新的生機(jī)，如《阿凡達(dá)》中絕美的潘多拉星球，《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》中的“眼神級(jí)別的真實(shí)”，《星際穿越》里交錯(cuò)縱橫的四次元空間，都是在獨(dú)特的數(shù)字世界中杜撰的虛擬畫面。CG技術(shù)能從現(xiàn)實(shí)世界無法呈現(xiàn)或者根本不存在的視角，呈現(xiàn)出虛擬對(duì)象的全貌或局部，從而使CG電影呈現(xiàn)出更豐富、更高層次的“真實(shí)”。同時(shí)，CG影像的景別與傳統(tǒng)影像相比有很大的區(qū)別，在遠(yuǎn)、全、中、近、特等基本的景別上呈現(xiàn)出兩極化擴(kuò)展的傾向，宏觀上可以展現(xiàn)廣袤無垠的宇宙，微觀上可以展現(xiàn)每一粒細(xì)胞乃至原子的運(yùn)動(dòng)軌跡，景別和運(yùn)動(dòng)的跨度是傳統(tǒng)影像無法比擬的，微觀、宏觀世界的自由視角也能讓觀眾感到空前的新鮮和震撼。并且，在CG影像中，虛擬攝像機(jī)的動(dòng)作不會(huì)受到現(xiàn)實(shí)的限制，它的移動(dòng)速度、幅度和時(shí)間都是非常靈活的，通過設(shè)計(jì)影片細(xì)節(jié)構(gòu)建更高一級(jí)的真實(shí)感，也讓影片的敘事方式更加多樣。

1.2 跨越“恐怖谷”效應(yīng)

盡管CG影像真實(shí)感構(gòu)建已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。在CG技術(shù)不斷“創(chuàng)造真實(shí)”的當(dāng)下，有一種效應(yīng)始終是CG需要跨越的坎——“恐怖谷”效應(yīng)。日本的機(jī)械學(xué)家森政弘在1970年發(fā)表的《恐怖谷效應(yīng)》中指出，當(dāng)一個(gè)形象接近于人，卻又與人不完全相似的虛擬人物出現(xiàn)時(shí)，會(huì)引起一些人的反感和憎恨。

觀察圖2可以了解到，“恐怖谷”的好感度是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)值，這種數(shù)值會(huì)隨個(gè)體的認(rèn)識(shí)和社會(huì)文化而波動(dòng)。雖然使用CG技術(shù)為影片的創(chuàng)作與布景提供了新的可能，但如何克服“恐怖谷”效應(yīng)是制作人員面臨的一大問題，尤其是在決定使用逼真路線的CGI渲染后，影片中的角色很可能會(huì)掉進(jìn)“恐怖谷”的范圍。在當(dāng)今的CGI動(dòng)畫中，主要采用兩大戰(zhàn)略來規(guī)避“恐怖谷”效應(yīng)。一種是將影片中的角色夸張化或者卡通化，讓他們看起來不像真實(shí)人物，并且把曲線維持在“恐怖谷”左側(cè)，如皮克斯的動(dòng)畫片《玩具總動(dòng)員》［2］，將角色塑造成了與人類不同的物種，從形象、習(xí)性等方面區(qū)別于真實(shí)的人。另外一種方法是讓真人演繹，由多個(gè)高速攝像機(jī)從不同角度捕捉演員動(dòng)作，之后綁定影片中的動(dòng)畫角色，使影片里的人物從各方面無限趨近真實(shí)人物，直接跳過“恐怖谷”，跨越到右側(cè)的曲線。第一個(gè)方案已經(jīng)在很多電影里得到了驗(yàn)證，可行性很強(qiáng)，而第二個(gè)方案的實(shí)施難度比較大，可行性也有待商榷。

不過，在如今頂級(jí)的CG技術(shù)的幫助下，通過完全模擬人的動(dòng)態(tài)和神情來規(guī)避“恐怖谷”效應(yīng)已不再是難事。比如羅伯特·羅德里格茲執(zhí)導(dǎo)的《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》，影片在動(dòng)態(tài)CG方面最不可思議的就是對(duì)阿麗塔神態(tài)表情的完美表現(xiàn)，使阿麗塔的形象仿佛通過默念魔法咒語，逃離了“恐怖谷”效應(yīng)。由此可見，利用最先進(jìn)的技術(shù)讓CG脫離“恐怖谷”效應(yīng)具有相當(dāng)大的可行性，但影片制作人員必須注意以下幾點(diǎn)：首先，人物形象必須足夠逼真；其次，通過增加人物與場(chǎng)景互動(dòng)，增強(qiáng)人設(shè)本身的真實(shí)感；最后，編寫一個(gè)符合現(xiàn)實(shí)邏輯的劇本，為其行為尋找合適的動(dòng)因，只有這樣才能使一切變得真實(shí)可信。

2 CG影像真實(shí)感的構(gòu)建

目前，對(duì)CG影像真實(shí)感的構(gòu)建，可采用光柵圖形生成演算法、圖形交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段?，F(xiàn)代CG技術(shù)最大的目標(biāo)之一，就是利用電腦的“虛擬”空間創(chuàng)造出令人賞心悅目并能讓人感受到“真實(shí)”的畫面和場(chǎng)景。試想一下，如果沒有深刻理解物體的結(jié)構(gòu)、色彩關(guān)系、透視原理、光影關(guān)系、明暗關(guān)系，構(gòu)建出來的虛擬世界怎么可能接近“真實(shí)”？因此，CG影像中的真實(shí)感是以物理模型與光學(xué)成像規(guī)律為基礎(chǔ)原理，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合人眼視覺機(jī)制呈現(xiàn)出的一種特殊的視覺感知。

2.1 設(shè)計(jì)構(gòu)思

很多CG作品表現(xiàn)的是虛構(gòu)的東西，這些東西并不存在于現(xiàn)實(shí)世界。他們之所以能讓觀眾覺得真實(shí)，純粹是源于創(chuàng)作者對(duì)現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知，對(duì)真實(shí)世界規(guī)律法則的掌握，以及對(duì)現(xiàn)實(shí)的摹寫?？梢哉f，一部好的CG作品，其透視關(guān)系、明暗關(guān)系以及光影關(guān)系都是正確的。這些存在的形態(tài)、色彩、線條、明暗、質(zhì)感、量感、存在感、空間、動(dòng)態(tài)等復(fù)雜的要素，彼此交織，共同構(gòu)成了一種美麗的秩序。

第一，素描關(guān)系。任何造型藝術(shù)都應(yīng)該以素描為基礎(chǔ)。素描是對(duì)自然界事物的研究和表達(dá)，其目的是探索自然界事物的造型特點(diǎn)、內(nèi)在結(jié)構(gòu)以及各個(gè)構(gòu)成要素之間的關(guān)系。

第二，構(gòu)圖。與基礎(chǔ)素描和構(gòu)成一致，CG在構(gòu)圖方面仍然遵循常見的構(gòu)圖原則，如黃金比例分割、多樣統(tǒng)一原則、對(duì)稱構(gòu)圖法則、平衡構(gòu)圖原則等。

第三，色彩關(guān)系。在CG影像作品中合理運(yùn)用對(duì)比色、同類色、互補(bǔ)色，正確處理色調(diào)對(duì)比、明度對(duì)比等對(duì)比關(guān)系，以及處理好非同色、同色、同明度、同純度等協(xié)調(diào)關(guān)系，就能讓CG作品的氛圍營造、色彩搭配、物體關(guān)系達(dá)到最佳的平衡，營造出獨(dú)一無二的視覺效果。

2.2 細(xì)致入微的建模

3D建模技術(shù)最大的好處在于可以讓創(chuàng)作者像雕塑大師那樣，從無到有地創(chuàng)作出想象中的虛擬場(chǎng)景。這項(xiàng)技術(shù)的問世使影視從業(yè)者不再需要花費(fèi)大量精力去制作實(shí)體模型，僅通過電腦就可以完成建模。無論是自然界的物體還是人造的物體，都能以三維模型的形式來表現(xiàn)。在CG建模中，一般采用多邊形、曲面片、構(gòu)造實(shí)體幾何（CGS）等表示方法。

電影《阿凡達(dá)》史無前例地將表示物體的多邊形數(shù)量從以往的百萬級(jí)別增加到十億級(jí)別。隨著多邊形數(shù)量的增加，其建模精度達(dá)到新的高度，極大地提升了影片的真實(shí)度。當(dāng)然，數(shù)量的倍增也意味著其對(duì)計(jì)算機(jī)的渲染和處理能力有著極高的要求。

2.3 模擬光照及光線追蹤

燈光在影像藝術(shù)中有著舉足輕重的地位，它不僅可以營造出空間的立體感，還可以用來表達(dá)影片創(chuàng)作者的主觀情感。在CG影像中，燈光是不可或缺的一環(huán)。虛擬空間中的一切物體呈現(xiàn)都需要燈光的配合，它既是讓模型產(chǎn)生漫射的基本要素，又是一種重要的造型方式和色彩表達(dá)方式。近年來，光線追蹤技術(shù)在CG中得到了越來越多的應(yīng)用。

光線追蹤技術(shù)能夠提供令人難以置信的真實(shí)光照，它一經(jīng)面世就擊敗了世界上所有的模擬光照技術(shù)，成為CG影像制片的新寵兒。實(shí)質(zhì)上，這種技術(shù)能夠使用算法跟蹤光的軌跡，并且模仿光線和虛擬物體之間的交互。影視從業(yè)者可以借助光線追蹤技術(shù)創(chuàng)作更逼真的陰影和反射效果，同時(shí)還可以大大改善半透明度和散射。這種算法以類似于人眼的方式處理真實(shí)光線，利用陰影和反射的方式來考慮光線擊中的位置，并計(jì)算其中的交互和相互影響，人們觀察到的物體色彩也受到了光線照射物體方式的影響。

2.4 擬真材質(zhì)貼圖

在三維建模軟件中，“材質(zhì)”通常是指物體表面的可視屬性集合，常見的材質(zhì)系統(tǒng)包括透明度、漫射、金屬反射率、顏色、法線等。三維造型軟件生成的模型只是一種具有形體的純色塊，是一個(gè)可編輯的線框模型，它的表面沒有任何材質(zhì)。在燈光的照射和烘焙下，只會(huì)產(chǎn)生均勻的漫射光，所以必須對(duì)它進(jìn)行加工，添加各種材質(zhì)以及法線、層菲涅爾等。常用的環(huán)境材質(zhì)球見圖3。

在CG影像創(chuàng)作中，要實(shí)現(xiàn)材質(zhì)真實(shí)，一般有兩種方法：一種是調(diào)整各種參數(shù)，讓模型材質(zhì)球表面的視覺屬性與現(xiàn)實(shí)世界相符，達(dá)到貼近物理現(xiàn)實(shí)的效果；另一種是利用貼圖的手段，將材質(zhì)貼圖“粘貼”到模型的表面。第一種方法基于計(jì)算機(jī)算法函數(shù)，直接生成材質(zhì)的紋理，其中包含顏色、反射率、高光、漫反射等大量的視覺參數(shù)，操作流程比較煩瑣。第二種方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，利用Pixplant等貼圖軟件，將一張拍攝的紋理圖處理成無縫貼圖，并通過紋理本身生成（法線凹凸、置換、Alpha等）通道貼圖，然后直接將具體的材質(zhì)圖片和通道貼圖賦予線框模型，再對(duì)它進(jìn)行細(xì)節(jié)處理。當(dāng)前，CG從業(yè)者會(huì)綜合使用上述兩種方式。除非非常仔細(xì)地貼近觀察，否則其材質(zhì)已經(jīng)可以騙過大部分人的眼睛，可以說達(dá)到以假亂真的地步。

2.5 動(dòng)作真實(shí)

CG影像帶來的感官真實(shí)，不僅涉及外在形體的真實(shí)，更重要的是涉及動(dòng)作真實(shí)——能讓人從中感受到情感與生命。在動(dòng)捕技術(shù)問世以前，CG動(dòng)畫的主流技術(shù)包括關(guān)鍵幀動(dòng)畫、物體變形動(dòng)畫等。但是，這些技術(shù)非?；A(chǔ)，主要被應(yīng)用于Flash動(dòng)畫或者簡(jiǎn)單的二維動(dòng)畫中，利用關(guān)鍵幀生成的動(dòng)作比較僵硬，且很難完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。因此，現(xiàn)在很多影視作品放棄了這種傳統(tǒng)的K幀動(dòng)畫，轉(zhuǎn)而采用了骨骼系統(tǒng)技術(shù)。

這種技術(shù)會(huì)先為生物體制造出一副虛擬的骨架，再將“皮膚”附著在骨頭上，只需要稍微調(diào)整一下骨頭節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作，便能“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，使對(duì)象的動(dòng)作變得更加真實(shí)與流暢。可以說，骨骼系統(tǒng)為虛擬生物模型注入了血肉，使虛擬模型不再空有一副皮囊［3］。

3 結(jié)語

本文探討了CG數(shù)字影像真實(shí)感的構(gòu)建。通過分析數(shù)字影像的發(fā)展歷程、實(shí)際應(yīng)用和相關(guān)理論基礎(chǔ)，可以了解到數(shù)字影像真實(shí)感的構(gòu)建是一個(gè)綜合性問題，涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。在研究相關(guān)文獻(xiàn)和搜集網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上，本研究歸納出數(shù)字影像真實(shí)感構(gòu)建的關(guān)鍵因素和常用方法，并分析了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從設(shè)計(jì)構(gòu)思、建模、光照、材質(zhì)、動(dòng)作等方面總結(jié)了構(gòu)建數(shù)字影像真實(shí)感的必要條件。

然而，本研究還存在一些不足之處。例如，需要進(jìn)一步考慮如何綜合平衡多種感官要素，如視覺、聽覺等，以及需要進(jìn)一步研究和探索虛擬場(chǎng)景的真實(shí)還原等方面。本研究主要關(guān)注數(shù)字影像的物理特性和視覺感知原理，對(duì)數(shù)字影像更深層次的文化和情感內(nèi)涵，還有待深入探究。

參考文獻(xiàn)：

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［3］ 孫少華.虛擬與真實(shí)的滲透：試論CG影像中的真實(shí)構(gòu)建［D］.重慶：重慶大學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：鄧云淇（2000—），男，江蘇蘇州人，碩士在讀，研究方向：數(shù)媒與影像數(shù)字化。

樊榮（1976—），女，上海人，碩士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：數(shù)字內(nèi)容策劃與設(shè)計(jì)管理。