計算機三維動畫特效與實拍技術研究

張云輝

（作者單位：魯迅美術學院）

1 計算機三維特效

三維動畫又稱3D動畫，是近年的新興技術，越來越多的電影與媒體制作用到這項技術，來制作出新的表現形式，讓觀眾有了更新的觀影體驗，例如科幻電影《阿凡達》《變形金剛》，奇幻電影《捉妖記》《三生三世十里桃花開》等。2017年是中國電影爆發年，總票房突破559億元，而其中絕大多數的電影中都運用了特效。

三維特效與合成特效，都屬于用電腦技術來進行特效制作，作為前期特效和后期特效來實現，與實體特效相結合，來達到完美逼真的視覺畫面。

電腦生成動畫CGI（Computergenerated imagery），被廣泛運用于電影、電視、視頻游戲、互動多媒體等領域的計算機圖像技術。通常指的CG是靜態的圖像技術，動態CG技術的發展推動了三維動畫電影達到了影院級的放映標準，而三維動畫電影技術的成熟為電影特效的發展奠定了良好的基礎。

2 國內外特效制作與行業發展比較

實體特效是由傳統化妝和造型完成。我國最負盛名的就是1986版的《西游記》，故事里的各路妖魔鬼怪全部由傳統特效化妝而成。道具人員制作的頭飾、面具，套在演員頭上進行拍攝。搭建天宮的建筑，真實拍攝，再放一些白煙，就營造出了天宮云霧繚繞的仙境。

進入到21世紀第一個十年，得益于國外電影工業的成熟，國內CGI技術發展迅速，這得益于電影票房的帶動。如徐克導演的《狄仁杰》系列電影，神話、魔幻題材的挖掘和現實題材模擬仿真的大場景制作，使計算機特效有了發揮的空間，給觀眾帶來了亦真亦幻的視覺體驗。國內CGI的發展，如2011年《唐山大地震》，260個特效鏡頭，大約四分鐘左右，國內外90名特效工作人員。電影《辛亥革命》當中，特效鏡頭600個，如血染黃花崗中，彈道、街道延伸、添加血跡，修正穿幫的鏡頭，有的是畫面需要，有的是鏡頭需要。再打個比喻，其中有個場景爆炸的鏡頭，現場的武術人員表演被炸飛的動作，人物中再放一展燈光，來模擬爆炸的燈光效果，其中必須用到摳像和追蹤技術，其中也用了不少的綠幕拍攝，也是對后期合成提出了挑戰，燈光、材質，需要與現實世界相匹配。其中有個片段，黃花崗起義失敗之后，烈士的尸體扔到了江里，水下的場景便是人為做出來的，是先拍攝了這些人墜入水中的鏡頭，包括一些非常真實的水花鏡頭，然后在Houdini中制作出CG水下環境，不僅僅要模擬水花的運動，而且要求CG水運動與實景拍攝相匹配，需要用到動力學模擬。里面絕大多數部分應用到了特效，綠布應用得更為廣泛，總之特效鏡頭很多，相對于好萊塢的特效大片，這也不算是全特效類的影片。

近些年國內電影產業的繁榮，但與國外CGI技術相比仍然存在一定的差距。在投入方面，和外國的電影相比，國內差距不小，國內影業公司主要針對有票房保證的題材進行投資，安排院線場次也相應更多，對于一些科幻類、幻想類的電影，大多數制作公司望而卻步。不僅僅是電影方面，新媒體廣告方面更加顯得單調蒼白。制作一個真實生物“空降”在現實生活中，真實感一詞十分重要，不僅要求它真實，而且要有靈魂，感覺是“活的”，材質，燈光，各種因素的模擬和現實生活中應該一模一樣，國內的電影制作在這一方面有待提升。再者就是缺少設備和技術資源，創作核心技術的不足是無可取代的。所以，大多數涉及CGI數碼動畫的廣告都不是從故事本身出發來做的，經常是請明星直接代言，雖有了明星效應，卻顯得單調無味。

作為動畫電影人，筆者一定會去看動畫和電影的制作部分。很多人會驚訝《阿凡達》是怎么做出來的。由著名導員詹姆斯·卡梅隆執導的《阿凡達》不僅僅是一部娛樂電影，其背后更是引發了電影史上的重大變革，其對3D電影來說是一個里程碑。設備的應用讓人耳目一新，卡梅隆用Motion Builder和Maya創建了一個虛擬的空間，他改變了以前電腦動畫在電腦中調動作這個領域，現在可以實現人物在表演的同時動作同步輸入計算機模擬的三維世界中，結合制作好的角色模型，這樣使表演時能讓更多的人參與，各種人物復雜的情感加入虛擬的世界中，使影片更加細膩真實。其特效團隊需要有扎實的技術，有新開發的設備，使得實拍和電腦制作做到了“無縫連接”。比如說，電影絢麗的爆炸、燈光以及現實世界中很難看到的動植物，這些都是后期技術的合成。后期處理項目繁多、工序復雜，比如三維制作內容與實體拍攝的鏡頭跟蹤、畫幅內燈光匹配、整體調校色等。NUKE這個合成軟件，現在絕大部分的后期處理需要NUKE一類的合成軟件參與。總之，《阿凡達》這部電影開啟了CGI動畫的頂峰，畫面三維模擬效果逼真，運用了新技術，帶給觀眾全新的、豐富的視覺感官，如圖1便是電影《阿凡達》中的某一個場景。

圖1 電影《阿凡達》場景

自此之后，計算機特效與電影行業刮起了結合之風。這使得電影的鏡頭更加靈活，視覺效果亦幻亦真。可以說，有了電影CG，在電影工業化新的進程中，將院線電影推入了的新一個世界。

3 計算機三維動畫特效的分類

3.1 三維制作的角色特效

角色特效也分為兩類：一是單純用角色在綠幕中的表演摳像，將摳像內容合成到需要的實體場景或虛擬場景下；二是角色的肢體、面部動作捕捉。演員穿上捕捉服，或者在身體關節部位貼上反光球。在特定的拍攝時，通過真人的表演，將表演的動作數據捕捉進電腦，數據輸入進制作的角色模型，讓模型如真人般動起來。圖2便是電影《阿凡達》角色之一。

圖2 電影《阿凡達》角色

3.2 三維制作的虛擬特效

將三維軟件中制作的視覺特效利用合成和剪輯軟件與視頻拍攝相結合。

三維跟蹤在CG特效的制作流程中起著非常關鍵的作用，是實現三維特效動畫與實拍場景結合的第一步，是不可或缺的一個環節，是一個無形的CG技術。簡單說，它是把三維動畫或者物體與實際拍攝時的場景相機位置、焦距、運動軌跡等保持一致的實現過程。它不僅僅應用與電影大片的制作，平時看到的很多游戲，建筑漫游以及廣告片當中都有廣泛的應用。在這個過程中，跟蹤軟件起到了很大的作用。

3.3 給實拍部分添加修正細節

電影在實際拍攝中會遇到鏡頭穿幫、局部表現錯誤等細節問題。數字特效能夠在電影后期修正鏡頭的錯誤和細節錯誤。

由此可見，不論是真實場景的拍攝還是綠幕下的鏡頭，軟件都是連接三維特效與實拍技術的橋梁。更多的是創意思維上的轉變，將天馬行空的想象與現實效果相結合，規范和優化特效合成的制作流程，提高特效合成的精細度，是商業片的基本要求。現如今影院上映的影片中，依據題材的不同，都大量運用數字特效鏡頭，或是以數字修片的方式來剪輯和處理畫面，大大提高了合成制作效率和最終的視覺觀影體驗。