虚拟现实技术发展启发新媒体动画创作方式的新思路

文/ 刘庆科 （南京邮电大学 传媒与艺术学院）

中国动画近些年得到了飞跃式的发展，这不仅仅有世界性的因素，还有中国政府政策的因素所在，其中甚至有些不理智的因素。随着时间的推移，动画的火热似乎已经开始降温，留给动画人更多的思考空间，动画的发展方向是什么？动画的未来是什么？现在或许我们谁都不能明确的回答这个问题，但我们能告诉大家的是：我们在努力尝试通过各种渠道和方法来丰富动画的创作和表现空间，努力为做好一名动画人尽绵薄之力。近些年，虚拟现实技术不断被世人所熟知，并且开始大量的在国内市场得到实际应用，但是在动画的创作中还为数不多。借助动画创作的基本理论和虚拟现实的主要特征并不妨碍我们对于虚拟现实在新媒体动画创作中产生影响的研究。如若文章能够给动画创作者带启迪的创作思路就足矣，甚是欣慰。

纵观动画历史的发展长河我们不难发现，动画发展与科技发展密不可分，动画的革新伴随着技术的革新，不论是早期动画雏形的形成，还是中期动画规模化的量产，以及现代当代在电脑技术的变革前提下产生的新媒体动画、“第三代电影”12005年此概念由北京电影学院孙立军教授首次提出。、引擎电影等，这些都是伴随着新技术而产生的动画创作形式。下面我们首先分析一下虚拟现实技术下的新媒体动画的模块以及制作过程，然后分析一下动画与科技的渊源，阐述了虚拟现实技术对动画的影响，最后总结虚拟现实新媒体动画艺术创作的特性。

一、虚拟现实新媒体动画模块分析以及制作过程

图1 虚拟现实体验

一个完美的虚拟现实新媒体动画应该包含六个运行模块：用户操作、系统反馈外设传感器、交互控制、虚拟环境、保障。在制作虚拟现实新媒体动画的过程中需要软件和硬件相结合，只有才能完美实现。这其中软件提供了制作动画的平台，充当了动画做过的载体；同样它也离不开硬件的支持，各个模块之间需要良好的硬件支持才能得到完美的展示。在每一个工作模块中主要的硬件有下面的设备组成：图形工作系统包括：图形工作站、交换机、图像制作软件（包括建模软件3dMax 和虚拟模拟软件virtools 等）。投影系统包括：投影机、融合器、镜头。中央控制系统包括：无线触摸屏、无线AP等。灯光音响系统包括：灯光控制系统、音箱、调音台等。虚拟现实外设系统包括：、立体眼镜、数据头盔、三维鼠标、动作捕捉、数据手套、力反馈等。保障系统包括：电力保障、系统备用保障等。

图2 东北师大净月校区-全景 2007年制作

图3 东北师大净月校区-图书馆 2007年制作

(一)虚拟现实制作过程

新媒体动画制作内容的过程大致分为六个步骤，分别是创建模型、模型导入、物理属性设置、属性设置、相机创建、渲染输出。这与传统的三维动画制作大致相同，区别在于在故事情节发展上发生了变化，“由单一故事情节向多维情节发展，由一个可预见的故事结局向无数个不可知的结局发展”1孙立军.数字互动时代的第三代电影研究与开发[J].北京电影学院学报,2011-08-15:47.。在动画制作方面在传统的编剧就需要设定多个故事节点，设置相关的交互属性，根据观众的反应和选择影响剧情的发展。

(二)首先创建模型

目前的虚拟现实软件仅仅作为制作内容的一个平台，并不支持模型的制作。模型制作需要外界软件的支持，建模的方式有多种多样，从模型的制作成本上考虑，现在国内常用的建模软件主要集中在Autodesk 公司产品，例如3Ds Max、maya 等。

由于个人习惯，此用3Ds Max 进行介绍，其他建模软件原理上大同小异，建模的功能相差无几，在这里就不详细的阐述了。3Ds Max 这款软件在建模方面有着强大的功能，多边形建模方式是最常用的一种方式，几乎可以创建出世间所有东西。3Ds Max 建模方式也比较适合美术工作人员的思维方式，模型的制作过程就像是雕刻一个石头，逐渐的进行切挖等操作，从整体到细节不断雕琢。除此之外，加上其他的软选择功能键（soft selection）更加的方便了模型的控制能力。图2、3 是作者早年在攻读本科时候制作的实例，模型的创建为了方便后期工作人员的工作和系统的优化，需要根据经验提前对模型进行规定要求。在制作净月校区的模型时候由于受到硬件设备的局限性，最需要注意的就是尽量减少模型的面数。

(三)模型导入

虚拟现实软件都有自己的识别格式， 3Ds Max 的文件不能直接导入到Vritools里，3Ds Max 需要需导出.nmo 格式的文件才能被Virtools 识别。（见图4）常规的模型都能被识别，模型的材质只识别固有色和纹理贴图，还有自发光和高光。Vritools 也支持动画的导入、灯光和相机等基本工功能。

模型导入的过程中需要注意的就是模型的比例问题。主要的原因是因为我们在制作的过程中为了将工作量分解，多人进行配合完成的场景模型和人物模型，这样就会导致模型的尺寸、位置发生变化，所以在制作模型的时候就要进行3Ds Max 系统单位的统一设置。

(四)物理属性设置

模型导入之后我们就要给模型进行属性的配置。vritools 的属性Building Blocks 是一个非常方便快捷的属性设置工具区域，例如给汽车模型添加控制物理属性，让它具有汽车加速、减速、减震等属性。（见图5）

(五)属性测试

属性设置完成之后就要对这些属性逐一进行测试，并且对有问题的或者没有达到要求的属性参数进行进一步的修改和添加直到我们满意为止。例如，当人物经过一扇门的时候，直接穿过去了，这说明门的属性并没有加上去，接下来的工作就要选择门单击右键进行刚体属性的添加。

(六)相机创建

完成上面的工作之后，我们就要根据之前的故事分镜头进行相机的创建，因为我们的动画创作需要多个镜头进行角度展示。例如，跟随镜头就是经常使用的一种方式，这种镜头用在汽车驾驶过程中对于汽车的跟随，角色运动过程都经常采用跟随镜头，在vritools 中可以设置跟随镜头的Following Speed 跟随程度，100%就是完全跟随。还有的就是定点镜头，多镜头切换设置等都是在这里完成的。

(七)多环境建设和渲染输出

虚拟现实多媒体动画在完成上面的工作之后就要开始建立更细致的沉浸设置，包括声音系统等各种特效模拟。在沉浸的环境中我们要能够通过声音辨别物体和观众具体的位置和距离，还要模拟沉浸过程中遇到的刮风下雨、气味变化、香草果香等，最后完成之后就可以进行渲染输出。

二、动画与科技的渊源由来已久

(一)早期动画艺术雏形的形成

图4 3Ds Max 导出.nmo 格式

图5 Building Blocks 属性栏

从世界历史的角度来看，动画的起源就要追溯到距今二万年左右，石器时代洞穴画中绘制正在捕猎和奔跑过程的图案。（见图6）他们试图凭借自己的印象把奔跑中的物体通过图像描绘出来，多足夸张的表现形式充满了灵气。我国最早关于类似动画方面资料的记载可以追溯到五千年前左右的马家窑文化时期。

1824年彼得•罗杰出版的《移动物体的视觉暂留现象》奠定了动画理论的基础。随后的科学技术的发展，技术给动画的发展提供了多种可能，摄像机的发明进一步的推动了动画的前进。1906年，法国人艾米尔•科尔就通过运用摄影机用负片拍摄了动画影片《幻影集》。这部影片同美国人布雷克顿制作的《滑稽脸的幽默相》被公认是世界上第一部动画影片（见图7）。随后，穆布里奇采用相机拍摄了一组奔跑的马，催化了电影诞生，使电影合成技术开始提上了日程。1915年麦克斯•弗莱雪发明了“转描机”，这款机器可以把真人的表演转化到塞璐璐片。除此之外，还有许多为动画做出贡献的动画家如：巴瑞、布雷、霍尔德等。

(二)先进技术带来动画大规模生产

动画的量产化制作主要得益于动画影视技术的发展。在这个时期，动画逐步的摆脱黑白默片的枷锁，1928年《蒸汽船威利号》第一次加入了配音技术；1932年，《花与树》进一步将彩色元素引用到动画的创作（见图8）。1938年迪斯尼运用声音和唯美的色彩画面技术创作了轰动了整个世界的一部长达74分钟的动画片《白雪公主》，与此同时，这部动画的制作还采用了一种叫做“多层摄影机”的新技术才能制作完成。中国动画则是以万氏兄弟为首的动画大师们开始了中国动画的征程。此后中国动画先后创立了第一个动画研究机构“中国动画学会”。全国解放后又成立了上海美术电影制片厂，并且以“探民族风格之路”为口号，创作民族风格动画。例如：戏曲元素的《骄傲的将军》、动画长篇《大闹天宫》；采用水墨的方式制作的动画《小蝌蚪找妈妈》、《牧笛》等，开创了中国动画的新局面，让中国的动画走向了世界，这种水墨技术的发明也成为当时中国一项机密技术得到保护。

总体上来说，这个时期的主要特点就是动画开始进入了一种规模化的生产模式，走出了一条动画的商业化、艺术化、研究化道路。

(三)计算机数字化技术带来了动画的变革

图6 石器时代洞穴画

图7 布雷克顿《滑稽脸的幽默相》

图8 《花与树》Flowers and Trees

随着计算机的普及应用，技术的不断更新，给动画技术也带来了翻天覆地的变化。从1666年在英国Samuel Morland 发明了一部可以计算加数及减数的机械计数机到现在个人电脑的普及，从结绳计数再到各种智能掌上本的应用，这些技术的革新给我们的生活带来许多的变革。

早期画检查需要有经验的动画师进行把关，并只能通过五到八张有限的范围进行逐个检查。这种情况最大的问题就是，只能在一段动画制作完成之后才能知道此段动画是否合理，返修的工作量太大，耗时耗力。动检器的发明解决了这个难题，动画师完成动画就可以马上通过此设备检验动画的合理与否，并及时的改正错误。除此之外，动画上色问题也是早期困扰人们的一个问题。早期的动画需要手绘上色，在确定上色之后，就需要调出大量的色彩备用，因为之后就很难再调出相同的颜色。所以在动画上色室到处都是大大小小的瓶瓶罐罐，并且每一个瓶瓶罐罐都要采用复杂的编码进行标定，以备查找。然而，电脑上色的技术解放了大量的劳动力，特别是色彩管理上节约了空间和成本。如今的二维动画更是发展到了完全无纸化的全数字化状态，随之出现了一个新的术语叫做“无纸动画”。现在我们看到的迪斯尼的动画片都是采用无纸动画的技术生产出来，除此之外，还有CCTV、鸿鹰、宏广、华强等国内知名的动画公司和企业都已经开始使用无纸动画进行生产。无纸动画大幅度的降低了制作成本，导演和分布在全球各地的制作方甚至可以通过网络进行快速的资料传递和运用先进的虚拟远程视频方式的动画制片的管理模式。

随后数字技术扩展到三维动画和影视后期方面。1995年由皮克斯制作《玩具总动员》（Toy Story）开创了三维动画时代（见图9、图10）。三维动画可以创建一个三维的空间，在这个空间里可以创作出影片所需要的角色，然后进行动画调节、材质纹理设置，最后进行合成渲染。也可以通过遮罩或是蓝屏、绿屏技术将真实拍摄镜头与CG 制作的素材合成到一起，进行超现实效果的制作。

(四)虚拟现实技术为新媒体动画创作开拓一片“蓝海”

人们总是为了改善自己的生活方式，提高自己的生活水平而不断努力着。传统意义上的动画和影视逐渐的已经满足不了人们对于视觉体验的要求，技术的变革势在必行。虚拟现实技术就是在这个急需要解决人们日益增长的视觉体验要求的时间诞生了。“需求牵引、技术推动”是任何一门科学技术能够取得发展的普遍规律，虚拟现实技术当然也不例外。”1汪成为著.人类认识世界的帮手——虚拟现实[M].广州市：暨南大学出版社,北京市：清华大学出版社, 2000:5、24.2005年北京电影学院孙立军教授也提出了相关的概念“第三代电影”这一名词。其实很早虚拟现实这一概念就被提出。“早在1929年，Edwin Link 设计了一种竞赛乘坐器，它使得乘坐者钉一种在飞机的感觉。Link 飞行模拟器是虚拟现实几个先驱中的一个”2申蔚，夏立文编著.虚拟现实技术[M].北京市：北京希望电子出版社, 2002:4、6、6.。 经过几十年的不断探索虚拟现实技术取得了显著的成功，特别是美国NASA 在虚拟现实技术上的研究尤为突出，成绩最为显著。虚拟现实技术可以理解为虚拟现实就是借助计算的帮助，再加上一些外设感应设备，构建起了一个世界，一种环境。人们不仅仅通过视觉和听觉来感受动画的效果，并且希望有更多的体验参与，让我们的味觉、触觉、身体的每一个部位都能感知动画的情节发展的节奏感，知道何时紧张、何时舒缓、何时开心、何时悲伤……观众希望通过更多的感觉器官和动画里的虚拟世界联系在一起，感受动画片里阳光的灿烂，河水的清澈，地形的奇幻；希望尽可能真切的去感知动画故事里的世界，身临其境的体验动画王国的信息。人们生来就有一种控制的欲望，希望进入到动画的故事里去灵活的控制动画的时间、空间。我们也希望与泰山一起在飞越丛林过程中体验那激动的神情，尽情的欣赏每一次攀越树藤的敏捷动作（见图11）。

图9 《玩具总动员》海报（Toy Story）

图10 《玩具总动员》剧照（Toy Story）

三、虚拟现实技术对动画的影响

虚拟现实技术对动画的影响已经渐渐的在我们的生活中显现。观众希望完全沉浸在动画中，梦想与动画的人物角色进行交流和对话。在今天这一切都将成为可能，这主要得益于虚拟现实技术的发展，它是在计算机技术飞速发展的今天，在计算机图形图像技术日益成熟的时代，使得我们能够成功的实现这项技术。人们可以在现实的环境中看到三维虚拟的影像，感知这些影像的存在。这种技术拓展了人们对于艺术认知的广度，引发人们对于传统美从新定位和思考。

虚拟现实技术的发展最早是应仿真技术的需求产生的。1961年摩登• 海里戈（Morton Heilig）就提出了建立一个模拟环境街区的环境的构想，力图通过这个系统让人感受到真实街区的环境，包括声音、画面、气味、触感，因此他也被称为“沉浸式虚拟环境”概念的先驱者。伊凡•萨瑟兰在1965年发表的《终极的显示》一书中说道“我们生活在一个物理的世界中，并通过我们的感觉器官与物理世界相联系，感知到物体的重量、形态和颜色。但也是出于受我们感觉器官功能所限，对于物理世界的精细之处无法做直接的了解，例如我们就看不到作用在电荷上的力、非均匀场中的力和非投影几何变幻的效果等”。他认为虚拟现实从某种意义上讲就是人们感觉器官的一种延伸，能够扩展人们感觉器官，使其感受到人类器官无法直接感觉到的场景。

图11 《人猿泰山》动画片剧照

虚拟现实是一个外来词语，源自英文Virtual Reality。通过《韦氏词典》查询Virtual “在本质上或实际上尽管没有被正式认可或承认的”； Reality “一个真实的事件、实体或状态。”综合起来的意思就是一件事情并不是真实存在的但是人们能够认可这个事件。“虚拟现实(Virtual Reality)，简称VR 又称灵境技术，实际上是一种创建和体验虚拟世界的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成，是构想中的世界。”1陈晓群.虚拟现实技术与三维动画技术探析[J].艺术评论,2007年02 期:67—68.

虚拟现实是一种形而上学的形态，它就是一种成像的媒介方式，这种传播媒介可以让人感受到以往只能在真实的世界之外的“情景”。然而对虚拟现实的认识人们都有不同的观点和态度，有人认为虚拟现实呈现出来的东西就是真实的东西，人们可以在这个虚拟的世界里进行有效的人类行为活动，可以购物，结婚等等，这是经验等价于本体的体验的体现。有的人认为虚拟现实是人类意识的延伸，是对客观世界经验的一种体现和再现，是精神产物的一种，属于意识范畴；仁者见仁智者见智，金吾伦先生的观点比较新颖，他从哲学的观点认为虚拟现实是一种有计算机技术创造出来的“新的实在”2金吾伦.关于VR 的翻译[N].光明日报,1997年10月28日，第6 版.。它不同于其他几种观念，既不是意识也不是真实的存在，是一种新的世界里的存在。我个人是认可金先生的观念的，虚拟现实对现实世界具有着 “依赖性和超越性的双重特性”3凤蝶.虚拟现实的哲学探讨[J].安徽师范大学,2006:6.。

四、虚拟现实新媒体动画艺术创作的特性

图12 虚拟现实特征三个 “I”图

虚拟现实新媒体动画艺术的创作是在虚拟现实技术和第三代电影的技术上发展而来，所以虚拟现实新媒体动画也将具有虚拟现实和第三代电影的基本特征。这里我们借助于1994年G.Burdea 和 P.Coiffet.发表的《Virtual Reality Technology》文中关于虚拟现实技术的概念对于虚拟现实新媒体动画进行概括性的表述，并且用“三角形关系图”详细的讲述了虚拟现实新媒体动画的关系，“它们是用三个 “I”表示的即Immersion (沉浸)、Interartion (交互)和Imagination(构想)。”1汪成为著.人类认识世界的帮手——虚拟现实[M].广州市：暨南大学出版社,北京市：清华大学出版社, 2000: 77.

(一)Immersion (沉浸)

沉浸感“又称临场感，它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度”2申蔚，夏立文编著.虚拟现实技术[M].北京市：北京希望电子出版社, 2002:4、6、6.，“是指在艺术或虚拟现实的实践活动中，打破主客体的隔膜，主体打开全部的感觉器官凝视与谛听，通过完善的感性认识抵达物与神游的生存状态”3王妍.虚拟现实技术系统的美学分析[J].自然辩证法研究.2007,10(10):62.虚拟现实新媒体动画艺术的创作是一种采用现代高科技技术手段进行高仿真模拟人的视觉、听觉、触觉等感知功能一种动画影视创作手法，它可以让观众产生一种身临其境的体验感觉。理论上来说虚拟现实技术可以模拟人类一切能够感知的能力，但是这些都要建立在客观世界的规律之上，依附于观众的生活经验。沉浸感是虚拟现实新媒体动画艺术的创作活动的基础，它的实现需要相关设备进行支持才能实现，目前最常见的设备为数据手套、数据头盔等。

如果在虚拟现实新媒体动画中有一段关于大草原的场景，观众进入到这个系统中能够看到一望无际的大草原，微风吹过，雨后湿漉漉的空气夹杂着青草的香味扑面而来，我们可以漫步在草原，当我们不小心摔倒的时候还能体验到软绵绵的感觉。体验结束时候，关掉设备，走出房间，这就是理想的虚拟现实新媒体动画带给我们的一种虚拟体验感觉。作为动画创作者，他随时都能置身于自己想象的运动场景中，能够感受到镜头运动带来的每一个镜头所表达出来的情感或喜悦或忧伤，或激动或低沉，那么创作就变得简单多了，也许我们任何一位动画爱好者都可以变成优秀的动画创作者。

(二)Interaction (交互)

交互性是“指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境户得到反馈的自然程度(包括实时性)”4申蔚，夏立文编著.虚拟现实技术[M].北京市：北京希望电子出版社, 2002:4、6、6.，是参与者和虚拟世界里的事物相互作用，并且时时根据参与者的操作进行交互反应。产生这种交互的主要是依靠外部设备，例如2005年北京电影学院孙立军教授提出的“第三代电影”概念，并且在最近制作出了初始的相关设备。使得影视创作不仅仅局限在线性的创作，更让观众进行交互参与，互动体验。虚拟现实新媒体动画的交互性的特性可以让动画爱好者深入动画的故事情节中，参与动画故事发展，甚至观众也可以成为动画作品中的一个角色。

(三)Imagination(构想)

构想性是一种立足于现实经验，对现实场景进行拓展的，并且可以根据这个场景进行超现实的感情活动。虚拟现实新媒体动画缩短真实事物和虚拟事物之间的界限，我们不但可以在现实世界里进行实践活动，而且可以在虚拟世界里进行创作活动。虚拟现实新媒体动画的构想性可以让我们在定量和定性的为前提模拟事物，为我们认识事物提供一种帮助。虽然现在虚拟现实技术还存在着许多不完善的地方，但是对于它的优点已经在航空航天、深海作业等很多领域里得到很好的表现。人们可以在航空培训场地里进行驾驶培训，即使疏忽造成空难也不必担心，因为这是在虚拟状态下进行的模拟。

五、结语

总的来说，虚拟现实作为一种采用数字化的新技术为动画创作提供了更多更新的创作方法。虚拟现实多媒体动画的创作突破了传统动画的线性故事编排模式，增加了互动元素的体验形式，采用多线多角度的故事架构，打破了传统“填鸭”式的传播方式。新技术，新发展，动画的发展将永远伴随科技的发展，科技的发展将改革动画的创作方式。