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三维动画技术在影视作品中的应用

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  摘要:随着计算机技术的不断发展,三维动画在游戏、教育、影视等方面成为一门不可或缺的技术。而一部好的影视作品,必须要有扎实娴熟的三维动画技术作支撑。三维动画技术的主要特征,是对现实的一种虚拟、模拟和创造,是将美术、设计与计算机技术紧密联系起来的一门技术。本文对三维动画技术的三个发展时期、三维动画的制作原理、在制作上成本高且制作复杂的问题,以及我国在三维动画技术上未来的发展趋势做了研究和展望。
中国论文网 /1/view-10719537.htm
  关键词:三维动画;角色建模;动漫制作;发展;期望
  引言
  当我们谈论起动画的起源时,我们可以回顾到在1640年由外国传教士柯雪发明的魔术幻灯,这可以被称作是动画的开始,也标志着电影的诞生。美国维太格拉夫电影公司制作出了第一部通过视线错觉使得无生命物体“动起来”的影片的公司,这部影片就是1898年的《矮胖子》,至此人们正式拉开了动画研究的帷幕。最早期的传统二维动画的制作人员会在一种名叫赛璐璐片(CELLULOID)的合成树脂塑料片上用水彩颜料进行画作,再用摄影机逐张对其进行拍摄记录,最后将画面连贯起来。二维动画在计算机时代的到来得到了进一步提升的空间。绘线上色、图像连接等工作可交给计算机通过运算完成。
  通过计算机图形技术和艺术的相结合,基于二维动画艺术的计算机三维动画也随着计算机的发展诞生。这是另一个丰富多彩的世界。三维动画技术是一门高新技术,它的高速发展离不开计算机技术在图形算法和硬件等方面的不断进步。
  一、三维动画技术的发展历程
  计算机三维动画技术是基于计算机技术的快速进步和计算机图形学的大幅拓展,才不断成熟,并逐步地融入我们生活的方方面面,例如我们在影视媒体、虚拟医疗、培训模拟等方面都可以看到三维动画技术的身影。三维动画从20世纪60年代开始逐步发展,大体上分为三个时期:初步研究期、深入探索期、高速发展期。
  (一)初步研究期(20世纪60年代―70年代)
  计算机被发明出来是上世纪60年代的事。早期的计算机是电子管数字机,体积很大、运行速度很慢、且耗能较高、可靠性较差。那时的计算机技术性太强,艺术家和评论家们都无法认同通过计算机进行艺术创作的想法。直到60年代末,以计算机技术为基础的艺术创作才进行了第一次有效尝试,此时的由计算机制作的图片和漫画并不是在艺术工作室,而是在类似科学实验室当中制作完成的。毕竟这个时期的艺术家是无法参与计算机动画的制作的,而这个时期的相关作品也多用于阐明科学理论,效果相较而言是比较粗糙的。
  (二)深入探索期(20世纪70年代-90年代)
  当时间到了70年代,许多关键性技术的成熟为艺术的发挥提供了条件,创造了可能。当然这有许多原因,比如市场的进一步扩大和计算机技术的高速发展,进入这个领域工作的艺术家的增多和成熟,以及有愈来愈多的学习了计算机动画技术的劳动力进入市场,为动画制作提供了成熟的人力基础。1982年,由迪士尼公司(DISNEY PRODUCTIONS)出品的《TRON》是第一部有计算机动画技术参与的具有完整故事情节的影片,包含有由PROBERTABEL、ASSOCIATES、III、MAGIC和数字效果公司创作的计算机动画。
  当计算机图形学以及计算机硬件技术发展到80年代末期时,物体的三维效果制作和立体真实效果的营造都变得更加成熟,那个时期的计算机科学家们开始专注于对三维动画制造技术的研究,因而比之前传统的二维动画更加具有立体效果、更加逼真的计算机三维动画在这一时期就顺利诞生了。
  (三)高速发展期(1990-至今)
  90年代的计算机图形技术基本已经完善,这为三维技术的进一步发展奠定了基础。1993年,著名的《侏罗纪公园》问世,开启了对虚拟现实技术发展新方向研究的大门,以这部影片为标志,三维动画技术进入了高速发展的黄金期。迪士尼公司和皮克斯动画工作室不甘落后,在1995年合作推出了第一部全三维动画片《TOY STORY》(玩具总动员),这部影片最具意义的地方,就是片中场景和角色全部利用�算机绘制而成,它带给观众们前所未有的真实立体的视觉效果,这是二维动画所达不到的境界。
  1998年美国Alias|Wavefront公司的Maya横空出世,随后皮克斯,梦工厂,工业光魔,维塔视效公司接连推出《FINDING NEMO》(海底总动员)《THE INCREDIBLES》(超人总动员)《THE TRANSFORMERS》(变形金刚)《SHREK》(怪物史莱克)《THE LORD OF THE RINGS》(魔戒)等数字动画电影,三维动画技术一直在大步发展。
  二、三维动画制作原理
  现在的影视动漫中一般会灵活地运用三维动画技术进行制作。这种三维动画的制作方法,是通过关键帧的方式制作的(关键帧就是指角色或物体变化过程中关键动作所处的最小单位的单幅影像画面)。其主要制作过程包括角色造型设计、角色动作控制、背景制作、特效渲染和后期合成四大部分。具体的步骤如下:
  1.角色造型设计:角色造型设计即为大家所熟知的角色模型建设。角色设计师们会先在计算机上利用Maya、3D MAX等三维造型软件来绘制二维物体。该过程分为两步:首先绘制一些简单的几何形体,然后通过它们形状的多样、组合方式的不同来制作出复杂的几何形体;其次再通过对制作出的几何形体进行不同位置的摆放,使其可以构成一个完整的整体。
  2.角色动作控制:角色的动作控制,是一系列较为复杂的软件工程。制作人员会根据动画脚本,对角色设计师们制作出的三维模型进行姿态的设置,使其完成每帧所需的动作。动作控制是使整个作品更加生动形象的最重要的一步,该过程分为控制层和运算层两个层面:控制层指制作人员在计算机上逐幅控制关键帧的动作绘制;运算层指计算机通过计算来对中间帧的平滑动作进行处理,进行运动学计算等。   3.背景制作:任何一��场景都不能只有角色而没有背景。道具是构成背景的有机组成成分,而道具的制作和角色的模型制作大同小异。背景的制作中,除了形体以外,材质也非常重要――材质就是物体的一些我们可以通过眼睛观察到的表面特征,通过对材质的设置,可以在平面的颜色、暗亮程度、反光效果、光影的透过度等方面使制作出的道具更加逼真。材质的设置在背景制作真实感方面起了决定性的作用。动画设计师们通常会通过上文提到过的一些三维造型软件中的材质编排器来对物体的材质进行设定,从而使物体的视觉效果更加精湛。
  4.特效渲染和后期合成:一部作品是否足够吸引眼球,就取决于最后这一步的效果。特效渲染就是通过计算光的走向,增加模型的材质感,让人们创造出的虚拟世界更加真实;而后期合成则是对所有文件进行一个整合的过程,也就是对杂乱的画面进行剪辑,通过逻辑关系,使画面与画面、片段与片段间连贯连接,从而赋予动画完整的故事情节。
  三、三维动画技术的限制与趋势
  近年来三维动画技术的高速发展使得许多人认为三维动画技术已经进入了成熟期,但在具体的制作流程中,还存在下面两个问题值得我们去改善。
  1.三维动画制作中,存在成本高、制作复杂的问题。由于需要动画师们在细节上对建立出的模型进行不停的修改,使他们脑海中的设计出的模型能够完美地呈现在观众眼中,这就导致了设计师们无法在短时间内制作出一部动画作品中的所需的大部分角色。一个职业动画师一个上午可能只能做4秒左右的动作,一天只能做10秒,这也使得设计师做出角色后,动画师还要花上很长的时间才能完成一部作品。而后期的渲染更加耗时:在电影《AVATAR》(阿凡达)花絮中提到,《AVATAR》每帧的渲染平均就要47小时。
  2.角色动作控制中,存在动作僵硬不流畅的问题。这种需要在计算机上逐帧制作画面的工作,需要制作人员拥有高超的绘画水平和空间想象能力,否则画面就会连接不自然,使得一些动作不够流畅,转换突兀。而中间帧的制作则是由计算机通过计算作出,这就难免会出现僵硬、不自然的画面。
  实际上,三维动画技术比起在纯粹的三维动画方面的制作,它更广泛地运用于影视作品中真实场景拍摄和特效场景制作的结合。三维动画技术提升视觉效果的最大特点,就是利用人工图像,可以制作出编辑器和特技机也没办法制作出来的动态画面和特效。那么,将其与影视拍摄相结合,合成出演员无法做到的特技,或者通过对演员进行动作捕捉(Motion capture)使三维动画更加流畅自然,成了当下一种热门的影视作品制作方式。
  我国现在已经可以通过将三维动画技术与卡通渲染技术和动作捕捉技术相结合来进行影视作品的创作,如2007年杭州玄机科技信息技术有限公司制作的全三维武侠长篇动画《秦时明月》。由于其精美的造型艺术画面和强大的动态视角,观众们感受到了前所未有的完美的视觉效果。这也代表了我国的三维动画技术逐渐追赶上时代、步向成熟的一个标志。
  四、结语
  本篇文章对于三维动画技术的发展历程、制作流程与未来趋势做了简单的介绍和展望。可以看出,近几十年来,三维动画技术的逐渐完善,在影视动漫中开始逐渐取代传统二维动画技术。但三维动画技术的局限性,如成本太高、制作复杂、中间帧的流畅度、关键帧的自然性等也限制了它的发展。在技术不断改进的同时,人们也开始尝试着将三维动画技术与其他技术进行结合来化解现有技术的不足的问题。通过和其他技术的结合,三维动画技术将再次拓展它的应用领域,这门技术也将会再次达到一个全新的高度。
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