ＣＧ電影技術(shù)漫談之《海底總動員》

“技術(shù)是關(guān)鍵，故事是核心”。來源于計算機圖形學(xué)的CG電影（又稱三維動畫電影），目前已經(jīng)越來越具有超凡脫俗的想象力及日新月異的動畫技術(shù)。在這個系列里，我們將會介紹一系列著名的CG電影，揭示其華麗而神秘面紗后的技術(shù)因素以及對數(shù)字娛樂的影響。

CG電影界目前三足鼎立：迪斯尼、Pixar和夢工廠 (PDI)。而無論在CG技術(shù)和故事創(chuàng)意上，Pixar已經(jīng)有超然之勢。CG動畫制作公司Pixar由電子界傳奇人物，蘋果電腦創(chuàng)辦人喬布斯一手創(chuàng)建。

《海底總動員》是迪斯尼與Pixar繼《玩具總動員(1、2)》、《蟲蟲危機》和《怪獸公司》之后，合作推出的第五部影片。Pixar的每一部CG電影，都是對圖形技術(shù)的一個重大挑戰(zhàn)。例如《蟲蟲危機》中對樹葉半透明效果的渲染，《玩具總動員》的煙塵模擬，《怪獸公司》中的毛發(fā)建模、運動以及《海底總動員》中的水下世界模擬和快速渲染的技術(shù)。

“我們從來不會按照電影拍攝的模式進(jìn)行思考。開始我們想，有什么東西我們還沒有做呢？海水嗎？好的，我們就來做做海水吧。”擔(dān)任《海底總動員》執(zhí)導(dǎo)的Andrew Stanton道出了制作這部電影的技術(shù)動機。《海底總動員》以絢麗多彩的海洋世界為背景，講述了一對小丑魚父子失散后，不畏艱難，最終團(tuán)聚并安全回到了家鄉(xiāng)的故事。創(chuàng)意來源于Stanton一次與兒子逛海洋公園、以及童年對一個牙科醫(yī)生的魚缸的記憶。“我以前從未看到一個動畫片的主角是父親”，Stanton說，“父親可以成為孩子的楷模，父親的榜樣可以促使孩子成為更勇敢的人……”。

Pixar的動畫工程師在經(jīng)過數(shù)月的實地海底考察后確定了技術(shù)方案：主要包括水底的光照半透明效果（caustic）、海水浮游顆粒（particulate matter）、浪花和潮水（surge and swell）、海水暗影（murk）以及水面（surface conditions）。對每一個相對獨立的動畫場景，必須依賴CG技術(shù)來模擬，建模（modelling）、運動(animation)、渲染（shading lighting）是三個基本步驟。制作人員依據(jù)二維想象，以三角面片創(chuàng)建出海底世界的幾何信息，這種搭“骨架”的方式就是“建模”；之后是“運動”，在有了模型的基礎(chǔ)上，通過運動捕捉、力場模擬等方法來讓海底生物按照一定模式運動起來；接下來是“渲染”，即在三維世界中添加虛擬的燈光、經(jīng)過物理運算用虛擬攝像機來“拍攝”出來。

電影中有幾個關(guān)鍵的CG技術(shù)：第一是表情模擬，使CG模型具有人類表情特征。Pixar 研制的表情模擬技術(shù)軟件Geppetto articulation被用來完成這一使命，它使得CG模型具有了人類特征的表情、并被夸張而具有卡通效果。例如圖1的小丑魚的神態(tài)模擬。這一技術(shù)正廣泛被CG電影所采用。第二是自主運動的動畫個體，這是解決周期性運動模擬的一個技術(shù)，目的在于不需要重復(fù)定義動畫的動作。Pixar為此應(yīng)用了一個新的技術(shù)patht，例如環(huán)繞著小丑魚父子的魚群（圖2）就是由此技術(shù)生成。第三是運動捕捉（motion capture），魚類的游泳并不是藝術(shù)家的一時靈感，而是真正地學(xué)習(xí)了自然界魚類的游泳動作并把它捕捉下來，再應(yīng)用到CG的三維模型中。這是目前應(yīng)用最廣泛的一種動畫生成方法，這種方法和基于物理的運動模擬是目前CG技術(shù)的兩個主流方向。例如海龜?shù)挠斡緞幼鳎▓D3）就是這種運動捕捉的杰作。第四是海水的光影模擬（圖4），這里Pixar用了自主開發(fā)的RenderMan用來加速光影的模糊和水底的半透明效果。好笑的是在動畫制作早期，RenderMan制作的場景過于接近真實世界以致于失去了動畫效果，最終他們修正后的“半現(xiàn)實”效果成為Pixar動畫標(biāo)志。

《海底總動員》是動畫影片歷史上收入最高的片子。以往，幾乎所有的Pixar動畫師都在傳統(tǒng)的迪斯尼風(fēng)格培育下成長。以《海底總動員》為標(biāo)志，Pixar已經(jīng)融會貫通了三維動畫真實感和傳統(tǒng)卡通的夸張效果，與迪斯尼從二維動畫發(fā)掘的戲劇喜劇效果不同，使動畫片更加震撼人心。CG影片的發(fā)展歷史其實也是與傳統(tǒng)的二維動畫影片競爭的過程。二維動畫實質(zhì)上是傳統(tǒng)的繪畫藝術(shù)，三維動畫卻是藝術(shù)和CG技術(shù)的結(jié)合。Pixar的三維技術(shù)應(yīng)該是未來的發(fā)展主流。