三維角色動畫綁定技術在電視領域的應用

陳 銘

（安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230071）

0 引言

三維角色動畫綁定技術已成為現代視覺藝術的重要組成部分，無論在電影電視制作還是在視頻游戲設計中，都發揮了重要作用[1]。本文深入探討三維角色動畫綁定技術的定義和重要性，其發展歷程、核心概念與技術流程，以及該技術在電視領域的多元化應用，展望這項技術的發展前景以及面臨的挑戰。希望通過本文的闡述，能增進讀者對三維角色動畫綁定技術的理解，為此領域的進一步研究提供參考。

1 三維角色動畫綁定技術概述

1.1 三維角色動畫定義

三維角色動畫是數字藝術和計算機圖形學的一個重要分支，通過建立三維角色模型并對其進行一系列的運動處理，創造出逼真的動態視覺效果，基于三維空間和時間來構造和操縱角色形象，以實現富有活力和魅力的動態畫面[2]。三維角色動畫因其高度的真實性和視覺沖擊力，在電影、廣告及游戲設計中有著廣泛的應用。其將設計者的藝術想象力充分地體現出來，為觀眾帶來更加生動逼真的視覺體驗，使數字娛樂與藝術經受住時間的考驗。

1.2 三維角色動畫綁定技術的發展

角色動畫綁定技術，或稱為骨骼綁定，是三維角色動畫創建過程中的關鍵步驟。它的發展歷程直接關聯計算機圖形學的演進[3]。初始，簡單的動畫角色主要依賴直接操控頂點，但這種方法在復雜的動畫制作中存在諸多問題。隨著技術的進步，研究者開始使用稱為 “骨骼” 的一系列連桿系統，使得動畫創作者能夠更輕松地操作和操控角色的動作。隨著添加權重值和反向動力學的引入，骨骼綁定技術在角色動畫中提供了更高程度的控制和自然感。直至今日，角色綁定技術不斷發展，增加了人臉綁定、肌肉模擬等復雜技術，進一步提升了動畫的生動性和真實感，如圖1 所示。此技術的發展，極大地推動了三維動畫行業的蓬勃發展。

圖1 三維角色動畫綁定效果圖

1.3 三維角色動畫綁定技術的核心概念與技術流程

角色綁定技術是三維角色動畫的建造步驟之一，涉及將一個虛擬的、動態變化的骨骼系統附著到角色模型上，核心概念便是 “骨骼” 和 “權重”[4]。 “骨骼” 是構建角色動作的基本結構，而 “權重” 決定了模型的各部分如何隨骨骼運動。技術流程主要包括：一是構建骨骼系統，涉及創造骨骼、設置骨骼關節以及定義骨骼運動的范圍；二是權重綁定，將每個骨骼影響到模型的程度設定好；三是動畫控制，通過操作骨骼而驅動角色動作，包括設置關鍵幀和調整動畫曲線等。攝取這些知識，動畫師才能創造出生動自然的三維角色動畫。

2 三維角色動畫綁定技術在電視領域的應用

2.1 在電視動畫制作中的應用

電視動畫制作是三維角色動畫綁定技術的一大應用，主要是為了創造出行為和表情生動、豐富的角色，提高動畫的觀賞性和藝術性[5]。創建角色模型后，通過綁定技術給角色添加骨骼系統，定義角色的動作模式。這個過程就像賦予角色 “骨骼” ，讓它能行走、奔跑、跳躍等，賦予角色生命。在角色動作設計階段，通過調整每個骨骼的權重值和運動參數，精確控制角色的行為表現；通過各種自然流暢的動作，塑造角色的性格和情感。角色綁定技術大大提高了動畫制作效率。通過預設動畫模板和自動化工具，能夠在較短時間內生成大量高質量的動畫。如電視動畫系列《皮卡丘的大冒險》就廣泛運用了三維角色動畫綁定技術。在這部動畫中，皮卡丘等角色都采用了骨骼綁定技術，使得它們的行走、跑動、跳躍展示出豐富的表情和體態。表現最明顯的一集是《皮卡丘的熱氣球之旅》。在這一集中，皮卡丘不僅需要跑來跑去，還要跳上熱氣球，這都需要非常詳細和復雜的骨骼動畫來實現。皮卡丘的各種表情如喜怒哀樂，也是通過骨骼綁定技術的權重設定來實現的。再如熱氣球的起飛、降落以及在飛行過程中對不同風速和風向的反應，都需要綁定技術的高級應用如反向動力學等，來制作出逼真的動態效果。

2.2 在電視直播或現場制作中的應用

三維角色動畫綁定技術在電視直播或現場制作中的應用實現虛擬角色與真實景象或者演員的實時互動，極大地豐富了直播內容。通過運用三維角色動畫綁定技術，創建虛擬的主播或角色，把電視臺主播或現場演員的肢體和面部動作實時轉換成角色的動作，帶來新穎有趣的觀看體驗[6]。另一個應用是實景增強，比如在體育直播中，使用這種技術添加三維動畫角色進行賽事解說，或者在現場播報中添加虛擬角色以增加信息含量和觀賞性。這項技術還被應用在虛擬現實和增強現實直播中，提供更生動、互動的視覺體驗。比如近年來興起的虛擬主播，憑借三維角色動畫綁定技術，在直播中以全新的形式出現。其中，日本的虛擬主播 “絆愛” 就是一個成功的例子。 “絆愛” 是一名使用了高級臉部捕捉技術的虛擬主播，她的面部表情和動作與現實中的主播沒有太大差別，帶給觀眾全新的互動體驗，收獲了大量的粉絲。以國產虛擬歌手洛天依為例，洛天依的全身設計、動作，包括跳舞、表演，全都靠計算機生成，其背后就依賴這項技術。根據洛天依的設定圖為其建立三維模型，然后運用角色綁定技術為其添加骨骼和肌肉系統，使其實現各種人類的動作。隨后在動畫制作過程中，通過設定每個骨骼的動作參數，讓洛天依進行歌唱、跳舞等動作。通過綁定面部的各個部位，讓洛天依表現出笑、愁、驚、喜等各種表情，使其在表演過程中更具動感，增強觀眾的觀賞體驗。

2.3 在電視廣告制作中的應用

在電視廣告制作中，三維角色動畫綁定技術被廣泛應用于創造出吸引觀眾眼球的廣告內容。利用這項技術，廣告創作者創建出各種形象各異的三維角色，通過這些角色的言行舉止，有效地傳達廣告信息，提高產品或品牌的知名度。這些角色根據需要設計成人型或動物型，甚至是具象化的產品形象。通過運用綁定技術，這些角色實現豐富多樣的動作，增加了廣告的觀賞性和趣味性。比如它們模擬真實人物的動作，如跳舞、打球、駕駛等，或通過特殊的、具有卡通風格的夸張動作，激發觀眾的好奇心、趣味性。這項技術還使得廣告創作過程更加高效。借助現代計算機技術，創作者能夠快速制作和修改角色動作，大大縮短制作周期，降低制作成本。如2023 年可口可樂公司 “讓成都IFS 趴了9 年的大熊貓嗨翻全場” 廣告為例，塑造得極具個性的三維熊貓角色模仿人的日常行為，如跳舞、品味可樂等，運用綁定技術使其像真實的生物一樣行動。

2.4 在電視節目包裝制作中的應用

電視節目包裝是電視節目制作的重要環節，包括節目開頭片、插播片頭、過場畫面及節目尾聲等元素。三維角色動畫綁定技術在電視節目包裝中的應用，為節目內容帶來更高的藝術價值和觀賞性。節目包裝創作者設計出各種富有特色的三維角色，通過綁定技術賦予角色一系列動作，如走進畫面、揮手致意、跳舞等。這些角色是節目的代表物，用于提升節目的品牌識別度。通過動畫綁定技術，創造出連貫流暢的動畫序列，使得節目包裝更加動感十足，引人入勝。比如，在一些體育、娛樂節目的包裝中，經常看到三維角色跑動、跳躍、挑戰等豐富的動作場景。以金鷹卡通衛視的兒童歌唱類節目《中國新聲代》為例，節目片頭大量運用了三維角色動畫綁定技術。在片頭中，創作者設計了一只鯨魚和一只兔子的三維角色。它們在廣闊的海洋和森林中做出種種活潑的動作，暗含了追夢的主題。其中，鯨魚躍出海面、兔子在森林中奔跑等場面，都是通過三維角色動畫綁定技術，將視覺效果創造得如夢幻般美麗。

3 三維角色動畫綁定技術的前景展望與挑戰

隨著計算機技術的不斷發展和進步，三維角色動畫綁定技術的應用前景非常廣闊。未來的角色模型可以更精確地捕捉和反映出人類或者動物的微妙表情和動作，增強角色的真實感和生命力。模擬皮膚、毛發、肌肉、衣物等物體的物理特性也將越來越精細，使得動畫角色更像真人一樣。三維角色動畫綁定技術將進一步與虛擬現實和增強現實技術結合，創造出新的互動體驗。例如，在游戲、教學、電影制作等領域，應用這種技術制作出更逼真的三維角色進行實時交互，鼓勵觀眾或者用戶身臨其境的環境探索和角色互動。然而，挑戰也同時存在。隨著動畫角色逼真度的提高，動畫制作的復雜度隨之提高。如何在保證角色逼真度的同時，也能有效地控制成本和提高制作效率，仍然是一個待解決的問題。隨著虛擬角色與現實世界的交互增多，隱私和數據安全等問題也變得越來越重要。如何確保在應用這項技術的過程中充分保護用戶的隱私和數據安全，是需要重視和解決的問題。隨著技術的不斷進步和發展，相信這些問題終將得到解決，三維角色動畫綁定技術將迎來新的發展機遇，推動與電視領域的深度融合。

4 結語

三維角色動畫綁定技術對于電視產業，尤其是電視動畫制作、直播制作、廣告制作以及電視節目包裝制作，產生了革命性的影響。其需要面對的挑戰也不少，如動畫制作的復雜度、成本控制問題以及隱私和數據安全等問題。不過隨著技術的不斷進步和發展，這些問題終將得到解決。相信在不遠的未來，三維角色動畫綁定技術將進一步改變娛樂生活，為電視領域帶來更多的創新可能性和未來發展機遇。