三維動畫卡通渲染風格的機械感缺陷分析

陳菲儀

摘要：卡通渲染風格是一種重要的三維動畫表現形式，其主要目的在于模仿二維單線平涂動畫的畫面風格。它所依托的卡通渲染技術提高了動畫的制作效率，但同時也給畫面帶來了機械化的美感缺陷。本文綜合運用格式塔心理學等理論，圍繞“秩序”和“簡化”分析了三維動畫卡通渲染與其模仿對象在視覺元素上的差異。并且詳細對比了三維卡通渲染動畫和二維單線平涂動畫的生產過程，深入分析了計算機對前者的異化。旨在通過這一研究挖掘出三維動畫卡通渲染產生機械感缺陷的原因，尋找卡通渲染風格的發展方向。

關鍵詞：卡通渲染；單線平涂；機械感；秩序感

卡通渲染風格是一種重要的三維動畫表現形式。它被廣泛運用于電影、廣告、游戲等領域。它在技術實現方式上與二維單線平涂動畫大相徑庭，但是在視覺形式上卻力求與后者保持高度一致。在技術上，它主要依托卡通渲染（Cel-shading）技術——種非真實感三維渲染（Non-photorealisticrendering，NPR）技術。在藝術上，其目的是使三維圖像呈現出與傳統單線平涂動畫類似的畫面效果——即“勾勒線條，然后在線條圍成的區域內填色”的畫面效果。

當前經過卡通渲染的三維動畫在畫面效果上已經與單線平涂動畫相當接近，但是卻依然存在著機械化的美感缺陷。克服這種缺陷除了依靠技術研究之外，從審美角度進行分析也有助于指明卡通渲染技術的發展方向，并且能夠讓創作者更好地應用這一技術。

1三維卡通渲染動畫和單線平涂動畫在視覺元素上的差異

就當前的三維動畫作品而言，卡通渲染技術依然沒有達到完美模擬單線平涂動畫的境界。這兩者之間的差距可以拆分為具體視覺元素上的差異，如輪廓線、形體、色塊的差異等等。

1.1輪廓線的區別

在三維卡通渲染動畫和二維單線平涂動畫中，輪廓線的主要作用是分割形體與定義結構。這是單線平涂動畫在藝術上的必然要求。單線平涂動畫的顏色層次相對簡單，從而獲得了更高程度的簡化效果，但同時也犧牲了通過顏色區分形體結構的功能。輪廓線成為彌補這一缺陷的重要元素。閉合或半閉合的輪廓線在“完型”機制的作用下，很好地區分了形體的邊界。在定義結構方面，輪廓線描繪了形體的結構變化，使形體的結構有秩序地呈現出來。線條的特征非常簡單，但它卻是組織復雜形體的最有力的視覺符號形式。無論是色塊、肌理還是筆觸，都無法以如此簡潔的方式描繪如此復雜的對象。而線條結構特征的單一性，也有利于凸顯所描繪的對象的結構秩序，增加其整體性。

但是在實際效果上，三維卡通渲染動畫和二維單線平涂動畫的輪廓線卻因為生成方式的不同而產生區別。這種區別表現在兩個方面：輪廓線在幀內的完整性和幀間的秩序感。

在三維卡通渲染動畫中，輪廓線的缺失、中斷和多余的現象比較常見，嚴重影響了線條結構表現的完整性。在三維動畫電影《蘋果核戰記》中，可以發現其輪廓線偶爾會出現不合理的斷點。這些斷點在形式上非常多余，甚至影響了線條的優美。這是因為計算機并沒有將人物的輪廓視為一個整體，而僅僅是根據人物表面的某些參數是否滿足預設條件來進行輪廓線的解算，因此很容易造成輪廓線完整性的缺失。

在幀間的秩序感方面，在二維動畫中，動畫師在描繪某一幀的輪廓線時，往往會結合鄰近畫張來判斷輪廓線的形態，所以能夠從時間連續性上對輪廓線進行完整的思考。而卡通渲染的輪廓線卻是計算機根據對象的形體變化解算出來的。雖然形體變化在時間上也具備一定的秩序感，但是計算機根據形體變化生成的輪廓線卻不一定能很好地從時間上去概括形體的變化，所以卡通渲染的三維動畫的輪廓線變化往往容易顯得僵硬，不如傳統動畫的線條靈活。

1.2體積表現的區別

二維單線平涂動畫通過以陰影線為分割線，在形體亮部施加明度較高的顏色，在暗部施加明度較低的顏色的方法來表現體積。這種做法原先是為了降低動畫制作表現光影的難度，但是在實際應用中卻提高了形體表現的抽象程度和簡化程度，使之呈現出獨特的韻味。卡通渲染三維動畫繼承了這一特點。但是與輪廓線類似，后者所呈現的陰影在結構表現和時間秩序感上也存在著缺陷。在大多數卡通渲染風格的三維動畫片中，應該表現體積的地方偶爾會出現沒有陰影的情況。而在某些結構復雜的地方，畫面陰影卻時常顯得破碎凌亂，甚至影響到了輪廓線的整體感。這些缺陷使得對象的體積表現喪失了優美的感覺。

1.3

色彩豐富程度的區別

進入數字制作時代以后，二維單線平涂動畫的明暗過渡可以通過軟件的模糊和漸變功能做得更加柔和。但是受限于制作技術，這種陰影分界線的柔和程度比較平均，難以表現形體轉折的變化。而三維動畫因為具備實際形體，可以有效地判斷出色彩過渡的層次，所以三維動畫在進行卡通渲染的時候，有時也會用增加色彩過渡的層次來彌補其在輪廓和體積表現的秩序感上的不足。《蘋果戰記2》中的人物色彩層次明顯比第一部更加豐富，畫面的美感也因此而上升。而這種效果已經略微超出單線平涂的范圍，使畫面呈現出一種介于二維和三維之間的質感，可謂是卡通渲染對單線平涂風格的發展。

2三維卡通渲染動畫和單線平涂動畫在表現過程上的區別

三維卡通渲染動畫與二維單線平涂動畫在視覺元素的表現上之所以存在差異，更深層的原因在于兩者的表現過程的不同。

凡是動畫創作，都存在原型對象。這里的原型對象并非直接指向實際存在的對象，而是由創作者對存在對象的認知、理解、想象混合而成的。在最終創作的時候，稍縱即逝、時隱時現的原型對象通過視覺符號被固定下來，成為藝術作品的元素。

在二維動畫中，原型對象在創作者腦海中被壓平為二維圖式，再經由手上的筆表現出來。筆是繪畫的工具，但是如果熟練掌握使用畫筆的方式，畫筆就成為手的延伸，這就是海德格爾所謂的“上手”狀態。在這一狀態下，創作者對動畫形體的思考就能夠被完整地表達出來。

在三維動畫中，這一過程要間接得多，創作者首先要構建出三維模型，再通過計算機對模型進行卡通化渲染處理。這導致創作者的思考方式更多地轉向對立體空間的思考。雖然二維動畫同樣需要考慮對象的立體結構，但是相對來說還是更偏向平面化。同時，三維動畫還需經歷渲染的過程，在這一過程中，計算機依靠著已經構建好的三維形體和創作者預置的參數生成輪廓線和色塊。計算機與畫筆不同，它與使用者的關系是“它異性”的，它用邏輯計算的方式介入了二維圖像秩序感的構建過程。因此，三維卡通動畫的表現過程并非單純藉由人來表現，而是摻雜了計算機所賦予的機械感。這種表現是一種異化的表現，三維卡通渲染動畫的機械感由此產生。

3消除機械感缺陷的方法

3.1克服技術對藝術表現過程的異化

正如海德格爾認為的，技術的本質是“集置”。三維卡通渲染技術在提高生產力的同時，因為技術的復雜性，也擺置著人，使人的想象不能直觀地表現。要擺脫技術對藝術表現的異化并不意味著要放棄技術，而是要在卡通渲染過程中添加更多人為的因素。具體有兩種做法：一是根據人的審美習慣不斷迭代卡通渲染的算法。二是讓創作者直觀地用手繪方式去表現二維畫面，再利用三維技術對動作進行補全。

第一種做法是目前卡通渲染技術發展的常規路徑。在計算機圖形學研究者的努力下，卡通渲染的算法日新月異。就輪廓線檢測算法而言，便有Appel的基于QI的算法、Northrup和Markosian的基于ID參考映像的方法等等。…這些算法的革新在提高渲染速度的同時，也使輪廓線表現得更加自然。

第二種做法是當前三維動畫卡通渲染領域中的新思路。迪士尼獨立開發的Meander系統，讓藝術家先根據模型結構在關鍵畫面上繪制二維線條，隨后軟件獲取三維模型的運動信息，將之前的手繪線條“粘”在三維模型上，使其跟隨模型一起變化。奧斯卡獲獎動畫《Paperman》便是最佳例子。此前的渲染方法不僅不夠直觀，還要求創作者在精通藝術表現的同時掌握一定程度的計算機圖形學知識。即便如此，軟件內部渲染算法的運行對藝術家來說依然是不可見的，創作者需要根據輸入參數之后得到畫面反復調整的數值。現在，藝術家可以用類似傳統動畫的直觀方式繪制若干關鍵幀的線條，再經由計算機將動作補全。這一技術使創作者克服了三維技術對人的擺置。

3.2克服完全模仿的思路

在技術進步的同時，我們也必須意識到，雖然卡通渲染的本意在于模仿二維單線平涂動畫，但并非要成為后者的等價物。三維卡通渲染動畫完全可以揚長避短，在保留單線平涂動畫優點的同時，發揚自己在形體技術上的優勢。

例如，《蘋果核戰記2》畫面的陰影顏色過渡就比第一部更加豐富，充分發揮了三維渲染的優勢。而它的線條則變得更加纖細，淡化了那一時期輪廓線著墨技術的不足。經過這些改進，該片畫面效果比第一部更加精致，同時也實現了傳統單線平涂動畫難以達到的效果。三維動畫的卡通渲染風格完全可以在吸收二維單線平涂動畫的藝術優勢之余，走上一條體現自身優勢的發展之路。

4結語

三維動畫卡通渲染技術從誕生之初就伴隨著機械感的畫面缺陷。在過去20年里，創作者和計算機圖形研究者就一直在為消除這一缺陷而努力。除了技術上的改良，審美上的分析也是克服機械感的必備途徑。雖然三維動畫的卡通渲染風格師從事單線平涂動畫，但是在動畫生產上，前者卻擁有后者不可比擬的優勢。它既可以融入傳統二維單線平涂動畫中，減輕動畫繪制人員的工作量，也可以單獨支撐起一部動畫，使觀眾獲得與普通三維動畫不同的觀影體驗，還可以應用于電子游戲之中，令游戲用戶能夠實時與卡通化的游戲畫面進行互動。與傳統二維單線平涂動畫相比，卡通渲染的三維動畫成本較為低廉，制作更加方便，在互動動畫領域更是具備普通二維動畫所不具備的自由度。通過克服技術的異化和擺脫純粹模仿的思路，三維卡通渲染動畫畫面的機械感缺陷最終將逐漸消除，三維卡通渲染動畫將會迎來比單線平涂動畫更加寬廣的應用前景。