三维角色动作的力学仿真

摘 要：三维角色动画的力学仿真与真实世界的物体力学运动规律有着密不可分的关系。动画艺术是物体力学的画面表现形式，由于动画的制作技术特点，三维动画自有优点和不足。伴随着动画技术的不断更新，一部分动画片已采用真人动作捕捉动画技术与三维动画技术结合运用的方式，凭借各自独有的长处和优势来丰富动画的画面。本文具体论述了真实世界的运动规律与三维角色动作仿真的特点，以及动作捕捉技术与三维动画的结合运用。

关键词：角色动作；运动规律；动作捕捉

三维角色动画是计算机动画技术中最具挑战性的课题之一，涉及的建模、运动控制和绘制三个过程均较为复杂。其中，运动控制技术由于人体或动物的运动涉及大量的自由度，非常复杂，尤为困难。人体或动物的任何动作都是许多因素的协同作用所致，不是看起来那么简单。

1 三维角色动作的相关因素的构成分析和创作

很多人认为动画动作设计是可以随心所欲、信手拈来的。它的变化甚至是不可捉摸的。某种意义上来看，可以这样说。但在这个自由的创作空间中，动画动作设计其实具有很强的逻辑性、规律性，影片中的角色动作必须符合其正确的逻辑关系和运动规律。所谓正确的逻辑关系和规律，是指在影片范围内能够被人们理解、认同、接受的因果关系与动作规律。

动画影片中的世界是人们虚拟出来的，是假定性的艺术。但一切因素都应该具有逻辑性。动作应该符合自然的力学运动规律，否则就不会被观众理解、接受和认同。

角色性格、情绪、特征、剧情和场景是决定动作的因，动作本身是这些因素综合作用的果。性格是指角色在影片中所具有的性格特征，包括其兴趣爱好等。情绪是指角色在动作表演时所具有的心情。特征指角色形象的基本特征。剧情是指影片的故事内容。场景是指镜头中场地景物的设置。

举个例子，角色A和B开心地在山洞中捡宝石。A的性格纯真、有爱心，是憨厚的小大哥；B则贪心，虚荣。我们来分析一下角色A的动作因素：性格是纯真、有爱心、憨厚，情绪是开心，特征是“小朋友”；剧情是捡宝石；场景是山洞。动作结果是A表情高兴地拿着一个小包，蹦蹦跳跳地，捡自己喜欢的、认为好看的宝石。如果宝石有点脏，他会擦干净，甚至边捡边想“这个送给老师，那个最漂亮的送给妹妹做生日礼物，另外一个留给弟弟作比赛胜利之后的奖励”等等。在这个动作设计中，A表情高兴是因为情绪“开心”。“送给老师，送妹妹”体现他可爱、纯真、有爱心的性格。蹦蹦跳跳的动作体现他“小朋友”的特征和“开心”的情绪。捡宝石是剧情要求。“给弟弟做奖励”表现了他是“有爱心的小大哥”。在这里，场景没有做具体的描述，场景也会在客观上影响动作的最终结果。假如山洞中有水坑，那么在动作过程中就可能涉及绕过水坑；如果宝石被埋在地下，则可能要用手去挖等等。这些角色动作的完成，都体现了力学仿真的应用，在创作中更要注意这些情景，动作设置要符合剧情和角色的表演，不能凭空无所顾忌地脱离现实。在角色A的动画表演中，我们要立足人们对客观世界的认识，只有这样才能被观众所接受。

2 角色动作运动规律的力学仿真

在动画片中，不管意图是叙事或论人，都离不开塑造成功的、丰满立体的角色形象。角色的动作是表达和演绎角色的关键因素。动作设计是否合理，直接影响动画片的质量。应该怎样做才能制作出正确合理的动作呢？我们应该首先认真分析角色动作的因果关系。这在动作中至关重要，也是起决定性作用的环节。在立足客观现实的基础上，要体现其影视的艺术性。角色动作在力学仿真时，还有其自身的规律。

2.1 夸张和变形的应用

夸张与变形动作在角色动画创作中占有重要的比例，动作表演夸张与变形更注重趣味性、幽默感。同时，为突出创作作品的某些特征或某些个性元素，应进行局部的变形和夸张，但夸张变形并不是漫无目的地随意扩大缩小，拉长或压扁，而应根据角色在情节中的个性要求来进行处理。动画角色的变形夸张还应注重幻想性和趣味性，尽量在有趣味的范围内具备幽默感。为了表现夸张变形的视觉张力，动画艺术吸收了戏曲、舞蹈等艺术形式中的夸张元素，并加以融会贯通。因此，夸张变形的方法是多种多样的，如在造型设计、动作设计及角色表演等方面都运用了夸张与变形技法。

2.2 预备和缓冲的掌握

所谓的预备动作，就是动画角色在朝某一设定动作方向运动之前所呈现的一个反方向的动作。在自然界中，角色动作的这种力学是存在的。在动画片中，预备动作可以使角色的动感显得更清晰、更突出、更富有卡通韵味。在欧美的卡通片中，这个概念比较明显，而日本卡通片大都以写实为主，相对就没那么明显了。

2.3 压缩与伸展的运用

当物体受到外力作用时，必然产生形体上的压缩和伸展。动画中运用压扁和拉长的手法，夸大这种形体改变的程度，以加强动作上的张力和弹性，从而表达受力对象的质感、重量，以及角色情绪上的变化。例如，惊讶、喜悦、悲伤等。

2.4 跟随动作与重叠动作的运用

在职业动画师的讨论中，我们习惯于把无生命的被动运动物体产生的延迟运动效果称为“跟随动作”，如头发、衣角、配饰、尾巴的放松状态，或者一只脱臼了的手臂。这些动作是动画师对真实世界物体运动的模拟、归纳、总结和应用。重叠动作更多的是指身体各部位的运动不会同时开始，也不会同时结束。在制作中，某些部位的空间幅度和开始、结束时间，会因为重量不同、力量产生的原因不同、质感不同或者为了达到某种特殊效果，而出现不同的状态。这些不同有的显而易见，有的看不出来但是能感觉到，但是他们的存在，可以让观众感觉到肢体是由骨骼和肌肉所组成的血肉之躯，而不是机器。重叠动作会为角色添加一些灵性，让观众感觉到真实自然。

3 动作捕捉的力学仿真

随着技术的更新，动作捕捉广泛应用于三维动画角色。3D光学动作捕捉系统可进行最精确的运动捕捉、自由度测量、微动测量、三维平台运动测量。通过运动捕捉设备对演员的表演技术动作进行捕捉，得到数据文件，应用三维软件进行演员人体动作分析，最后导入捕捉数据文件赋给所建的演员人体模型进行实时运动技术表演，为演员和导演提供直观、形象的动作虚拟仿真，从而改进和提高影片表演技术动作。

总之，三维动作仅仅是动画的一种表现手法，其运动的力学规律，都是仿真于真实世界。只要能够定位好动画自身的主题，保持自身的特色，发扬自身的优势，找到合适的结合点，利用好先进的动画技术、合理的力学仿真规律，就一定能在三维动作表演市场上大展拳脚。

参考文献：

[1] 韦伯斯特（美）.动画（角色的运动和动作）[M].杜晓莹，商忱，译.人民邮电出版社，2009.

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[3] 武枫，朱润. Maya动画角色动作设定技法Ⅱ[M].人民邮电出版社，2013.

[4] 吴健，朱晓鸣.动画运动规律[M].江苏科学技术出版社，2010.

[5] 曹文杰.三维环境下的角色动作规划[D].电子科技大学，2007.

作者简介：肖锋（1981—），男，湖南人，湖北美术学院硕士，湖南工艺美术职业学院讲师，研究方向：动漫设计。