CG動(dòng)畫(huà)探析

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在追求真實(shí)感方向的研究發(fā)展已進(jìn)入一個(gè)發(fā)展的平臺(tái)期，基本上各種真實(shí)感特效在不計(jì)較計(jì)算代價(jià)的前提下均能較好得以重現(xiàn)。然而，人們創(chuàng)造和生成圖片的終極目的不僅僅是展現(xiàn)真實(shí)的世界，更重要的是表達(dá)所需要傳達(dá)的信息。

CG的由來(lái)

CG是英語(yǔ)Computer Graphics的縮寫(xiě)，是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視覺(jué)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。它既包括技術(shù)也包括藝術(shù)，幾乎涵蓋了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行的所有的視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作活動(dòng)，如平面設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫(huà)、影視特效、多媒體技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的建筑設(shè)計(jì)等。現(xiàn)在CG的概念正在擴(kuò)大，已經(jīng)形成一個(gè)可觀的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，我們提到CG時(shí)，一般可以指以下四個(gè)主要領(lǐng)域：CG藝術(shù)與設(shè)計(jì)、游戲軟件、動(dòng)畫(huà)、漫畫(huà)。

CG動(dòng)畫(huà)指電腦制作動(dòng)畫(huà)，就是電腦原先就制作好了的動(dòng)畫(huà)，主機(jī)只需要播放就可以了。跟它相對(duì)應(yīng)的是即時(shí)演算動(dòng)畫(huà)，是一段程序需要主機(jī)進(jìn)行計(jì)算才能播放出的動(dòng)畫(huà)。一般來(lái)說(shuō)，CG動(dòng)畫(huà)的畫(huà)面要比即時(shí)演算的強(qiáng)上不少，占用的空間也比即時(shí)演算的要少。但是CG動(dòng)畫(huà)缺少變化性，無(wú)法即時(shí)更改動(dòng)作。

在電影特技中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的一個(gè)重要應(yīng)用就是制作電影特技 可以說(shuō)電影特技的發(fā)展和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的發(fā)展是相互促進(jìn)的。1987年由著名的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)專家塔爾曼夫婦領(lǐng)導(dǎo)的MIRA 實(shí)驗(yàn)室制作了一部七分鐘的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)片《相會(huì)在蒙特利爾》 再現(xiàn)了國(guó)際影星瑪麗蓮·夢(mèng)露的風(fēng)采。1988年，美國(guó)電影《誰(shuí)陷害了兔子羅杰》（Who Framed Roger Rabbit？）中二維動(dòng)畫(huà)人物和真實(shí)演員的完美結(jié)合，令人瞠目結(jié)舌、嘆為觀止 其中用了不少計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)處理。1991年美國(guó)電影《終結(jié)者II：世界末日》展現(xiàn)了奇妙的計(jì)算機(jī)技術(shù)。此外，還有《侏羅紀(jì)公園》（Jurassic Park）、《獅子王》、《玩具總動(dòng)員》（Toy Story）等。

行業(yè)趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)狹義上是一種研究基于物理定律、經(jīng)驗(yàn)方法以及認(rèn)知原理，使用各種數(shù)學(xué)算法處理二維或三維圖形數(shù)據(jù)，生成可視數(shù)據(jù)表現(xiàn)的科學(xué)。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支領(lǐng)域與應(yīng)用方向，主要關(guān)注數(shù)字合成與操作視覺(jué)的圖形內(nèi)容。廣義上來(lái)看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅包含了從三維圖形建模、繪制到動(dòng)畫(huà)的過(guò)程，同時(shí)也包括了對(duì)二維矢量圖形以及圖像視頻融合處理的研究。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)過(guò)將近40年的發(fā)展，已進(jìn)入了較為成熟的發(fā)展期。目前，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與加工，影視動(dòng)漫，軍事仿真，醫(yī)學(xué)圖像處理，氣象、地質(zhì)、財(cái)經(jīng)和電磁等的科學(xué)可視化等。由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在這些領(lǐng)域的成功運(yùn)用，特別是在迅猛發(fā)展的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)中，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)是目前各國(guó)優(yōu)先發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)，具有高科技、高投入與高產(chǎn)出等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2009年3月，美國(guó)動(dòng)畫(huà)夢(mèng)工廠所拍攝的三維動(dòng)畫(huà)片《怪物史萊克II》在預(yù)算為1.5億美元的情況下，獲得了超過(guò)9.2億的全球累計(jì)票房。而我國(guó)在2008年度共制作完成的國(guó)產(chǎn)電視動(dòng)畫(huà)片249部，計(jì)131042分鐘，與2007年度相比增加了近28%。另一方面，由于這些領(lǐng)域應(yīng)用的推動(dòng)，也給計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展提供了新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

圖形渲染是整個(gè)圖形學(xué)發(fā)展的核心。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，影視動(dòng)漫以及各類可視化應(yīng)用中都對(duì)圖形渲染結(jié)果的高真實(shí)感提出了很高的要求。同時(shí)，由于顯示設(shè)備的快速發(fā)展，人們要求能提供高清分辨率（1920x1080），進(jìn)一步要能達(dá)到數(shù)字電影所能播放的4K分辨率（4096x2060）；色彩的動(dòng)態(tài)范圍也希望從原來(lái)每個(gè)通道的8Bit提高到10bit及以上。雖然已有的圖形學(xué)方法已經(jīng)能較為真實(shí)地再現(xiàn)各類視覺(jué)效果，然而為了能提供高分辨率高動(dòng)態(tài)的渲染效果，必須消耗非常可觀的計(jì)算能力。一幀精美的高清分辨率圖像，單機(jī)渲染往往需要耗費(fèi)數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)。為此，傳統(tǒng)方法主要采用分布式系統(tǒng)，將渲染任務(wù)分配到集群渲染節(jié)點(diǎn)中。即使這樣，也需要使用上千臺(tái)計(jì)算機(jī)，耗費(fèi)數(shù)月時(shí)間才能完成一部標(biāo)準(zhǔn)90分鐘長(zhǎng)度的影片渲染。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在追求真實(shí)感方向的研究發(fā)展已進(jìn)入一個(gè)發(fā)展的平臺(tái)期，基本上各種真實(shí)感特效在不計(jì)較計(jì)算代價(jià)的前提下均能較好得以重現(xiàn)。然而，人們創(chuàng)造和生成圖片的終極目的不僅僅是展現(xiàn)真實(shí)的世界，更重要的是表達(dá)所需要傳達(dá)的信息。例如，在一個(gè)所需要描繪的場(chǎng)景中每個(gè)對(duì)象和元素都有其相關(guān)需要傳達(dá)的信息，可根據(jù)重要度不同可采用不同的繪制策略來(lái)進(jìn)行分層渲染再加以融合，最終合成具有一定表意性的圖像。為此，研究者已經(jīng)開(kāi)始研究如何與圖像處理、人工智能、心理認(rèn)知等領(lǐng)域相結(jié)合，探索合適表意性圖形生成方法。而這一技術(shù)趨勢(shì)的興起，實(shí)際上延續(xù)了已有的非真實(shí)感繪制研究中的若干進(jìn)展，必將在未來(lái)有更多的發(fā)展。

總 結(jié)

CG技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始為影視視覺(jué)服務(wù)，從最早pixar開(kāi)始運(yùn)用電腦將手繪的二維動(dòng)畫(huà)往三維CG動(dòng)畫(huà)發(fā)展，影視動(dòng)畫(huà)就開(kāi)始蓬勃發(fā)展，從1995年pixar公司的《玩具總動(dòng)員》成功上映，到2011年《變形金剛3》《怪物史瑞克3》站上電影票房之巔。無(wú)不預(yù)示著電影動(dòng)畫(huà)的發(fā)展前景。而中國(guó)第一部全三維動(dòng)畫(huà)電影有環(huán)球數(shù)碼制作的《魔比斯環(huán)》在2006年成功上映奠定了中國(guó)CG影視的第一步，到今中國(guó)CG不斷發(fā)展，衍生出很多CG影視公司，拉動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和就業(yè)。未來(lái)中國(guó)CG動(dòng)畫(huà)還將蓬勃發(fā)展。

（作者單位：遼寧科技大學(xué)）

作者簡(jiǎn)介：

呂洪，男，黑龍江哈爾濱人，出生于1990年1月20日，學(xué)歷：本科，職稱：學(xué)生，研究方向：影視動(dòng)畫(huà)，郵編：114041。

王瓊，女，籍貫：遼寧鞍山，出生于1982年4月8日，職稱：遼寧科技大學(xué)動(dòng)畫(huà)系教師，研究方向：影視動(dòng)畫(huà)，郵編：114041。