电脑动画技术在防震减灾科普中的应用

北京市地震局 罗晓璠

运用电脑动画技术创新科普宣传形式

近些年，我国各地防震减灾科普活动形式多样，各类防震减灾科普作品层出不穷，科普宣传呈现全方位发展的良好态势。但在科普宣传中依然存在着诸多问题，如科普的技术手段落后，方法简单，重形式不重效果，而且过多地以教育者的角色定位，硬性地、呆板地向受众灌输知识，缺少积极主动地引导等等，从而影响公众的参与热情，达不到应有的宣传效果。

防震减灾科学普及是一种社会教育。作为社会教育它既不同于学校教育，也不同于职业教育，其基本特点是，社会性、群众性和持续性。防震减灾科学普及的特点表明，科普工作必须运用社会化、群众化和经常化的科普方式，充分利用现代社会的多种流通渠道和信息传播媒体，不失时机地广泛渗透到各种社会活动之中，才能形成规模宏大、富有生机、社会化的大科普。

众所周知，防震减灾科普受众群体中绝大部分为普通民众。如果传播内容过于专业化，抽象的科普知识不能形象表达，就会令人感到晦涩、难懂，阻碍了普通公众对于防震减灾知识的理解，使防震减灾知识在人们的头脑中形成高高在上的感觉，大大降低了人们接触防震减灾知识的热情。因此，防震减灾科普要充分考虑受众的需要，把防震减灾科普知识从简单宣传，提高到有趣宣传，才能收获良好的宣传效果。

如何才能达到这样的效果呢？其实不难，在科技发达的今天，能够解决问题的办法很多，其中利用电脑动画技术辅助防震减灾科普宣传便是手段之一。电脑动画在防震减灾科普中的应用，可以说是防震减灾科普传播方式的一种创新，这一充满活力的艺术表现形式将逐渐成为防震减灾科普作品创作的重要载体。

电脑动画的特点

近些年来，随着计算机技术的快速发展，电脑动画已经在科普作品制作中扮演了越来越重要的角色。相对于传统动画，电脑动画不受时间、空间、地点、条件的限制，这一特点直接决定了它能把复杂的科学知识、抽象的概念用高度集中、简化、夸张、拟人等手法加以具体化和形象化，把摄像机拍不到或者很难拍到的内容用生动、形象的动画表现或演示，以达到很好的效果。科普动画不仅基于一定的科学基础，还融合相当的审美享受，同时具有相当强的吸引力，在科普宣传推广上发挥着极其重要的作用。

电脑动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。电脑动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。电脑动画的关键技术体现在电脑动画制作软件及硬件上。

电脑动画制作软件目前很多，不同的动画效果取决于不同的电脑动画软、硬件的功能。虽然制作的复杂程度不同，但动画的基本原理是一致的。

电脑动画的分类与制作

电脑动画分为二维动画和三维动画。

二维动画技术发展经过了很长一段时间，在传统技术方面已经非常成熟。传统二维动画是画在纸上，在赛璐璐片（亦称“明片”）上描线、上色。摞在画好的背景上，用电影摄影机逐格拍摄，然后冲洗底片，印成正片，在专业放映机上放映。1957年以来，上海美术电影制片厂制作的水墨动画片《小蝌蚪找妈妈》，随后制作的彩色动画长片《大闹天宫》（上下集）曾经享誉世界。

但是由于传统二维动画工序多，工艺技术要求高，任何一个环节出了差错，都会导致返工。而且往往不能及时发现，直到放映在银幕上才知道。也就是说，如果我们拍一个10 秒的镜头，在它的第一秒内发生了一个不能容许的差错，由于不能在放映前发现，仍会小心翼翼地继续后9 秒的无效劳动，因此，传统动画的返工率是比较高的。电脑时代的来临，让二维动画得以升华，可将事先手工制作的原动画逐帧输入电脑，由电脑帮助完成绘线上色的工作，并且由电脑控制完成纪录工作，弥补传统二维动画的不足。

三维动画与二维动画相比，在二维动画的基础上增加了立体和空间的效果，它具有高超的形体设计能力，丰富的质感表现力以及震撼的视觉效果。电脑动画技术的优势主要表现在以下的几个方面：一是电脑绘画技术的应用保证了二维动画在设计、制作过程中图像、色彩、背景、动画等新构思的实现和发展，提高了其整体的艺术性；二是电脑电子配乐的应用使二维动画在制作中的后期音乐配置更加完善和丰富；三是三维动画技术在二维动画中的应用具有独特艺术性表现，是很好的动画制作应用技术。

二维动画制作

二维动画是平面上的画面。纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实三维空间效果。

在防震减灾科普节目的制作流程中，一些简单的二维动画可以通过非线性编辑软件直接制作，更多的一些二维动画可以通过专门的动画制作软件，如Flash 等进行制作。输入和编辑关键帧，计算和生成中间帧，定义和显示运动路径，交互给画面上色，产生特技效果，实现画面与声音同步，控制运动系列的记录等。

二维动画制作流程

以Flash 为例，二维动画制作的过程需要三大环节：前期的准备即设计、筹划阶段；中期的绘制阶段；后期的合成输出阶段。整个创作过程涉及多方面的内容，如剧本的编写和分镜头脚本的绘制，造型、场景、动作的设计，音乐的编创等。

（1）Flash 动画的设计、筹划阶段。这一阶段是Flash 动画创作最关键的环节，也是动画成功的关键，主要包括作品的构思和创意、文学剧本的创作、分镜头脚本的设计、造型场景设计。其中，文字剧本是一部影片的灵魂，是导演拍摄的基础；而分镜头脚本又称故事板，它体现的是导演创作风格和故事内容的画面。前期还有一项很重要的任务是美术设计，包括造型设计、场景设计和整体风格的设计。

（2）中期绘制阶段。中期绘制阶段包括原画、动画、扫描和电脑上色。对原画的绘制一般有两种方法：一种是直接在电脑中绘制，可以在Flash 里直接画，也可以使用其他功能更强大的矢量绘图软件，如Illustrator 等；另一种是先将人物的各主要姿态在纸上手绘完成，再将原稿扫描，通过在软件中的描摹将位图转化为矢量图，同时在绘制过程中注意条线的细节处理。对于动画的实现同样也需要这两种方式的配合使用。由于Flash 动画的动作相对简化，所以使得很多动作可以直接在Flash中利用其功能实现。在具体的制作中，可以将人物形象从关节处进行拆解，制作成独立的元件，这样在以后的一些动作中只要挪动一下位置，或进行旋转就可以解决问题了。另外，将一些静态元素或动态单元做成元件，就可以在后面的动画中重复利用，这样节约了动画创作的时间，减化了动画制作的难度。动画中需要的场景根据风格的表现，可以使用不同的方法。

位图与矢量图比较

（3）后期合成输出阶段。包括录音与声画合成，录像带、DVD 和VCD 输出。Flash 动画多用于网络传输，因此对文件量的控制显得尤其重要。比如在绘制阶段对线条、颜色等的优化，以及对元件的使用等。在后期视听效果的整合过程中，对一些比较的简单的短片来讲，FLASH 本身就可以完成这些任务。但要是想做得精美，可以将Flash 中设计好的场景保存成一段一段的视频文件，再借助如视频编辑软件Adobe premiere 和图形视频处理软件Adobe After Effects 等，对动画进行音、视频的最终整合，使得动画的整体效果更趋完美。

三维动画制作

三维动画中的景物有正面、侧面和反面。调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。

三维动画是根据数据在计算机内部生成的，而不是简单的外部输入。三维动画的制作流程与二维动画基本相似。第一步为作品的构思和创意阶段，第二步为文学剧本的创作，第三步为动画分镜头剧本（故事板）的绘制，第四步为形象、场景和道具的设计，第五步为建立形象和场景的三维模型，第六步为动画创作，第七步为建立好的三维模型贴材质、设计灯光，第八步为动画分镜头的合成渲染，第九步为动画、背景和音效等的合成，第十步为动画片的输出（包括输出为DVD、电影胶片、电视的BATE 磁带或网络格式等多种形式），第十一步为播放。

三维动画制作流程

在三维动画制作的10 个步骤中，其中的建模是动画师根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计算机中绘制出角色模型。3D 建模通俗来讲就是通过三维制作软件虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。这是三维动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和场景中的物体都要建模。建模的灵魂是创意，核心是构思，源泉是美术素养。通常使用的软件有3ds max（基于PC 系统的三维动画渲染和制作软件）、AutoCAD（自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计）、Autodesk Maya（世界顶级的三维动画软件，不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合）等。

动画是根据分镜头剧本与动作设计，运用已设计的造型在三维动画制作软件中制作出一个个动画片段。三维动画的“动”是一门技术，其中人物说话的口型变化、喜怒哀乐的表情、走路动作等，都要符合自然规律，制作要尽可能细腻、逼真，因此动画师要专门研究各种事物的运动规律。

渲染是指根据场景的设置，赋予物体的材质和贴图、灯光等条件，由程序绘出一幅完整的画面或一段动画。三维动画必须渲染才能输出，造型的最终目的是得到静态或动画效果图，而这些都需要渲染才能完成。渲染通常输出为AVI 类的视频文件。

三维动画凭借这些优势在科普片中的应用具有比二维动画更大的空间。我们可以通过3ds max、maya 等软件，让物体根据我们的想法“运动”以达到理想的状态。例如实现地震波科普动画演示：地震时在地球内部出现的弹性波叫作地震波，这就像把石子投入水中，水波会向四周一圈一圈地扩散一样。根据地震波的定义，我们可以提炼出表现地震波的关键要素，先在“震源”中心出现纵波，然后出现横波，它们以疏密相间的叠加形式向外传播直至减弱消失。制作中如何表现纵波、横波出现的顺序及传输的速度，如何体现出波动的由强到弱直到消失的过程，使用什么样的材质进行渲染表现等都是三维动画可以解决的。

电脑动画技术在防震减灾科普中的价值

增强可看性及易受性

每个民族在各个时期都有自己独特的接受心理和审美习惯，因此，创造动画形象的那些“想法”只有适合大众的收视心理和审美趣味，才有利于科学知识的传播。借助生动活泼的卡通形象，突破单一的科普讲解，用讲故事的手段，以故事化的方式加以演绎，可以极大地增强科普片的可看性。同时，也改变了以往受众接受科普片时，对知识是否理解的紧张心理，增添了快乐的元素，达到寓教于乐的目的。

辅助教学演示

免去制作大量的教学模型、挂图，便于采用交互式启发式教学方式，教员可根据需要选择和切换画面，使得教学过程更加直观生动，增加趣味性，提高教学效果。

情景再现功能

把不能得到的影像资料、深奥晦涩的原理公式抑或无法实景拍摄的历史事件，通过电脑动画技术，再现它的场景、过程、氛围，解析其内部原理。例如影片《唐山大地震》中的“唐山全貌”、“蜻蜓阵”、“房屋倒塌”、“主楼倒塌”等都运用了大量的情景再现和三维动画，从宏观上表现了这场灾难的惨烈程度，大大加强了影像在叙事中的表现力。目前，国际上有70%到80%的记录片采用的是‘情景再现’和三维特技等手段，而事实也证明这样的记录片紧紧抓住了观众的手，强化了纪录片的故事性和观赏性。

互动性强大

以Flash 动画为例，Flash 动画是一种矢量动画格式，具有体积小、兼容性好、直观动感、互动性强大、支持MP3 音乐等诸多优点，是当今最流行的Web 页面动画格式。鉴于其互动性强的优势，我们可以通过Flash 动画技术以互动动画方式在互联网上传递日常应急避险知识。如以应急避险科学知识为基础，设计创作出城市生活中的典型急险情景与场景，使用户在“情景”中感受相应的紧急状况，从而引导公众做出科学的、正确的处理方案。

制作防震减灾科普动画的要求

选题要求

创作防震减灾科普动画时，选题的范围是很广泛的，但决不等于创作方在选择知识点时不受任何限制。其一，创作方必须选择成熟、正确的“真科学”，并应尽可能地选择自己熟悉且能够掌握的东西来创作。这样可以保证内容的科学性，避免知识出现差错。其二，要与时俱进，结合现实生活选择观众最关心的议题来创作。以宣传《防震减灾法》为例，虽然防震减灾法相对枯燥，与民众有一定距离，但是可以选择其中民众关心的知识点来制作动画片。比如就老百姓关注的房屋质量问题，可以策划一档与法相关的震害防御科普动画片，让民众了解，我国对于民用建筑物抗御地震破坏的设防准则。

用3D 模拟楼在地震中倒塌的效果

科普知识应更好地融入情节

紧紧围绕知识点，构架故事情节，应当避免故事与知识点脱节现象。科普动画片中，科普知识和故事情节两者必须达到有机结合，高度统一。防震减灾科普动画也不例外，动画是为防震减灾科普知识服务的，动画不能为动画而动画，必须围绕知识点来展开故事情节，每一个情节都是为知识点服务的，要么反映知识点分解后的一个方面，要么起到知识讲解的阶段铺垫作用。脱离知识点为中心的防震减灾科普动画是没有灵魂的。在故事情节的构架上，要多借鉴优秀科普动画或科普片成功的因素，通过具有张力的情节高潮来进行戏剧化的表达，尽量避免解释性的旁白、解说，而是精心地设计不同的情节场景来叙事。

创作队伍的素质要求

防震减灾科普动画的专业性，要求创作队伍不但要具有过硬的动画创作技能，还必须深入了解创作中的防震减灾科普知识。在此前提下，才能保证前期策划做出合适的选题、提案，撰写出合格的剧本，后期制作出恰如其分的动画表现。

总的来说，电脑动画技术产生的神奇魅力是无限的，电脑动画技术的发展正在趋向于规模化、标准化、网络化。电脑动画市场是巨大的，有着无限的开发潜力。所以我们将防震减灾科普与电脑动画技术结合，对促进防震减灾科普宣传的全面发展，具有很好的实际意义。