虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)境下三維游戲引擎對(duì)動(dòng)畫制作技術(shù)的應(yīng)用性探究

段中原，劉馨予

1 游戲引擎簡(jiǎn)述

游戲引擎通常簡(jiǎn)單的分為2D 引擎與3D 引擎，通常指為運(yùn)行某一類游戲的機(jī)器設(shè)計(jì)且能夠被機(jī)器識(shí)別的代碼(指令)集合。游戲引擎能夠按游戲設(shè)計(jì)的要求順序有效地調(diào)用包括圖像，聲音，動(dòng)畫等資源。

經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的發(fā)展，當(dāng)今行業(yè)內(nèi)游戲引擎的數(shù)量和分工日趨多樣化，現(xiàn)如今的游戲引擎早已經(jīng)發(fā)展成為一套由多個(gè)子系統(tǒng)共同構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，從建模、動(dòng)畫、渲染、特效，從物理系統(tǒng)、碰撞檢測(cè)、文件管理、網(wǎng)絡(luò)特性，以及專業(yè)的編輯工具和插件等，幾乎涵蓋了開發(fā)過(guò)程中的所有重要環(huán)節(jié)，早已不局限于2D、3D 引擎的分類，而其中的Unreal(虛幻引擎)、Unity3D 等游戲引擎以強(qiáng)大的功能和龐大的使用群體在行業(yè)中占據(jù)一定的主導(dǎo)地位。

2 傳統(tǒng)三維動(dòng)畫與“引擎動(dòng)畫”的比較

傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫制作環(huán)節(jié)大致可以分為3個(gè)階段，即前期策劃、中期設(shè)計(jì)、后期制作。在前期策劃階段，制作者通過(guò)不斷完善劇本，以文字和圖像的形式確立分鏡頭并設(shè)置時(shí)間表以方便確認(rèn)鏡頭的位置和敘事流程；而在進(jìn)入的中期設(shè)計(jì)階段后，制作者將對(duì)人物、場(chǎng)景、動(dòng)作、貼圖等進(jìn)行具體設(shè)定，此階段也是引擎進(jìn)入動(dòng)畫創(chuàng)作的具體階段，在此過(guò)程中制作者通常會(huì)使用Maya、3d Max 等三維動(dòng)畫制作軟件對(duì)人物和場(chǎng)景等元素進(jìn)行相對(duì)低面數(shù)的粗模制作，并可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行雕刻以豐富模型細(xì)節(jié)，然后通過(guò)法線貼圖的烘焙，得到一個(gè)具有凹凸細(xì)節(jié)的紋理貼圖，其次再為模型創(chuàng)建相應(yīng)的骨骼和動(dòng)作設(shè)定，輸出FBX 格式文件給Unity 引擎予以調(diào)用，將輸出文件導(dǎo)入引擎中進(jìn)行材質(zhì)、燈光、特效的調(diào)試，最后輸出成像；最后再在后期合成軟件中完成對(duì)圖像的合成、剪輯、配音、字幕等后期制作，最終完成3個(gè)階段的制作工作。

在前期策劃階段，通常需要制作者結(jié)合故事劇本、人物性格、場(chǎng)景結(jié)構(gòu)和美術(shù)風(fēng)格等進(jìn)行細(xì)致構(gòu)思，而值得注意的是，這一過(guò)程不是一蹴而就的，由于缺乏直觀的效果呈現(xiàn)，往往需要不斷地調(diào)整；如果將引擎的“實(shí)時(shí)渲染”等功能優(yōu)勢(shì)運(yùn)用到三維動(dòng)畫制作的前期階段，制作者則無(wú)需像以往一樣進(jìn)行局部和關(guān)鍵幀渲染就可以實(shí)現(xiàn)鏡頭效果的可視化，有助于制作者對(duì)劇本分鏡的修改和其他細(xì)節(jié)的優(yōu)化。

在中期設(shè)計(jì)階段，引擎起到的顛覆性作用是尤為明顯的，對(duì)于畫面的氣氛把握與動(dòng)作控制有著具體而細(xì)致的要求。在以往的通常情況下要消耗大量時(shí)間來(lái)反復(fù)調(diào)整材質(zhì)表現(xiàn)、鏡頭位置和動(dòng)作節(jié)奏。尤其在復(fù)雜的場(chǎng)景渲染環(huán)境中，每個(gè)人物、場(chǎng)景均需要不斷地反復(fù)修改并經(jīng)過(guò)計(jì)算后查驗(yàn)渲染效果。這一過(guò)程往往需要數(shù)分鐘，對(duì)于一個(gè)小型工作站(組)而言無(wú)疑會(huì)嚴(yán)重影響動(dòng)畫制作過(guò)程的推進(jìn)；如果說(shuō)“實(shí)時(shí)渲染”能夠讓制作者高效的把握畫面效果，而引擎同樣也具備“實(shí)時(shí)修改”能力，那么制作者可以利用引擎自帶的腳本播放功能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫效果的預(yù)覽，在引擎中，制作者可以查看包括人物行走、對(duì)話、運(yùn)動(dòng)方向和動(dòng)作幅度，完成對(duì)攝影機(jī)位置角度單位確定，完成對(duì)動(dòng)畫敘事流程確認(rèn)，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫劇本的修改。制作者在同一設(shè)備設(shè)上同時(shí)完成動(dòng)畫制作、渲染工作，實(shí)現(xiàn)效果的實(shí)時(shí)可控與修改，顯著的縮減了三維動(dòng)畫制作在中期渲染階段的制作時(shí)間。

在后期制作階段，制作者主要為三維動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)部分特效制作與后期剪輯；在以往特效制作的環(huán)節(jié)，需要制作者提前完成素材的搜集并在三維制作軟件中創(chuàng)建特效和調(diào)節(jié)特效參數(shù)，整個(gè)過(guò)程由于受到貼圖類型、光效陰影、特效范圍、色彩效果等因素影響，導(dǎo)致制作者必須具備一定的經(jīng)驗(yàn)且同時(shí)消耗大量精力用于反復(fù)調(diào)整；而目前多數(shù)游戲引擎都自帶有物理系統(tǒng)、粒子系統(tǒng)和實(shí)時(shí)光效照明系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)光效，物體材質(zhì)的表現(xiàn)與陰影效果的表現(xiàn)更加直觀可視，甚至可以通過(guò)物理天光、材質(zhì)球和功能插件模擬虛擬光照模擬和背景環(huán)境；而物理系統(tǒng)則能還原一般物理環(huán)境下的碰撞及重力表現(xiàn)；粒子系統(tǒng)則是引擎中最為出彩的部分，相較于三維制作軟件中的粒子系統(tǒng)，引擎中的粒子系統(tǒng)指令更加集中且直觀?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)粒子的發(fā)射速度、角度、大小、數(shù)量和物理屬性。配合貼圖素材來(lái)模擬出非常規(guī)的效果，例如流水、爆炸、煙塵等，充分實(shí)現(xiàn)效果的實(shí)時(shí)可見，提升特效制作的效率與動(dòng)畫本身的質(zhì)量。

通過(guò)梳理不難發(fā)現(xiàn)，引擎在制作三維動(dòng)畫過(guò)程中取代了傳統(tǒng)三維制作軟件的渲染功能。而隨著顯卡性能的不斷提高，GPU 的即時(shí)渲染成像質(zhì)量已經(jīng)能夠達(dá)到甚至超出CPU 離線渲染的質(zhì)量水平，為引擎交互式動(dòng)畫掃清了技術(shù)障礙，提高了工作效率。

3 “引擎動(dòng)畫”在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)背景下的應(yīng)用前景

有別于傳統(tǒng)二維動(dòng)畫，三維動(dòng)畫能夠?yàn)橛^眾帶來(lái)逼真的視覺效果和全新的動(dòng)畫形式，相較于二維動(dòng)畫、三維動(dòng)畫本身的視覺突破，按現(xiàn)有發(fā)展趨勢(shì)推斷，未來(lái)一個(gè)時(shí)期內(nèi)的動(dòng)畫形式極有可能是包含全景式、沉浸式、可交互的動(dòng)畫形式，而這些是傳統(tǒng)三維制作軟件所不具備的功能，引擎的使用能夠完全意義上實(shí)現(xiàn)即時(shí)渲染，配合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可增強(qiáng)三維動(dòng)畫的感知力與交互性，而全新的格式文件類型也能充分滿足手機(jī)與自媒體等不同平臺(tái)的播放需求。

引擎的使用很大程度上降低了行業(yè)的門檻以及對(duì)從業(yè)者的軟硬實(shí)力要求，過(guò)去對(duì)于從業(yè)者來(lái)說(shuō)需要掌握一定的軟件基礎(chǔ)、攝影技巧、計(jì)算機(jī)編程以及力學(xué)、光學(xué)等方面的知識(shí)來(lái)滿足三維動(dòng)畫制作中的調(diào)試、渲染、合成；而引擎所具備的實(shí)時(shí)渲染、智能光效以及豐富的應(yīng)用插件使其相較于傳統(tǒng)三維制作軟件更易上手且容易操作，在視覺效果上比肩傳統(tǒng)三維制作軟件。

目前，引擎大量的應(yīng)用培養(yǎng)了一定規(guī)模的技術(shù)團(tuán)隊(duì)與使用者，其中Unity 引擎自2005年至2013年間累計(jì)積累了100萬(wàn)用戶，2014年則更是實(shí)現(xiàn)倍增，達(dá)到了200萬(wàn)用戶注冊(cè)使用。這使得“引擎動(dòng)畫”的制作與推廣具備了很強(qiáng)的普世性。而普世性的存在能夠反哺開發(fā)團(tuán)隊(duì)與使用者參與產(chǎn)品研發(fā)、素材資源建設(shè)、產(chǎn)品使用等；目前主流引擎除了專業(yè)版本，大多數(shù)可以免費(fèi)提供給從業(yè)者使用，同時(shí)國(guó)內(nèi)活躍用戶數(shù)量與對(duì)應(yīng)產(chǎn)品數(shù)量不斷提高，各類相關(guān)資源與素材得到不斷強(qiáng)化建設(shè)，引擎教程相較于以往的單一與缺失正趨向多元性和專業(yè)性，人才市場(chǎng)專業(yè)崗位需求量較大，也間接帶動(dòng)了部分高校開設(shè)引擎開發(fā)與設(shè)計(jì)類課程以滿足人才培養(yǎng)的需要。

4 結(jié)論

事物的發(fā)展趨勢(shì)必然緊跟時(shí)代的進(jìn)步節(jié)奏，引擎的使用和實(shí)時(shí)渲染技術(shù)為三維動(dòng)畫制作節(jié)約了大量的時(shí)間成本，為三維動(dòng)畫制作帶來(lái)了巨大的變革，就國(guó)內(nèi)而言，“引擎動(dòng)畫”尚處于一個(gè)新的領(lǐng)域，在發(fā)展和應(yīng)用的過(guò)程中難免遇到各種困難，這就需要廣大從業(yè)者發(fā)揮和調(diào)動(dòng)自身主觀能動(dòng)性加以研究應(yīng)對(duì)和解決。

2019年GDC(Game Developers Conference，即游戲開發(fā)者大會(huì))上所展示的最新Unity 實(shí)時(shí)渲染大片《異教徒》，其逼真的CG 人類角色，效果令人驚嘆。這已不是第一部使用Unity 引擎制作的CG影視作品，在此之前還有《Windup》《死者之書》等，近期Unity 官方還將發(fā)布一部效果十分精致的實(shí)時(shí)渲染動(dòng)畫短片《Sherman》。

同時(shí)由《第九區(qū)》導(dǎo)演尼爾·布洛姆坎普的工作室利用Unity 游戲引擎打造的科幻微電影《ADAM》已更新至第三集，好萊塢電影《阿凡達(dá)》中也利用了類似引擎的實(shí)時(shí)呈像系統(tǒng)來(lái)幫助制作者通過(guò)控制攝影機(jī)實(shí)時(shí)瀏覽畫面效果。由此可見，利用游戲引擎對(duì)三維動(dòng)畫進(jìn)行制作具有巨大的生產(chǎn)潛力，同時(shí)對(duì)動(dòng)畫制作技術(shù)的革新有著重要的意義。三維動(dòng)畫制作必將成為依托多種信息技術(shù)完成制作的載體，隨著引擎兼容性與視覺效果的廣泛提升，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，“引擎動(dòng)畫”必然成為三維動(dòng)畫制作的又一重要手段。