CG技术在影视动画中应用的实践与探讨

李舟

摘要：CG，即计算机图形（ComputerGraphics）处理技术。当图像、声音、时间和文字等都可以数字化输入到计算机中，成为计算机处理的元素时，CG技术在影视动画中得到了广泛的应用。该文通过分析参与影视动画制作中应用CG技术的流程，结合实例，探讨CG技术的特点，寻找CG技术与艺术之间的结合点。

关键词：CG技术；实践；探讨

在一部完整的三维动画片的制作周期中，大致分为四个阶段：故事开发、前制阶段、制作阶段和后制阶段。

故事开发工作由故事开发部负责完成。主要是根据故事情节制作故事板、制作配音和配乐以及造型设计和场景设计等等，这个过程不细说了。

下面以笔者参与制作的的3D动画片《波鲁鲁冰雪大冒险》（以下简称《波鲁鲁》、《龙之谷之破晓奇兵》（以下简称《龙之谷》）对CG技术应用进行探讨：

1CG技术在前制阶段的应用

这个阶段主要由4个部门参与制作，分别是：建模组、材质贴图组、绑定组和layout组。

1.1建模组

负责将造型设计和场景设计中的2D草图用三维制作软件建成3D模型，常用的软件有MAYA、3D MAX和Zbrush等。在《波魯鲁》和《龙之谷》项目中，我们主要用的是MAYA建模，因为MAYA建模方式是基于点、线、面的，操作方式最灵活，最具可操控性，且有利于后续工作的展开。

1.2材质贴图组

主要负责给模型“化妆”，进行色彩、纹理、质感等的设定工作。具体体现在物体的颜色、透明度、反光度、反光强度、自发光及粗糙程度等特性上。比如汽车由钢铁制成，它就有金属的特征，床是由红木制作，它就具有木材的特征，这些特征称为材质。MAYA软件可以很好的模拟这些特征，具体可通过调节MAYA的材质节点，或由二维图片绘制成的贴图来达到效果。其中贴图制作通过对模型分UV，并导出UV图到photoshop软件中绘制。对于写实要求较高的物体，我们还会直接用实拍照片来进行修改，这样真实感更强烈，观众的认同度就会很高。完成的贴图可通过MAYA软件的计算贴到三维模型上，形成表面细节和结构。MAYA软件使用了贴图坐标，x轴、Y轴、z轴。一般有平面、柱体和球体等贴图方式，分别对应于不同物体形状的不同贴图需求。完成材质贴图后，要对模型文件进行简单的打光，以便检查效果的好坏。模型的材质与贴图要与现实生活中的对象属性相一致，这是体现影片制作水准的重要一环。

1.3绑定组

主要负责给模型添加骨骼，类似于给木偶加上提线以便于控制它的动作。绑定的任务包括剧本中所有的角色、道具和场景，而角色的绑定工作量是最大的，它可分为表情绑定和躯体绑定两部分。

表情绑定通过使用MAYA软件中的blend shape来完成，包括眼睛、眉毛、口型等脸部上的器官进行绑定。基本的要求是要制作出这些器官喜、怒、哀、乐的形状，然后对每一种形状添加一个控制器，以方便后续动画阶段的制作。对于导演要求的特殊角色，还要添加很多细小的形状改变，每一种小改变同样需要添加附属的控制器。

躯体绑定通过MAYA的骨骼系统，给角色躯体添加一套骨骼，这需要绑定人员具有很好的逻辑理解能力，并要懂得一些解剖学知识。一般每一处关节的绑定都要符合自然界生物的关节原理，对于一个标准的四肢动物，躯体绑定又可分为三部分：

1）顺着脊柱的大体位置和走势，创建上半身和脖颈、头部关节的骨骼绑定；

2）上肢骨骼绑定，这一部分最为复杂，因为涉及手指的绑定；

3）腿部骨骼绑定。

每一部分的绑定都是先添加一套FK骨骼系统，即每一关节只有旋转属性。然后给骨骼必要的部分添加IK系统，它是另一套控制系统，它的作用是：通过控制某一关节上的IK使其他关节连动。最后，如同表情绑定一样，添加控制器。在完成以上的基本设定后，要根据导演或剧本的要求，给某些部位添加特殊控制器，以实现动画中的夸张成分。如手可以伸长，头可以被压扁等。

道具和场景绑定一般比较零散，工作难度相对不大，除主要的、出现次数较多的或有特殊功能的道具场景需要导演严格审查外，其他的只要添加2到5个控制器即可。

1.4layout组

主要的任务是根据故事脚本，设定每一个镜头的摄像机走位，以及导人镜头中需要出现的角色、道具和场景，并将它们放置在画面中合理的位置。对于重点镜头，往往还要求layout组成员做出角色或道具的走位和大致姿态。layout完成后要用后期软件把所有镜头的预览都合成起来并与声音文件匹配上，再查看全片的总体时间、高潮起伏、镜头节奏等内容，找准音限效点。这样可让所有制作人员对整个影片有个比较直接的感观印象，有利于后续工作的展开。

在实际工作中，前期的小小失误都会对中、后期制作带来很大的影响，可谓是牵一发而动全身，因此要充分做好前制阶段的规划工作。

2CG技术在制作阶段的应用

这个阶段主要由3个部门参与制作，分别是：动画组、特效组和灯光渲染组。

2.1动画组

这是整部动画影片的重点，能否将该影片的故事情节向观众交代清楚，主要就看动画这一部分的表演。所以动画组的人员相对比其他组多，制作周期相对较长，审核也较为严格。

动画制作也叫Key动画或K动画，在这个环节中需参考分镜头脚本和声音文件，根据layout文件定好的镜头和时间，在了解角色的情绪点后，制作出每个镜头的表演动画。K动画时需运用动画的基本理论和运动规律，这样制作出来的动作既能观赏又能符合客观原理。

动画在制作过程中也不会一步到位的将所有动作都做出来，一般都分两三个阶段来完成。该项目我们采用三个阶段来一步步制作出最终的动画。

1）构图及概念阶段。该阶段一般采取MAYA曲线编辑器中step属性，这样在曲线中由电脑计算的姿态和动作将被忽略掉，只显示K过帧的姿态，即只制作最开始的关键帧POSE，及部分复杂动作的过渡期帧POSE，完成镜头够图的过程，表现出动作的概念，以最简单有效的方式向导演传达制作者的想法。使用step属性的好处是便于制作者和导演观看每个关键POSE和表情，检查其是否美观，能否有效的表达出角色的情感。

2）调整过程。该阶段的任务是使用简洁明了的关键帧，尽量把故事片段里要表现的要素都制作出来，能让观赏者看明白每个镜头里的表演内容，即要确定动作的节奏、表情动画并依据声音完成口型动画。具体做法是取消曲线编辑器中的step属性，将每个帧的曲线调整顺滑，处理每个动作细节，确保动作的连贯性，以及动作的运动是否符合动画规律。

3）完善阶段。这是提高动画质量的阶段，在确保1）、2）都已通过导演的审核后，给镜头中所有的附属目标添加运动，如角色的服饰、配件、头发等。以及调整角色的后续动作、交错动作，给某些部位添加挤压拉伸变形，最后处理画面中的穿插问题。

待导演审核通过所有镜头的3）阶段，动画组的工作就全部结束，接下来进入特效阶段。

2.2特效组

这项工作主要是负责处理影片中出现有诸如烟、火、风、雨等特殊效果的镜头，一般动画影片的特效镜头较少，所以工作量相对不大。常用的特效软件有MAYA、Realflow、Hondiny等。我们主要使用MAYA动力学解算系统来完成该项目的特效镜头。MAYA動力学解算包括：粒子、场、刚体、柔体、炸裂等。例如制作烟的效果，我们可以使用粒子和场系统来完成。比如镜头中人物走人烟雾弥漫的地方，那么在人物身边就需要有烟雾缠绕，我们在人物周围设置一个粒子发射器，通过调整粒子发射的数量、大小、生存周期和颜色等模拟烟雾，再给粒子发射器添加一个风场，使粒子被风“吹”向一个方向。由此完成一个镜头的烟特效。

粒子系统除了可以用来模拟细小物体的外，还可用来模拟人物这种较大的物体。比如《龙之谷》中有画面出现很多魔物小兵，每个小兵都在动，如果让动画组的工作人员来完成，一个一个魔物小兵的制作出来，那要做几百个人物的动作，效率低，且硬件不支持。对此，我们可让特效组利用粒子系统完成这种效果。

具体做法先做一套魔物小兵的动作库，大概十几个即可，然后将粒子排布在画面合适位置，一个粒子代表一个小兵，将动作库里的一个动作导入给一个粒子，只要将十几个动作合理的排布，使两两魔物小兵看起来动作不一致即可。

同样，在《波鲁鲁》中坐满观众的观众席上，用粒子系统处理观众欢呼的动画，也收到很好的效果。

和动画一样，所有的特效镜头最终也是输出成视频格式，上传给导演确认，如果全部通过，即可进人灯光渲染阶段的工作。

2.3灯光渲染组

就是将所有动画、特效完成的镜头添加灯光并渲染输出。该组的工作量也是非常巨大的，对计算机硬件的要求也非常高。为了能按时完成任务，我们使用了专门的渲染农场。每个镜头在渲染之前，都要先进行灯光设计。能否根据故事版情节通过灯光烘托出影片片段的环境气氛，这也是一个团队技术水平的体现。三维动画中灯光设计有一个套路可寻：

1）了解故事情节，明确片段气氛。这要求灯光人员首先要知道一场戏发生的时间，是早晨、下午还是夜晚。其次要了解一场戏中主要角色的情绪，是欢乐、激动还是沮丧等。

2）确定摄像机的机位及运动路线，这是灯光设置的前提，根据机位及运动来确定光位照射范围。

3）确定主光的光位。设置主光线就是要确定主光光位及其照射方向和强度，在主体的斜侧上方，聚光灯的配置角度通常在照明主体与摄像机高度成45-60度，水平成45度左右。不管主光方向如何，主光应在各种光线中占统治地位，成为画面中最引人注目的强光，否则就会与其他光线产生冲突，减弱造型的效果，或产生零乱的投影。设置主光一般配用聚光灯。

4）设置辅助光来弥补主光不足之处，进一步完善主体对象造型。如此做是用以补充主光照明的光线。辅助光一般多是无阴影的软光，目的是用来减弱主光所设射的生硬粗糙的阴影，减低光亮光亮部分与阴暗部分的反差，为没有被主光照到的阴影部分提供适当的照明，提高暗部物体的造型表现力。

5）添加天光和地光，以及因一特殊需要而添加一些局部光。所有灯光的排布如图1所示。

设置好灯光之后，开始着手渲染工作。我们使用的是MA—YA分层渲染技术，最基础的分层方式是将每一个镜头中的角色、阴影、背景等分离出来分别进行渲染。《波鲁鲁》项目对渲染要求比较高，所以一般我们都会分出十几个层来进行渲染。分层渲染的好处是一方面可以减轻渲染对于机器的压力，另一方面在后期处理分层素材时像在Photoshop中处理图层一样方便，可以轻松的修改画面中不同元素的色彩明度饱和度等其他的效果，避免了在三维软件中繁复的修改工作，提高工作效率。

完成灯光设计和分层之后，便可把文件交由可全天候工作的渲染农场来进行渲染，这样团队成员可把精力放在设计灯光和修改画面上，提高制作质量。

3 CG技术在后制阶段的应用

该阶段的工作分为两部分，前半部分仍由灯光渲染组负责，主要工作是将渲染好的图片序列用后期软件进行调色，并输出成视频格式。后半部分由导演及项目负责人，将完成的视频片段、声音等素材，按照分镜头剧本的设计，并运用影视理论和镜头语言，通过非线性编辑软件premiere的对镜头进行必要的增减，把握故事的整体情节与节奏，最终生成动画影视文件。

4结束语

综上所述，可以看出CG技术在影视动画应用的特征、特点和制作规范，它是以多媒体计算机为工具，综合文学、美工美学、动力学、电影艺术等多学科的产物，其制作过程复杂，需要多个分工明确的团队合作才能顺利完成。随着计算机、互联网络等新技术、新媒体的发展，CG技术已经成为实现艺术视觉化的一种手段，它改变着动画的制作模式、视觉效果、剪辑手法和情感式的表现方法等等。我们处在千载难逢的CG时代，需要把握多种传播媒体和多种传播方法与传播技能，推动中国CG产业蓬勃发展。