三維角色動作的力學仿真

摘 要：三維角色動畫的力學仿真與真實世界的物體力學運動規律有著密不可分的關系。動畫藝術是物體力學的畫面表現形式，由于動畫的制作技術特點，三維動畫自有優點和不足。伴隨著動畫技術的不斷更新，一部分動畫片已采用真人動作捕捉動畫技術與三維動畫技術結合運用的方式，憑借各自獨有的長處和優勢來豐富動畫的畫面。本文具體論述了真實世界的運動規律與三維角色動作仿真的特點，以及動作捕捉技術與三維動畫的結合運用。

關鍵詞：角色動作；運動規律；動作捕捉

三維角色動畫是計算機動畫技術中最具挑戰性的課題之一，涉及的建模、運動控制和繪制三個過程均較為復雜。其中，運動控制技術由于人體或動物的運動涉及大量的自由度，非常復雜，尤為困難。人體或動物的任何動作都是許多因素的協同作用所致，不是看起來那么簡單。

1 三維角色動作的相關因素的構成分析和創作

很多人認為動畫動作設計是可以隨心所欲、信手拈來的。它的變化甚至是不可捉摸的。某種意義上來看，可以這樣說。但在這個自由的創作空間中，動畫動作設計其實具有很強的邏輯性、規律性，影片中的角色動作必須符合其正確的邏輯關系和運動規律。所謂正確的邏輯關系和規律，是指在影片范圍內能夠被人們理解、認同、接受的因果關系與動作規律。

動畫影片中的世界是人們虛擬出來的，是假定性的藝術。但一切因素都應該具有邏輯性。動作應該符合自然的力學運動規律，否則就不會被觀眾理解、接受和認同。

角色性格、情緒、特征、劇情和場景是決定動作的因，動作本身是這些因素綜合作用的果。性格是指角色在影片中所具有的性格特征，包括其興趣愛好等。情緒是指角色在動作表演時所具有的心情。特征指角色形象的基本特征。劇情是指影片的故事內容。場景是指鏡頭中場地景物的設置。

舉個例子，角色A和B開心地在山洞中撿寶石。A的性格純真、有愛心，是憨厚的小大哥；B則貪心，虛榮。我們來分析一下角色A的動作因素：性格是純真、有愛心、憨厚，情緒是開心，特征是“小朋友”；劇情是撿寶石；場景是山洞。動作結果是A表情高興地拿著一個小包，蹦蹦跳跳地，撿自己喜歡的、認為好看的寶石。如果寶石有點臟，他會擦干凈，甚至邊撿邊想“這個送給老師，那個最漂亮的送給妹妹做生日禮物，另外一個留給弟弟作比賽勝利之后的獎勵”等等。在這個動作設計中，A表情高興是因為情緒“開心”。“送給老師，送妹妹”體現他可愛、純真、有愛心的性格。蹦蹦跳跳的動作體現他“小朋友”的特征和“開心”的情緒。撿寶石是劇情要求。“給弟弟做獎勵”表現了他是“有愛心的小大哥”。在這里，場景沒有做具體的描述，場景也會在客觀上影響動作的最終結果。假如山洞中有水坑，那么在動作過程中就可能涉及繞過水坑；如果寶石被埋在地下，則可能要用手去挖等等。這些角色動作的完成，都體現了力學仿真的應用，在創作中更要注意這些情景，動作設置要符合劇情和角色的表演，不能憑空無所顧忌地脫離現實。在角色A的動畫表演中，我們要立足人們對客觀世界的認識，只有這樣才能被觀眾所接受。

2 角色動作運動規律的力學仿真

在動畫片中，不管意圖是敘事或論人，都離不開塑造成功的、豐滿立體的角色形象。角色的動作是表達和演繹角色的關鍵因素。動作設計是否合理，直接影響動畫片的質量。應該怎樣做才能制作出正確合理的動作呢？我們應該首先認真分析角色動作的因果關系。這在動作中至關重要，也是起決定性作用的環節。在立足客觀現實的基礎上，要體現其影視的藝術性。角色動作在力學仿真時，還有其自身的規律。

2.1 夸張和變形的應用

夸張與變形動作在角色動畫創作中占有重要的比例，動作表演夸張與變形更注重趣味性、幽默感。同時，為突出創作作品的某些特征或某些個性元素，應進行局部的變形和夸張，但夸張變形并不是漫無目的地隨意擴大縮小，拉長或壓扁，而應根據角色在情節中的個性要求來進行處理。動畫角色的變形夸張還應注重幻想性和趣味性，盡量在有趣味的范圍內具備幽默感。為了表現夸張變形的視覺張力，動畫藝術吸收了戲曲、舞蹈等藝術形式中的夸張元素，并加以融會貫通。因此，夸張變形的方法是多種多樣的，如在造型設計、動作設計及角色表演等方面都運用了夸張與變形技法。

2.2 預備和緩沖的掌握

所謂的預備動作，就是動畫角色在朝某一設定動作方向運動之前所呈現的一個反方向的動作。在自然界中，角色動作的這種力學是存在的。在動畫片中，預備動作可以使角色的動感顯得更清晰、更突出、更富有卡通韻味。在歐美的卡通片中，這個概念比較明顯，而日本卡通片大都以寫實為主，相對就沒那么明顯了。

2.3 壓縮與伸展的運用

當物體受到外力作用時，必然產生形體上的壓縮和伸展。動畫中運用壓扁和拉長的手法，夸大這種形體改變的程度，以加強動作上的張力和彈性，從而表達受力對象的質感、重量，以及角色情緒上的變化。例如，驚訝、喜悅、悲傷等。

2.4 跟隨動作與重疊動作的運用

在職業動畫師的討論中，我們習慣于把無生命的被動運動物體產生的延遲運動效果稱為“跟隨動作”，如頭發、衣角、配飾、尾巴的放松狀態，或者一只脫臼了的手臂。這些動作是動畫師對真實世界物體運動的模擬、歸納、總結和應用。重疊動作更多的是指身體各部位的運動不會同時開始，也不會同時結束。在制作中，某些部位的空間幅度和開始、結束時間，會因為重量不同、力量產生的原因不同、質感不同或者為了達到某種特殊效果，而出現不同的狀態。這些不同有的顯而易見，有的看不出來但是能感覺到，但是他們的存在，可以讓觀眾感覺到肢體是由骨骼和肌肉所組成的血肉之軀，而不是機器。重疊動作會為角色添加一些靈性，讓觀眾感覺到真實自然。

3 動作捕捉的力學仿真

隨著技術的更新，動作捕捉廣泛應用于三維動畫角色。3D光學動作捕捉系統可進行最精確的運動捕捉、自由度測量、微動測量、三維平臺運動測量。通過運動捕捉設備對演員的表演技術動作進行捕捉，得到數據文件，應用三維軟件進行演員人體動作分析，最后導入捕捉數據文件賦給所建的演員人體模型進行實時運動技術表演，為演員和導演提供直觀、形象的動作虛擬仿真，從而改進和提高影片表演技術動作。

總之，三維動作僅僅是動畫的一種表現手法，其運動的力學規律，都是仿真于真實世界。只要能夠定位好動畫自身的主題，保持自身的特色，發揚自身的優勢，找到合適的結合點，利用好先進的動畫技術、合理的力學仿真規律，就一定能在三維動作表演市場上大展拳腳。

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作者簡介：肖鋒（1981—），男，湖南人，湖北美術學院碩士，湖南工藝美術職業學院講師，研究方向：動漫設計。