論計算機動畫技術與電影制作

[摘要]計算機動畫的生物學基礎著手，剖析了制作電影計算機動畫需要的軟件和硬件，進而對計算機動畫進行了分類。但是，電影中計算機動畫仍然面臨一些問題，針對這些問題提出了相應的解決方案。

[關鍵詞] 計算機動畫 電影 軟件 造型

一、概述

計算機動畫是計算機圖形學和藝術相結合的產品，計算機動畫已廣泛應用于影視特技、商業廣告、虛擬現實、游戲制作、教育等各個領域。1982年，迪斯尼推出第一部計算機動畫電影一Tron(《電腦爭霸》)。世界電影史上《泰坦尼克號》的成功很大程度上歸功于計算機動畫的大量運用。

二、計算機動畫的生物學基礎

計算機動畫是指采用圖形與圖像的處理技術，借助于編程或動畫制作軟件生成一系列的景物畫面，其中當前幀是前一幀的部分修改。人眼是重要的成像裝置，視覺暫留效應是電影中計算機動畫得以應用的生物學基本條件。實驗證明：動畫和電影的畫面刷新率為24幀／秒，即每秒放映24幅畫面，則人眼看到的是連續的畫面效果。計算機動畫是采用連續播放靜止圖像的方法產生物體運動的視覺效果。

三、制作電影計算機動畫的軟件和硬件

計算機動畫的制作基本包括立意、編寫腳本、編寫故事板、建立人物模型、配音、計算機動畫制作、剪輯等，最終都要利用制作動畫的軟件和硬件才能完成。

在電影計算機動畫的制作中，SGf的超級圖形工作站是最好的三維硬件平臺，它具有強大的圖形圖像處理能力。Softimage3D、MAYA、Flint等軟件在SGI臺上可以發揮最好的性能。雖然PC平臺已成為計算機動畫制作的工具，但SGI仍然是高端運用的主要平臺。

只有高性能的硬件平臺還不夠，電影中逼真的計算機動畫還是要利用功能強大的三維圖像軟件來實現。工作站級的圖形圖像處理軟件有Softimage、Alias／WavefrontSoftimage 3D是Softimage公司出品的三維動畫制作軟件。《侏羅紀公園》中身手敏捷的速龍、《閃電悍將》中閃電俠飄蕩的斗篷，都是利用Softimage3D來制作的。

MAYA有更大的可控制性和可操作性。MAYA在建模、渲染、場景和數字角色的制作等方面都非常方便。它采用Obiect orientedC++code整合OpenGL圖形工具。MAYA的核心技術是MEL Scripting和Command語言。

在其他國家Houdini是一個使用頻率很高的計算機動畫制作軟件。Houdini的強大功能在于它的變形球系統和粒子系統。此外還有3DsMax、LIGHTWAVE3D軟件等。

四、電影中計算機動畫的分類

按照制作的基本技術計算機動畫可以分為關鍵幀動畫、運動捕捉動畫和計算動畫。關鍵幀動畫是通過定義動畫的起始幀和結束幀，通過計算機的軟件計算出中間幀，通過定義直線的或者曲線的運動的路徑來定義中間幀。運動捕捉動畫是通過在演員身體的各部分安裝發光物體，多部攝影機同時拍攝演員在指定范圍內的動作，再經電腦系統分析光點的運動，進而產生計算機動畫角色的運動模型。計算動畫是運用運動學中的正求或反求的原理從已知運動的起始位置去確定運動的結束位置，或給出運動的結束位置，再給定運動的速度、方向和一定的運動的級聯關系，來求出運動的起始的位置。

五、電影中計算機動畫面臨的問屬與解決方案

1．運動的視覺感知問題

電影是通過觀眾的各種感觀，主要是通過視覺信息的獲得而產生對運動的感知效果。物理學中的速度、加速度、慣性、質量、重量、作用力與反作用力，光學中的明暗、陰影、光的折射與反射，動力學中運動的級聯關系、自由度的控制；生物學中生物受到一定的刺激后的本能反映、面部表情、行為舉止，對其心理思維的感知，與聲音的模擬、合成與運動同步性的處理等的綜合效果，會給觀眾以一個綜合的感知效果，制作計算機動畫時，必須考慮到這些視覺感知的問題，才能獲得更逼真的效果。

2．計算機動畫的造型方法

在計算機動畫造型時涉及正向運動學、逆向運動學、動力學、彈性理論、流體動力學等學科。在計算機動畫設計中，人體造型是非常復雜的問題。人體的自由度在200個以上。人的肌肉形狀非常復雜，且隨人體的運動而變形，softimage軟件提供了很強的元球造型和動畫功能。可以較好的解決人體造型方面的問題。動畫軟件Maya、Softimage和Alias／Wavefront都提供正向運動學和逆向運動學的動畫設置方法。Maya是一個面向角色動畫的軟件，Softimage有一個設置關節動畫的模塊Actor。在計算機動畫中，建立有真實感的運動物體并保持對其運動的精確控制是很難的，一般在運動的復雜度和可控性進行合理的取舍。

3．計算機動畫的制作成本和制作周期

計算機動畫是一項非常高投入的制作。世界著名的數字工作室Digital Domain公司，用了300多臺SGI超級工作站，50多個特技師夜以繼日制作《泰坦尼克號》中的計算機動畫，用了一年半的時間才完成。利用一些PC而不是工作站制作一些簡單的動畫過程，利用一些NT板的三維圖形軟件，建立一些可以重復利用的圖形、圖像、材質、光源、運動部件、角色、表情、自然景觀的模擬資源庫可以適當降低制作的成本，減少重復性的勞動，提高資源庫元件的利用效率，縮短產品的生產周期。

六、結論

電影中的計算機動畫是圍繞電影的主題，突出地創造出一些特殊的視覺效果。在傳統的拍攝很難達到或難以達到較好效果的情況下，由計算機動畫來展現。但是如果一味的追求視覺效果而忽略電影本身是一種藝術與技術的有機結合的作品，忽略電影的制作成本，計算機動畫也就失去了其在電影中存在的合理性。