CG技术——游走在虚拟与现实之间的艺术

刘 娟

CG技术
——游走在虚拟与现实之间的艺术

刘 娟

CG技术在现代电脑动画制作中起着决定性的作用。电脑动画是计算机图形学和艺术学相结合的产物。我们的世纪是高科技的时代，数字化的娱乐生活已让我们真切感受到了科学技术与艺术相结合的独特魅力。

CG技术 三维动画技术 虚拟世界

一 CG动画技术概况

“CG”是计算机图形Computer Graphics的缩写。随着以计算机为主要工具进行视觉设计和生产的一系列相关产业的形成，国际上习惯将利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域通称为CG。它既包括技术也包括艺术，几乎囊括了当今电脑时代中所有的视觉艺术创作活动，如三维动画、影视特效、平面设计、网页设计、多媒体技术、印前设计、建筑设计、工业造型设计等。CG动画技术包括动画硬件和软件、计算机辅助动画、绘画系统、动作控制、关键帧动画、图形模拟、基于力学的动画、合成角色、动画中的图像Render、动画语言和系统、动画界面、电影实例研究、路径规划、三维医学图像、分子图形学、飞行模拟器、语音合成、视频动画、应用于计算机动画的传统动画技术、科学可视化中的动画、工程中的动画、基于人工智能的动画、动画中的机器人学方法、特殊效果、实时动画、录像录音技术、场景制作、故事图板生成、数字化音乐和声音等。

二、CG技术揭秘

随着计算机硬件技术的高速发展和计算机图形学的深人研究，用计算机生成各种以假乱真的动态虚拟场景画面和特技效果已成为可能，超常的现实世界、难以忘怀的人物角色和史诗般的战斗场面等视觉盛宴均可由0和1两个数字创造出来。CG技术不仅给观众带来视觉上的奇观，也给动画制作带来了不少方便。我国的52集动画连续剧《西游记》绘制了100万张原画、近2万张背景，共耗纸30吨、耗时整整5年。在迪斯尼的动画大片《花木兰》中，一场匈奴大军厮杀的戏仅用了5张手绘士兵的图，电脑就变化出三四千个不同表情士兵作战的模样，《花木兰》人物设计总监表示，这部影片如果用传统的手绘方式来完成，以动画制片小组的人力，完成整部影片的时间可能由5年延长至20年。可见，CG技术在制作模式、视觉效果等方面改变了动画。那么，是什么使得电脑动画技术有此神力？这还要从它所涉及的技术来谈。

（一）物体造型技术

第一，利用基本原色（如平面多边形、正方形、圆柱形、球体、曲面片）进行拼接组合来制作儿何模型；第二，通过两个造型之间进行布尔运算（交、并、差等）来产生新的儿何模型；第三，通过Sweep造型工具来制作客观物体模型。首先通过鼠标在二维平面上描绘出客观物体的各种特性曲线，后通过sweep方法将这些曲线变成三维模型；第四，利用二维变换产生新造型。将三维模型进行线性或者非线性变换，从而产生新的造型。常用的变换包括旋转、缩放、弯曲、扭曲、倾斜、锥形变形等；第五，利用粒子模拟几何造型。通过一系列的粒子来定义物体，每个粒子都有出生，生命期，死亡过程。在粒子的生命期，粒子属性如色彩、透明度、大小、运动速度、加速度、运动方向等可随时间变化，从而产生某些自然现象如云、雾、雪、雨、火、瀑布等物体模犁；第六，三维扫描仪。又称为数字化仪，它能够迅速的获得物体表而的立体坐标和色彩信息，并将其转化为计算机能够直接处理的二维色彩数字化模型。

（二）三维动画分关键帧动画与算法动画

关键帧动画是根据动画设计者的一组关键帧自动生成中间画面。生成方法有两种：对关键帧三维形状插值计算和对物体模型内部参数插值计算。算法动画是指运动用算法描述即物理规律作用于各种参数。分运动学算法动画与动力学算法动画。运动学是物理学中研究物体位置和运动的一个科学分支，动力学是描述物体怎样运动的另一分支。

三、技术与艺术的结合

动画技术是建立在软硬件、图形学、数学、美学、摄影等多学科基础上而又不断发展的高新技术。影视产品的生产实践为电脑动画技术的发展开辟了市场。软硬件技术的发展使电脑动画的制作成为可能。数学及图形学的发展为设计动画软件提供了优良的算法。电脑动画技术日益显露出明显的经济价值、艺术价值、学术价值和实用价值。为了制作更新、更美、更复杂的动画作品，越来越多的探索者开始潜心研究动画制作技术。

电脑动画是借助于计算机实现的，它涉及到计算机的基本知识，如计算机的图形显示原理、软件编程技术以及高速图形处理芯片或板卡的接口技术；它还需要相应的外围设备来实现动画作品的输出，如逐帧控制器、海量存储器、高速硬盘阵列等。当需要在中低档设备上输出实时动画作品时，它需要创作人员了解不同的图像压缩格式及压缩比对画面的损伤程度。而从事影视动画创作时，它还需要创作人员了解编辑机及特技机等影视后期制作设备的基本原理，以上这些显然都是电脑动画的技术属性。电脑动画创作当然还需要有一定的美术基本知识以及超常的想象力，否则完成的动画作品很难具有什么艺术价值。这显然是电脑动画的艺术属性。对于一个CG创作者，“技术”和“艺术”两方面的知识修养是缺一不可的，它们是相辅相成的。孤立的技术是没有价值的，和艺术相结合的技术也具备了艺术的价值。它们的关系应该是：艺术是目的，技术是手段；技术是艺术的支撑，艺术是技术的归宿；艺术因技术而发光，技术因艺术而永驻。CG行业重视软硬件技术，重视世界潮流的最新技术，但不等于卖弄CG技术，炫耀计算机数字技术，而是为了增强作品的艺术表现力和感染力。游离于作品艺术表现力之外的CG技术，是肤浅的，是没有生命力的。

四、CG技术的未来

CG作为计算机数字图像艺术，其中一个主要特征在于它与数字技术结合得非常紧密。 同时，计算机硬件技术的不断革新也为CG数字艺术家提供了极大便利。 从国际上看，电脑动画技术的发展正在趋向于规模化、标准化、网络化。首先，规模化是指应用范围广而应用水平和产生的效益高。其次，现在动画制作软件和动画技术呈现出一种百家争鸣的形势，各有特色但相互间的兼容则做得不够，不便于交流与合作，因此，随着技术的日益成熟，标准化是大势所趋。

从技术的发展方向看，体视动画会是未来的热点。现在一些通过立体眼镜能够呈现立体效果的游戏就是体视动画的应用，目前人们正在研究降低立体眼镜的成本、提高图像质量的方法和有关的替代技术，未来我们很可能不用立体眼镜的帮助也能欣赏逼真的立体效果。

人工智能在未来动画制作技术中发挥越来越重要的作用。人工智能技术即是将运动学、动力学、运动捕获技术和计算机视觉技术在人体运动信息获取方面的应用及人体模型的动画控制，即把获取的人体运动信息提供给计算机动画程序，对人体模型进行控制，使其完成各种复杂的仿真动作。随着计算机动画技术的不断发展和广泛应用，相关的研究人员开始探索从文本故事到图像的动画自动生成技术，该领域的研究主要包括自然语言指令驱动的动画、知识驱动的行为仿真、文本到计算机动画的翻译、交互式故事系统、动态实时摄像机自动控制以及基于角色情绪和动作的自动背景音乐生成。

［1］周蓟．动画电影分析［M］．广州：暨南大学出版社，2007．

［2］ 靓雨动画制作协会．动画发展史．http://longyuxiehui.blog.hexun.com/2009．5．

［3］宋妍．都是新艺术——CG和数字艺术［J］．互联网周刊，2004．8．

（刘娟：青海师范大学美术系。）