三维动画和特效在影视作品中的应用研究

李正冬

（安徽新华学院艺术学院 安徽合肥 230088）

影视作品创作是一门以视觉和听觉为基础，触觉和嗅觉为延伸，多重感官相结合的现代艺术，它与戏剧戏曲、摄影摄像、绘画、美术、音乐、文字图形、舞蹈、雕塑和建筑等多种艺术表现形式息息相关，将现代科技与艺术表现融为一体。在影视作品创作过程中，前期和中期制作基本上具有比较完善的流程规范和设计方法，运用三维动画和特效部分的设计是考验和衡量一个作品细节和技术深度的重要衡量指标。

一、nParticle粒子系统在影视特效与群体动画中的应用

nParticle粒子系统是一套基于发射器、计算器和形状节点进行设计的创作方法，在模拟阶段，可以通过粒子系统进行自然特效的模拟，例如烟火、爆炸、水花、海洋、烟、尘、雾、云朵、植被树叶、流行拖尾和发光特效等抽象视觉艺术效果。通过粒子事件碰撞编辑器和精灵向导，可以实时动态地模拟粒子效果在设计视图中的现实效果，根据设计运动的视觉效果进行相关属性的调节和修改。

在渲染阶段，通过不同形式的渲染艺术方式，可以提供多种多样的渲染属性，配合不同的渲染器和渲染参数，加上灯光和材质效果的配合，能够模拟逼真的自然效果和生动的动画运动效果，在视觉艺术表现效果上，与传统的动画制作方式上有着本质的区别，不仅可以高效快速地模拟自然肌理效果，还可以真实还原现实场景的光影效果信息。

在系统应用阶段，粒子系统可以配合柔体和弹簧工具，进行可视化和实时化的设计效果，通过权重工具的绘制，可以调整每个粒子属性在场景中的运动力的范围和幅度。通过实例化器可以实现群体动画的设计效果，这样可以大大增加粒子显示效果的属性，通过自行设计的任意几何体图形，都可以作为实现粒子的替代效果，例如在影视作品中，荷塘里面小鱼随机游动的艺术效果，可以通过实例化器进行粒子替代，从而大大丰富了艺术创作的表现手段和形式。通过使用碰撞的功能，还可以使粒子系统参与物理碰撞的效果，增加几何运动的真实感和逼真度。除了系统自带的设计效果以外，还可以整合相关的插件，在系统整体设计应用中，根据制作效果，快速表现相关艺术展示效果。

二、nCloth布料系统在动画服装与柔性动画设计中的应用

布料系统表示三维计算机图形学中模拟和表现柔软织物和具有可变形具有交互运算和运动属性设计的技术，例如角色的服装设计，随风飘动的旗帜等艺术效果。在影视动画作品中，角色的服装动画是表现的难点之一，要让服饰跟角色的运动相匹配，同时通过服饰的运动反映角色的运动规律，具有较高的艺术修养和美术功底才能较好地较好地把握其运动的节奏和韵律。传统的角色动画服饰主要通过软选择和关键帧技术得以实现，调节运动效果难度较大，工作量也比较烦琐，通过最新的布料系统，可以模拟自然界中各种材质的布料属性，通过摩擦力和弹力等属性的区别体现不同的纹理质感和动画效果。对于角色服装设计有一个完善的系统进行整体化设计，模拟衣服服装生成的过程和动画演示效果。

除了模拟服装和布料等具有柔软变形效果的材质之外，还可以模拟一些本身形状具有随着外在力的作用发生相关改变的易变形物体，通过绘制纹理和顶点特性，可以在纹理贴图和顶点贴图之间进行相互转化，从而可以更好地表现物体的柔性运动轨迹和随机变化过程。布料系统应用在影视动画作品中，可以极好地将复杂的关键帧动画技术进行模块化和简单化处理，将极其耗费时间的工作变得简单和容易，同时可以轻松地制作出完美的视觉效果，对于项目开发设计和制作具有良好的帮助和参考意义。

三、nHair毛发系统在动画角色与三维场景中的应用

毛发系统表示三维计算机图形学中模拟和表现具有基于线条运动轨迹的技术，例如角色的头发、草地的植被、灯绳窗帘等艺术效果。在影视动画作品中，人物角色等毛发系统的设计也是一个比较烦琐的流程，在游戏动画设计中，基本上可以通过面片贴图的形式，进行骨骼绑定，得到一个基础的毛发动画效果，但是在影视级别的作品效果渲染中，通过贴图表现，对于细节和动态变化的精度效果却不能得到有效的体现，因此通过毛发系统，可以通过几何体或者样条曲线进行毛发系统的创建，同时可以模拟现实场景中头发系统的梳理效果，根据设计效果，运用相关的头发系统设计工具，提供不同毛发造型风格的需求。对于毛发系统的运动效果，可以结合运动学和动力学进行产生交互动画，从而得到更加真实和自然的运动效果，此外，通过Paint Effect笔刷可以指定并输出添加给头发系统，对整个头发系统进行更为完善和深入的设计，为角色动画的艺术魅力增添几分生动的视觉艺术效果。

由于毛发系统具有半透明的属性，因此在设计过程中应该注意透明贴图的使用和Alpha通道绘制毛发纹理的方法，法线贴图可以显著增加头发的立体感和真实感，通过各个贴图通道的相互配合，可以制作栩栩如生的毛发效果。除了生成毛发系统以外，还可以模拟三维场景的草地和植被效果，例如三维场景中动态风吹草低的效果模拟，可以通过毛发系统结合相关动力学解算，产生随风摆动的艺术效果，对于批量化、整体化的随机变化运动，毛发系统也具有事半功倍的设计效果。

四、nConstraint约束系统在物体运动与限制过程中应用

约束系统表示三维计算机图形学中模拟和表现物体运动过程中，受到外界自然力或模拟力的影响，对本身的运动轨迹产生规律性变化的技术，例如钟摆摆动、铁链运动、物体破碎等艺术效果。约束系统的应用设计，可以让物体的运动受到外力的影响，与本身自身运动产生一个互动的视觉艺术效果，对于影视作品中物体基于自然界力的效果的模拟和限制约束运动的效果具有重要的作用和帮助。通过相关的组件和变换约束，可以将物体的运动轴心固定在场景中的某一点静止或者随父对象一起运动，产生视觉中心的变化效果，运用力场和碰撞效果，可以模拟物体受到外力作用下，产生真实的反馈运动效果，对于基于物理计算的运动方式具有重要的帮助。例如在影视作品中，角色控制武器打斗场景中，碰到场景外物体产生的碰撞效果的效果模拟，可以利用运动约束系统对其运动轨迹和效果进行提前规划和设计。

在影视动画作品创作中，约束系统对于主体物体在场景中的运动具有视觉引导流程的效果，因此对于它与其他场景中物体发生力的作用后，运动轨迹的改变和速度的变化，对于新的运动轨迹具有重新规划的作用。场景中的每个物体都不是独立的存在，为了能够产生互动和观众产生共鸣，每个物体的运动变化都对于全局画面的视觉中心有重新定位的作用，因此如何设计主体物体的运动轨迹，同时能够与其他物体产生比较真实的反馈效果，对于导演和设计师在构思和设计制作过程中都是值得深思的主题。nConstraint约束系统的产生，可以通过基于物理运算的方式，让物体的运动受到相关联的物体的属性的变化，同时可以模拟不同的力学反馈结果，对于复杂运动的物体轨迹运动和多场景交互画面的效果实现，具有重要的功能。

五、流体系统在三维动画和环境特效设计中的应用

流体系统表示三维计算机图形学中模拟和表现具有气体和液体属性的技术，例如烟雾运动、液体流动等环境装置艺术效果。通过3D和2D容器可以模拟三维效果和二维效果的流体效果，根据添加和编辑容器内容，模拟不同体积和形状的运动变化，配合内置的示例效果，可以模拟更多的流体运动效果。对于流体运动过程中的变化效果和细节体现，可以通过扩展功能和增加流体的分辨率提高模拟的真实度和运动感。此外，还可以创建相关的池塘和海洋的模型，增加船体模型和尾迹模型，配合运动场和动力学定位器，生成真实自然的流体运动效果，在运动过程中，还可以基于物理运算与场景中的模型发生碰撞，实现力的反馈效果，使运动的效果更加逼真和自然。

流体系统在三维动画表现中，主要通过系统的算法和真实的模拟运动，完成动画的模拟和解算，对于影视场景中难以基于拍摄实现的效果，流体系统可以根据设计效果的需求，配合光影照明和材质属性，很容易地实现虚拟的场景动画效果。流体系统在环境特效设计中，可以模拟自然天气的雨雪和大雾等天气效果，还可以模拟火焰燃烧，冰雪融合等自然效果，只要是具有流体属性或与之相关联的物体动画，都可以通过流体系统进行模拟和再现，对于影视作品中难以实现的画面效果和综合场景的运用，具有快速表现物体运动的真实感和再现复杂环境的虚拟感的作用和价值。

六、场/解算器与Paint Effect效果系统在特殊运动与快速表现设计中的应用

场/解算器与Paint Effect效果系统表示三维计算机图形学中模拟和表现具有刚体运动的技术，通过力场和约束的影响，对其运动产生实时的变化，例如多米诺骨牌、物体随机掉落动画、烟火、闪电等艺术效果。场/解算器可以通过创建空气、阻力、重力、湍流、旋涡等力场，影响粒子或者物体的运动属性，对于影视特效中一些特殊的运动轨迹的表现，具有很好的模拟和计算效果。通过创建主动刚体和被动刚体对象，还可以模拟基于物理运算的力场效果，配合场/解算器等效果的使用，可以为创意设计提供更多的思路和途径，为影视作品的创作效果提供新的设计表现方法。

Paint Effect可以创建基于二维或者三维场景的笔刷效果，通过自身参数属性和相关动力学属性，可以表现一些物体生成动画或者群体随机运动效果的画面，对于快速表现和设计具有重要的作用。通过系统自带的资源和实例效果，也可以导入场景进行基础编辑，后期渲染输出通过后期合成软件，实现特效与场景的有机融合，为影视创作过程中批量化、快速化和随机化的设计效果提供便捷的思路和途径。

在影视创作过程中，如果现实场景中有合适的素材可以直接适配主题的创作，对于制作速度和效率具有重要的帮助，每个镜头里面如果有反复可以利用的场景或道具，对于制作表现进度上面都有不同程度的体现，因此预置的资源合理运用，也是一个重要的环节。随着计算机软件的Paint Effect系统不断优化和升级，对于动画模块、动力学模块、灯光渲染模块、建模、流体实例等模块的设计制作，可以直接导入到场景中，通过属性参数的调节，达到预期使用的素材效果，对于制作画面效果和制作效率方面，都具有重要的帮助和指导意义。

结论

传统动画的表现技法和制作技术相对比较成熟，在创作过程中，应根据创作过程中遇到的问题或者难以实现的画面和运动效果，积极探索和寻找新的解决问题的办法，对于新事物的发展和新技术的应用，借助于计算机辅助生成画面的技术手段，应当选择合适的表现手法，引入到作品的创作和表现过程中，通过新技术的应用和传统画面效果的艺术表现，达到技术和艺术的完美融合与创新。

通过特效系统的综合设计，在具体影视作品中，可以选取合适的动画和特效系统，为影视作品的画面艺术表现和视觉表现提供更有力的保障和支撑，为艺术创作的范围提供更为宽广的平台和空间。