ＣＧ電影技術漫談之《海底總動員》

“技術是關鍵，故事是核心”。來源于計算機圖形學的CG電影（又稱三維動畫電影），目前已經越來越具有超凡脫俗的想象力及日新月異的動畫技術。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因素以及對數字娛樂的影響。

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

《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，都是對圖形技術的一個重大挑戰。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。

“我們從來不會按照電影拍攝的模式進行思考。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?！睋巍逗５卓倓訂T》執導的Andrew Stanton道出了制作這部電影的技術動機?！逗５卓倓訂T》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，最終團聚并安全回到了家鄉的故事。創意來源于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的動畫工程師在經過數月的實地海底考察后確定了技術方案：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。制作人員依據二維想象，以三角面片創建出海底世界的幾何信息，這種搭“骨架”的方式就是“建?！?；之后是“運動”，在有了模型的基礎上，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、經過物理運算用虛擬攝像機來“拍攝”出來。

電影中有幾個關鍵的CG技術：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的小丑魚的神態模擬。這一技術正廣泛被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，目的在于不需要重復定義動畫的動作。Pixar為此應用了一個新的技術patht，例如環繞著小丑魚父子的魚群（圖2）就是由此技術生成。第三是運動捕捉（motion capture），魚類的游泳并不是藝術家的一時靈感，而是真正地學習了自然界魚類的游泳動作并把它捕捉下來，再應用到CG的三維模型中。這是目前應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技術的兩個主流方向。例如海龜的游泳動作（圖3）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“半現實”效果成為Pixar動畫標志。

《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動畫師都在傳統的迪斯尼風格培育下成長。以《海底總動員》為標志，Pixar已經融會貫通了三維動畫真實感和傳統卡通的夸張效果，與迪斯尼從二維動畫發掘的戲劇喜劇效果不同，使動畫片更加震撼人心。CG影片的發展歷史其實也是與傳統的二維動畫影片競爭的過程。二維動畫實質上是傳統的繪畫藝術，三維動畫卻是藝術和CG技術的結合。Pixar的三維技術應該是未來的發展主流。