三維角色動畫綁定技術(shù)在電視領(lǐng)域的應(yīng)用

陳 銘

（安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230071）

0 引言

三維角色動畫綁定技術(shù)已成為現(xiàn)代視覺藝術(shù)的重要組成部分，無論在電影電視制作還是在視頻游戲設(shè)計中，都發(fā)揮了重要作用[1]。本文深入探討三維角色動畫綁定技術(shù)的定義和重要性，其發(fā)展歷程、核心概念與技術(shù)流程，以及該技術(shù)在電視領(lǐng)域的多元化應(yīng)用，展望這項技術(shù)的發(fā)展前景以及面臨的挑戰(zhàn)。希望通過本文的闡述，能增進讀者對三維角色動畫綁定技術(shù)的理解，為此領(lǐng)域的進一步研究提供參考。

1 三維角色動畫綁定技術(shù)概述

1.1 三維角色動畫定義

三維角色動畫是數(shù)字藝術(shù)和計算機圖形學(xué)的一個重要分支，通過建立三維角色模型并對其進行一系列的運動處理，創(chuàng)造出逼真的動態(tài)視覺效果，基于三維空間和時間來構(gòu)造和操縱角色形象，以實現(xiàn)富有活力和魅力的動態(tài)畫面[2]。三維角色動畫因其高度的真實性和視覺沖擊力，在電影、廣告及游戲設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用。其將設(shè)計者的藝術(shù)想象力充分地體現(xiàn)出來，為觀眾帶來更加生動逼真的視覺體驗，使數(shù)字娛樂與藝術(shù)經(jīng)受住時間的考驗。

1.2 三維角色動畫綁定技術(shù)的發(fā)展

角色動畫綁定技術(shù)，或稱為骨骼綁定，是三維角色動畫創(chuàng)建過程中的關(guān)鍵步驟。它的發(fā)展歷程直接關(guān)聯(lián)計算機圖形學(xué)的演進[3]。初始，簡單的動畫角色主要依賴直接操控頂點，但這種方法在復(fù)雜的動畫制作中存在諸多問題。隨著技術(shù)的進步，研究者開始使用稱為 “骨骼” 的一系列連桿系統(tǒng)，使得動畫創(chuàng)作者能夠更輕松地操作和操控角色的動作。隨著添加權(quán)重值和反向動力學(xué)的引入，骨骼綁定技術(shù)在角色動畫中提供了更高程度的控制和自然感。直至今日，角色綁定技術(shù)不斷發(fā)展，增加了人臉綁定、肌肉模擬等復(fù)雜技術(shù)，進一步提升了動畫的生動性和真實感，如圖1 所示。此技術(shù)的發(fā)展，極大地推動了三維動畫行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

圖1 三維角色動畫綁定效果圖

1.3 三維角色動畫綁定技術(shù)的核心概念與技術(shù)流程

角色綁定技術(shù)是三維角色動畫的建造步驟之一，涉及將一個虛擬的、動態(tài)變化的骨骼系統(tǒng)附著到角色模型上，核心概念便是 “骨骼” 和 “權(quán)重”[4]。 “骨骼” 是構(gòu)建角色動作的基本結(jié)構(gòu)，而 “權(quán)重” 決定了模型的各部分如何隨骨骼運動。技術(shù)流程主要包括：一是構(gòu)建骨骼系統(tǒng)，涉及創(chuàng)造骨骼、設(shè)置骨骼關(guān)節(jié)以及定義骨骼運動的范圍；二是權(quán)重綁定，將每個骨骼影響到模型的程度設(shè)定好；三是動畫控制，通過操作骨骼而驅(qū)動角色動作，包括設(shè)置關(guān)鍵幀和調(diào)整動畫曲線等。攝取這些知識，動畫師才能創(chuàng)造出生動自然的三維角色動畫。

2 三維角色動畫綁定技術(shù)在電視領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 在電視動畫制作中的應(yīng)用

電視動畫制作是三維角色動畫綁定技術(shù)的一大應(yīng)用，主要是為了創(chuàng)造出行為和表情生動、豐富的角色，提高動畫的觀賞性和藝術(shù)性[5]。創(chuàng)建角色模型后，通過綁定技術(shù)給角色添加骨骼系統(tǒng)，定義角色的動作模式。這個過程就像賦予角色 “骨骼” ，讓它能行走、奔跑、跳躍等，賦予角色生命。在角色動作設(shè)計階段，通過調(diào)整每個骨骼的權(quán)重值和運動參數(shù)，精確控制角色的行為表現(xiàn)；通過各種自然流暢的動作，塑造角色的性格和情感。角色綁定技術(shù)大大提高了動畫制作效率。通過預(yù)設(shè)動畫模板和自動化工具，能夠在較短時間內(nèi)生成大量高質(zhì)量的動畫。如電視動畫系列《皮卡丘的大冒險》就廣泛運用了三維角色動畫綁定技術(shù)。在這部動畫中，皮卡丘等角色都采用了骨骼綁定技術(shù)，使得它們的行走、跑動、跳躍展示出豐富的表情和體態(tài)。表現(xiàn)最明顯的一集是《皮卡丘的熱氣球之旅》。在這一集中，皮卡丘不僅需要跑來跑去，還要跳上熱氣球，這都需要非常詳細和復(fù)雜的骨骼動畫來實現(xiàn)。皮卡丘的各種表情如喜怒哀樂，也是通過骨骼綁定技術(shù)的權(quán)重設(shè)定來實現(xiàn)的。再如熱氣球的起飛、降落以及在飛行過程中對不同風(fēng)速和風(fēng)向的反應(yīng)，都需要綁定技術(shù)的高級應(yīng)用如反向動力學(xué)等，來制作出逼真的動態(tài)效果。

2.2 在電視直播或現(xiàn)場制作中的應(yīng)用

三維角色動畫綁定技術(shù)在電視直播或現(xiàn)場制作中的應(yīng)用實現(xiàn)虛擬角色與真實景象或者演員的實時互動，極大地豐富了直播內(nèi)容。通過運用三維角色動畫綁定技術(shù)，創(chuàng)建虛擬的主播或角色，把電視臺主播或現(xiàn)場演員的肢體和面部動作實時轉(zhuǎn)換成角色的動作，帶來新穎有趣的觀看體驗[6]。另一個應(yīng)用是實景增強，比如在體育直播中，使用這種技術(shù)添加三維動畫角色進行賽事解說，或者在現(xiàn)場播報中添加虛擬角色以增加信息含量和觀賞性。這項技術(shù)還被應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實直播中，提供更生動、互動的視覺體驗。比如近年來興起的虛擬主播，憑借三維角色動畫綁定技術(shù)，在直播中以全新的形式出現(xiàn)。其中，日本的虛擬主播 “絆愛” 就是一個成功的例子。 “絆愛” 是一名使用了高級臉部捕捉技術(shù)的虛擬主播，她的面部表情和動作與現(xiàn)實中的主播沒有太大差別，帶給觀眾全新的互動體驗，收獲了大量的粉絲。以國產(chǎn)虛擬歌手洛天依為例，洛天依的全身設(shè)計、動作，包括跳舞、表演，全都靠計算機生成，其背后就依賴這項技術(shù)。根據(jù)洛天依的設(shè)定圖為其建立三維模型，然后運用角色綁定技術(shù)為其添加骨骼和肌肉系統(tǒng)，使其實現(xiàn)各種人類的動作。隨后在動畫制作過程中，通過設(shè)定每個骨骼的動作參數(shù)，讓洛天依進行歌唱、跳舞等動作。通過綁定面部的各個部位，讓洛天依表現(xiàn)出笑、愁、驚、喜等各種表情，使其在表演過程中更具動感，增強觀眾的觀賞體驗。

2.3 在電視廣告制作中的應(yīng)用

在電視廣告制作中，三維角色動畫綁定技術(shù)被廣泛應(yīng)用于創(chuàng)造出吸引觀眾眼球的廣告內(nèi)容。利用這項技術(shù)，廣告創(chuàng)作者創(chuàng)建出各種形象各異的三維角色，通過這些角色的言行舉止，有效地傳達廣告信息，提高產(chǎn)品或品牌的知名度。這些角色根據(jù)需要設(shè)計成人型或動物型，甚至是具象化的產(chǎn)品形象。通過運用綁定技術(shù)，這些角色實現(xiàn)豐富多樣的動作，增加了廣告的觀賞性和趣味性。比如它們模擬真實人物的動作，如跳舞、打球、駕駛等，或通過特殊的、具有卡通風(fēng)格的夸張動作，激發(fā)觀眾的好奇心、趣味性。這項技術(shù)還使得廣告創(chuàng)作過程更加高效。借助現(xiàn)代計算機技術(shù)，創(chuàng)作者能夠快速制作和修改角色動作，大大縮短制作周期，降低制作成本。如2023 年可口可樂公司 “讓成都IFS 趴了9 年的大熊貓嗨翻全場” 廣告為例，塑造得極具個性的三維熊貓角色模仿人的日常行為，如跳舞、品味可樂等，運用綁定技術(shù)使其像真實的生物一樣行動。

2.4 在電視節(jié)目包裝制作中的應(yīng)用

電視節(jié)目包裝是電視節(jié)目制作的重要環(huán)節(jié)，包括節(jié)目開頭片、插播片頭、過場畫面及節(jié)目尾聲等元素。三維角色動畫綁定技術(shù)在電視節(jié)目包裝中的應(yīng)用，為節(jié)目內(nèi)容帶來更高的藝術(shù)價值和觀賞性。節(jié)目包裝創(chuàng)作者設(shè)計出各種富有特色的三維角色，通過綁定技術(shù)賦予角色一系列動作，如走進畫面、揮手致意、跳舞等。這些角色是節(jié)目的代表物，用于提升節(jié)目的品牌識別度。通過動畫綁定技術(shù)，創(chuàng)造出連貫流暢的動畫序列，使得節(jié)目包裝更加動感十足，引人入勝。比如，在一些體育、娛樂節(jié)目的包裝中，經(jīng)?？吹饺S角色跑動、跳躍、挑戰(zhàn)等豐富的動作場景。以金鷹卡通衛(wèi)視的兒童歌唱類節(jié)目《中國新聲代》為例，節(jié)目片頭大量運用了三維角色動畫綁定技術(shù)。在片頭中，創(chuàng)作者設(shè)計了一只鯨魚和一只兔子的三維角色。它們在廣闊的海洋和森林中做出種種活潑的動作，暗含了追夢的主題。其中，鯨魚躍出海面、兔子在森林中奔跑等場面，都是通過三維角色動畫綁定技術(shù)，將視覺效果創(chuàng)造得如夢幻般美麗。

3 三維角色動畫綁定技術(shù)的前景展望與挑戰(zhàn)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，三維角色動畫綁定技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。未來的角色模型可以更精確地捕捉和反映出人類或者動物的微妙表情和動作，增強角色的真實感和生命力。模擬皮膚、毛發(fā)、肌肉、衣物等物體的物理特性也將越來越精細，使得動畫角色更像真人一樣。三維角色動畫綁定技術(shù)將進一步與虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造出新的互動體驗。例如，在游戲、教學(xué)、電影制作等領(lǐng)域，應(yīng)用這種技術(shù)制作出更逼真的三維角色進行實時交互，鼓勵觀眾或者用戶身臨其境的環(huán)境探索和角色互動。然而，挑戰(zhàn)也同時存在。隨著動畫角色逼真度的提高，動畫制作的復(fù)雜度隨之提高。如何在保證角色逼真度的同時，也能有效地控制成本和提高制作效率，仍然是一個待解決的問題。隨著虛擬角色與現(xiàn)實世界的交互增多，隱私和數(shù)據(jù)安全等問題也變得越來越重要。如何確保在應(yīng)用這項技術(shù)的過程中充分保護用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全，是需要重視和解決的問題。隨著技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，相信這些問題終將得到解決，三維角色動畫綁定技術(shù)將迎來新的發(fā)展機遇，推動與電視領(lǐng)域的深度融合。

4 結(jié)語

三維角色動畫綁定技術(shù)對于電視產(chǎn)業(yè)，尤其是電視動畫制作、直播制作、廣告制作以及電視節(jié)目包裝制作，產(chǎn)生了革命性的影響。其需要面對的挑戰(zhàn)也不少，如動畫制作的復(fù)雜度、成本控制問題以及隱私和數(shù)據(jù)安全等問題。不過隨著技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，這些問題終將得到解決。相信在不遠的未來，三維角色動畫綁定技術(shù)將進一步改變娛樂生活，為電視領(lǐng)域帶來更多的創(chuàng)新可能性和未來發(fā)展機遇。