【文章內(nèi)容簡介】 終結者(續(xù)集)》中，這種技術被熟練地應用于拍攝的真實畫面。目前，有許多應用軟件都可以實現(xiàn)上述這些圖像處理功能。特效(Side Effects)公司開發(fā)的動畫制作軟件就屬于該類軟件，并且適用于多種操作系統(tǒng)。小心邏輯公司(Discreet Logic)的Inferno也是深受歡迎的高端產(chǎn)品。此外還有Maya和Softimage。數(shù)字動畫電影的一小時就可能占據(jù)1000GB或者更多的數(shù)據(jù)容量，而其中的每一幀都必須可以隨時調(diào)用、處理。為了完成這些海量的數(shù)據(jù)處理工作，綜述電影公司必須配備性能良好的網(wǎng)絡、存儲設備以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)字成像所需的處理、存儲與服務器資源相當大。比如，在皮克薩動畫制作公司推出的《怪獸公司》一片中，“Sully”這個角色的毛發(fā)就超過了230萬根，這些毛發(fā)需要單獨的高級計算機進行處理。這項繁雜的工作的每一幀可能要花費80分鐘來處理。2003年好萊塢將花大約5億美元在數(shù)據(jù)存儲技術上，而據(jù)專門跟蹤娛樂行業(yè)數(shù)據(jù)存儲的TomCoughlin調(diào)查公可的數(shù)據(jù)顯示，這一費用每年將增加70％。Tom Coughlin公司預計，到2006年，電影公司、電視與錄像片生產(chǎn)公司以及分銷機構每年所需數(shù)據(jù)存儲的大小為740(petabytes)。IBM是一直瞄準這塊市場的幾家公司之一，它正在采用Lawrence Livermore國家實驗室的超級計算機技術來研制存儲服務器快速訪問系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以滿足許多人同時訪問高清晰電影文件的需求。同時，IBM也將基于Linux的技術作為數(shù)據(jù)存儲與處理廉價、快速與開放的替代物。目前為止，僅有一小部分公司采用了這種系統(tǒng)，比如“Threshold數(shù)字研究實驗室”等。Threshold實驗室的需求和其它數(shù)字動畫或者工作室差不多，它們需要將分散在不同地區(qū)的漫畫師聯(lián)系起來進行工作。這些公司使用IBM的服務器、數(shù)據(jù)庫與內(nèi)容管理工具讓藝術家來交換工作文件。而Threshold的反饋又可幫助IBM完善這套系統(tǒng)，未來更是有可能被運用于其它領域。第四章 計算機三維動畫在影視制作中的應用隨著電影制作技術的發(fā)展，各類電影異彩紛呈，百家齊放。可見影視行業(yè)的整體進步，都是由影視制作技術作為先導。影視產(chǎn)品特色、質(zhì)量、風格等都在很大程度上受到拍攝、制作、播放等技術的限制。隨著當前全球電子電氣技術的快速革新，信息革命正在以勢如破竹之勢沖擊著影視行業(yè)，讓影視制作進入多元化、數(shù)字化時代。數(shù)字技術的迅猛發(fā)展，使得我國三維動畫產(chǎn)業(yè)近些年呈現(xiàn)較快的發(fā)展勢頭，三維動畫技術在各個行業(yè)中得到了廣泛的應用。強大的三維軟件3D MAX、MAYA等，制作出大量具有超強視覺沖擊效果的三維動畫作品，充斥著受眾的視野，三維動畫在不知不覺中成為視覺傳達的重要組成部分。三維動畫是使幻想結構以奇妙形態(tài)出現(xiàn)的一種工具，由于它獨特的優(yōu)越性，廣泛的被人們所青睞，并被大量的應用于影視制作的各個環(huán)節(jié)和內(nèi)容中。在三維動畫中，作者的想象力以及創(chuàng)作欲望可以毫不拘束的自由發(fā)揮，不受外界條件的阻饒，從而在技術上為影像制作開創(chuàng)了新紀元。從數(shù)字時代的影視制作特點入手，闡述了電腦動畫的含義、特點、作用、制作流程、制作工具及應用領域，并對當前我國三維動畫技術在影視制作領域的應用現(xiàn)狀進行了分析，最后通過分析三維特效動畫在影視作品中應用的必要性和效果，探討了三維數(shù)字技術在影視制作中的應用和延伸，以及如何影響著影視制作的模式和發(fā)展趨勢。電腦動畫是使用電腦產(chǎn)生圖像運動的技術。早期，電腦曾用于自動控制動畫機械設備，減輕了入工調(diào)整攝影機位置和校正動畫攝制臺的勞動強度。動畫師給每個鏡頭輸入一大堆指令，包括攝影機的高度、攝制臺的x，y坐標值等，也包括漸顯、漸隱、推拉、搖移等參數(shù)。電腦自動計算拍攝各幀的參數(shù)，并控制各個部件協(xié)調(diào)動作，我們稱這樣的動畫處理技術為“運動控制動畫”，電腦可以靈活、準確控制鏡頭和控制臺的運動，從而產(chǎn)生各種攝影的特技效果。隨著電腦圖形技術的迅速發(fā)展，電腦在動畫中的應用也不斷擴大，電腦動畫的內(nèi)涵也在不斷擴大。電腦動畫發(fā)展到今天，主要分為兩個階段(或分為兩大類)，這就是“計算機輔助動畫”puteassisted animation)和“計算機生成動畫”(putergenerated animation)。前者也叫“二維動畫”，后者也叫“三維動畫”。電腦動畫按生成的速度又分為逐幀(framebyframe)動畫和實時(realtime)動畫。在電子計算機介入動畫制作以前，動畫的制作通常是由手繪和攝像機共同完成。首先制作出大量的靜態(tài)圖像，這些圖像顯示的是特定運動中的各種空間位置及造型，并反映與之相關聯(lián)的周圍環(huán)境，這些圖像的順序又是相對固定的，它體現(xiàn)了物體在空間運動中的微小變化，然后快速有序的播放這些圖像，使之看起來是光滑流暢的動作。從某種意義上講，電影、電視都屬于這一類型，只不過它們是利用攝像機拍攝的一連串的真實的人物場景圖像，而動畫片中的一連串圖像，最初都是人們用手一張一張的繪制出來，然后通過放映機順序播放這些圖像，它們的原理從本質(zhì)上講基本上都是一致的。電子計算機誕生后，隨著計算機圖形學技術的不斷提高，計算機在動畫制作中發(fā)揮著越來越大的作用，如今已形成完整的計算機動畫技術，它集計算機圖形、攝影、美術、音樂、編導、剪輯為一體，為動畫的制作提供了現(xiàn)代化的手段，使動畫的制作真正進入了數(shù)字時代。 計算機動畫的研究最初始于20世紀60年代，當時人們的精力主要放在二維動畫上(即平面動畫)。動畫制作主要是使用編程語言來實現(xiàn)的，技術性相當強，只能由計算機專業(yè)人員來操作。三維計算機動畫系統(tǒng)的研究始于20世紀70年代。它的發(fā)展和二維計算機動畫類似，也是由最初的動畫語言描述進化而來。如果說二維動畫對應于傳統(tǒng)卡通動畫的話，那么三維動畫則是對應于木偶動畫。如同木偶動畫中首先制作木偶、道具和景物一樣，三維動畫也需要首先建立角色、實物和景物的三維數(shù)據(jù)。接著讓這些角色和實物在三維空間里動起來，或者接近，或者遠離；或者旋轉，或者移動；或者變形或者變色。再在計算機內(nèi)部“架上”虛擬攝影機，調(diào)整好鏡頭。“打上”燈光，“貼上”材質(zhì)，最后形成一系列栩栩如生的畫面。三維動畫之所以叫做計算機生成動畫，是因為參加動畫的對象不是簡單又外部輸入的，而是根據(jù)三維數(shù)據(jù)在電腦內(nèi)部生成的，運動軌跡和動作的設計也是在三維空間中考慮的。電腦動畫真正具有生命力是由于三維動畫的出現(xiàn)。三維動畫區(qū)別于二維動畫和實際拍攝還在于它的“虛擬真實性”，即處于似與不似和像與不像之間。從本質(zhì)上講，三維和二維的最主要的差別在于圖形中是否完全提供了深度信息。雖然二維中物體可以畫得很象三維，但是當觀察點改變時，畫面必須由動畫師另行畫出。由于物體有了三維深度信息，僅描述一次就可以了，觀察者可以從各個角度去觀察，三維軟件能自動計算光照與明暗程度。三維中也有二維功能，這只是把二維作為三維的一個基礎。三維動畫與二維動畫相比，有一定的真實性，同時與真實物體相比又是虛擬的，這兩者構成了；三維動畫的特性：“虛擬真實性”。 隨著計算機硬件和軟件技術飛躍性的發(fā)展，三維動畫設計的制作行業(yè)也迅速騰飛，現(xiàn)今已經(jīng)遍布于視覺藝術設計相關的各個行業(yè)，尤其三維動畫藝術徹底革新了影視特技行業(yè)、計算機游戲、電視、多媒體建筑繪圖視覺表現(xiàn)等行業(yè)。而且三維藝術在科研、軍事、建筑與藝術表現(xiàn)各方面得到廣泛的應用。1．在影視方面三維藝術創(chuàng)作主要應用在電影、電視節(jié)目的所有特技效果的后期制作中，已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)的光學膠片法。可以說三維動畫制作是影視后期制作中的重要核心組成部分。隨著影視視覺藝術表現(xiàn)形式的迅速發(fā)展，后期制作肩負一個非常重要的職責——特技鏡頭制作。特技鏡頭是指無法直接拍攝到的鏡頭。早期的影視特技大多是通過模型制作、特技攝影、光學合成等技術手段來完成，主要是在拍攝階段和洗印過程中完成。三維藝術使特技制作有了更多的藝術表現(xiàn)手段，傳統(tǒng)特技用化妝、機械模型等來模擬需要的形象，現(xiàn)在很多時候已采用三維動畫來完成。特技鏡頭無法直接拍攝到，一般由于兩種原因：一是拍攝對象或環(huán)境在現(xiàn)實生活中根本不存在，即使有也拍不到，比如恐龍、外星人等。二是拍攝對象和環(huán)境雖然在現(xiàn)實生活中存在，但無法出現(xiàn)在同一畫面中，比如影片中的角色從劇烈的爆炸中逃生，所以常用三維動畫技術來模擬場景角色，當然有時三維角色也不能直接存在所需的背景上，這需要利用合成藝術來解決。也可以說，三維動畫藝術是一種“無中生有”的創(chuàng)作方式。2．廣告與工藝設計計算機三維表現(xiàn)藝術對現(xiàn)代產(chǎn)品的設計和研究、包裝宣傳有巨大的輔助作用，從原始設計到運動分析，直到顏色，計算機三維模擬可以節(jié)約大量的資金和時間。通過三維動畫設計，可使產(chǎn)品論證、包裝設計和展示性能描述，產(chǎn)品修改以及集成技術大大縮短周期，從而節(jié)省大量的時間和經(jīng)費。同時，計算機三維藝術也延伸了廣告制作人的能力，使得“只有想不出來，沒有做不出來”成為現(xiàn)實，使今天的廣告產(chǎn)品以多樣化、活潑、具有極強震撼力和沖擊力等特點展示在人們面前。3．音樂MTV音樂MTV是當今一種重要的音樂媒體，而后期的三維動畫藝術設計則在很大程度上決定著作品的好壞與水平，唯美的表現(xiàn)方式讓三維設計創(chuàng)作藝術得到充分發(fā)揮。4．現(xiàn)代藝術三維動畫藝術表現(xiàn)形式是藝術家們的一種新工具，可以表現(xiàn)出立體的、極具抽象的、甚至荒誕離奇的藝術形象?，F(xiàn)代藝術中，尤其在攝影中，越來越應用三維電腦設計以突出其作品的藝術性和超現(xiàn)實性，實際上在國外80年代已經(jīng)形成了一門新的藝術表現(xiàn)形式——電子媒介繪畫。5．建筑裝潢三維動畫設計可以使繪制的效果圖和模型更加直觀、精確，還可借助三維手段進入建筑物內(nèi)部觀察，全方位進行了解，并且可以看到一個建筑物在一天24個時段中不同的形象感受，對周圍環(huán)境的影響。這方面國內(nèi)的制作技術已處于世界領先地位，如國內(nèi)的水晶石公司、原景公司。6．機械制造業(yè)CAD輔助設計廣泛應用于機械制造領域，三維動畫設計對產(chǎn)品的輔助設計起著及其重要的作用。利用三維動畫設計可以模擬新產(chǎn)品的運行，及時做出修正。8．多媒體教育如CAI課件和網(wǎng)絡教育的有機結合。9．科研包括軍事領域；醫(yī)學領域，制作細菌病毒標本、生物人體結構標本，分析細菌病毒裂變過程等；航天探測；互動媒體等。高超的計算機三維動畫技術，可以幫助我們實現(xiàn)很多現(xiàn)實中無法完成的東西。我們有充分地理由相信，三維動畫技術是影視制作歷史上的又一次革命，它為我們的藝術追求帶來了無限的可能性，那么，對計算機三維動畫技術的要求也越來越高。1. 高超的形體設計能力 計算機采用一系列的數(shù)學方法來實現(xiàn)動畫設計與制作，它不受客觀存在的限制，它不僅可以逼真的模擬出現(xiàn)實存在的物體或景觀，而且可以擬造出現(xiàn)實中不存在的物體或景觀。這個功能是實景拍攝手段和手繪手段無法企及的。具體來說，電腦動畫能生成如下形體：（1）人工幾何物體電腦動畫提供了各種平面、曲線、曲面等生成工具，可以生成各種逼真、形象的形體，如建筑、家具、器皿等，也可以生成想像中的抽象物體。（2）自然景物 隨著近幾年來計算機圖形學的發(fā)展，生成各種自然景觀已成為現(xiàn)實，例如生成水、火、云霧、植物等，而且已經(jīng)達到了亂真的效果。（3）關節(jié)動物關節(jié)動物如人、獸等是電腦動畫中最為復雜的形體之一。采用計算機可以逼真的模擬這類形體，美國電影《侏羅紀公元》中的恐龍就是電腦三維動畫的杰作。2. “隨心所欲”的動畫在電腦動畫中，物體的變化和運動同樣不受客觀存在的制約。我們可以任意指定物體的運動方向、運動軌跡，任意掌握拍攝的角度、照明的特性，也可以讓物體任意的變化。（1）運動的虛構性如北京吉普廣告：巨大的汽車方向盤從地下鉆出，接著汽車的其他不見（車座、發(fā)動機、車論、車體）逐個飛入畫面，裝配成一體。（2）拍攝的連續(xù)性電腦動畫可以實現(xiàn)從宏觀世界到微觀世界連續(xù)不斷的拍攝，反之亦可。這也是其它表現(xiàn)手段難以達到的。例如“攝影機”從城市上空俯拍市區(qū)，接著連續(xù)運動，鉆入某一建筑中“拍攝”其內(nèi)部結構。這一過程，完全連貫、平滑、沒有鏡頭的切換。（3）物體的可變性計算機動畫提供了兩種變形的方法：三維形體的變形和圖象級的變化。利用手法往往起到隱喻的作用，有直接而銳利的解釋性和說服性。（4）強烈的視覺沖擊效果電腦動畫，可以讓物體沿著計算機設置的廣角鏡頭的曲線由遠至近或由近至遠的運動，造成強烈的視覺沖擊效果。3. 豐富的質(zhì)感表現(xiàn)電腦動畫能夠通過材質(zhì)的選擇和燈光的設計，逼真的表現(xiàn)物體的質(zhì)感。 （1）材質(zhì)的選擇和變化物體的質(zhì)感取決于色彩、表面的光亮程度、反射特性、透明特性等，而這些屬性又取決于組成形體的材料。電腦動畫提供了豐富的材質(zhì)庫，玻璃、金屬、水、大理石、木材、面料等材質(zhì)應有盡有。廣告制作人員不僅可以隨意選擇某一材質(zhì)來造型，而且可以為同一形體賦予不同的材質(zhì)。電腦動畫還可以使材質(zhì)特性隨時間靈活變化。材質(zhì)特性的變化包括材質(zhì)的色彩變化、透明度變化和光亮度變化。電腦動畫還可以通過變換各種參數(shù)反復修改形體的材質(zhì)，產(chǎn)生理想的效果。在電腦動畫中，材質(zhì)的特性是由一些數(shù)學參數(shù)確定的，參數(shù)不同，產(chǎn)生的材質(zhì)的效果也不同。（2）燈光的設計燈光的設計直接影響形體的質(zhì)感表現(xiàn)。電腦動畫中的燈光設計由如下特點：可以自由的確定燈光的類型。燈光的類型包括：點光源、平行光源、攝影光，以及用來產(chǎn)生金屬、玻璃等光亮效果的MAP光源；可以根據(jù)創(chuàng)意要求隨意確定燈光的顏色、強度，以及它們隨時間的變化；可隨意確定燈光位置和運動；可以產(chǎn)生燈光照射形體時的陰影效果、反射效果等。（3）預演在電腦動畫制作過程中，可以隨時演示動畫設計的結果，反復進行修改、調(diào)試，直到滿足創(chuàng)意的要求為止。（4）背景合成在一般情況下，采用攝影手段，很難將前景和背景獨立起來。就是說，畫面的前景和背景是合在一起拍攝的。在電腦動畫中，前景和背景可是分別設計，并且可以隨時進行背景的合成和更換。三維動畫的藝術設計創(chuàng)作過程按順序大致分為五個制作單元：實物建模造型、材質(zhì)編輯、運動控制、渲染著色、合成序列。即在虛擬的三維空間中創(chuàng)建動畫角色和景物場景的三維數(shù)據(jù)，生成實物造型，再賦予造型材質(zhì)和貼圖，并通過差值計算使角色在三維空間運動起來，加進燈光、鏡頭、環(huán)境特效等，最后通過合成序列來生成完整的動畫。三維動畫制作相當復雜，越大的制作團體在進行3D制作時分工越明細，從原型創(chuàng)作到視頻輸出，中間大致要進行十二、三道工序。以影視制作為例：腳本→角色形象創(chuàng)作→故事情節(jié)分鏡頭→實際建模→材質(zhì)調(diào)整→動作控制調(diào)節(jié)→燈光攝像機→環(huán)境特效→分層渲染或直接渲染畫面→