基于计算机三维动画建模技术的中国皮影艺术新传承

王迪

摘要：皮影戏是我国民间工艺美术与戏曲巧妙结合的一种传统艺术表现形式，在中国传统古典文化中扮演者重要的角色。但是，伴随着近代以来的各种社会变革，皮影戏开始走向萧条，再加之现代各种文化艺术的蓬勃发展以及皮影本身制作工序的繁琐和演出场地的限制，使得皮影戏的生存变得举步维艰。幸运的是，随着数字化时代的到来，计算机三维动画建模技术给中国皮影艺術的传承带来了新的曙光。本文主要从中国皮影戏的起源与发展、皮影各部件的数字化提取、皮影各部件模型构建和拼接技术、简单数据库设计以及通过设定关键帧实现皮影动作仿真这五方面介绍皮影戏与计算机三维动画建模技术相结合的新形势对于中国皮影艺术广泛传承的新启发。

关键词：皮影戏；计算机三维动画建模技术；数字化提取；数据库；关键帧

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）03-0217-03

Inheritance of China Shadow Art based on 3D Animation Modeling Technique

WANG Di

（College of Computer and Information Technology，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Abstract：Chinese shadow play，a traditional art form combined arts and crafts with opera skillfully，plays a crucial role in classical Chinese culture.However，shadow play is moving towards a recession with various social reform.Also，owing to its own complicated production process and the limit of performance places as well as the development of culture and arts，Chinese shadow play gets into a difficult situation .Fortunately，3D animation modeling technique brought new hope for the inheritance of Chinese shadow art after the arrival of the digital age.This paper mainly introduce the profound influence brought by new situation that shadow play is in combination with 3D animation modeling technique in terms of origin and development of Chinese shadow play，digital extraction，modeling and stitching for all the parts of shadow figures，designing ordinary database and achieving motion simulation of shadow figures by setting keyframes.

Key words：shadow play；3D animation modeling technique；digital extraction；data base；key frame

1 中国皮影戏的起源与发展

皮影戏，是一种用蜡烛或燃烧的酒精等光源照射以兽皮或纸板做成的人物剪影并加上故事表演的民间戏剧之一，又称“影子戏”或“灯影戏”。据《汉书》最早记载，相传汉武帝宠妃李夫人有着倾国倾城的美貌，可惜年纪轻轻就香消玉殒了，武帝伤悼不已，希图与李夫人再见一面。这时，一位方士剪刻出李夫人画像，将其设在纱帐内，背后置有灯烛，灯影摇曳，宛如李夫人翩翩而来，姣姣玉面，袅袅腰身，宛若生前。而皮影，就是滥觞于这发生在两千多年前帝王的爱情故事。

皮影戏始于西汉，兴于唐朝，盛于清代，元代时期曾传至西亚和欧洲，可谓历史悠久。但是，中国皮影艺术的发展并不是一帆风顺的。清朝末年，有些地方官府为防止观影者聚众闹事，便禁演皮影戏，甚至捕办皮影艺人。后来，皮影艺人又受到“白莲教”的牵连，被以“玄灯匪”的罪名遭到查抄。后抗战爆发，在日军铁蹄的践踏之下皮影戏一蹶不振。新中国成立之后，全国各地残存的皮影戏班、艺人开始重新活跃，但在文革时期又遭到“破四旧”的迫害，从此元气大伤。不仅如此，伴随着当代电视媒体技术的发展和流行文娱形式的冲击，传统皮影艺术难以适应快节奏的现代社会，一度濒临绝迹。当然，这些只是皮影戏逐渐衰落的社会因素，还有诸多皮影自身的因素也制约着它的发展和传承，例如皮影的制作工序繁琐、不易保存、难以携带等。

皮影制作考究，工艺精湛。它集合了绘画、雕刻、剪纸等多种艺术形式，汲取了中国汉代帛画和唐宋寺院壁画的手法与风格，色彩造型巧夺天工，为无数艺术家所倾倒。但是皮影的制作工序及其复杂，通常要经过选皮、制皮、画稿、过稿、镂刻、敷彩、发汗熨平、缀结合成等八道工序、手工雕刻3000余刀，这足以花去一个手工艺人数月的时间，还可能因任何一个小差错而导致无法弥补，前功尽弃。除此之外，皮影成品的保存和携带也是个尚未攻克的难题，长时间的日晒会使颜料褪色，温度的湿热变化也会使皮影变形，这对皮影的批量生产来说无疑是致命的弱点。再加之现代各种新兴艺术的快速崛起，愿意从事皮影演出的艺人越来越少，这在很大程度上制约了皮影戏的传承和发展。

幸运的是，随着计算机技术的不断更新和发展，计算机三维动画建模技术逐渐走向成熟，足以克服上述种种局限。不仅能真实地再现皮影戏的演出原理，而且制作方便，也可以根据观众的需要随时进行修改。这样既可以打破皮影戏作为传统艺术的沉重性，又赋予它大量的现代流行元素，吸引更多年轻人观看，进而促进皮影戏的不断向前发展和广泛传承。

2 皮影各部件的数字化提取

皮影人的头部、躯干和四肢是各自独立的，用线连缀而成，以便表演时活动自如。为了构建逼真的皮影模型，我们需要在建模之前进行皮影各部件的数字化提取。所谓数字化，就是通过数码相机拍摄、二维扫描、三维建模、Photoshop等图像处理技术进行皮影各部件的获取，并以数据文件的形式保存在计算机中。下面以一个简单的皮影人为例进行阐述。

在提取皮影各部件之前，我们首先应获取一个高清的完整影人图像，具体操作大致有三种：第一种是把皮影粘贴在背景上用数码相机拍摄高清影像的方法；第二种是通过二维扫描的方式获取图片，但采用此方式得到的图像往往不够清晰，甚至会导致一些细节失真；第三种是利用某些画图工具，如数位板在Photoshop平台上直接绘制完整的影人图片，但是这需要很强的绘画功底，对于美术基础较弱的人来说无疑是一种考验。

皮影各部件的数字化提取，主要是绘制适合模型使用的贴图以便在三维建模时添加较为真实的皮影纹理。具体的操作可以通过绘图工具Photoshop CC实现，主要包括图像裁剪、色彩填充和轮廓导出三部分。

1）图像裁剪

这里所说的图像裁剪是指将皮影人的头部、躯干和四肢各自分开，各自保存的过程。首先将图片以像素为单位导入到Photoshop CC中，然后运用钢笔工具或磁环套索工具沿着各部件的边缘像素进行裁剪，最后各自保存为bmp或jpg格式的文件。

2）色彩填充

色彩填充，换句话说就是绘制贴图，主要是针对部分褪色的皮影而设计的。由于皮影容易受光照、温度和湿度的影响而变形或褪色，适当进行色彩填充既可以起到修复皮影的作用，又可以给人以完美的视觉效果，也是模型构建不可或缺的一部分。

3）轮廓导出

图1 影人（完整） 图2 头部和四肢

轮廓导出主要是为下面计算机三维模型的构建做准备。本文运用的建模工具是3ds MAX，它是一种较为成熟、功能完善的三维动画建模工具。轮廓导出的具体操作如下：在Photoshop CC中打开保存好的影人各部件贴图文件，用磁环套索工具把图形边缘选中，转化为工作路径，设置适当的容差值，然后导出Illustrator路径，得到ai格式文件并保存，以便在3ds Max中直接建立图形的线行轮廓，方便模型构建。

3 皮影各部件模型构建和拼接技术

在20世纪80年代以后，随着计算机图形学技术的逐渐成熟，计算机三维建模技术应运而生，人们开始利用一些建模工具创建具体的、十分逼真的产品模型，克服了传统二维模型由于丢失深度信息而造成的种种缺点。目前我们常用的计算机三维动画建模工具软件有3ds MAX、AutoCAD、Maya等。本文是基于3ds MAX实现皮影各部件模型的构建和拼接的。

首先，把保存在ai格式文件中的线性轮廓导入到3ds MAX中，再根据3ds MAX修改面板对其进行挤出操作，参数大小应尽量统一，以方便皮影各部件模型的拼接。然后，对挤出后的模型进行贴图操作。为了使贴图与模型完全吻合，可以使用UVW贴图工具来调整图片的大小和位置。最后将建成的皮影各部件模型以.max格式分别保存到计算机中。

皮影各部件模型的拼接操作也是基于3ds MAX平台进行的。拼接操作的第一步就是将皮影各部件模型导入到一个新的.max文件中，然后利用平移、缩放、旋转、镜像等操作将皮影各部件拼接在一起构成一个完整的影人模型。当然，拼接过程中对于身体各部位之间比例的把握也是一个难点，需要研究者们细心考究皮影原型才能呈现出更佳的视觉效果。

4 简单数据库设计

数据库（Database）是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，它在数据查询、修改、保存、安全等方面有着其他数据处理手段无法超越的优势。就皮影戏来说，它流传地域广阔，且形成多种流派，各具地方特色，这样一来，就造成了皮影资料的分散。不仅如此，传统皮影素材大多靠拍摄、绘画或印刷等技术获得，且皮影本身制作工序繁琐，不易保存和携带，筹备一次演出将耗费大量的人力、物力和时间，还常常受到演出场地的限制。鉴于上述种种缺点，本文引入了简单数据库。

皮影数据库的设计大致包括数据导入和建立索引两大部分。数据库中包括的内容除了人物整体造型、皮影各部件模型、静态场景模型和道具模型以外还包括皮影戏的剧本信息、声音信息以及相关文本描述等。在保存皮影对象的时候，我们需要将其相关的剧本、声音信息一起保存在数据库中，并设置关键字建立索引，方便数据的提取。

简单数据库的建立为皮影戏的傳承和发展带来了诸多好处：

1）提高演出效率。将皮影模型以数字化形式保存在数据库中，克服了传统皮影模型制作工序的复杂性和耗时性，在演出前只需要将所需模型从数据库中提取出来导入设计软件，然后根据需要设计各种皮影造型，大大提高了演出效率。

2）数据分类保存，方便提取。数据库中包含的数据非常繁多、庞杂，为了提取数据时缩小遍历范围，节约检索时间，本文运用分类保存的方式分别保存影人造型、静态场景模型、剧本信息和声音信息等数据，方便演出时快速提取。

3）方便保存和传递。传统的皮影大多以牛皮制成，色彩一般来自绘画或印刷，长时间的日晒会使颜料褪色，而且温度和湿度的变化也会使皮影变形，保存和携带皮影的难度极大。而数据库的出现克服了这一缺点，它将皮影的各类数据存储在计算机中，不易丢失而且便于通过网络进行传递。

4）开创了皮影再创造。数据库包含了大量各地区各流派的皮影戏数据，演出者可以根据观众要求随时更改或重组皮影造型，避免了皮影的重复雕刻和绘制，为皮影的再创造提供了便利。

5 通过设定关键帧实现皮影动作仿真

“三尺生绢做戏台，全凭十指逞诙谐。”在传统皮影戏的演出中，一个皮影要用五根竹棍操纵，艺人手指灵活，通过操纵影人的动作将影戏的剧情演绎得淋漓尽致。但是，一出皮影戏能否完美演绎，主要取决于皮影艺人精湛的演出技艺，

而练就如此精湛的技艺总要花去一个皮影艺人数十年的时间，这就导致从事皮影戏演绎事业的年轻人越来越少，使皮影戏的传承一度陷入窘境。但是，随着计算机动画技术的出现，人们可以通过关键帧的设定来实现皮影动作仿真。

本文采用OpenGL三维图形软件包实现皮影动作关键帧的设定。首先，把皮影模型的数据导入到OpenGL中，然后在坐标系中定义三维皮影模型的关键帧，参考传统皮影戏以及人体骨骼模型运动的联动关系来设置三维皮影模型各部件的旋转和平移的参数，最后利用平移、旋转、缩放等几何变换实现三维皮影模型的运动。在此过程中存在两个问题可能会导致不理想结果的出现：

1）关于平移与旋转的关系。由于OpenGl是变换坐标系，当进行两种以上变换时，变换顺序的先后会导致结果的不同。从观察者角度看，只有先平移后旋转才能使变换后的方向与变换前保持一致，因为先旋转会导致坐标系方向发生变化。

2）关于关键帧之间的过渡。为了影人动作的转换显得不那么生硬，最好在关键帧之间设置过渡，这个过程可以通过插值来完成。具体插值的方法有很多，本文运用较为普遍的线性插值方法来实现关键帧间的过渡。

6 总结

在本次“基于计算机三维动画建模技术的中国皮影艺术新传承”的研究课题中，我们把中国传统皮影艺术与当代数字化技术相结合，为皮影戏的发展和传承开辟了新途径。本文运用PhotoShop CC图像处理工具完成了传统皮影各部件的数字化提取，再运用3ds MAX三维动画建模技术实现了三维皮影模型的创建和拼接，又运用简单数据库分类存储皮影模型等数据，最后基于OpenGL平台通过设定关键帧实现了皮影动作的仿真。通过上述几种数字化技术功能的有机组合，给中国传统皮影艺术带来了新的生存形式，使得中国皮影艺术得以广泛传承。本文以皮影戏为切入点，将这种传统文化和现代科技相结合的新思想映射到整个中国传统文化领域中去，给中国传统文化的发展和传承注入了新的活力。同时，启发广大青少年积极地加入到传承中国传统文化的队伍中去，让中国传统文化播洒到世界的任何一个角落。由此可见，数字化皮影技术具有非常广阔的应用前景和研究价值。

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