浅析CG动画场景中三维与二维技术的融合

摘要：本文探讨了3D软件以及技术在二维写实场景的制作方法，以原创短片《变形记》①的场景制作为例，分别探讨了Sketch up辅助技术在二维手绘场景应用；非真实材质场景和二维场景结合的方法；后期软件在场景空间中的应用等技术方法。

关键词：三维技术；二维动画；场景；非真实材质渲染

1三维与二维技术结合表现CG动画场景的发展

从上世纪末到这个世纪初，计算机动画和视觉效果作品呈国际化趋势，迪斯尼动画作品《美女与野兽》（1991）以及Bill Kroyer制作的《科技的威胁》（1998年）开创了三维计算机方式结合匹配二维手工动画的先河。当时许多手工制作为主的动画片和电视连续剧都合并了三维元素。梦工厂的Jeffrey Katzenberg为这种合并风格取了个聪明的名称“传统数字化”。[1]

在影视动画的场景制作中，二维和三维合成，大致分为三种形式：三维计算机场景上的二维手绘角色；二维手绘背景上三维计算机角色；以及三维背景上的定格动画。三维动画技术和二维动画技术相结合，发挥二维手绘质感与三维空间的优势。

2原创动画短片《变形记》场景技术解析

本文的研究问题是三维技术在二维手绘场景表现上的应用。从动画的视觉效果上看，它的意义在于三维技术制作扩宽了二维动画场景的空间上的局限，烘托场景气氛，增强视觉表现力；从动画镜头语言的运用上，融合的三维技术的场景，镜头景深空间感强；从动画的制作方面，对场景透视和镜头合成更加准确方便。

笔者确定短片为二维与三维的结合的制作方式，主要从两个方面的考虑：（1）从艺术风格的角度考虑，二维场景更利于表现细腻的画面效果，三维角色与二维场景结合实现了2D和3D优势的互补，镜头运用更加灵活。卡通渲染效果，我们摒弃了传统二维动画的风格——增加了色块与阴影、高光的变化。短片追求一种自然的手绘肌理艺术风格，通过笔触和色块的变化表现景物结构关系，使渲染效果与传统手绘的风格更加接近。（2）从技术制作的角度考虑，《变形记》是一部角色动画短片，角色动作表现多而复杂；通过三维技术表现，动作的表现和镜头的灵活性都更加方便，跟传统二维动画的制作程序相比，节约制作成本和时间。

（1）Sketch up辅助技术在二维手绘场景应用。1）创作阶段。在场景的前期创作阶段，笔者在理解分镜头剧本基础上，在Google Sketch Up②的网络素材库收集相关资料，建议在Sketch Up中设定相似的场景制作3Dlayout，软件的漫游工具方便模拟场景中的空间运动，方便制作者体会镜头中的空间变化，模拟镜头中视角和镜头运动。为了进一步辅助制作，使笔者建立对场景的空间的意识，理解镜头的运动。2）制作阶段。笔者以街道场景的绘制为例：①根据分镜头剧本确定场景的基本透视关系：如平行透视；主镜头的运动关系，如镜头从右上向左下移动。②按照分镜设计稿，进行建模制作。③收集素材图片，将素材图片中基本的透视关系与建筑模型进行匹配。④将匹配好的建筑模型导出，在Photoshop中进行手写板绘制。笔者通过借助Sketch Up的场景绘制，可以快捷的绘制场景的透视关系，而且通过软件导出光影图，作为二维绘制的光影透视关系的参考。

（2）中期制作階段的制作方法。1）道具的卡通渲染。目前卡通渲染的方法也很多，也是三维技术表现二维效果最常用的方法。在Maya软件中的Toon材质，是卡通渲染中比较常用功能。卡通材质的发展在常见的三维软件都有应用，并不是Maya独有的材质功能，一般只是在原有的材质基础上创建出来。Toon shade材质的基础就是RAMP等材质，再加上原来的Paint Effect效果就组成了现在的Toon shade材质。《变形记》是以二维手绘效果的原创动画短片，从艺术风格上考虑，二维手绘的风格能够突出表现场景的细腻画面；由于角色制作以三维制作为主，因而道具采取三维卡通渲染即能保证二维绘画风格相似的视觉效果，又符合三维的空间中镜头变化的需要。2）贴图的绘制。为了达到三维渲染与传统手绘效果统一，贴图的绘制是更加注重笔触效果。尽量参考场景细节写实刻画，虽然卡通渲染是色与线的表现效果，但是细节上显得有些死板和僵硬，还达不到手绘笔触效果的自然生动。因而，贴图的绘制尽量细致，贴图的效果和质量主要是要看对细节的处理和对模型的整体效果的把握，耐心和经验对于绘制贴图也是非常重要的（如图1）。3）卡通渲染效果与手绘场景的合成。场景和道具的卡通渲染合成的主要问题是视觉效果的匹配，在《变形记》制作中，场景的绘制偏重写实风格，整个场景没有明显的光影的分界线，都是靠笔触的质感来表现形态的肌理，场景的轮廓基本上没有边线，都是隐于形态之中。因此笔者在道具的渲染设置上，尽量减少色块之间明显的界限，也不需要设置边线。在造型转折处，效果显得僵硬，可以在贴图的笔触绘制上加以改善（如图2）。

（3）后期合成阶段的制作。1）场景的分层处理。通常二维场景在绘制的时候，一般场景中的景物关系都需要进行分层。在传统的动画的赛璐璐底片上，也通过前景、中景、后景进行绘制，表现动画场景的层次关系。动画的分层，当动画角色活动处于遮挡部分的时候，在背景的绘制中应该运用相应的层进行遮挡，随着电脑绘画的运用，分层显得比较简单。[2]目前电子科技在图像绘制领域可畏大显身手，并且完全取代了传统绘画手段的趋势，同样给传统动画带来的新的制作方法，在主流的绘制有传统动画手工绘制和二、三维动画软件制作的两种手段，但在平面图像软件中运用电脑制图绘制背景的诞生无疑为动画制作带来另外一种更加方便的二维图像的绘制手段。[3] Photoshop都是以Layer为基本的概念，笔者运用电脑绘图板在Photoshop中绘制，方便对场景图像的管理和操作。2）合成软件在场景中的运用。笔者在主场景合成中，主要运用Digital Fusion③3D功能处理场景空间的层次关系。Digital Fusion 3D的功能与Affect Effect的3D相似，主要特征包括了一个具有灯光、摄像机和基本几何体的真实的3D合成环境，真正实现2D和3D的合成。Fusion现在可以直接导入FBX文件，通过FBX文件就可以制作出一个与灯光和摄像机相匹配的作品。借助Fusion的3D功能来解决二维场景的“假三维效果”，实现二维场景中的空间纵深运动。虽然这种处理方式，在镜头的运动上还有一定的局限性，但2D Matte Painting技术在影视动画中的应用非常广泛，在视觉上场景也可以达到三维空间的效果。例如：主场景2.5D后期制作：①首先将测试的场景分层，把前景层，中景层，背景层的景物分开，为了二维场景的基本层次关系分明，要注意前景的物体的表现。②创建面片节点和三维摄像机节点，建立三维空间与场景层的景深的关系。③调整贴图的面片空间位置，调整摄像机的角度，设置灯光。④利用Projection 3D节点出来处理场景中面片边缘接缝的问题。Projection 3D功能可以把场景的面片赋予相关的形体，处理注意层次之间的细节处理（如图3）。

3制作小结

（1）场景的空间表现力是场景绘制最重要的因素。动画是运动的艺术，场景空间的表现推到了剧情的发展，贯穿了角色的表演和主题表现。笔者场景在设计与空间表现上，既要表现二维手绘风格细腻自然，更要注意场景三维空间的视觉体验。笔者通过短片的制作，对场景运动透视的表现有了新的理解，尤其注意处理视觉语言与场景透视之间的关系，把场景的设计的概念扩展到四维概念。

（2）技术丰富了动画艺术的表现力。在实践的过程中，笔者对三维技术主要结合二维手绘场景表现做了初步的探索，为今后的短片创作积累了宝贵的经验，探索不同软件与二维动画效果相结合的方法。如何在视觉呈现上，运动的镜头中，更加准确的理解空间透视关系，全方位的展现动画风格？

（3）动画短片制作流程和时间管理的重要性。由于实践经验的不足，《变形记》从创作到制作还不够成熟，最主要的问题是笔者对动画短片制作技术和时间流程缺乏经验，在场景合成中出现与角色匹配跟踪的问题，有待今后实践中解决。

4展望

艺术与科学的结合是今天数字动画产业发展的趋势。动画艺术的创作与构想，依赖于计算机科学，生物科学，图像交互技术等多个领域知识的交叉，这需要动画人从本质上创新，不但从技术上创新，思路上创新，更要从知识结构上创新，使用方式上创新，使CG动画得到更好的发展。

注释：①原创动画短片《变形记》为2011年北京大学软件与微电子学院硕士毕业作品.

②http：∥www.sketchup.com/.

③http：∥baike.baidu.com/view/1538023.htm.

参考文献：

[1] Isaac Kerlow，陈宝国，红然.3D动画与特效制作艺术[M].北京：人民邮电出版社，2010：272.

[2] 陈继光.高新技术在传统动畫制作中应用——计算机软件技术在传统动画片中应用[J].山西师大学报（社会科学版）研究生论文专刊，2008，35：40.

[3] 刘鸿良.影视动画背景绘制技法[M].北京：海洋出版社，2009：86.

作者简介：王箫音（1981—），女，辽宁锦州人，硕士研究生，常州工学院艺术与设计学院助教，研究方向：计算机动画创作。