3D打印技术在影视动画中的应用研究

吴文聪

摘 要：文章对3D打印技术在偶动画中的应用与研究现状及意义，基本内容、主要难点和创新点，基本思路方法、路径和目标进行概略的探讨。

关键词：3D打印；3D打印技术；3D Print；偶动画；逐格动画；动画

检 索：www.artdesign.org.cn

中图分类号：J9；T-19 文献标志码：A 文章编号：1008-2832（2016）09-0072-03

Research on the Application of 3D Printing in Animation

WU Wen-cong（Beijing Film Academy-Modern Creative Media College，Qingdao 266520，China）

Abstract ：3D printing technology in the animation application and research situation，significance，basic content，main difficulties and innovation，basic train of thought，method，path and target outlines the discussion.

Key words ：3D printing； 3D printing technology；animation；puppet animation；stop-motion animation.

Internet ：www.artdesign.org.cn

一、3D打印在偶动画中的应用与研究现状及意义

（一） 3D打印在偶动画中应用及研究的现状

1.应用情况。在国际范围内3D打印技术在电影美术和偶动画中的应用已经越来越普及和成熟，在国内却比较少见，此项研究将在提高影视制作效率和效果方面发挥显著的作用。国际上已将3D打印技术（3D Print）应用在逐格动画（Stop Motion）的拍摄中，在逐格动画影视作品中的运用已较为成熟。其应用领域主要在以下几个方面：

（1）角色的表情制作：传统定格动画制作中，角色的面部表情制作受到技术手段落后的制约，在表情的生动灵活性和制作的便利性上有很大的缺陷。

3D打印技术解决了这个由来已久的技术难题。在电脑中创造角色的三维造型，然后通过骨骼绑定等便捷的三维手段，流程化的创造出动画表情。这项技术在2009年提姆波顿的院线动画鬼妈妈（Coraline）中使用，完全替代了传统的手工制偶技术。影片中有21个角色，超过207000个面部表情。影片的制作和拍摄工期仅仅用了两年时间，比传统的手工制偶工艺提升了2到3倍的制作速度。提姆波顿的御用逐格公司Laika，无敌掌门狗的制作公司Ardman都是3D打印技术应用的领导者和推广者。Laika新片《通灵男孩诺曼》中的男主角Norman，拥有近140万个不同表情，这就是技术革新的魅力。

（2）场景道具打印：法国动画师Gilles Alexander Deschaud的短片《Chase Me》，是一部全部使用3D打印技术的试验之作。不仅仅是角色身体和表情，片中的场景和道具也全部由3D打印机制作，对传统的制景技术进行了完美的细节补充和时间流程上的优化。

2.研究情况。国内有关研究始于2012年。这一年《现代电影技术》刊文介绍了《通灵男孩诺曼》中定格动画、彩色三维打印及后期特效的结合。此后，陆陆续续在一些文章中出现了与3D打印在偶动画中应用的内容。但与3D打印在偶动画中应用直接相关的研究文献数量十分有限，截至2015年只有9篇。可以说， 目前国内对3D打印在偶动画中应用的研究刚刚开始， 处于起步阶段，研究成果还比较凌乱和肤浅，观点和认识多处于对3D打印的感性阶段。

（二） 3D打印在偶动画中应用研究的意义

首先，作为国内屈指可数的偶动画专业，丰富和完善偶动画理论是当务之急。本项目的研究对丰富动画专业理论有积极意义。其次，研究有助于打通专业和教学之间的壁垒，成为三维和偶动画在技术上的桥梁，用最前沿的技术手段更高效解决动画的技术和专业难题，对于教学和科研都有很大的学术意义。再次，虽然目前国内3D打印在偶动画中应用的研究刚起步，成果有限，但3D打印在偶动画中的运用研究已经成为动画研究，特别是偶动画中的一个新的研究方向与热点，在可以预期的未来，将会有更多的高校、研究机构、企业投入到这一研究与应用之中，将会有更多、更新的研究成果问世，为偶动画制作增添新的动力与创造性原素。这将对动画产业的发展具有积极意义。

二、研究的基本内容、主要难点和创新点

（一）基本内容

1.3D打印技术在偶动画表情中的应用。传统偶动画的表情制作根据制作材料不同而不同，而偶的表情会用比较传统的吸铁石和小贴片或者沾粘的方式来进行调整（《阿凡提的故事》）缺点是不易控制，发展到近代随着翻模技术和电脑技术的更新出现了更换头部的表情制作方法（《圣诞夜惊魂》），虽然解决了控制的难题但工作量依然巨大，且尺寸几乎无法更改。

在3D技术发展迅速的今天，我们可以运用3D软件制作头部的模型在软件中调整面部表情，进行编号并3D打印，如果其中有损耗用相同方法复制即可，修改空间大，时间成本低，且可以调整整体尺寸同比例缩放。此项技术在国际上已有初步成果，在国内的偶动画制作中还是空白。

2.3D打印技术在偶动画中场景方面的应用。传统偶动画的场景制作根据美术风格的不同而不同，上海美术电影制片厂的优秀偶动画作品中，常常是专业的美术设计人员和导演制定美术风格和制作图，由专业的木工师傅来进行制作，经过分层上色等工序最后才能用于拍摄。

现在，美术设计图经过三维建模完成后，运用3D打印技术进行打印，再根据具体影片的美术风格用不同的材质进行上色或粘贴制作质感即可。不但可以制作立体的场景，分层的景片也可以用3D打印的方式进行制作。不但大大缩短了制作时间，还能保证造型的完整性以及远近景的比例关系。打印的方式可以选择组装或是完整的打印，能够拆分和组装也正是偶动画分层拍摄所需要的。

3.3D打印技术的延展运用。除了在动画中的应用，也可以延展到更宽泛的领域中来。如角色道具：在当今电影中随着魔幻和古代题材越来越多的涉及，对于演员道具和服装的制作要求和数量也越来越高。很多电影美术工作者都运用电脑绘图软件进行设计，甚至运用3D技术进行设计。3D打印技术的运用不但可以节省时间成本，打印小样和成品都将成为比传统工艺更精准和快捷的手段。如电影置景：在内景和棚内拍摄的电影中，有很多原比例或有缩放用于拍摄的建筑或家具等，也可以运用3D打印技术进行制作。再如电影场景沙盘的制作：此项目亦可以用于电影场景和影视城的沙盘制作。还有动画周边衍生品的制作，此外，动画的衍生玩具或模型的制作也可以使用3D打印技术来完成。

（二）主要难点

研究的主要难点就在于如何使3D打印的定格动画更有质感。

1.定格动画同三维动画的界限越来越模糊，而实景实物拍摄成的定格动画最大的特点和魅力就在于真实材质的使用，如沙子、木偶、黏土等。材料本身的质感是定格动画影像美感的重要组成部分。通过布光和摄影技巧，使得影像更具层次感和说服力，产生超现实的生命感，从而达到令人惊奇的影像效果。3D打印使用的民用廉价材料，目前主要为ABS塑料，树脂等。ABS塑料是一种高强度高韧性的材料，常常用在例如乐高等儿童玩具上，是家用3D打印机常用的材料之一。打印出来的角色和道具，场景往往表面粗糙，有明显的层层叠加的痕迹。 目前，比较主流的处理方法是，使用水补土等材料将打印出的模型表面补平，再使用硅胶翻模，这样可以得到质感完全光滑的打印模型。然后在这个基础上，再进行质感的雕琢和纹理的喷绘。

2.3D打印目前普及的障碍在于材料和成本。材料来说，现有的材料种类远不够丰富，也不接近民用材料. 绝大多数的3D打印机只能打印1种或性质接近的几种材料。成本是普及的最大障碍，这就像电脑在几十年前所处的阶段一样。目前高精度的3D打印机都是比较大型且昂贵，技术专利基本掌握在国外巨头公司手中，民用的小型机使用的是十几年前的开源技术，精度达不到使用需求。国产的3D打印机往往是噱头大于实际，无论从稳定性还是产品质量都远远落后国外，所以国外公司的技术垄断无疑也使打印机设备及耗材价格居高不下。

相信未来3D打印会像以前的2D打印一样，成本和价格会随着国产化和技术成熟而逐步降低，然后逐渐普及。

（三）主要创新点

本项目在影视中的运用还是刚起步的状态，但其各种特性都比较适合影视制作领域（高仿真性低功能性等特质）。新一代动画人应该将3D技术运用到更广泛的动画和新媒体领域中来，在前人的基础上做出革命性的改革。

对3D打印定格动画的技术流程进行模块化处理，利用我们学校三维、偶动画专业齐备，以及产学研结合的优势，将定格动画、3D打印技术，以及后期合成技术优化整合，创造出更为精细、更具创意和更具流行性的新媒体时代的动画形式。从电影和广告到MV和艺术电影，让定格动画进行一个华丽的转型。

三、研究的基本思路方法、路径和目标

课题的主要研究方法以实践为主，最终目标是总结出一套相应的实用理论。

（一）思路和方法

1.前期调研。搜集国内外3d打印技术在各领域的成果，着重了解不同型号打印机的尺寸和使用寿命，以及不同材料对于动画拍摄和影视制作道具制作的使用效果和着色效果。通过详实的调查和研究找到最适合制作偶动画所需要的打印机和打印介质。

2.美术风格。研究不同美术风格的逐格动画，根据其特性，调配三维甚至是二维的制作手段，以为不同美术风格的影片找到最合适的打印介质和制作方法。争取做到此项技术可以最大限度满足不同风格影片的需求。

3.偶的表情（动作）制作。目前计划尝试两种主要的技术，一种是美术设计稿完成后在3D软件中建模调动画，制作立体的偶进行偶动画的拍摄。另一种是用二维技法绘制动画，按照序列帧用3D打印技法打印出易于固定的“纸片人”，放置于立体的空间内进行拍摄。这种技法在国外很多工作室已经有所尝试，是一种结合二维三维和逐格拍摄三种动画优势技法的一种拍摄手法。

4.偶动画场景制作。这部分是可预见的。利用3D打印技术中最易于操作的部分，置景在我们近两年的偶动画制作中是比较困难的部分，因为美术风格的不同和专业木工技巧的匮乏总是无法将前期的美术设计和具体制作进行完美的对接，利用3D打印技术我们可以在前期进行绘制，中期在电脑中建模将其打印出来，再进行拍摄。大大降低了制作难度和制作时间，还提高了场景模型的精致度。

5.其他领域的相关研究。根据上述研究得出的阶段性成果，同理可以运用于其他影视门类的制作中，比如新媒体艺术、电影道具制作、电影特效等制作。

（二）路径与计划

研究以实践为主，实践结果进行理论总结的方法进行。重点参与项目的研究人员主要来自我院偶动画和三维动画两个部门，项目进度以学期为单位，结合教学逐步解决本项目中的重点技术难点和问题。预计研究周期为两年。

（三）研究目标

此项研究着重解决动画不同制作阶段所需要解决的技术难题和不同美术风格影片所需要的技术为主，阶段性成果以报告和小品和实验影像的形式呈现。包括：国内外相关数据和案例的详实报告，3D打印立体偶的具体实验小品（着重动作和表情表演的流畅），3D打印二维绘制的具体实验小品（着重二维+三维+逐格三种技术的无缝对接），3D打印偶动画场景的具体实验小品（着重制作场景的材质和分层、组接等问题），简单的电影道具和逐格拍摄所需要的其他打印成果。最终，通过这些实验样片汇整成为一个技术流程和风格探索的展示短片。

四、结语

此项研究是一项探索性较强的理论与实践并重的研究，可供参考的资料与信息较为有限，加之课题组成员没有科研经验，缺少必要的科研工作训练，难免会遇到这样或那样的困难。但通过向师长求教，与同行交流，加上反复实验，能够达成预设之目标。

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