三维角色动画绑定技术在电视领域的应用

陈 铭

（安徽广播电视台，安徽 合肥 230071）

0 引言

三维角色动画绑定技术已成为现代视觉艺术的重要组成部分，无论在电影电视制作还是在视频游戏设计中，都发挥了重要作用[1]。本文深入探讨三维角色动画绑定技术的定义和重要性，其发展历程、核心概念与技术流程，以及该技术在电视领域的多元化应用，展望这项技术的发展前景以及面临的挑战。希望通过本文的阐述，能增进读者对三维角色动画绑定技术的理解，为此领域的进一步研究提供参考。

1 三维角色动画绑定技术概述

1.1 三维角色动画定义

三维角色动画是数字艺术和计算机图形学的一个重要分支，通过建立三维角色模型并对其进行一系列的运动处理，创造出逼真的动态视觉效果，基于三维空间和时间来构造和操纵角色形象，以实现富有活力和魅力的动态画面[2]。三维角色动画因其高度的真实性和视觉冲击力，在电影、广告及游戏设计中有着广泛的应用。其将设计者的艺术想象力充分地体现出来，为观众带来更加生动逼真的视觉体验，使数字娱乐与艺术经受住时间的考验。

1.2 三维角色动画绑定技术的发展

角色动画绑定技术，或称为骨骼绑定，是三维角色动画创建过程中的关键步骤。它的发展历程直接关联计算机图形学的演进[3]。初始，简单的动画角色主要依赖直接操控顶点，但这种方法在复杂的动画制作中存在诸多问题。随着技术的进步，研究者开始使用称为 “骨骼” 的一系列连杆系统，使得动画创作者能够更轻松地操作和操控角色的动作。随着添加权重值和反向动力学的引入，骨骼绑定技术在角色动画中提供了更高程度的控制和自然感。直至今日，角色绑定技术不断发展，增加了人脸绑定、肌肉模拟等复杂技术，进一步提升了动画的生动性和真实感，如图1 所示。此技术的发展，极大地推动了三维动画行业的蓬勃发展。

图1 三维角色动画绑定效果图

1.3 三维角色动画绑定技术的核心概念与技术流程

角色绑定技术是三维角色动画的建造步骤之一，涉及将一个虚拟的、动态变化的骨骼系统附着到角色模型上，核心概念便是 “骨骼” 和 “权重”[4]。 “骨骼” 是构建角色动作的基本结构，而 “权重” 决定了模型的各部分如何随骨骼运动。技术流程主要包括：一是构建骨骼系统，涉及创造骨骼、设置骨骼关节以及定义骨骼运动的范围；二是权重绑定，将每个骨骼影响到模型的程度设定好；三是动画控制，通过操作骨骼而驱动角色动作，包括设置关键帧和调整动画曲线等。摄取这些知识，动画师才能创造出生动自然的三维角色动画。

2 三维角色动画绑定技术在电视领域的应用

2.1 在电视动画制作中的应用

电视动画制作是三维角色动画绑定技术的一大应用，主要是为了创造出行为和表情生动、丰富的角色，提高动画的观赏性和艺术性[5]。创建角色模型后，通过绑定技术给角色添加骨骼系统，定义角色的动作模式。这个过程就像赋予角色 “骨骼” ，让它能行走、奔跑、跳跃等，赋予角色生命。在角色动作设计阶段，通过调整每个骨骼的权重值和运动参数，精确控制角色的行为表现；通过各种自然流畅的动作，塑造角色的性格和情感。角色绑定技术大大提高了动画制作效率。通过预设动画模板和自动化工具，能够在较短时间内生成大量高质量的动画。如电视动画系列《皮卡丘的大冒险》就广泛运用了三维角色动画绑定技术。在这部动画中，皮卡丘等角色都采用了骨骼绑定技术，使得它们的行走、跑动、跳跃展示出丰富的表情和体态。表现最明显的一集是《皮卡丘的热气球之旅》。在这一集中，皮卡丘不仅需要跑来跑去，还要跳上热气球，这都需要非常详细和复杂的骨骼动画来实现。皮卡丘的各种表情如喜怒哀乐，也是通过骨骼绑定技术的权重设定来实现的。再如热气球的起飞、降落以及在飞行过程中对不同风速和风向的反应，都需要绑定技术的高级应用如反向动力学等，来制作出逼真的动态效果。

2.2 在电视直播或现场制作中的应用

三维角色动画绑定技术在电视直播或现场制作中的应用实现虚拟角色与真实景象或者演员的实时互动，极大地丰富了直播内容。通过运用三维角色动画绑定技术，创建虚拟的主播或角色，把电视台主播或现场演员的肢体和面部动作实时转换成角色的动作，带来新颖有趣的观看体验[6]。另一个应用是实景增强，比如在体育直播中，使用这种技术添加三维动画角色进行赛事解说，或者在现场播报中添加虚拟角色以增加信息含量和观赏性。这项技术还被应用在虚拟现实和增强现实直播中，提供更生动、互动的视觉体验。比如近年来兴起的虚拟主播，凭借三维角色动画绑定技术，在直播中以全新的形式出现。其中，日本的虚拟主播 “绊爱” 就是一个成功的例子。 “绊爱” 是一名使用了高级脸部捕捉技术的虚拟主播，她的面部表情和动作与现实中的主播没有太大差别，带给观众全新的互动体验，收获了大量的粉丝。以国产虚拟歌手洛天依为例，洛天依的全身设计、动作，包括跳舞、表演，全都靠计算机生成，其背后就依赖这项技术。根据洛天依的设定图为其建立三维模型，然后运用角色绑定技术为其添加骨骼和肌肉系统，使其实现各种人类的动作。随后在动画制作过程中，通过设定每个骨骼的动作参数，让洛天依进行歌唱、跳舞等动作。通过绑定面部的各个部位，让洛天依表现出笑、愁、惊、喜等各种表情，使其在表演过程中更具动感，增强观众的观赏体验。

2.3 在电视广告制作中的应用

在电视广告制作中，三维角色动画绑定技术被广泛应用于创造出吸引观众眼球的广告内容。利用这项技术，广告创作者创建出各种形象各异的三维角色，通过这些角色的言行举止，有效地传达广告信息，提高产品或品牌的知名度。这些角色根据需要设计成人型或动物型，甚至是具象化的产品形象。通过运用绑定技术，这些角色实现丰富多样的动作，增加了广告的观赏性和趣味性。比如它们模拟真实人物的动作，如跳舞、打球、驾驶等，或通过特殊的、具有卡通风格的夸张动作，激发观众的好奇心、趣味性。这项技术还使得广告创作过程更加高效。借助现代计算机技术，创作者能够快速制作和修改角色动作，大大缩短制作周期，降低制作成本。如2023 年可口可乐公司 “让成都IFS 趴了9 年的大熊猫嗨翻全场” 广告为例，塑造得极具个性的三维熊猫角色模仿人的日常行为，如跳舞、品味可乐等，运用绑定技术使其像真实的生物一样行动。

2.4 在电视节目包装制作中的应用

电视节目包装是电视节目制作的重要环节，包括节目开头片、插播片头、过场画面及节目尾声等元素。三维角色动画绑定技术在电视节目包装中的应用，为节目内容带来更高的艺术价值和观赏性。节目包装创作者设计出各种富有特色的三维角色，通过绑定技术赋予角色一系列动作，如走进画面、挥手致意、跳舞等。这些角色是节目的代表物，用于提升节目的品牌识别度。通过动画绑定技术，创造出连贯流畅的动画序列，使得节目包装更加动感十足，引人入胜。比如，在一些体育、娱乐节目的包装中，经常看到三维角色跑动、跳跃、挑战等丰富的动作场景。以金鹰卡通卫视的儿童歌唱类节目《中国新声代》为例，节目片头大量运用了三维角色动画绑定技术。在片头中，创作者设计了一只鲸鱼和一只兔子的三维角色。它们在广阔的海洋和森林中做出种种活泼的动作，暗含了追梦的主题。其中，鲸鱼跃出海面、兔子在森林中奔跑等场面，都是通过三维角色动画绑定技术，将视觉效果创造得如梦幻般美丽。

3 三维角色动画绑定技术的前景展望与挑战

随着计算机技术的不断发展和进步，三维角色动画绑定技术的应用前景非常广阔。未来的角色模型可以更精确地捕捉和反映出人类或者动物的微妙表情和动作，增强角色的真实感和生命力。模拟皮肤、毛发、肌肉、衣物等物体的物理特性也将越来越精细，使得动画角色更像真人一样。三维角色动画绑定技术将进一步与虚拟现实和增强现实技术结合，创造出新的互动体验。例如，在游戏、教学、电影制作等领域，应用这种技术制作出更逼真的三维角色进行实时交互，鼓励观众或者用户身临其境的环境探索和角色互动。然而，挑战也同时存在。随着动画角色逼真度的提高，动画制作的复杂度随之提高。如何在保证角色逼真度的同时，也能有效地控制成本和提高制作效率，仍然是一个待解决的问题。随着虚拟角色与现实世界的交互增多，隐私和数据安全等问题也变得越来越重要。如何确保在应用这项技术的过程中充分保护用户的隐私和数据安全，是需要重视和解决的问题。随着技术的不断进步和发展，相信这些问题终将得到解决，三维角色动画绑定技术将迎来新的发展机遇，推动与电视领域的深度融合。

4 结语

三维角色动画绑定技术对于电视产业，尤其是电视动画制作、直播制作、广告制作以及电视节目包装制作，产生了革命性的影响。其需要面对的挑战也不少，如动画制作的复杂度、成本控制问题以及隐私和数据安全等问题。不过随着技术的不断进步和发展，这些问题终将得到解决。相信在不远的未来，三维角色动画绑定技术将进一步改变娱乐生活，为电视领域带来更多的创新可能性和未来发展机遇。