计算机动画中多层运动视差与运动镜头的营造

吕鑫 郝莎莎

摘要：在计算机图形图像技术日趋完善的今天，人们对计算机动画的视觉要求越来越高。多层运动视差技术是基于多层运动视差的原理发展而来，利用这一方式不仅节省大量的动画制作成本和工作量，还能模拟运动镜头以形成很好的视觉效果。该文章着重探讨目前图形图像处理软件中利用多层运动视差技术模拟运动镜头的方法，从而来更好实现对计算机动画场景中空间感和透视感的模拟。

关键词：运动视差；空间；动画；镜头运动；计算机图形图像

中图分类号：TP317文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0149-02

Use Multilayer Motion-parallax to Create Camera Motion in Computer Animation

LV Xin，HAO Sha-sha

(Anyang Normal University，Anyang 455002，China）

Abstract: In computer graphics technology are maturing today, peoples vision of computer animation have become increasingly demand? ing. Multi-layer motion parallax technique is based on the principle of motion parallax , the use of this approach not only saves a lot of ani? mation production cost and effort, but also to simulate movement of the lens to form a good visual effect. The article focuses on the use of multi-layer motion parallax technique to simulate motion lens in present graphic software to better achieve the sense of space and perspec? tive in the computer animation scene.

Key words: motion parallax; space; animation; camera motion; computer graphics

早期利用视差原理形成多层运动视差技术的当属多平面摄像机（The Multi-plane Camera），它塑造出许多美轮美奂的场景空间并使得这项技术在影视动画中得以广泛应用。这种动态效果摄影技术，通过背景一层层的分布，从而在运动中制造出更加真实的空间效果。例如，随着人物的行走，背景上的物体能有层次的随之运动与变化。这种摄像机的优势不仅在静止的画面中能很好的体现场景中的前后关系，而且可以很好的模拟镜头的推、拉、摇、移跟等镜头运动。它利用各层之间呈现不同的移速关系来诠释场景的空间纵深感。在此之前，动画场景中的空间感、纵深感是很难表现的，多以一种装饰平面的方式呈现，削弱了场景中纵深感的表现。随着《白雪公主和七个小矮人》的上映，其极具空间感的画面，绚烂的色彩、生动的动作都令当时的观众叹为观止，也令这项技术被人们所知。如今，多平面摄影机技术早已在传统的2D动画界得到了广泛的应用。

随着计算机技术发展及完善，以计算机技术为基础的视觉作品应运而生。计算技术弥补了一部分动画制作上技术缺陷。使得原本困难复杂的工作变得相对轻松简单，但这并不是完全取代了传统动作的制作理念，许多现在的计算机技术是依据传统动画制作中的原理来进行了数字化的处理，动画多层运动视差原理便是如此。在数字化高速发展的今天，多层运动视差的概念并没有被时代遗忘淘汰，而是得以新的发展。

1在现代计算机动画中的发展与应用

应用于游戏中的图形动画可以说很好的继承了多层运动视差的方法，并将之发扬光大。任天堂开发的游戏系统就很好的利用这一概念，并在接下来的实践中加以改良。视差卷轴（parallax scrolling）就是这一改良的杰出代表。这种模拟三维空间技术的方法中，远景的图片在摄像机前移动的速度要慢于相对近景的图片移动速度，从而在二维的视觉游戏动画中创造出有立体感效应的画面，增强了画面的纵深空间感。手机平台以及网络图形动画（flash动画）的兴起，让多层运动视差技术焕发新生。现在，通过java或Action Script以及css等技术，我们可以将这种营造空间感的方法应用于手机游戏及图形动画设计之中。在现在计算机动画中，多层运动视差技术经常用于大场景的塑造，某些宏大场景工作量巨大，利用多层视差技术可以提高制作效率，减少成本。

2多层运动视差与镜头运动

有人说动画是一种“空间形式的时间艺术”，的确如此。在这一点上动画可以说是一种类型的电影，因而动画中的许多理论来源都借用了电影的表现手法。尤其是在镜头运动设计方面，动画形式的影视镜头语言与电影是“同源”的。然而动画作为一门独立的艺术，有着自己鲜明的特点。电影的运动相对动画更具有一种“纯粹的状态”。而动画的运动是“拟人”的，它属于一种造型艺术，其运动不一定符合真人电影的逻辑运动。在舞台演出中，舞台上的所有动作是受舞台的三向维度限定的，在动画中画框起着相同的作用。随着摄像机的每次变动，画面中的“舞台”也要重新设定。在现在的图形图像处理软件中（After Effect或Flash等软件），都有脱胎于多层摄像机而来的“层”概念和工具。利用软件中“层”工具，基于多层运动视差可以模拟各种摄像机的运动。以下是介绍在现在图形图像处理软件中如何利用多层运动视差呈现镜头的运动，这些方法是基于模拟摄像机静止状况下去表现的摄像机镜头运动。

2.1推和拉镜头

模拟镜头的推和拉，是利用场景中的前景层与后景层大小对比变化来实现的。场景中的前景后景的对比也可以说是前后大小的对比。是利用影视中的镜头与被摄物体的远近关系产生的。任何人都会发现：远处的人比近处的小，而且人离得越远就显得越小。同样大小的物体，近的看上去显得大，远的看上去显得小。这实际上是一种错觉，是一种视觉上的变形现象。透视的实质是“变形”。不管我们观察什么东西，所看到的结果很少有不变形的。由于距离的增加，不仅直线的物体会产生变形现象，圆形、圆柱形等等也会产生变形现象。我们正是利用这种错觉，来模拟摄像机运动时产生的推拉运动，使前景、中景、远景层的各个物体离镜头的远近运动、大小变化来形成摄像机镜头的推拉运动。

在一些以flash为主要制作手段的动画制作中，模拟推、拉镜头的方法是直接放大或缩小各层的景物。在现在的计算机动画中，后期合成软件（如After Effect）里可以让创作者在模拟的三维空间中实现镜头运动的操作（3D层），可以将三维空间中的各个层，实际靠近摄像机而不是平面的放大缩小模拟远近的动作。这样塑造出来的效果更具真实性，视觉效果上也更美观（见图1）。同时，在各层向镜头移动时，其运动速度是不同的。根据多层运动视差原理，近处的物体运动较快，远处的物体运动较慢，在设计者制作时可以有意加大这种速度上运动来增强画面中的推、拉镜头的效果，同时也增强了画面的纵深空间感。

图1各层向摄像机的方向靠近或原理来形成推拉的镜头运动

2.2移镜头

移动镜头通常有两种，水平方向的移镜头和垂直方向的移动。在真实世界里，假若我们坐在车上，看到的画面是窗外的场景在倒退，与你前进的方向相反。因此，在图形图像处理软件中利用多层运动视差的方法，让各层相对于要模拟的摄像机运动方向相反的方向运动。比如，要模拟镜头运动是从左到右的移动，则作为画面中前景、中景、远景的各个层要从镜头的右侧往左侧移动，同时依据运动视差原理，前景层移动较快，远景层移动较慢，从前往后移动速度递减的方式略过镜头，这样观众在画面看到的就是从左到右的移动镜头效果（见图2）。垂直方向移镜头亦如此。

图2各层运动方向与要模拟的摄像机移镜头运动方向相反

2.3跟镜头

跟踪镜头是让镜头锁定在某个主物体上,当这个物体移动时镜头也跟着移动，表现方法上要区别主要跟踪的物体层和背景层，在背景层的表现方法上与前面提到的移动镜头的方法大致相同；主要跟踪物体层要始终在画面的视觉焦点上面，所以主要物体常常做原地动作，以便达到一种与摄像机一起运动的视觉跟踪效果。

2.4其他

多层运动视差塑造摇镜头的方法与传统方式接近，需要在画面中事先描绘出以摄像机不动时左右看到的景象，而在实际模拟运动中，这些层只是在摄像机前做了水平的横移。移动时各层掠过摄像机的速度与前面的移、跟镜头相反，前面的层要比远处的层移动速度慢。

另外多层运动视差的方法模拟的镜头运动，虽然可以在节省成本同时创造出很好的视觉效果，但是它也有一定局限性，比如要想达到围绕物体的旋转摄像机运动就显力不从心了，因此在现在的动画制作中，使用多层运动视差原理塑造的摄像机动画和三维摄像机动画相结合的方式制作动画场景中的运动，这样即能节省成本，又能更好的塑造场景中的空间，完善画面中的摄像机运动。

此外值得一提的是，如果把摄像机变焦的原理而形成的景物呈现清晰与不清晰的对比，也算所一种摄像机运动的话，是可以更好的展现空间和深度。因为焦距本身就是模仿人眼在观察纵深的景物时，把视线的注意力集中从景物的某一点上移动到另一景物的某一点。视线集中在前景上，前景清晰，后景不清晰；反之亦然。在镜头设计实践中，利用这一原理就能把场景上各个层，清晰度限制在一个特定的深度范围内，使前后景或多或少地虚化，造成清晰与不清晰的对比，影像之间清晰与不清晰的对比越大，深度感越强，使空间深度显得更大。并且在软件中这些模糊值可以调节改变，形成视觉焦点从一个点转向另一个点的效果。这样不仅可以强调空间和深度，而且还具有突出画面中的主体，引起观众的注意的作用。

3结束语

这种多层相对运动的方式表达和塑造空间的方法是以后计算机动画中塑造空间的核心理念之一。为现代的后期合成软件和一些三维软件提供了参考模型和理论依据。现代计算机技术以及图形图像学的发展，已经逐步将原有的技术转化成以计算机生成方式所取代，利用现在的后期合成软件将画面中场景分层移动，利用软件中的层概念来模拟多层动画摄像机的方式来实现场景中的空间表现。

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