3D打印技術(shù)在影視動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用研究

吳文聰

摘 要：文章對(duì)3D打印技術(shù)在偶動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀及意義，基本內(nèi)容、主要難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，基本思路方法、路徑和目標(biāo)進(jìn)行概略的探討。

關(guān)鍵詞：3D打印；3D打印技術(shù)；3D Print；偶動(dòng)畫(huà)；逐格動(dòng)畫(huà)；動(dòng)畫(huà)

檢 索：www.artdesign.org.cn

中圖分類(lèi)號(hào)：J9；T-19 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-2832（2016）09-0072-03

Research on the Application of 3D Printing in Animation

WU Wen-cong（Beijing Film Academy-Modern Creative Media College，Qingdao 266520，China）

Abstract ：3D printing technology in the animation application and research situation，significance，basic content，main difficulties and innovation，basic train of thought，method，path and target outlines the discussion.

Key words ：3D printing； 3D printing technology；animation；puppet animation；stop-motion animation.

Internet ：www.artdesign.org.cn

一、3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀及意義

（一） 3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中應(yīng)用及研究的現(xiàn)狀

1.應(yīng)用情況。在國(guó)際范圍內(nèi)3D打印技術(shù)在電影美術(shù)和偶動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越普及和成熟，在國(guó)內(nèi)卻比較少見(jiàn)，此項(xiàng)研究將在提高影視制作效率和效果方面發(fā)揮顯著的作用。國(guó)際上已將3D打印技術(shù)（3D Print）應(yīng)用在逐格動(dòng)畫(huà)（Stop Motion）的拍攝中，在逐格動(dòng)畫(huà)影視作品中的運(yùn)用已較為成熟。其應(yīng)用領(lǐng)域主要在以下幾個(gè)方面：

（1）角色的表情制作：傳統(tǒng)定格動(dòng)畫(huà)制作中，角色的面部表情制作受到技術(shù)手段落后的制約，在表情的生動(dòng)靈活性和制作的便利性上有很大的缺陷。

3D打印技術(shù)解決了這個(gè)由來(lái)已久的技術(shù)難題。在電腦中創(chuàng)造角色的三維造型，然后通過(guò)骨骼綁定等便捷的三維手段，流程化的創(chuàng)造出動(dòng)畫(huà)表情。這項(xiàng)技術(shù)在2009年提姆波頓的院線動(dòng)畫(huà)鬼媽媽?zhuān)–oraline）中使用，完全替代了傳統(tǒng)的手工制偶技術(shù)。影片中有21個(gè)角色，超過(guò)207000個(gè)面部表情。影片的制作和拍攝工期僅僅用了兩年時(shí)間，比傳統(tǒng)的手工制偶工藝提升了2到3倍的制作速度。提姆波頓的御用逐格公司Laika，無(wú)敵掌門(mén)狗的制作公司Ardman都是3D打印技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者和推廣者。Laika新片《通靈男孩諾曼》中的男主角Norman，擁有近140萬(wàn)個(gè)不同表情，這就是技術(shù)革新的魅力。

（2）場(chǎng)景道具打印：法國(guó)動(dòng)畫(huà)師Gilles Alexander Deschaud的短片《Chase Me》，是一部全部使用3D打印技術(shù)的試驗(yàn)之作。不僅僅是角色身體和表情，片中的場(chǎng)景和道具也全部由3D打印機(jī)制作，對(duì)傳統(tǒng)的制景技術(shù)進(jìn)行了完美的細(xì)節(jié)補(bǔ)充和時(shí)間流程上的優(yōu)化。

2.研究情況。國(guó)內(nèi)有關(guān)研究始于2012年。這一年《現(xiàn)代電影技術(shù)》刊文介紹了《通靈男孩諾曼》中定格動(dòng)畫(huà)、彩色三維打印及后期特效的結(jié)合。此后，陸陸續(xù)續(xù)在一些文章中出現(xiàn)了與3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中應(yīng)用的內(nèi)容。但與3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中應(yīng)用直接相關(guān)的研究文獻(xiàn)數(shù)量十分有限，截至2015年只有9篇。可以說(shuō)， 目前國(guó)內(nèi)對(duì)3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中應(yīng)用的研究剛剛開(kāi)始， 處于起步階段，研究成果還比較凌亂和膚淺，觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)多處于對(duì)3D打印的感性階段。

（二） 3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中應(yīng)用研究的意義

首先，作為國(guó)內(nèi)屈指可數(shù)的偶動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)，豐富和完善偶動(dòng)畫(huà)理論是當(dāng)務(wù)之急。本項(xiàng)目的研究對(duì)豐富動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)理論有積極意義。其次，研究有助于打通專(zhuān)業(yè)和教學(xué)之間的壁壘，成為三維和偶動(dòng)畫(huà)在技術(shù)上的橋梁，用最前沿的技術(shù)手段更高效解決動(dòng)畫(huà)的技術(shù)和專(zhuān)業(yè)難題，對(duì)于教學(xué)和科研都有很大的學(xué)術(shù)意義。再次，雖然目前國(guó)內(nèi)3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中應(yīng)用的研究剛起步，成果有限，但3D打印在偶動(dòng)畫(huà)中的運(yùn)用研究已經(jīng)成為動(dòng)畫(huà)研究，特別是偶動(dòng)畫(huà)中的一個(gè)新的研究方向與熱點(diǎn)，在可以預(yù)期的未來(lái)，將會(huì)有更多的高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)投入到這一研究與應(yīng)用之中，將會(huì)有更多、更新的研究成果問(wèn)世，為偶動(dòng)畫(huà)制作增添新的動(dòng)力與創(chuàng)造性原素。這將對(duì)動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

二、研究的基本內(nèi)容、主要難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

（一）基本內(nèi)容

1.3D打印技術(shù)在偶動(dòng)畫(huà)表情中的應(yīng)用。傳統(tǒng)偶動(dòng)畫(huà)的表情制作根據(jù)制作材料不同而不同，而偶的表情會(huì)用比較傳統(tǒng)的吸鐵石和小貼片或者沾粘的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整（《阿凡提的故事》）缺點(diǎn)是不易控制，發(fā)展到近代隨著翻模技術(shù)和電腦技術(shù)的更新出現(xiàn)了更換頭部的表情制作方法（《圣誕夜驚魂》），雖然解決了控制的難題但工作量依然巨大，且尺寸幾乎無(wú)法更改。

在3D技術(shù)發(fā)展迅速的今天，我們可以運(yùn)用3D軟件制作頭部的模型在軟件中調(diào)整面部表情，進(jìn)行編號(hào)并3D打印，如果其中有損耗用相同方法復(fù)制即可，修改空間大，時(shí)間成本低，且可以調(diào)整整體尺寸同比例縮放。此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上已有初步成果，在國(guó)內(nèi)的偶動(dòng)畫(huà)制作中還是空白。

2.3D打印技術(shù)在偶動(dòng)畫(huà)中場(chǎng)景方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)偶動(dòng)畫(huà)的場(chǎng)景制作根據(jù)美術(shù)風(fēng)格的不同而不同，上海美術(shù)電影制片廠的優(yōu)秀偶動(dòng)畫(huà)作品中，常常是專(zhuān)業(yè)的美術(shù)設(shè)計(jì)人員和導(dǎo)演制定美術(shù)風(fēng)格和制作圖，由專(zhuān)業(yè)的木工師傅來(lái)進(jìn)行制作，經(jīng)過(guò)分層上色等工序最后才能用于拍攝。

現(xiàn)在，美術(shù)設(shè)計(jì)圖經(jīng)過(guò)三維建模完成后，運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行打印，再根據(jù)具體影片的美術(shù)風(fēng)格用不同的材質(zhì)進(jìn)行上色或粘貼制作質(zhì)感即可。不但可以制作立體的場(chǎng)景，分層的景片也可以用3D打印的方式進(jìn)行制作。不但大大縮短了制作時(shí)間，還能保證造型的完整性以及遠(yuǎn)近景的比例關(guān)系。打印的方式可以選擇組裝或是完整的打印，能夠拆分和組裝也正是偶動(dòng)畫(huà)分層拍攝所需要的。

3.3D打印技術(shù)的延展運(yùn)用。除了在動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用，也可以延展到更寬泛的領(lǐng)域中來(lái)。如角色道具：在當(dāng)今電影中隨著魔幻和古代題材越來(lái)越多的涉及，對(duì)于演員道具和服裝的制作要求和數(shù)量也越來(lái)越高。很多電影美術(shù)工作者都運(yùn)用電腦繪圖軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，甚至運(yùn)用3D技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3D打印技術(shù)的運(yùn)用不但可以節(jié)省時(shí)間成本，打印小樣和成品都將成為比傳統(tǒng)工藝更精準(zhǔn)和快捷的手段。如電影置景：在內(nèi)景和棚內(nèi)拍攝的電影中，有很多原比例或有縮放用于拍攝的建筑或家具等，也可以運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行制作。再如電影場(chǎng)景沙盤(pán)的制作：此項(xiàng)目亦可以用于電影場(chǎng)景和影視城的沙盤(pán)制作。還有動(dòng)畫(huà)周邊衍生品的制作，此外，動(dòng)畫(huà)的衍生玩具或模型的制作也可以使用3D打印技術(shù)來(lái)完成。

（二）主要難點(diǎn)

研究的主要難點(diǎn)就在于如何使3D打印的定格動(dòng)畫(huà)更有質(zhì)感。

1.定格動(dòng)畫(huà)同三維動(dòng)畫(huà)的界限越來(lái)越模糊，而實(shí)景實(shí)物拍攝成的定格動(dòng)畫(huà)最大的特點(diǎn)和魅力就在于真實(shí)材質(zhì)的使用，如沙子、木偶、黏土等。材料本身的質(zhì)感是定格動(dòng)畫(huà)影像美感的重要組成部分。通過(guò)布光和攝影技巧，使得影像更具層次感和說(shuō)服力，產(chǎn)生超現(xiàn)實(shí)的生命感，從而達(dá)到令人驚奇的影像效果。3D打印使用的民用廉價(jià)材料，目前主要為ABS塑料，樹(shù)脂等。ABS塑料是一種高強(qiáng)度高韌性的材料，常常用在例如樂(lè)高等兒童玩具上，是家用3D打印機(jī)常用的材料之一。打印出來(lái)的角色和道具，場(chǎng)景往往表面粗糙，有明顯的層層疊加的痕跡。 目前，比較主流的處理方法是，使用水補(bǔ)土等材料將打印出的模型表面補(bǔ)平，再使用硅膠翻模，這樣可以得到質(zhì)感完全光滑的打印模型。然后在這個(gè)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行質(zhì)感的雕琢和紋理的噴繪。

2.3D打印目前普及的障礙在于材料和成本。材料來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的材料種類(lèi)遠(yuǎn)不夠豐富，也不接近民用材料. 絕大多數(shù)的3D打印機(jī)只能打印1種或性質(zhì)接近的幾種材料。成本是普及的最大障礙，這就像電腦在幾十年前所處的階段一樣。目前高精度的3D打印機(jī)都是比較大型且昂貴，技術(shù)專(zhuān)利基本掌握在國(guó)外巨頭公司手中，民用的小型機(jī)使用的是十幾年前的開(kāi)源技術(shù)，精度達(dá)不到使用需求。國(guó)產(chǎn)的3D打印機(jī)往往是噱頭大于實(shí)際，無(wú)論從穩(wěn)定性還是產(chǎn)品質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后國(guó)外，所以國(guó)外公司的技術(shù)壟斷無(wú)疑也使打印機(jī)設(shè)備及耗材價(jià)格居高不下。

相信未來(lái)3D打印會(huì)像以前的2D打印一樣，成本和價(jià)格會(huì)隨著國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)成熟而逐步降低，然后逐漸普及。

（三）主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目在影視中的運(yùn)用還是剛起步的狀態(tài)，但其各種特性都比較適合影視制作領(lǐng)域（高仿真性低功能性等特質(zhì)）。新一代動(dòng)畫(huà)人應(yīng)該將3D技術(shù)運(yùn)用到更廣泛的動(dòng)畫(huà)和新媒體領(lǐng)域中來(lái)，在前人的基礎(chǔ)上做出革命性的改革。

對(duì)3D打印定格動(dòng)畫(huà)的技術(shù)流程進(jìn)行模塊化處理，利用我們學(xué)校三維、偶動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)齊備，以及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，將定格動(dòng)畫(huà)、3D打印技術(shù)，以及后期合成技術(shù)優(yōu)化整合，創(chuàng)造出更為精細(xì)、更具創(chuàng)意和更具流行性的新媒體時(shí)代的動(dòng)畫(huà)形式。從電影和廣告到MV和藝術(shù)電影，讓定格動(dòng)畫(huà)進(jìn)行一個(gè)華麗的轉(zhuǎn)型。

三、研究的基本思路方法、路徑和目標(biāo)

課題的主要研究方法以實(shí)踐為主，最終目標(biāo)是總結(jié)出一套相應(yīng)的實(shí)用理論。

（一）思路和方法

1.前期調(diào)研。搜集國(guó)內(nèi)外3d打印技術(shù)在各領(lǐng)域的成果，著重了解不同型號(hào)打印機(jī)的尺寸和使用壽命，以及不同材料對(duì)于動(dòng)畫(huà)拍攝和影視制作道具制作的使用效果和著色效果。通過(guò)詳實(shí)的調(diào)查和研究找到最適合制作偶動(dòng)畫(huà)所需要的打印機(jī)和打印介質(zhì)。

2.美術(shù)風(fēng)格。研究不同美術(shù)風(fēng)格的逐格動(dòng)畫(huà)，根據(jù)其特性，調(diào)配三維甚至是二維的制作手段，以為不同美術(shù)風(fēng)格的影片找到最合適的打印介質(zhì)和制作方法。爭(zhēng)取做到此項(xiàng)技術(shù)可以最大限度滿足不同風(fēng)格影片的需求。

3.偶的表情（動(dòng)作）制作。目前計(jì)劃嘗試兩種主要的技術(shù)，一種是美術(shù)設(shè)計(jì)稿完成后在3D軟件中建模調(diào)動(dòng)畫(huà)，制作立體的偶進(jìn)行偶動(dòng)畫(huà)的拍攝。另一種是用二維技法繪制動(dòng)畫(huà)，按照序列幀用3D打印技法打印出易于固定的“紙片人”，放置于立體的空間內(nèi)進(jìn)行拍攝。這種技法在國(guó)外很多工作室已經(jīng)有所嘗試，是一種結(jié)合二維三維和逐格拍攝三種動(dòng)畫(huà)優(yōu)勢(shì)技法的一種拍攝手法。

4.偶動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景制作。這部分是可預(yù)見(jiàn)的。利用3D打印技術(shù)中最易于操作的部分，置景在我們近兩年的偶動(dòng)畫(huà)制作中是比較困難的部分，因?yàn)槊佬g(shù)風(fēng)格的不同和專(zhuān)業(yè)木工技巧的匱乏總是無(wú)法將前期的美術(shù)設(shè)計(jì)和具體制作進(jìn)行完美的對(duì)接，利用3D打印技術(shù)我們可以在前期進(jìn)行繪制，中期在電腦中建模將其打印出來(lái)，再進(jìn)行拍攝。大大降低了制作難度和制作時(shí)間，還提高了場(chǎng)景模型的精致度。

5.其他領(lǐng)域的相關(guān)研究。根據(jù)上述研究得出的階段性成果，同理可以運(yùn)用于其他影視門(mén)類(lèi)的制作中，比如新媒體藝術(shù)、電影道具制作、電影特效等制作。

（二）路徑與計(jì)劃

研究以實(shí)踐為主，實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行理論總結(jié)的方法進(jìn)行。重點(diǎn)參與項(xiàng)目的研究人員主要來(lái)自我院偶動(dòng)畫(huà)和三維動(dòng)畫(huà)兩個(gè)部門(mén)，項(xiàng)目進(jìn)度以學(xué)期為單位，結(jié)合教學(xué)逐步解決本項(xiàng)目中的重點(diǎn)技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題。預(yù)計(jì)研究周期為兩年。

（三）研究目標(biāo)

此項(xiàng)研究著重解決動(dòng)畫(huà)不同制作階段所需要解決的技術(shù)難題和不同美術(shù)風(fēng)格影片所需要的技術(shù)為主，階段性成果以報(bào)告和小品和實(shí)驗(yàn)影像的形式呈現(xiàn)。包括：國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)和案例的詳實(shí)報(bào)告，3D打印立體偶的具體實(shí)驗(yàn)小品（著重動(dòng)作和表情表演的流暢），3D打印二維繪制的具體實(shí)驗(yàn)小品（著重二維+三維+逐格三種技術(shù)的無(wú)縫對(duì)接），3D打印偶動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景的具體實(shí)驗(yàn)小品（著重制作場(chǎng)景的材質(zhì)和分層、組接等問(wèn)題），簡(jiǎn)單的電影道具和逐格拍攝所需要的其他打印成果。最終，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)樣片匯整成為一個(gè)技術(shù)流程和風(fēng)格探索的展示短片。

四、結(jié)語(yǔ)

此項(xiàng)研究是一項(xiàng)探索性較強(qiáng)的理論與實(shí)踐并重的研究，可供參考的資料與信息較為有限，加之課題組成員沒(méi)有科研經(jīng)驗(yàn)，缺少必要的科研工作訓(xùn)練，難免會(huì)遇到這樣或那樣的困難。但通過(guò)向師長(zhǎng)求教，與同行交流，加上反復(fù)實(shí)驗(yàn)，能夠達(dá)成預(yù)設(shè)之目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《通靈男孩諾曼》中定格動(dòng)畫(huà)、彩色三維打印及后期特效的結(jié)合[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2012，412（11）：60-61.

[2] 張偉華.定格動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013.

[3] 王亞全，陳麗.三維打印快速成形技術(shù)在定格動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用[J]. 藝術(shù)科技，2013，26（2）：278.

[4] 王建磊.三維打印對(duì)中國(guó)動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的影響[J].大眾文藝，2013，325（19）：202.

[5] 陳雨濛.偶動(dòng)畫(huà)材料在角色表演中的應(yīng)用研究[D].無(wú)錫：江南大學(xué)，2014.

[6] 付培. 3D打印引入動(dòng)漫造型課程的積極性研究[J]. 新課程學(xué)習(xí)（下），2014，210（10）：136.

[7] 黃靜儀，羅岱.三維打印技術(shù)下的定格動(dòng)畫(huà)及發(fā)展前景[J].藝術(shù)教育，2015（03）：53.

[8] 李雄飛.定格動(dòng)畫(huà)材料應(yīng)用研究[J].美術(shù)學(xué)報(bào)，2015（4）：121-124.

[9] 劉凱，陳虓，張曉悅. 3D打印技術(shù)在動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 美與時(shí)代（上），2015，624（10）：81-82.