运用二维计算机技术模拟水彩表现技法

赵杨++袁珊珊++甘燕++袁国武

摘要：动画作为一种特殊的视觉艺术形式，以其极强的包容性吸收融合了水彩艺术的独特审美艺术，形成了一种新的视觉艺术形式——水彩动画。水彩画是运用水调和颜料在纸张上绘画的一种方式，水彩表现技法丰富，有其他画种无法展示的绘画效果，一直深受到人们的欣赏。本文对运用二维计算机技术模拟及创造水彩画的艺术效果及相关表现技法进行了研究，为中国文化的传播和新型的动画技术的开拓提供新的思路和技术手段。

关键词：水彩画；水彩风格；表现技法；二维计算机技术

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）25-0145-04

Research on Simulation of Watercolor Painting Style by Using Two-dimensional Computer Technology

ZHAO Yang1，YUAN Shang-shang1，GAN Yan1 ，YUAN Guo-wu2

（1.Yunnan Normal University， Animation Department， Kunming 650500 China； 2 Department of Computer Science， Yunnan University， Kunming 650091， China）

Abstract. Animation as a special form of visual art， with its strong inclusive absorb combines the unique aesthetic art of watercolor art， formed a new form of visual art， watercolor animation. Watercolor painting in special paper is mixed with water paint a form of art， watercolor is of rich expressive force， with other pictures cannot reach the artistic effect， for hundreds of years， and has been popular to the people's favorite. Using computer technology to create the watercolor art effect， for the spread of Chinese culture and new types of animation technology development provides new ideas and methods.

Key words： watercolors paintings； watercolor style； representation； computer technology

在传统动画制作过程中融入水彩元素可丰富其表现形式，使得动画作品具有极佳的艺术性和功能性，可拓宽动画的表现范围，打破动画和水彩相互割裂的局面，使两种不同的制作形式和艺术手段相互融合，发挥各自的优势，弥补各自的不足。

本文尝试运用二维计算机技术模拟传统水彩画的风格，并通过Photoshop软件模拟水彩画的表现技法。水彩技法与计算机技术的结合可给动画制作增加丰富的表现形式及元素，而且极大地节约成本，是计算机动画创新的一种方式。

1 水彩动画发展研究概况

水彩画发展可追溯到人类原始社会，人类祖先运用水彩画展示生产、生活和感情。可以说水彩画是人类劳动的产物，但原始社会的水彩画表现技法非常单一，只需用水调和颜料就可进行绘画[1]。

“作为西方最古老的画种之一，水彩本身所具有的透明、淋漓等特点，具有独到的魅力”[2]，使其在动画创作中被广泛应用。现今把水彩技法运用到动画制作中的的案例较多。譬如《僧侣与鱼》就运用了水彩技法来表现特殊的风格，水彩形式增加了场景的清雅恬淡、空灵悠远的趣味，画面轻透，构图简单，形式感强[3]。

水彩的通透以及明亮也使得宫崎骏的动画作品得以成功。宫崎骏动画一个重要特点就是动画创作过程中坚持利用水彩技法表现人物、动物、场景等元素。例如《悬崖上的金鱼公主》、《龙猫》等动画作品，影片画面中所表现出的诗情画意是与水彩表现形式的运用分不开的。

2 运用计算机软件及相关技术模拟水彩动画风格及表现技法

传统水彩动画片在制作过程中，由于动画绘制都是在特殊的纸上完成，所以过程复杂、成本高。而利用二维计算机技术模拟水彩效果极大地节约了成本缩短了周期，利用电脑技术绘制的动画色彩更鲜艳、细腻、有层次感，这是传统手绘无法比拟的[4]。本节以原创动画《蝶泉》为例，系统阐述和分析了如何运用计算机软件及相关技术模拟水彩动画风格及表现技法和形式。

2.1 水彩画表现技法浅析

2.1.1干画法

干画法是一种着色时不求渗化的多层绘画手法，通过多次重复着色，来表现结构准确、清晰的形体和多样的颜色层次[5]。如图2中的树枝线条清晰、形式准确是水彩画中典型的干画法。干画法又可分为：叠加法、并置法、枯笔法、留白法等。

2.1.2湿画法

湿画法是指在湿纸上或在未干的颜色上上色，以形成水和颜料融合的效果。湿画法宜用以表现朦胧的意境[6]。如图3中树木的叶子、灌木、天空就是典型的晕染效果。湿画法又可分为：湿的重叠法、湿接法、破色法等。

2.1.3其他技法

水彩画的纹理效果是物质的纹理结构所呈现的形态。比如物体、树皮、大理石的纹理和质感等等，在进行动画创作时还会使用辅助方式形成不同的水彩纹理效果，这些技法主要为：撒盐撒沙法和拓印法。

2.2基于流体力学的水彩渲染笔触的模拟

2.2.1 基本物理模型

本节提出一种水彩粒子运移、沉积、传输的物理模型。其分为流水层、水彩粒子沉积层、水彩粒子扩张渲染作用层，它们相互作用可产生不同的水彩笔触渲染效果。

流水层用于模拟水彩粒子在纸张上的流动。水彩粒子沉积层用于模拟其在纸上被吸附和解吸附的现象。水彩粒子扩张渲染作用层模拟水在纸张上的迁移，在其作用下，水彩颜料会逐渐扩展。

本文采用Jos Stam [7]提出的方法作为模拟水彩笔触渲染的物理模型，同时运用赵杨提出的扩散的方程[8]，共同构成水彩粒子运动的基本物理模型。定义为：

该方程可用Helmholtz-Hodge分解定理进行求解，求解方法参考文献[9]。

2.2.2算法实现伪码

（1）流水层水流运移算法伪码

（2） 流水层水彩粒子运移算法伪码

（3） 水彩粒子沉积层运移算法伪码

详细的代码实现可参考文献[9]。

2.3运用二维计算机技术模拟水彩画表现技法

本文原创动画《蝶泉》是通过计算机二维技术模拟水彩风格制作的二维水彩动画，制作时主要通过二维计算机软件Adobe Photoshop来完成绘画。

目前有很多的绘图软件可以模拟水彩绘画技法，但想要百分之百模拟水彩效果是较难做到。本文研究发现，由于Adobe Photoshop提供了很好的画笔，可以充分模拟水彩效果，再配合以涂抹、滤镜、通道等用工具组合，水彩效果可以模拟近似百分之八十以上。

2.3.1运用二维计算机技术在Photoshop中模拟水彩干画法

首先在打开的Adobe Photoshop软件中的左边工具栏选择画笔工具，打开画笔设置工具选择Adobe Photoshop自带画笔75号，如图6勾选湿边，通过勾选湿边可以来模拟干画法清晰准确的结构痕迹。

设置干画笔触参数大小时可根据实际情况修改设置，画整体场景时可以使用高数值大笔触，绘制细节时就可以使用低数值小笔触，这里设置的画笔大小为71。

硬度是画笔的虚实的设置，硬度数值越大画笔越实，数值越低画笔越虚。间距是画笔与画笔之间的距离，可以通过设置间距来调节画笔的散落状态。由于水彩透明的特性笔触与笔触之间有明显的叠加痕迹，这些叠加痕迹可以通过涂抹工具通过混合色彩来消除。

如图7的山体在绘制时运用计算机二维技术模拟了水彩干画法。山体是较坚硬的物体，通过利用水彩干画法来绘制，能充分体现山体清晰准确的轮廓，给人一种坚硬利落感。从图7可以清晰地看出在图形绘制时利用了干画法的各种不同技法，山体上清晰的色彩叠加效果是利用叠加法完成的，山体阴暗面的转折处清晰的分界线使用了并置法以便形成的清晰准确的结构线。

2.3.2 运用计算机二维技术在Photoshop中模拟水彩湿画法

首先在打开的Adobe Photoshop软件中的左边工具栏选择画笔工具，如图9打开画笔设置工具选择Adobe Photoshop自带画笔75号，勾选湿边、喷枪来模拟画笔水色朦胧的湿画效果，此外还可以通过勾选散布杂色来模拟水彩画笔的晕染时的随机感。如图9画笔硬度设置为8%，间距设置为5%。半透明效果会使得画面色彩和明暗强度不够，因此需要用Photoshop里的色阶，亮度对比度等调色方式进行颜色强度的补充调节，一般数值要适画面情况和需求而定。在Photoshop中使用湿笔触的时候，最好在新建的图层中进行，方便使用橡皮擦来控制效果。

如图10《蝶泉》剧照在绘制时运用计算机二维技术模拟了水彩的湿画法，湿画法因水色特点呈现出朦胧柔美轮廓线模糊的画面效果。图10湿画法的使用大大加深了图形景深，在图形绘制时同时使用了湿画法的各种表现技法，云彩的颜色颜色叠加技法区别于干画法的叠加技法，颜色叠加处分界线不明确是使用了湿的叠加法，山体与山体的交界处轮廓线相较于干画法更模糊是使用了湿接技法，同一山体上不同颜色的叠加所形成的斑驳感是使用了破色技法。

2.3.3运用二维计算机技术在Photoshop中模拟水彩纹理

运用二维计算机技术科模拟水彩不同的肌理效果，具体而言，可在Photoshop中利用带肌理的素材图片，通过图层混合模式叠加制作出想要的效果。

如图11在Photoshop中通过叠加一个撒盐的肌理图案，用图案填充层的方式，采用柔光的叠加模式，并配合图层蒙版修饰，或使用橡皮擦，最后合并图层就呈现出图中带有肌理的烟雾的效果了，此效果已接近传统水彩画撒盐效果了。

3水彩表现技法在原创动画《蝶泉》中的应用

动画角色的造型设计，在动画片创作中是极为重要的组成部分。动画角色几乎承载了整部动画绝大多数的运动，角色需要通过运动来体现动画情节推动剧情的发展[11]。水彩动画造型来源于水彩画，由于水彩画的虚实与晕染效果，较难与动作制作对接，所以类似《哪吒闹海》里酣畅的打斗动作的制作难以在水彩动画中实现。

原创《蝶泉》动画的主要人物是图12中的小女孩和蝴蝶，这些角色都是需要运动的实体，水彩透明的艺术特点决定了其过强的透明性不适合运用在运动的角色造型上。

因此在《蝶泉》动画角色的创作中水彩技法的使用上运用了一种不透明干画法，在画笔设置上通过增大画笔硬度来加深水彩画的轮廓线，这样有利于角色的运动展现，在增加了画笔硬度的基础上通过层层的色彩叠加来加深色彩，减弱色彩的透明性。

干的不透明画法使角色具有实体感，厚重感更有利于角色活动的体现，同时又对动画角色进行了勾边，这样使得动画角色的轮廓感更强，就弥补了水彩模糊的边界不适于运动展现的不足，利用了水彩干的不透明画法在角色造型设计上即与动画风格相符合又具有普通动画角色的特点。

4总结

运用计算机技术模拟水彩效果拓宽了动画创作范围，但由于水彩技法自身和计算机模拟的局限性使得水彩动画存在一些不足之处。例如水彩画中水的流动，色彩的透明，以及两者结合所形成的交融以及透明重叠后产生的随机效果是使用计算机技术较难模拟的。毕竟一些随机的水色交融的效果是计算机软件是无法制作的[8]。

实验表明，通过运用基于流体力学物理方法对水彩渲染笔触进行模拟，并结合使用Adobe Photoshop软件模拟二维水彩技法是可行的。通过实际计算机动画制作过程进行研究，本文发现运用二维计算机技术模拟水彩表现技法效果相似度极高，同时有着制作成本低，制作周期短的特点。

参考文献：

[1] 百度百科.水彩画[EB/OL].http：//baike.baidu.com.

[2] 窦婧.浅谈水墨动画的艺术造型[J].包装世界. 2013（06）.

[3] 贾否.动画概论[M].北京：中国传媒大学出版社，2010.

[4] 张立华.基于MAYA的水墨效果实现[J].影视制作，2010（5）.

[5] 汤晶晶，李亚林.水彩画技法在动漫专业基础教学中的运用[J].科教文汇，2010（22）.

[6] 冯一峰. 动画片《悠》背景中水彩技法的研究与运用运用[D] .辽宁：沈阳师范大学，2013.

[7] Jos S. Stable Fluids[C].In Proceedings of SIGGRAPH. New York： ACM Press， 1999： 121- 128.

[8] 赵杨，杨剑兰.基于流体动力学的水墨画绘制算法研究与设计[J].辽宁大学学报：自然科学版，2012（02）.

[9] Jos Stam， "Real-Time Fluid Dynamics for Games". Proceedings of the Game Developer Conference， March 2003.

[10] 刘春蕾.浅析动画场景中水彩画技法的运用[J].金田，2014（6）.

[11] 张育维.浅谈水彩元素的艺术魅力在动画中的价值体现[J]. 北方文学（下旬刊），2013（1）.