二維動畫場景中非真實材質的渲染制作方法研究

王簫音

摘 要：本文主要研究非真實材質渲染技術在二維與三維相結合的場景制作方法，分析非真實材質渲染在場景制作中應用的案例，并重點闡述案例中分析道具卡通渲染在場景鏡頭對位的方法，總結非真實材質渲染在二維場景表現效果的優勢。

關鍵詞：非真實材質材質渲染；卡通渲染；二維動畫場景

中圖分類號：J218.7 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）32-0268-02

一、非真實材質渲染技術的發展

非真實材質渲染（又稱Non-photorealistic rendering，NPR）是計算機圖形學的一類渲染技術，主要是模擬藝術式的繪畫風格，也用于發展新繪畫風格。NPR技術和傳統的二維動畫不同，NPR技術受到各種藝術風格的影響，如油畫、素描、蠟筆、水墨的影響。許多NPR技術都是三維渲染技術的變體，并且基于二維圖像處理技術。①NPR技術有時也稱為卡通渲染（Cel-Shading），卡通渲染（Cel-Shading）是目前常見的三維建模和二維材質相結合的新興的3D渲染技術，軟件根據造型的形態和光照自動的生成造型的邊緣線并且對材質進行統一化，渲染出的模型結果只有亮面、陰影面和輪廓線，與二維描寫上色也是很相似的，三維造型可以任意地轉換視角，不會有手繪的形態變化。這樣渲染的效果看起來不像三維真實渲染那樣生硬，具有卡通的質感。畫面效果使人想起帶有黑色輪廓和有些單色的漫畫書上的繪畫。三維渲染二維的卡通渲染繼承了二維以平涂寫意的方式描述對象和簡潔明快的風格，有著二維繪畫的親切感，在場景的鏡頭方面也發揮了三維的特點，具備了獨特的藝術風格和視覺吸引力。NPR技術已經以卡通渲染（Cel-Shading）的形式出現在電影、動畫、電子游戲中，應用在藝術動畫和實驗動畫的創作上，追求更個性的動畫風格。非真實材質渲染技術，開辟了2D 和3D 動畫技術結合的途徑，也開創了三維動畫模擬二維動畫的新思路。

二、非真實材質渲染技術在二維動畫場景中的應用

隨著影視動畫的畫面審美的需求不斷提高，單一缺乏變化的三維渲染的畫面效果遠遠達不到觀眾的視覺體驗。目前在國內外影視動畫的場景制作采取卡通渲染和二維手繪渲染相結合的案例越來越普及，視覺效果也更加個性與豐富。主要原因是技術的發展足以支撐觀眾的審美水平，在制作上也比較經濟，避免了二維場景透視繪制的壓力，可以說是計算機解放了大量的生產力。

特別是上個世紀九十年代以來，二維動畫影片中的大場面表現上開始結合三維計算機動畫技術。比如，日本動畫《蘋果核戰記》是比較早在場景上運用非真實材質渲染的技術的影片，從早可以體會由于當時技術的還不是很成熟，角色和場景的結合上還是比較明顯，風格不夠統一。但是從另一個方面上講，三維渲染技術，在建筑、機械、無生命的物體的表現上更有優勢。比如，PDI的《釣魚》中NPR渲染和關于空間錯誤的超現實主義喜劇。迪斯尼的《鐘樓怪人》展示了三維計算機生成的五彩紙屑、人群和建筑細節。②夢工廠的《小馬王》創造性地應用了計算機動畫技術和卡通渲染。

三、“剛體”卡通渲染與二維動畫場景對位的方法解析

在三維與二維結合制作的動畫片中，道具的制作多采用“剛體”的卡通渲染技術。場景制作中所謂的“剛體”的理解，通常是指“機械”的無生命的物體。比如運動的“汽車”、“飛機”、“輪船”和“機器人”等。③“剛體”一般都是比較“硬”的材質物體，運動幅度大，體積感強，這樣的特性比較符合三維制作的特點。

“剛體”動畫場景鏡頭的表現上一般有兩種情況：一類是在運動的鏡頭中應用：在運動的鏡頭中，鏡頭中的場景和道具都在運動，這種在后期制作上比較有難度的。一類是在固定鏡頭中的應用：一般是鏡頭的機位是不動的，但是鏡頭中道具是遠動的，這類鏡頭只需要在固定的背景和“剛體”運動的透視關系匹配。在固定的鏡頭中，“剛體”本身運動，但是沒有攝像機運動，透視關系就不會發生變化。這樣3D和2D的對位問題就比較簡單。現在很多動畫片都采取這種形式來實現。

在二維動畫場景中，尤其是運動的鏡頭中，“剛體”作為場景中比較特殊的元素，物體運動的透視變化比較大，細節也比較復雜，二維繪制很困難。為了達到更加細膩的手繪效果，可以考慮運用三維軟件，先按照概念設計圖制作簡模，通過二維材質貼圖達到和場景匹配的二維手繪的效果。比如在《美麗城三重奏》中，三維卡通渲染汽車和自行車和二維手繪的山路完美的結合在一起。在場景的運動鏡頭中，“剛體”與二維場景對位問題是個難度。如圖1所示。

在后期制作中場景和道具匹配的方法有很多：

一種是手動匹配，主要在后期軟件中，手動對位透視關系，這個方法比較簡單，但是在實際操作中需要一定經驗，要手動匹配透視關系，主要是找到二維場景繪制透視的消失點，與三維透視相吻合，并且使攝像機運動和角色運動的速度要一致。

另一種是利用跟蹤軟件匹配，由于二維場景是平面的，一般需要在制作好鏡頭運動的攝像機動畫，再把三維道具放入跟蹤軟件中，處理與場景的攝像機動畫跟蹤匹配，設置場景的跟蹤點或者自動跟蹤，這樣跟蹤出攝像機的路徑，再導入三維軟件中，調整道具的三維動畫的運動，這樣道具就和場景的運動就可以完全匹配。

四、非真實材質渲染技術在二維動畫場景制作中的優勢

非真實材質渲染的場景制作的優勢在于：首先方便攝像機的靈活調度；其次，在視點、視角、視距的設置上更加隨意；再次，景別和景物的透視關系上更加準確。

目前很多影視動畫大片的場景表現比較宏大，鏡頭的運動也具有視覺沖擊力。但是傳統繪制手法完成的環境設計無論如何都是平面上對三維環境的模擬，有很大的局限性。我們可以考慮應用三維技術搭建一個三維虛擬的立體環境，對于導演、設計師及其他各部門所提供了有效的參考。當然同時也要考慮成本和時間，三維場景的搭建只需要采用簡單的，相對粗糙的模型來完成。這樣制作方便了鏡頭的調度、運動主體調度、視點、視距、視角的選擇以及畫面構圖、景物透視、空間想象等方面的制作。④endprint

（一）平面效果與體積感表現

二維動畫場景的畫面所呈現場景的平面空間效果，真實材質真實渲染效果很難表現細膩的二維繪畫風格，而非真實材質渲染是三維建模與二維材質相結合的動畫制作手法來表現畫面中的縱伸特點，結合了三維與二維手法的各自優勢，有平面繪畫的筆觸感，簡潔明了效果，又有真實的體積、空間透視的變化。

（二）色彩與線條表現

二維場景繪制由于強調制作中的手繪成分，畫面線條的作用就顯得尤為突出。這正因為手繪場景的畫面色彩比較夸張且色塊概念強，就必須通過線條來區分同一事物中不同的塊面。一般三維動畫場景是沒有物體的框線概念，再現的是真實的三維效果，所以色彩上沒有對比和夸張表現，更難表現色彩的微妙的變化。非真實材質渲染在材質制作上與二維繪制相同，線條成為很重要的組成部分，再加以三維模型的立體感和光線明暗的變化來區分同一事物中不同的塊面。

用立方體為例，卡通渲染可以用二維貼圖來表現兩個面的交接處的結構關系，還可以考慮畫出交界線條或兩個面顏色的變化。再加上模型本身的立體光源的位置，使得視覺效果和二維手繪場景達到統一，而且卡通渲染的效果概括性強，賦予變化，讓觀眾沉浸在豐富的色彩當中。

（三）光與影的表達

二維場景動畫光影效果趨于整體，可以在平面軟件中進行分層繪制。非真實材質渲染本身的陰影關系可以透過三維軟件的渲染設置中進行設置和調整，也可以在二維貼圖繪制過程中調整光源色彩效果，這樣二維場景和渲染的場景兩者結合后，場景不僅色調明快，同時具備了真實物體的光線明暗層次變化，視覺沖擊力強烈。

（四）景深的表達

二維動畫場景繪制通過環境色，語境色，遠近用色對比來表現遠近景物的虛實關系，進而表達畫面的景深。非真實渲染的場景本身是三維空間物體，視覺的景深效果可以通過分層渲染的技術，把景深層渲染出來，然后再后期軟件中進行細節調整，或者通過貼圖材質繪制來表現更好的景深關系。

五、結語

綜上所述，非真實材料渲染技術在二維動畫場景中的運用，從視覺效果上，可以彌補二維場景道具的空間透視的局限；同時也可以達到二維動畫的風格效果，場景的景深感更加強烈，同時能夠縮短制作時間，可以為設計劇情的情節、角色形象以及動畫特技效果。節約更多的制作成本，而且達到了二維場景的質感和三維空間的效果。

★基金項目：本文是常州工學院2016年教改項目“基于CG應用人才培養模式下的場景設計課程教學研究”，（項目編號：A3-4403-16-062）；常州工學院“場景設計”網絡課程建設項目（項目編號：A3-4406-17-071）部分研究成果。

注釋：

①Isaac Kerlow，陳寶國，紅然（譯）.3D動畫與特效制作藝術[M].北京：人民郵電出版社，2010：149.

②Isaac Kerlow，陳寶國，紅然（譯）.3D動畫與特效制作藝術[M].北京：人民郵電出版社，2010：35

③於水.影視二維動畫和三維動畫的融合應用類型分析和實現方法[J].電視字幕.特技與動畫，20107：27-31.

④劉戈三，王春水.技術成就夢想——現代電影制作工藝探討與實踐[M].北京：中國電影出版社，2007：136.endprint