计算机三维动画特效与实拍技术研究

张云辉

（作者单位：鲁迅美术学院）

1 计算机三维特效

三维动画又称3D动画，是近年的新兴技术，越来越多的电影与媒体制作用到这项技术，来制作出新的表现形式，让观众有了更新的观影体验，例如科幻电影《阿凡达》《变形金刚》，奇幻电影《捉妖记》《三生三世十里桃花开》等。2017年是中国电影爆发年，总票房突破559亿元，而其中绝大多数的电影中都运用了特效。

三维特效与合成特效，都属于用电脑技术来进行特效制作，作为前期特效和后期特效来实现，与实体特效相结合，来达到完美逼真的视觉画面。

电脑生成动画CGI（Computergenerated imagery），被广泛运用于电影、电视、视频游戏、互动多媒体等领域的计算机图像技术。通常指的CG是静态的图像技术，动态CG技术的发展推动了三维动画电影达到了影院级的放映标准，而三维动画电影技术的成熟为电影特效的发展奠定了良好的基础。

2 国内外特效制作与行业发展比较

实体特效是由传统化妆和造型完成。我国最负盛名的就是1986版的《西游记》，故事里的各路妖魔鬼怪全部由传统特效化妆而成。道具人员制作的头饰、面具，套在演员头上进行拍摄。搭建天宫的建筑，真实拍摄，再放一些白烟，就营造出了天宫云雾缭绕的仙境。

进入到21世纪第一个十年，得益于国外电影工业的成熟，国内CGI技术发展迅速，这得益于电影票房的带动。如徐克导演的《狄仁杰》系列电影，神话、魔幻题材的挖掘和现实题材模拟仿真的大场景制作，使计算机特效有了发挥的空间，给观众带来了亦真亦幻的视觉体验。国内CGI的发展，如2011年《唐山大地震》，260个特效镜头，大约四分钟左右，国内外90名特效工作人员。电影《辛亥革命》当中，特效镜头600个，如血染黄花岗中，弹道、街道延伸、添加血迹，修正穿帮的镜头，有的是画面需要，有的是镜头需要。再打个比喻，其中有个场景爆炸的镜头，现场的武术人员表演被炸飞的动作，人物中再放一展灯光，来模拟爆炸的灯光效果，其中必须用到抠像和追踪技术，其中也用了不少的绿幕拍摄，也是对后期合成提出了挑战，灯光、材质，需要与现实世界相匹配。其中有个片段，黄花岗起义失败之后，烈士的尸体扔到了江里，水下的场景便是人为做出来的，是先拍摄了这些人坠入水中的镜头，包括一些非常真实的水花镜头，然后在Houdini中制作出CG水下环境，不仅仅要模拟水花的运动，而且要求CG水运动与实景拍摄相匹配，需要用到动力学模拟。里面绝大多数部分应用到了特效，绿布应用得更为广泛，总之特效镜头很多，相对于好莱坞的特效大片，这也不算是全特效类的影片。

近些年国内电影产业的繁荣，但与国外CGI技术相比仍然存在一定的差距。在投入方面，和外国的电影相比，国内差距不小，国内影业公司主要针对有票房保证的题材进行投资，安排院线场次也相应更多，对于一些科幻类、幻想类的电影，大多数制作公司望而却步。不仅仅是电影方面，新媒体广告方面更加显得单调苍白。制作一个真实生物“空降”在现实生活中，真实感一词十分重要，不仅要求它真实，而且要有灵魂，感觉是“活的”，材质，灯光，各种因素的模拟和现实生活中应该一模一样，国内的电影制作在这一方面有待提升。再者就是缺少设备和技术资源，创作核心技术的不足是无可取代的。所以，大多数涉及CGI数码动画的广告都不是从故事本身出发来做的，经常是请明星直接代言，虽有了明星效应，却显得单调无味。

作为动画电影人，笔者一定会去看动画和电影的制作部分。很多人会惊讶《阿凡达》是怎么做出来的。由著名导员詹姆斯·卡梅隆执导的《阿凡达》不仅仅是一部娱乐电影，其背后更是引发了电影史上的重大变革，其对3D电影来说是一个里程碑。设备的应用让人耳目一新，卡梅隆用Motion Builder和Maya创建了一个虚拟的空间，他改变了以前电脑动画在电脑中调动作这个领域，现在可以实现人物在表演的同时动作同步输入计算机模拟的三维世界中，结合制作好的角色模型，这样使表演时能让更多的人参与，各种人物复杂的情感加入虚拟的世界中，使影片更加细腻真实。其特效团队需要有扎实的技术，有新开发的设备，使得实拍和电脑制作做到了“无缝连接”。比如说，电影绚丽的爆炸、灯光以及现实世界中很难看到的动植物，这些都是后期技术的合成。后期处理项目繁多、工序复杂，比如三维制作内容与实体拍摄的镜头跟踪、画幅内灯光匹配、整体调校色等。NUKE这个合成软件，现在绝大部分的后期处理需要NUKE一类的合成软件参与。总之，《阿凡达》这部电影开启了CGI动画的顶峰，画面三维模拟效果逼真，运用了新技术，带给观众全新的、丰富的视觉感官，如图1便是电影《阿凡达》中的某一个场景。

图1 电影《阿凡达》场景

自此之后，计算机特效与电影行业刮起了结合之风。这使得电影的镜头更加灵活，视觉效果亦幻亦真。可以说，有了电影CG，在电影工业化新的进程中，将院线电影推入了的新一个世界。

3 计算机三维动画特效的分类

3.1 三维制作的角色特效

角色特效也分为两类：一是单纯用角色在绿幕中的表演抠像，将抠像内容合成到需要的实体场景或虚拟场景下；二是角色的肢体、面部动作捕捉。演员穿上捕捉服，或者在身体关节部位贴上反光球。在特定的拍摄时，通过真人的表演，将表演的动作数据捕捉进电脑，数据输入进制作的角色模型，让模型如真人般动起来。图2便是电影《阿凡达》角色之一。

图2 电影《阿凡达》角色

3.2 三维制作的虚拟特效

将三维软件中制作的视觉特效利用合成和剪辑软件与视频拍摄相结合。

三维跟踪在CG特效的制作流程中起着非常关键的作用，是实现三维特效动画与实拍场景结合的第一步，是不可或缺的一个环节，是一个无形的CG技术。简单说，它是把三维动画或者物体与实际拍摄时的场景相机位置、焦距、运动轨迹等保持一致的实现过程。它不仅仅应用与电影大片的制作，平时看到的很多游戏，建筑漫游以及广告片当中都有广泛的应用。在这个过程中，跟踪软件起到了很大的作用。

3.3 给实拍部分添加修正细节

电影在实际拍摄中会遇到镜头穿帮、局部表现错误等细节问题。数字特效能够在电影后期修正镜头的错误和细节错误。

由此可见，不论是真实场景的拍摄还是绿幕下的镜头，软件都是连接三维特效与实拍技术的桥梁。更多的是创意思维上的转变，将天马行空的想象与现实效果相结合，规范和优化特效合成的制作流程，提高特效合成的精细度，是商业片的基本要求。现如今影院上映的影片中，依据题材的不同，都大量运用数字特效镜头，或是以数字修片的方式来剪辑和处理画面，大大提高了合成制作效率和最终的视觉观影体验。