CG技術(shù)在影視動畫中應(yīng)用的實(shí)踐與探討

李舟

摘要：CG，即計(jì)算機(jī)圖形（ComputerGraphics）處理技術(shù)。當(dāng)圖像、聲音、時(shí)間和文字等都可以數(shù)字化輸入到計(jì)算機(jī)中，成為計(jì)算機(jī)處理的元素時(shí)，CG技術(shù)在影視動畫中得到了廣泛的應(yīng)用。該文通過分析參與影視動畫制作中應(yīng)用CG技術(shù)的流程，結(jié)合實(shí)例，探討CG技術(shù)的特點(diǎn)，尋找CG技術(shù)與藝術(shù)之間的結(jié)合點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：CG技術(shù)；實(shí)踐；探討

在一部完整的三維動畫片的制作周期中，大致分為四個(gè)階段：故事開發(fā)、前制階段、制作階段和后制階段。

故事開發(fā)工作由故事開發(fā)部負(fù)責(zé)完成。主要是根據(jù)故事情節(jié)制作故事板、制作配音和配樂以及造型設(shè)計(jì)和場景設(shè)計(jì)等等，這個(gè)過程不細(xì)說了。

下面以筆者參與制作的的3D動畫片《波魯魯冰雪大冒險(xiǎn)》（以下簡稱《波魯魯》、《龍之谷之破曉奇兵》（以下簡稱《龍之谷》）對CG技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討：

1CG技術(shù)在前制階段的應(yīng)用

這個(gè)階段主要由4個(gè)部門參與制作，分別是：建模組、材質(zhì)貼圖組、綁定組和layout組。

1.1建模組

負(fù)責(zé)將造型設(shè)計(jì)和場景設(shè)計(jì)中的2D草圖用三維制作軟件建成3D模型，常用的軟件有MAYA、3D MAX和Zbrush等。在《波魯魯》和《龍之谷》項(xiàng)目中，我們主要用的是MAYA建模，因?yàn)镸AYA建模方式是基于點(diǎn)、線、面的，操作方式最靈活，最具可操控性，且有利于后續(xù)工作的展開。

1.2材質(zhì)貼圖組

主要負(fù)責(zé)給模型“化妝”，進(jìn)行色彩、紋理、質(zhì)感等的設(shè)定工作。具體體現(xiàn)在物體的顏色、透明度、反光度、反光強(qiáng)度、自發(fā)光及粗糙程度等特性上。比如汽車由鋼鐵制成，它就有金屬的特征，床是由紅木制作，它就具有木材的特征，這些特征稱為材質(zhì)。MAYA軟件可以很好的模擬這些特征，具體可通過調(diào)節(jié)MAYA的材質(zhì)節(jié)點(diǎn)，或由二維圖片繪制成的貼圖來達(dá)到效果。其中貼圖制作通過對模型分UV，并導(dǎo)出UV圖到photoshop軟件中繪制。對于寫實(shí)要求較高的物體，我們還會直接用實(shí)拍照片來進(jìn)行修改，這樣真實(shí)感更強(qiáng)烈，觀眾的認(rèn)同度就會很高。完成的貼圖可通過MAYA軟件的計(jì)算貼到三維模型上，形成表面細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)。MAYA軟件使用了貼圖坐標(biāo)，x軸、Y軸、z軸。一般有平面、柱體和球體等貼圖方式，分別對應(yīng)于不同物體形狀的不同貼圖需求。完成材質(zhì)貼圖后，要對模型文件進(jìn)行簡單的打光，以便檢查效果的好壞。模型的材質(zhì)與貼圖要與現(xiàn)實(shí)生活中的對象屬性相一致，這是體現(xiàn)影片制作水準(zhǔn)的重要一環(huán)。

1.3綁定組

主要負(fù)責(zé)給模型添加骨骼，類似于給木偶加上提線以便于控制它的動作。綁定的任務(wù)包括劇本中所有的角色、道具和場景，而角色的綁定工作量是最大的，它可分為表情綁定和軀體綁定兩部分。

表情綁定通過使用MAYA軟件中的blend shape來完成，包括眼睛、眉毛、口型等臉部上的器官進(jìn)行綁定?；镜囊笫且谱鞒鲞@些器官喜、怒、哀、樂的形狀，然后對每一種形狀添加一個(gè)控制器，以方便后續(xù)動畫階段的制作。對于導(dǎo)演要求的特殊角色，還要添加很多細(xì)小的形狀改變，每一種小改變同樣需要添加附屬的控制器。

軀體綁定通過MAYA的骨骼系統(tǒng)，給角色軀體添加一套骨骼，這需要綁定人員具有很好的邏輯理解能力，并要懂得一些解剖學(xué)知識。一般每一處關(guān)節(jié)的綁定都要符合自然界生物的關(guān)節(jié)原理，對于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的四肢動物，軀體綁定又可分為三部分：

1）順著脊柱的大體位置和走勢，創(chuàng)建上半身和脖頸、頭部關(guān)節(jié)的骨骼綁定；

2）上肢骨骼綁定，這一部分最為復(fù)雜，因?yàn)樯婕笆种傅慕壎ǎ?/p>

3）腿部骨骼綁定。

每一部分的綁定都是先添加一套FK骨骼系統(tǒng)，即每一關(guān)節(jié)只有旋轉(zhuǎn)屬性。然后給骨骼必要的部分添加IK系統(tǒng)，它是另一套控制系統(tǒng)，它的作用是：通過控制某一關(guān)節(jié)上的IK使其他關(guān)節(jié)連動。最后，如同表情綁定一樣，添加控制器。在完成以上的基本設(shè)定后，要根據(jù)導(dǎo)演或劇本的要求，給某些部位添加特殊控制器，以實(shí)現(xiàn)動畫中的夸張成分。如手可以伸長，頭可以被壓扁等。

道具和場景綁定一般比較零散，工作難度相對不大，除主要的、出現(xiàn)次數(shù)較多的或有特殊功能的道具場景需要導(dǎo)演嚴(yán)格審查外，其他的只要添加2到5個(gè)控制器即可。

1.4layout組

主要的任務(wù)是根據(jù)故事腳本，設(shè)定每一個(gè)鏡頭的攝像機(jī)走位，以及導(dǎo)人鏡頭中需要出現(xiàn)的角色、道具和場景，并將它們放置在畫面中合理的位置。對于重點(diǎn)鏡頭，往往還要求layout組成員做出角色或道具的走位和大致姿態(tài)。layout完成后要用后期軟件把所有鏡頭的預(yù)覽都合成起來并與聲音文件匹配上，再查看全片的總體時(shí)間、高潮起伏、鏡頭節(jié)奏等內(nèi)容，找準(zhǔn)音限效點(diǎn)。這樣可讓所有制作人員對整個(gè)影片有個(gè)比較直接的感觀印象，有利于后續(xù)工作的展開。

在實(shí)際工作中，前期的小小失誤都會對中、后期制作帶來很大的影響，可謂是牽一發(fā)而動全身，因此要充分做好前制階段的規(guī)劃工作。

2CG技術(shù)在制作階段的應(yīng)用

這個(gè)階段主要由3個(gè)部門參與制作，分別是：動畫組、特效組和燈光渲染組。

2.1動畫組

這是整部動畫影片的重點(diǎn)，能否將該影片的故事情節(jié)向觀眾交代清楚，主要就看動畫這一部分的表演。所以動畫組的人員相對比其他組多，制作周期相對較長，審核也較為嚴(yán)格。

動畫制作也叫Key動畫或K動畫，在這個(gè)環(huán)節(jié)中需參考分鏡頭腳本和聲音文件，根據(jù)layout文件定好的鏡頭和時(shí)間，在了解角色的情緒點(diǎn)后，制作出每個(gè)鏡頭的表演動畫。K動畫時(shí)需運(yùn)用動畫的基本理論和運(yùn)動規(guī)律，這樣制作出來的動作既能觀賞又能符合客觀原理。

動畫在制作過程中也不會一步到位的將所有動作都做出來，一般都分兩三個(gè)階段來完成。該項(xiàng)目我們采用三個(gè)階段來一步步制作出最終的動畫。

1）構(gòu)圖及概念階段。該階段一般采取MAYA曲線編輯器中step屬性，這樣在曲線中由電腦計(jì)算的姿態(tài)和動作將被忽略掉，只顯示K過幀的姿態(tài)，即只制作最開始的關(guān)鍵幀POSE，及部分復(fù)雜動作的過渡期幀POSE，完成鏡頭夠圖的過程，表現(xiàn)出動作的概念，以最簡單有效的方式向?qū)а輦鬟_(dá)制作者的想法。使用step屬性的好處是便于制作者和導(dǎo)演觀看每個(gè)關(guān)鍵POSE和表情，檢查其是否美觀，能否有效的表達(dá)出角色的情感。

2）調(diào)整過程。該階段的任務(wù)是使用簡潔明了的關(guān)鍵幀，盡量把故事片段里要表現(xiàn)的要素都制作出來，能讓觀賞者看明白每個(gè)鏡頭里的表演內(nèi)容，即要確定動作的節(jié)奏、表情動畫并依據(jù)聲音完成口型動畫。具體做法是取消曲線編輯器中的step屬性，將每個(gè)幀的曲線調(diào)整順滑，處理每個(gè)動作細(xì)節(jié)，確保動作的連貫性，以及動作的運(yùn)動是否符合動畫規(guī)律。

3）完善階段。這是提高動畫質(zhì)量的階段，在確保1）、2）都已通過導(dǎo)演的審核后，給鏡頭中所有的附屬目標(biāo)添加運(yùn)動，如角色的服飾、配件、頭發(fā)等。以及調(diào)整角色的后續(xù)動作、交錯(cuò)動作，給某些部位添加擠壓拉伸變形，最后處理畫面中的穿插問題。

待導(dǎo)演審核通過所有鏡頭的3）階段，動畫組的工作就全部結(jié)束，接下來進(jìn)入特效階段。

2.2特效組

這項(xiàng)工作主要是負(fù)責(zé)處理影片中出現(xiàn)有諸如煙、火、風(fēng)、雨等特殊效果的鏡頭，一般動畫影片的特效鏡頭較少，所以工作量相對不大。常用的特效軟件有MAYA、Realflow、Hondiny等。我們主要使用MAYA動力學(xué)解算系統(tǒng)來完成該項(xiàng)目的特效鏡頭。MAYA動力學(xué)解算包括：粒子、場、剛體、柔體、炸裂等。例如制作煙的效果，我們可以使用粒子和場系統(tǒng)來完成。比如鏡頭中人物走人煙霧彌漫的地方，那么在人物身邊就需要有煙霧纏繞，我們在人物周圍設(shè)置一個(gè)粒子發(fā)射器，通過調(diào)整粒子發(fā)射的數(shù)量、大小、生存周期和顏色等模擬煙霧，再給粒子發(fā)射器添加一個(gè)風(fēng)場，使粒子被風(fēng)“吹”向一個(gè)方向。由此完成一個(gè)鏡頭的煙特效。

粒子系統(tǒng)除了可以用來模擬細(xì)小物體的外，還可用來模擬人物這種較大的物體。比如《龍之谷》中有畫面出現(xiàn)很多魔物小兵，每個(gè)小兵都在動，如果讓動畫組的工作人員來完成，一個(gè)一個(gè)魔物小兵的制作出來，那要做幾百個(gè)人物的動作，效率低，且硬件不支持。對此，我們可讓特效組利用粒子系統(tǒng)完成這種效果。

具體做法先做一套魔物小兵的動作庫，大概十幾個(gè)即可，然后將粒子排布在畫面合適位置，一個(gè)粒子代表一個(gè)小兵，將動作庫里的一個(gè)動作導(dǎo)入給一個(gè)粒子，只要將十幾個(gè)動作合理的排布，使兩兩魔物小兵看起來動作不一致即可。

同樣，在《波魯魯》中坐滿觀眾的觀眾席上，用粒子系統(tǒng)處理觀眾歡呼的動畫，也收到很好的效果。

和動畫一樣，所有的特效鏡頭最終也是輸出成視頻格式，上傳給導(dǎo)演確認(rèn)，如果全部通過，即可進(jìn)人燈光渲染階段的工作。

2.3燈光渲染組

就是將所有動畫、特效完成的鏡頭添加燈光并渲染輸出。該組的工作量也是非常巨大的，對計(jì)算機(jī)硬件的要求也非常高。為了能按時(shí)完成任務(wù)，我們使用了專門的渲染農(nóng)場。每個(gè)鏡頭在渲染之前，都要先進(jìn)行燈光設(shè)計(jì)。能否根據(jù)故事版情節(jié)通過燈光烘托出影片片段的環(huán)境氣氛，這也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)技術(shù)水平的體現(xiàn)。三維動畫中燈光設(shè)計(jì)有一個(gè)套路可尋：

1）了解故事情節(jié)，明確片段氣氛。這要求燈光人員首先要知道一場戲發(fā)生的時(shí)間，是早晨、下午還是夜晚。其次要了解一場戲中主要角色的情緒，是歡樂、激動還是沮喪等。

2）確定攝像機(jī)的機(jī)位及運(yùn)動路線，這是燈光設(shè)置的前提，根據(jù)機(jī)位及運(yùn)動來確定光位照射范圍。

3）確定主光的光位。設(shè)置主光線就是要確定主光光位及其照射方向和強(qiáng)度，在主體的斜側(cè)上方，聚光燈的配置角度通常在照明主體與攝像機(jī)高度成45-60度，水平成45度左右。不管主光方向如何，主光應(yīng)在各種光線中占統(tǒng)治地位，成為畫面中最引人注目的強(qiáng)光，否則就會與其他光線產(chǎn)生沖突，減弱造型的效果，或產(chǎn)生零亂的投影。設(shè)置主光一般配用聚光燈。

4）設(shè)置輔助光來彌補(bǔ)主光不足之處，進(jìn)一步完善主體對象造型。如此做是用以補(bǔ)充主光照明的光線。輔助光一般多是無陰影的軟光，目的是用來減弱主光所設(shè)射的生硬粗糙的陰影，減低光亮光亮部分與陰暗部分的反差，為沒有被主光照到的陰影部分提供適當(dāng)?shù)恼彰?，提高暗部物體的造型表現(xiàn)力。

5）添加天光和地光，以及因一特殊需要而添加一些局部光。所有燈光的排布如圖1所示。

設(shè)置好燈光之后，開始著手渲染工作。我們使用的是MA—YA分層渲染技術(shù)，最基礎(chǔ)的分層方式是將每一個(gè)鏡頭中的角色、陰影、背景等分離出來分別進(jìn)行渲染?！恫旚敗讽?xiàng)目對渲染要求比較高，所以一般我們都會分出十幾個(gè)層來進(jìn)行渲染。分層渲染的好處是一方面可以減輕渲染對于機(jī)器的壓力，另一方面在后期處理分層素材時(shí)像在Photoshop中處理圖層一樣方便，可以輕松的修改畫面中不同元素的色彩明度飽和度等其他的效果，避免了在三維軟件中繁復(fù)的修改工作，提高工作效率。

完成燈光設(shè)計(jì)和分層之后，便可把文件交由可全天候工作的渲染農(nóng)場來進(jìn)行渲染，這樣團(tuán)隊(duì)成員可把精力放在設(shè)計(jì)燈光和修改畫面上，提高制作質(zhì)量。

3 CG技術(shù)在后制階段的應(yīng)用

該階段的工作分為兩部分，前半部分仍由燈光渲染組負(fù)責(zé)，主要工作是將渲染好的圖片序列用后期軟件進(jìn)行調(diào)色，并輸出成視頻格式。后半部分由導(dǎo)演及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，將完成的視頻片段、聲音等素材，按照分鏡頭劇本的設(shè)計(jì)，并運(yùn)用影視理論和鏡頭語言，通過非線性編輯軟件premiere的對鏡頭進(jìn)行必要的增減，把握故事的整體情節(jié)與節(jié)奏，最終生成動畫影視文件。

4結(jié)束語

綜上所述，可以看出CG技術(shù)在影視動畫應(yīng)用的特征、特點(diǎn)和制作規(guī)范，它是以多媒體計(jì)算機(jī)為工具，綜合文學(xué)、美工美學(xué)、動力學(xué)、電影藝術(shù)等多學(xué)科的產(chǎn)物，其制作過程復(fù)雜，需要多個(gè)分工明確的團(tuán)隊(duì)合作才能順利完成。隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)、新媒體的發(fā)展，CG技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)藝術(shù)視覺化的一種手段，它改變著動畫的制作模式、視覺效果、剪輯手法和情感式的表現(xiàn)方法等等。我們處在千載難逢的CG時(shí)代，需要把握多種傳播媒體和多種傳播方法與傳播技能，推動中國CG產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。