影视动画和虚拟仿真下视觉传达设计研究

徐婵婵 黄心渊 费广正

(中国传媒大学动画与数字艺术学院，北京 100024)

视觉传达设计是为了达到某种传播目的，通过可视的艺术形式传达给特定对象，并对被传达的对象产生影响的行为。这种可视的艺术形式包括电影电视、摄影、造型艺术等。其中，影视动画作为一个经典的视觉交流系统，是一个结合绘画、电影等的综合性非常强的艺术门类，其本身兼具叙事和视觉表现，非常具有视觉艺术表现力。而随着计算机科学技术的发展，虚拟仿真作为一种新的视觉呈现形式逐渐进入大众视野。虚拟仿真结合计算机视觉、计算机图形学、计算机仿真等多种技术，构建起虚拟的三维场景，让参与者身临其境，这其中的虚拟仿真不仅包含有对现实场景的模拟或者设计真实的虚拟场景，也包含对真实物理现象的仿真，如光、影、风、水流等，还有对操作的仿真，如模拟驾驶、模拟拍摄等。一些虚拟仿真场景以真实数据作为凭据，构建真实世界的部分影像，从而服务于人们的生活(教学、科研、培训等)。需要说明是，现在很多学者将虚拟仿真和虚拟现实看作同义，但是鉴于虚拟现实在随着科学技术发展的今天，其概念已经过于泛化，不好界定，故而在本文中使用“虚拟仿真”，取其“仿真”和“模拟”的含义作为本文对比的重点。

三维影视动画和虚拟仿真是视觉传达的两种方式，同时也是以娱乐为主和以功能为主的虚拟场景设计的两个代表，更是数字资产的艺术形式和技术形式的两种实现方式。这两种截然不同的设计效果，乍看毫无关联，但是其设计的目的均在于吸引用户注意，且均需要通过构建三维虚拟场景和虚拟角色，并转换成二维数字画面呈现给观众。诺伯格·舒尔茨说：“场所是物的集合，其决定了一种环境的特性和氛围，亦即场所的本质。”[1]应用数字化的媒介进行视觉传达设计，就是充分利用三维虚拟环境中物体的视觉表达职能(如场景物体及角色的造型、视觉元素的空间布局和视觉平衡效果)，给虚拟世界的观众传递视觉信息并达到视觉传达设计的目的。所谓具有视觉表述职能的物体，不仅包含构成三维场景的几何物体和几何角色，也包含处于观者视野范围内的带有说明作用的图标、图例和标示，即界面设计(UI-User Interface)。鉴于此，文章以奥斯卡三维动画电影和常用的虚拟仿真设计(如国家博物馆网上展厅、历届siggraph模拟仿真为主的文章的研究成果)作为代表，分别分析两者在造型设计、布局设计和平衡设计这三方面的异同，来揭示艺术和技术这两个领域在数字化潮流背景下的视觉传达设计特点，希望能从权威者认可的作品里，总结其中的规律，以窥探未来的某些发展趋势。

一、抽象与写实——视觉传达设计之造型设计

视觉认知理论认为，物体造型影响着观者的第一印象，而追求造型和设计目的的统一是保证设计成功的重要条件。不管是三维影视动画还是虚拟仿真，寻求视觉形象与现实原型之间的相似是所有设计的根本，也是视觉设计获得认可的基础。在形似的基础之上，才能构建起正确的视觉认知。

不同点在于，影视动画是漫画作品抽象化的艺术表现，影视动画的镜头具有非常高的假定性[2]。这个假定性决定了影视作品的另外两个特点：抽象和想象，也奠定了变形和夸张在影视动画设计中的地位。抽象加上夸张设计是一种对日常事物进行的陌生化的艺术创作和处理方式。设计人员将自己的想法和实际物体结合、抽象和再创作，在静态效果上，通过变形、挤压等创作手法，突破角色或者物体的原有的形态特性，突出和强调角色特点的同时讨好观众视觉，有的时候会根据叙事需要对角色进行拟人化处理以增加情感表现力，引发观众共情；在动态效果上，通过剧烈的变形，能够传递一种现实中无法传达的形体效果，这种变形或许会违背现实中事物的运动规律，甚至超出时间和空间的局限，需要充分调动设计人员的创造力和想象力。这种独特的设计艺术可以给角色造型、动作行为和特征等方面更具有视觉冲击力和视觉表现力，提升动画电影对观众的吸引力[3]。

表1 2007—2021年奥斯卡获奖动画电影场景角色造型设计

虚拟仿真中的“仿真”指的是对现实世界的仿照和参照，构建起来的是虚拟化的真实世界或者是真实化的虚拟世界。模仿现实是其关键的特点，故而虚拟仿真在设计上追求造型尽可能与实际相符。大多数虚拟仿真的场景造型都需要先实地数据采样之后再三维重建，建立起来的虚拟场景通常用于实地重现，或实景演练，如虚拟驾驶、虚拟足球、虚拟帆船、虚拟设计、虚拟打击乐等。一些培训所用场景，会收集并导入关键道具的数据，比如飞机仪表的数据，以真实反馈在不同操作下可能形成的结果；应用于系统故障模拟中，如飞机，通过输入指定航班或者设备的运行信息，以实现故障模拟、重现、测试和排除；对于外科手术的模拟，通常会按照一比一的比例重建三维人体器官和手术器械等，同时辅以沉浸体验(如穿戴虚拟现实头显)以增加训练过程中的真实感，尽可能减少实际操作过程中的失误。应用到展览和旅游方面，使用虚拟仿真搭建景区场景，或虚拟复原古文物或古遗迹，比如圆明园的重建，让观众远程在线观看也能观赏细节或者身临其境，起到景区宣传、文物保护和传统文化宣传的目的。应用到虚拟预演，是对活动中背景场景的仿真以及模拟场面调度、道具位置的摆放等，同时利用动作捕捉或预制动画驱动场景中的角色运动，以方便导演和摄影师拍摄。对物理现象的模拟仿真，通常会被融入增加场景真实感上，如光影、火、水流、风、材质(金属)、纹理(布料)等。

以下是国家博物馆“归来——意大利返还中国流失文物展”虚拟交互系统和“万里同风——新疆文物精品展”虚拟交互系统中，依实景创建的三维场景，内部可进行实际距离勘测(图1)。

图1 国家博物馆虚拟交互系统，上图为“归来——意大利返还中国流失文物展”；下图为“万里同风——新疆文物精品展”

图2是对物理现象的模拟，如织物的弹力、褶皱，巧克力融化以及肥皂泡泡效果。

图2 对物理现象的仿真模拟(从上到下分别是织物弹力、衣服褶皱、巧克力融化、肥皂泡泡)，图片来源[9-13]

二、空间与时间——视觉传达设计之布局设计

布局，也可以说是一种秩序，是对事物的规划和安排，在视觉呈现上，指对视觉元素设计和排放。通过对视觉元素有秩序的排列，使其达到设计的目的。这种排列，定格于静帧画面，流动于动画镜头和人机交互，以显示屏幕作为信息载体，在静帧画面视觉元素的空间布局及镜头画面流动过程中的视觉元素在时间维度上的空间变换，形成一种沟通语言，向观众传递着信息或者情感。

影视动画中的布局更多的指构图，即画面的结构，是参与影视画面造型的重要元素。构图是一种对镜头元素的布局，将镜头中的角色和场景元素按照一定的客观事实、轻重、主次关系排列于连续的镜头画面中，以达到特定的视觉传达效果。构图是动画镜头画面的精髓，是视觉艺术美学空间美的直接体现，具有非常强的表现力。构图可分为静态构图和动态构图[14]。静态构图延续绘画的构图方式，目的是在一个四边形的画面中配置视觉元素以表现主题，这个视觉元素不仅包含有主、陪体和前后背景，还包含带有视觉象征意义的符号及线条，以表现特定的文化环境，其中的线条可以表现空间深度，引导观众视线。动态的构图主要指利用镜头的推拉摇移升降以及蒙太奇等拍摄和处理手法，充分利用镜头语言来表达叙事和传递情感。在这个过程中，需要充分考虑到场面调度、镜头运动、画面视角变化、角色动作衔接、时间逻辑和节奏等视觉效果，摄影学和影视语言的运用起到关键的指导作用。

虚拟仿真的应用场景中，由于虚拟仿真更侧重于交互和数据信息的呈现，从而弱化了镜头语言的表达。在布局上，更偏向于视觉信息的多层次、多方位的呈现，具体可以表现为两个方面：一是对画面中的视觉元素的安排，一是画面中辅助用户操作的用户界面的布局安排。

(一)画面视觉元素层次布局

虚拟仿真要传递的信息情感化元素较少，数据占比较高，设计目的更为直接单一，以方便观察和交互为主，故而在视觉元素的呈现上，大多采用多层次的数据呈现方式。通过多镜头多角度多方位呈现一个被观察体，或通过标记、虚化的方式将不同层级的信息在同一个观察体上呈现，或使用多种形式的呈现数据如图片、视频、三维几何等。如He Zhang等人的文章中，对于动物骨骼[15]以及人物多方位角度图[16]的可视化呈现(见图3)。

图3 功能导向虚拟场景的数据展示策略，图片来源左[15]，右[16]

(二)用户界面布局

界面设计是人与场景传递和交换信息的重要媒介，是计算机科学、心理学、艺术设计学、认知科学和人机工程学的交叉学科的融合。在以功能为主的场景中，界面的最基本的价值是功能性和使用性，即让用户通过用户界面知道基本的功能操作，并获知场景要表述的信息[17]。以Bau和Han的交互界面为例[18][19]，其主要目的是让用户使用提供的交互工具方便快捷地对图片修改，因而在界面布局中，将其划分为三个部分：工具区、效果展示区和图示区。其中：工具区罗列出所须绘制工具，图示区展示的是已经做的修改操作的图示列表，效果展示区则呈现组合修改后的最终效果并提供交互操作交互反馈。

图4 功能场景的用户界面，图片来源[18][19]

影视动画从绘画和电影的基础之上发展而来，所以其静态和动态的画面布局会遵循绘画的构图技法和电影的镜头构图规律。从静态画面的视觉元素的主次排列，到动态画面的场景物体调度，影视动画的画面布局设计充分调动镜头的视觉语言，依据故事情节调度场景角色和物体的空间及时间关系，更着重强调在这种动态的画面中视觉元素的空间位置在时间上的逻辑关系，以完成镜头叙事和情感传递的目的。虚拟仿真利用虚拟现实技术，主要目的就是给观众呈现虚拟的真实环境，让观众可以从中获知场景几何的物理信息，或者通过交互的方式，建立虚拟世界和现实世界沟通的渠道。虚拟仿真中有一个比较重要的应用就是数字孪生，是根据真实场景建立起的平行的虚拟场景。这两个场景之间共享数据，相互支持。依据此设计目的，虚拟仿真的视觉设计的重点在于数据的传达和显示上，使用多类型、多层级的数据显示或数据叠加，帮助观众直观、快速地了解场景信息并进行操作。

三、对立与统一——视觉传达设计之平衡设计

平衡是一种状态，指事物停顿时所处的一种稳定的情况。视觉平衡是指在视觉表达的形式中，镜头中的各种元素信息处于一种相对平衡的状态，从而给人一种视觉上的平衡感[20]。对比和调和是构成平衡设计的两个核心方面。对比是通过对照的手法，把具有明显差异、对立的双方放在一起，以达到突出其中意欲表现的事物的特点或者存在。调和的字面意思是调解使其和好，在视觉设计上指将一种事物融入其他事物中(如背景)，使其达到和谐统一，显得不那么突兀。对比和调和可以通过颜色、光影来实现。

色彩具有非常强大的视觉感知力和视觉表现力，常常和光影及背景等关联，作为一种情感宣泄的媒介，向观众传递情感或暗示。影视动画中的颜色是视觉构成的重要组成部分，是创作者根据自己对现实的感悟，对现实生活的再提炼、再加工的产物，是融色彩、思想、精神等各方面的感受于一体的综合表现，着重于视觉效果的艺术观赏性。色彩是一种无形的语言，色彩的颜色层次如明度、纯度、色相和冷暖，传递给人们涨缩、进退的视觉感知，刺激人们的大脑，触发人们的情感，以带给人们不同的心理感受。色彩的颜色具有明显的象征性和区域性。如红色，中国红是中国的经典颜色，随之附带了一种民族特色和文化含义，宣泄的是热情奔放、喜悦等情感，表征着成功、兴旺、兴盛、喜庆，但是红色对于西方来说可能就代表着死亡、警告，营造一种紧张、压抑的氛围。色彩的对比上，邻近色(色相距离在15度到45度左右)为弱对比，对比色相(色相距离在45度到135度)能带来一种非常强烈、丰满、层次鲜明的视觉对比效果。补色(色相距离在180度左右)对比最为强烈，但是也会产生强烈的炫目感，需要在颜色的明度、纯度或者面积、位置上有调整才能达到视觉统一。在影视动画中，还会对背景颜色进行“简化”处理以突出主体。比如《蜘蛛侠之平行世界》中，整体色彩具有非常明显的波普风格，颜色鲜明、对比强烈。利用颜色的冷暖标示不同的环境，比如家庭氛围的暖色调以及城市的灰蓝色调[21]。头脑特工队里，利用颜色指代不同的情绪角色，如红色代表愤怒、黄色代表快乐、蓝色代表忧郁、紫色代表害怕等。寻梦环游记中，当家祖母身着紫色，代表着其在家族中高贵的身份。影片中用大片的深蓝暗示其亡灵界的永无天日，用色彩斑斓的亮度极高的颜色，营造出一个光怪陆离的亡灵世界，充满了异域风情[4]。光影是影视动画中用于平衡设计的一个关键的因素，将光线融入动画电影的创作之中，一方面模拟现实中的光线效果给画面增加可信度，另一方面利用光影形成画面中各种视觉元素之间的明暗差异的不同影调，既可以突出关键要素，又可以使其隐匿于周围环境，展示周围的空间关系，烘托气氛。

颜色在虚拟仿真语境下的应用，主要使用的是颜色的基本功能即标示物体。从物理学的角度来分析颜色，红色的波长比较长，容易引起视觉关注，所以可以用来标示重要的物体或者传递危险、压迫等信息；黄色光谱波长略次于红色，较易引起人们关注，在使用过程中通常用于希望人们注意但是尽量避免产生人眼不适的地方；蓝色的波长最低，对人眼的刺激比较小，容易让人冷静下来，所以被广泛用于底调铺设。因而在常见的仿真系统中，常以蓝色或者灰色作为底色或者标示正常区域，而用黄色甚至是红色凸显出需要重点关注的对象或者物体。如论文CARL中机器狗视线范围内标注的可选择行走的方向[22]，以及Holden和Yurick文中标记的运动的人体[23][24]。Abbeel文中[25]的目标点，Yue文中[26]的中间分层，Won[27]文中飞行器的两个翅膀，Rabinovich文中[28]的模型修改点等。

图5 功能导向场景的颜色标示，图片来源[22-30]

虚拟仿真环境中的光影的作用主要是增加主体和场景的黏度或增加场景的可信度或还原当时场景的光影效果(烘焙实现)。多数虚拟仿真的环境并不能完全展现一个完整的虚拟世界，展示的往往是其中一部分，所以光影在虚拟仿真中的作用还起到指示地面的存在，从而暗示角色的高度和空间深度。早期的虚拟仿真对光影这一部分的模拟并不擅长，直到计算机图形学中对真实感光照的模拟研究趋于成熟，才有了之后愈加真实的虚拟环境。

四、诱导和捕获——视觉传达设计之初心与使命

信息爆炸时代，能吸引观众视线的设计才能完成视觉传达的目的。在这个过程中，设计人员或营造真实、或夸大真实、或改变真实、或创造真实，利用角色物体造型、物体时空布局和颜色光影平衡等的设计方法，为观众展现虚拟场景。这些方法虽然被运用在了不同的视觉传达语境中，但是都意图对观众视线进行诱导和捕获，吸引观众的注意力，让观众随着设计人员的思路去体验场景，从而获得体验或者知识。这种对观众视线的诱导和捕获是所有视觉传达设计的初心所在，也是视觉传达设计一直以来肩负的艰巨使命。

传统的影视动画利用手绘的方式绘制画面帧(分层)，1分钟的动画通常需要绘制1440张画(1秒24帧)，工作量非常大。科学技术的进步使得计算机制作动画的方式成为主流，这种制作方法丰富了影视动画的表现手法，使其逐步脱离传统的动画制作手段，在制作效率和效果上都有了质的飞跃。影视动画的视觉表现选用数字化的方式呈现，可以充分调用观者的感官器官，给观者带来多维、沉浸的观感体验，使其体会到一种个性化的虚拟美。同时这种数字化处理，从创作的角度来看，突破了传统动画创作的平面布局，利用三维制作软件和不同的视觉元素的组合，可以更加生动形象地展示出角色和场景，具备更强的视觉表现力。

虚拟仿真的视觉设计，不管是从场景物体造型、光影、颜色、镜头角度等均遵从真实情况的设定，依据现实和自然规律进行场景构建和视觉元素布局以及视觉平衡。早期的虚拟仿真受限于软硬件技术发展的限制，呈现的成品大多是简单的视觉效果图展示以及单一的摄像机运动。但是随着计算机科学技术的发展，现在虚拟仿真的视觉传达设计这一部分，也开始考虑画面的舒适性、颜色艺术美感、色调统一以及观看的愉悦程度。

随着5G时代甚至是6G时代的到来，互联网技术的发展打破了人们远程交流的屏障。Metaverse(元宇宙)概念的再一次兴起，虚拟仿真技术给人们的生活带来的影响愈加深入。而在元宇宙的构建中，影视动画和虚拟仿真这个作为赏析和交互为主的两个门类，其应用和联系也会愈加紧密。艺术和技术的交融面也会愈加增多，艺术技术化和技术艺术化的发展趋势会更加明显，技术和艺术的互生共赢的局面将进一步加强。新的计算机科学技术结合动画则会衍生出新的动画形式，比如沉浸式动画[31]；也会带来新的交互方式，如虚拟制作、虚拟摄影。未来的影像，会是艺术和计算机科学的联姻产物。而处于该时代洪流的我们，或拭目以待，翘首以盼；或参与其中，指点江山，成为时代的弄潮儿。体验，追逐，是当下的视觉传达设计之主题，也是我们的未来所求。