生物三維動畫科普影片的制作流程與特性研究

焦 琨

（遼寧師范大學 遼寧 大連 116081）

生物三維動畫科普影片的制作流程與特性研究

焦 琨

（遼寧師范大學 遼寧 大連 116081）

研究三維動畫在生物科研活動中的具體應用，能夠使三維動畫更好地服務于生物科研與教學領域，為生物領域科普活動與科研的發展打開新的局面。本文概述了科普影片的傳播目的，分析和比較了三維動畫科普影片的優勢與劣勢，并在此基礎上探討了生物三維動畫科普影片的特性與制作流程。

科普教育；形象化；靈活性

一、科普影片的傳播目的

“科普”一詞，應源于1959年英國人查理斯·波西史諾《兩種文化與科學革命》的演講內容，這是現代社會對于科普開始了解及重視的開端，在以人文社會為主流的時代，這一概念的提出也逐漸發掘了科學于社會發展和人民生活之間的重要聯系，因為科學所要普及的即是以人文為主的社會環境。更好的公民科學素養的養成與質量的提升，是促進國家繁榮的重要因素，并可以提供更優質的社會決策和更高質量的個人生活，提高廣大民眾的科學素養是對未來的投資。目前世界各國推廣科普教育的政策雖然各有不同，但是都對科普教育的推廣工作非常重視，且不乏積極發展的案例。在歐洲，大多數民眾都看好一般科學和技術所帶來的好處；根據美國相關機構的研究顯示，超過百分之八十的美國民眾表示出對生活上具有普遍利益的科學知識有一定的興趣；在澳洲，大部分的民眾也認為，科學技術是改善生活的重要因素。

如何喚起學生對于科學知識的興趣與學習動力，是近年來科學教育最關注的議題之一。過去科普或科教領域的研究主要關注于學習效率的提升，或改變教學策略對成就表現的影響。然而，推廣科學教育的目的是提升學生對科學的學習興趣，有相關機構調查發現，觀眾在聽完科學知識講座后，自身在對科學知識的理解和對于相關知識的學習態度及學習興趣方面有明顯提升。科學教育因內容議題廣泛，對于科學知識的學習效益研究、學習動機和科學素養等相關議題皆會產生積極影響。

學生在科學、科技知識課程中，能連結科學概念、理解與知識的相關應用，甚至在課程結束后，會持續關注相關議題并統籌所學內容，這就是科普影片所應起到的作用。具體說來，注重科普影片的傳播可以達到以下的效果：

（一）大眾能肯定科學研究、科學方法、科學精神與其重要性，并能接受及推廣這些方法與價值；

（二）吸引更多民眾投入相關活動；

（三）促進專業與非專業領域的溝通了解，激發跨領域的新研究。

所以，科普影片的傳播目的不僅在于學習科學知識，更重要的是協助對科學的了解，并提升科普議題的關注與學習。科學知識是透過不斷辯證、收集數據并評估進而取得發展的，所以，借由科普影片輔助及整合科學知識內容，有助于延續學生在科學領域的認識得到進一步發展。

二、三維動畫科普影片的優劣勢比較

近些年來，隨著科技的不斷進步，科普影片的拍攝形式也由過去依靠相機、攝像機實景實地拍攝的單一拍攝方式，轉為利用計算機運算三維動畫仿真圖像的新型科普影片制作方式。那么，這種新型的科普影片拍攝方式相對于傳統拍攝方式，到底有哪些優缺點呢？首先我們來探討優點部分：第一，由于三維動畫完全采用電腦進行制作，在制作空間上可以節省許多，只要是能擺放電腦進行創作的地方都可以進行動畫制作；而其他的影片制作方式，不管是用拍攝方式還是用手繪方式，除了要有繪畫或是制作道具的場地，還需要有拍攝用的攝影棚等工作場所才可以進行制作。第二，利用三維動畫方式制作影片，具有高度的制作靈活性，如果有不滿意的鏡頭需要修改，只需在軟件中修改原有文件的相關參數即可，使得制作和修改過程變得相對簡單；而其他的影片制作方式，一旦出現某個環節的錯誤，可能就必須重做一次，好比實景拍攝的方式，只要有一個地方出錯，可能整個鏡頭就需要全部重拍，這會使得制作過程變得冗長、繁瑣且會消耗更多的資源，拍攝時間上也得不到很好的保證。第三，因為三維動畫能夠模擬生成復雜的環境場面，比起傳統手繪動畫能夠呈現更大的空間變化和更為逼真的視覺效果，而傳統的攝影機或顯微鏡拍攝的方式因為會受到環境、光線以及器材的影響，使得拍攝過程受到諸多限制，往往效果會不盡人意。隨著電腦硬件和軟件科技的不斷向前發展，三維動畫可以呈現出越來越多我們以往無法企及的視覺可能性，從而制作出更為逼真的影像效果。雖然這點有人認為未必更好，但是若純粹以技術層面來看確實是一種進步。第四，三維動畫制作方式能夠節省更多的制作成本，因為不需要大量的人力物力的介入，在資金有限的情況下，只要有一臺中等配置的電腦便能夠開始制作工作，而傳統拍攝方式除了要將畫面用相機或是攝影機拍攝下來，還要將拍攝素材送交后期剪輯以及合成部門進行畫面的后續處理，而現在這些步驟在三維動畫制作的流程里可以在同一臺電腦上完成。

在探討要三維動畫的優點的同時，我們也應注意到利用三維動畫方式制作科普影片也存在一些缺點和問題。第一，是所有利用電腦進行動畫制作的方式下普遍存在的問題，就是過度依賴電腦使得資料的保存方式限于電腦硬件之內，一旦電腦硬件出現損毀，辛苦創作的數據資料很有可能一瞬間化為烏有。第二，也與過度依賴電腦有關。由于制作過程全部或大部分透過電腦完成，軟、硬件之間的配合就顯得尤為重要。一旦軟、硬件之間出現不兼容的情形便會出現制作過程的停滯。例如：當制作過程是由多人共同擔當，并非個人獨立制作時，一旦所用的制作軟件不相同或是版本不同的時候，就有可能出現文件無法相容，導致制作過程停滯的情況。尤其是多人參與制作時，這是經常出現的、非常麻煩的問題。第三，是與電腦硬件配置情況有關。雖然理論上只要電腦能安裝三維動畫制作軟件，就可以進行影片的制作工作，但是實際制作中如果電腦硬件設施過于老舊，即便是軟件能夠安裝，也很難正常使用。這個問題也會影響到將來圖像的輸出以及最終影片的完成時間。硬件設備的落后，使得相對的圖像運算需要花費更多的時間去完成，這會直接導致影片制作效率低下和制作成本的增加。

三、生物三維動畫科普影片的特性與制作流程

傳統生物學教學影片注重知識化、通俗化和形象化，將艱深難懂的生物學知識和生物學技術普及給社會大眾。隨著時代的發展和生物學教學模式的轉變，新世紀的生物學科普影片除了要繼承傳統生物學科普影片的現有特征以外，還應探索面臨的新形勢、新內容和新問題，并以此指導生物學科普影片的創作工作。

隨著音視頻技術和媒體傳播方式的變遷，利用傳統方式拍攝制作的生物學科普影片從畫面效果到視頻內容方面，已遠遠不能滿足當今人們對于生物科學知識學習的渴望。近年來，由于三維動畫技術的精確性、真實性和無限的可操作性，被廣泛應用于影視、教育、軍事、娛樂等諸多領域。利用三維動畫仿真技術制作的影片能夠給人耳目一新的感覺，因此受到了眾多觀眾的歡迎。在國外，三維動畫仿真技術也被廣泛應用于生物學教學影片、科研及科普等多個領域。那么，國內生物三維動畫科普影片的制作與發展現狀又是如何呢？針對這個問題，我們的科研小組做了一系列的調查，結果發現：首先，盡管生物學研究領域特別是教學方面極度需要相當數量的三維生物學動畫科普片的片源，但是國內卻沒有一家機構能夠專業從事此類影片的制作，制作流程和技術表現特質的研究方面仍屬空白；其次，國內目前對于生物學科普影片的制作方面，仍然大多以電子顯微鏡或相機拍攝到的真實圖片或視頻為主，因為現實攝制條件的限制和軟硬件方面的制約，這種傳統拍攝方式得到的影片效果往往不盡人意；最后，國內現在三維生物學動畫科普片的來源，主要是依靠采購國外僅有的幾家相關制作機構制作的片源，影片價格高居不下，內容也不甚豐富，而且品質良莠不齊。

通過以上的調查結果我們不難看出，目前我國生物科普影片的制作中在牢牢把握科學性的同時，必須考慮當今受眾的需要——只有觀眾喜聞樂見的科普影片形式才是“優質產品”。三維動畫具備不受時空、結構與尺度限制的特征，能以逼真的圖像表現無法實拍或者具有危險性的生物生活環境或身體內部構造，使用三維動畫技術能真實、清晰地展示想要表達的生物對象的每一個細節，可以在小規格時段內模擬出實際發生過程漫長的生物研究過程，并可以突破物理屏障，深入對象內部結構進行“拍攝”，也能夠輕松模擬在顯微鏡條件下難以拍攝到的對象外形和運動，適宜表現那些強調真實感、空間層次感的復雜研究題材，其制作修改靈活性較強，畫面質量能得到很好地控制，以上特點使得三維動畫將成為今后一段時間生物科普影片表現的主要手段和趨勢。

生物三維動畫影片的制作過程依照制作團隊人員的數量和制作成本的不同會有一些差異，但是其整體的制作流程大體相同。本文以筆者制作影片的過程為例，大致將生物三維動畫科普影片的制作流程總結并劃分為：前期制作階段、動畫中期制作階段和后期合成階段等三大步驟。

（一）前期制作階段

這一階段主要將影片的構思、文獻收集過程中的生物物種、生活習性和細胞結構特點等資料，透過與生物科學專家的不斷溝通交流，取得科學層面上的建議與確認，并充分結合三維動畫制作的特點，由故事大綱延伸出完整的文字劇本及基本美術造型設計方案，包括整體畫面風格設計、生物造型設計、色彩氣氛設計等步驟，然后將細化的文字劇本給予鏡頭語言，制作成完整的畫面分鏡頭臺本，即完成影片的前期制作階段。

（二）動畫中期制作階段

這一環節主要將完整的前期美術設計方案依照設計完成的圖樣，進行諸如三維數字模型搭建、材質貼圖、骨架綁定等工作，之后再進行生物角色的動畫設計、三維虛擬鏡頭運鏡、燈光、特效等方面的設定與測試，最后進行全片三維圖片序列素材的渲染輸出解算工作。

（三）后期合成階段

主要通過后期制作軟件完成圖片序列素材的剪輯與畫面效果調整處理工作，調整好畫面的節奏與色調，并對照畫面影像來制作影片中的全部字幕，最后將視頻進行完整輸出，得到最終成片。

以下便是筆者總結歸納的整個三維動畫科普影片的制作流程圖，如圖1所示：

圖1　

盡管目前國外已經有關于三維生物學動畫的制作案例，然而，這在我國生物學研究界的應用至今仍然處在起步階段。研究三維動畫在現代生物學研究活動中的運用，能夠使三維動畫更好地服務于生物學研究和其他相關科研項目，為生物學科研與科普活動的發展帶來新的契機。

［1］彭國華，陳紅娟編著.3ds Max三維動畫制作技法（基礎篇）［M］.科學出版社，2009.

［2］［美］葛詹尼加等著.周曉林，高定國等譯.認知神經科學——關于心智的生物學［M］.機械工業出版社，2011.

［3］毛松午，李藝康，顧潔燕等.美國IMAX醫學科普電影《人體奇跡》給我們的啟示［J］.中國醫學教育技術，2010（6）.

［4］徐越華.談醫學科普動畫片《我從哪里來》的制作［J］.中國醫學教育技術，2012（4）.

J954

A

1007-0125（2015）12-0101-03

遼寧師范大學青年科研項目（項目編號：LS2014W022）結題論文。