三维动画制作技术的几点感想
三维动画制作技术的几点感想
摘要：本文从电脑三维动画技术的几个不同角度作了一些自我思考，并对三维动画制作技术的发展进行了一定的总结和展望。
关键词：三维动画；制作技术；思考
前言 电脑三维动画是目前国内外电脑应用的热点领域之一。随着软件技术日新月异以及电脑硬件技术的高速发展，电脑三维动画已渗透到人们生活的各个角落。无论在科研、军事、教育，还是在电影、广告、艺术等领域，电脑三维动画都有着广泛的应用。
1．电脑动画技术的一些思考
1．1 电脑动画技术与传统动画的比较
三维动画技术的特点可以概括如下[1]：（1）“无中生有”，例如售楼广告中的楼影视片中虚拟的景物环境和运动自如的机器人；（2）适于表现真实景物当中纯技巧的拟人手法群等从而表现出趣味性与生动性。（3）材质更加真实生动。可以构造出自然界中很难创造的光线条件，人为地设计理想光源。（4）能够更加有效地利用现有的图像达到编辑机、特技机所无法达到的视觉效果。（5）真人与真景相结合可以有效地增强动画结构的真实感和可信度。（6）能形象地解释抽象的道理、揭示产品的内部结构直观再现肉眼看不到的微观变化。（7）与其他学科相结合为电视画面提供更加丰富的内容。
传统的动画是由画师先在画纸上手绘真人的动作，然后再复制于卡通人物之上。电脑动画是计算机图形学和艺术相结合的产物，它给人们提供了一个充分展示个人想像力和艺术才能的新天地。电脑动画技术从制作的角度看，主要涉及几何造型技术和图像处理技术。在电脑动画发展初期，人们进行动画制作主要采用几何造型技术，用几何学方法来描述对象，使用计算机来产生动画。但近年来，由于这种技术制作成本太高、费工费时，就开始研究结合使用基于图像处理的制作方法，用已有的图像数据来提取、表现空间的动态对象从而生成动画。目前，电脑动画已经广泛应用于影视特技、商业广告、游戏、计算机辅助教育等领域。
1．2 与传统技术的结合
当谈到动画片的技术进步时，不少人会很自然地考虑运用三维动画技术。但我们认为技术创新可以在传统手绘等手工劳动量大的方面作必要的技术更新和流程变化。基于传统动画的艺术效果在人们的欣赏习惯中已经占有不可估量的地位，而且传统动画片中很多夸张的效果和造型的随意性表达方式，在三维技术上有它的技术局限性。因此，在讨论动画技术创新的问题时，不能简单地把三维技术直接取代传统技术作为创新的着眼点。
动画制作的技术创新不是高技术的简单运用，技术创新应考虑到传统动画的优势，在继承传统的基础上寻求技术变化。技术创新应具有成本上的集约性优势。技术创新应能使管理优化，可以考虑制作上的可复制性，减少整个制作的管理成本。这样，我们谈技术创新才不至于新造一个制作机构，不至于需要大量高难度的人才改造;才能在继承和发展一贯的动画技术风格和艺术效果的同时，降低成本。
1．3 电脑动画技术与艺术的结合问题
电脑动画技术是建立在软硬件、图形学、数学、美学、摄影等多学科基础上而又不断发展的高新技术。影视产品的生产实践为电脑动画技术的发展开辟了市场。软硬件技术的发展使电脑动画的制作成为可能。数学及图形学的发展为设计动画软件提供了优良的算法。电脑动画技术日益显露出明显的经济价值、艺术价值、学术价值和实用价值。为了制作更新、更美、更复杂的动画作品越来越多的探索者开始潜心研究动画制作技术。
电脑动画是借助于计算机实现的，它涉及到计算机的基本知识，如计算机的图形显示原理、软件编程技术以及高速图形处理芯片或板卡的接口技术；它还需要相应的外围设备来实现动画作品的输出[2]，如逐帧控制器、海量存储器、高速硬盘阵列等。当需要在中低档设备上输出实时动画作品时，它需要创作人员了解不同的图像压缩格式及压缩比对画面的损伤程度。而从事影视动画创作时，它还需要创作人员了解编辑机及特技机等影视后期制作设备的基本原理，以上这些显然都是电脑动画的技术属性。电脑动画创作当然还需要有一定的美术基本知识以及超常的想象力，否则完成的动画作品很难具有什么艺术价值。这显然是电脑动画的艺术属性。然而长期以来将电脑动画归属于艺术类还是技术类却一直没有明确的答案，因为仅仅从字面上看“电脑动画”这四个字的属性是不明确的，它同时具有“电脑动画艺术”及“电脑动画技术”的双重含义两者不可能完全彻底地分开因而准确地说[3]，电脑动画应是一门艺术与技术结合的学科。电脑动画不同于平面设计关键在于其动。广义的电脑动画除了我们感兴趣的影视动画外，还包括有基于计算机显示技术的全部动画内容，如基于操作平台的小的图标动画、简易的线条动画、网页动画以及广泛应用于计算机游戏中的各种二维、三维动画等。这些基于计算机显示的动画要么图幅小，要么图像质量不高。特别是各种3D游戏，通常只能在特定的显示环境下才能实现较高质量的实时动画.也就是说动画的最佳显示效果与所用显示卡的图形处理芯片密切相关。
3．三维动画制作技术的发展趋势
随着科技的迅猛发展几年来先后产生了Java、Shockwave、SureStream、MetaStream等网上动画技术。Java脚本能够将一个Applet（小程序）加在网页上这样就能够根据需要画出图形甚至加载事先做好的动画；Shockwave技术的运用可以实现在Internet上的交互多媒体；利用SureStream可在Internet上实现音频及视频的回放而无须顾及带宽；而MetaStream则是网上三维的新标准，通过它可以在Internet上呈现精彩的3D世界[4]。为了观看后三种动画需要在本地下载安装插件（Plug-in），当然这并不困难。因为在浏览包含这几类动画的网页时，电脑会提醒你只要点OK就会自动从网上下载这些插件并自动安装到你的电脑上。
网络宽带接入技术的普及与发展给互联网向三维空间发展带来可能，而这一切都将得益于电脑三维技术。除以上诸多应用领域之外它可以很好地胜任电子商务运作比如我们购物可以通过三维网络技术从不同角度欣赏商品的各个侧面，再比如房产开发过程中的楼宇展示我们可以身临其境在各个房间中任意穿梭。至于电脑动画制作的支撑环境，在硬件方面，近来，个人电脑处理能力迅速增长，已经向图形工作站在动画制作领域的地位发起了挑战。现在,一台高配置的PC机已经可以满足相当一部分动画制作的计算及处理上的需要。当然如果是太大规模的制作，比如说制作一部高标准的电脑影片，目前看来还是需要有多套图形工作站的。在软件方面，从常见的运行在微机上的3DMAX到运行在高档图形工作站上的Softimage、Alias等动画软件产品，应有尽有，可满足不同层次的需要。
在目前的电脑动画技术中，重要的是深入研究运动控制和渲染技术[5]。在运动控制技术中，关键帧技术如同传统的手工动画一样，由动画师绘制一些静态的关键画面，然后按一定的补插规则完成一系列画面，实现动态的效果。关键帧这种古老的技术现在仍然是制作电脑动画的主要方法；而同时，电脑动画也有自己的特点，发展了一套新的技术，这就是基于物理模型的运动控制技术。因为物体的运动要遵循一定的运动定律，比如表现一个球的弹跳，水流的波动，都有一定的物理模型，要符合一定的物理规律。如果由电脑通过计算来完成，会使运动变得自然而逼真。这种技术现在还没有完全进入大规模实用阶段，因为有关模型的理论还在完善中，但这将是未来发展的趋势。渲染技术主要包括光照和纹理。光照技术是利用计算机模拟自然界中光对物体的照射来体现动画对象的立体效果，而纹理技术是通过给动画对象的表面添加一些细节来增加真实感。目前的演示设备，归根到底还是平面式的屏幕，那就要想办法在平面上搞出立体效果来。许多研究工作事实上是基于这一硬件环境的现实情况。
电脑三维动画的内容多，范围广，发展快，是一个很有前景的研究方向，许多技术问题还有待于进一步探索。
参考文献：
[1] 石民勇，计算机技术在动画片制作中的作用[A]，数字化艺术论坛，2002
[2] 邵谦谦，3DS MAX R4动画制作技术精粹[M]．水利水电出版社，2001
[3] 金小刚，鲍虎军，彭群生．计算机动画技术综述[J]．软件学报，2002
[4] 张毅卓，岳夏．MAYA3.0精品实例创作[M]．清华大学出版社，2001．
[5] 范幸义，计算机图形学[M]．重庆大学出版社，1999
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