三维动画卡通渲染风格的机械感缺陷分析

陈菲仪

摘要：卡通渲染风格是一种重要的三维动画表现形式，其主要目的在于模仿二维单线平涂动画的画面风格。它所依托的卡通渲染技术提高了动画的制作效率，但同时也给画面带来了机械化的美感缺陷。本文综合运用格式塔心理学等理论，围绕“秩序”和“简化”分析了三维动画卡通渲染与其模仿对象在视觉元素上的差异。并且详细对比了三维卡通渲染动画和二维单线平涂动画的生产过程，深入分析了计算机对前者的异化。旨在通过这一研究挖掘出三维动画卡通渲染产生机械感缺陷的原因，寻找卡通渲染风格的发展方向。

关键词：卡通渲染；单线平涂；机械感；秩序感

卡通渲染风格是一种重要的三维动画表现形式。它被广泛运用于电影、广告、游戏等领域。它在技术实现方式上与二维单线平涂动画大相径庭，但是在视觉形式上却力求与后者保持高度一致。在技术上，它主要依托卡通渲染（Cel-shading）技术——种非真实感三维渲染（Non-photorealisticrendering，NPR）技术。在艺术上，其目的是使三维图像呈现出与传统单线平涂动画类似的画面效果——即“勾勒线条，然后在线条围成的区域内填色”的画面效果。

当前经过卡通渲染的三维动画在画面效果上已经与单线平涂动画相当接近，但是却依然存在着机械化的美感缺陷。克服这种缺陷除了依靠技术研究之外，从审美角度进行分析也有助于指明卡通渲染技术的发展方向，并且能够让创作者更好地应用这一技术。

1三维卡通渲染动画和单线平涂动画在视觉元素上的差异

就当前的三维动画作品而言，卡通渲染技术依然没有达到完美模拟单线平涂动画的境界。这两者之间的差距可以拆分为具体视觉元素上的差异，如轮廓线、形体、色块的差异等等。

1.1轮廓线的区别

在三维卡通渲染动画和二维单线平涂动画中，轮廓线的主要作用是分割形体与定义结构。这是单线平涂动画在艺术上的必然要求。单线平涂动画的颜色层次相对简单，从而获得了更高程度的简化效果，但同时也牺牲了通过颜色区分形体结构的功能。轮廓线成为弥补这一缺陷的重要元素。闭合或半闭合的轮廓线在“完型”机制的作用下，很好地区分了形体的边界。在定义结构方面，轮廓线描绘了形体的结构变化，使形体的结构有秩序地呈现出来。线条的特征非常简单，但它却是组织复杂形体的最有力的视觉符号形式。无论是色块、肌理还是笔触，都无法以如此简洁的方式描绘如此复杂的对象。而线条结构特征的单一性，也有利于凸显所描绘的对象的结构秩序，增加其整体性。

但是在实际效果上，三维卡通渲染动画和二维单线平涂动画的轮廓线却因为生成方式的不同而产生区别。这种区别表现在两个方面：轮廓线在帧内的完整性和帧间的秩序感。

在三维卡通渲染动画中，轮廓线的缺失、中断和多余的现象比较常见，严重影响了线条结构表现的完整性。在三维动画电影《苹果核战记》中，可以发现其轮廓线偶尔会出现不合理的断点。这些断点在形式上非常多余，甚至影响了线条的优美。这是因为计算机并没有将人物的轮廓视为一个整体，而仅仅是根据人物表面的某些参数是否满足预设条件来进行轮廓线的解算，因此很容易造成轮廓线完整性的缺失。

在帧间的秩序感方面，在二维动画中，动画师在描绘某一帧的轮廓线时，往往会结合邻近画张来判断轮廓线的形态，所以能够从时间连续性上对轮廓线进行完整的思考。而卡通渲染的轮廓线却是计算机根据对象的形体变化解算出来的。虽然形体变化在时间上也具备一定的秩序感，但是计算机根据形体变化生成的轮廓线却不一定能很好地从时间上去概括形体的变化，所以卡通渲染的三维动画的轮廓线变化往往容易显得僵硬，不如传统动画的线条灵活。

1.2体积表现的区别

二维单线平涂动画通过以阴影线为分割线，在形体亮部施加明度较高的颜色，在暗部施加明度较低的颜色的方法来表现体积。这种做法原先是为了降低动画制作表现光影的难度，但是在实际应用中却提高了形体表现的抽象程度和简化程度，使之呈现出独特的韵味。卡通渲染三维动画继承了这一特点。但是与轮廓线类似，后者所呈现的阴影在结构表现和时间秩序感上也存在着缺陷。在大多数卡通渲染风格的三维动画片中，应该表现体积的地方偶尔会出现没有阴影的情况。而在某些结构复杂的地方，画面阴影却时常显得破碎凌乱，甚至影响到了轮廓线的整体感。这些缺陷使得对象的体积表现丧失了优美的感觉。

1.3

色彩丰富程度的区别

进入数字制作时代以后，二维单线平涂动画的明暗过渡可以通过软件的模糊和渐变功能做得更加柔和。但是受限于制作技术，这种阴影分界线的柔和程度比较平均，难以表现形体转折的变化。而三维动画因为具备实际形体，可以有效地判断出色彩过渡的层次，所以三维动画在进行卡通渲染的时候，有时也会用增加色彩过渡的层次来弥补其在轮廓和体积表现的秩序感上的不足。《苹果战记2》中的人物色彩层次明显比第一部更加丰富，画面的美感也因此而上升。而这种效果已经略微超出单线平涂的范围，使画面呈现出一种介于二维和三维之间的质感，可谓是卡通渲染对单线平涂风格的发展。

2三维卡通渲染动画和单线平涂动画在表现过程上的区别

三维卡通渲染动画与二维单线平涂动画在视觉元素的表现上之所以存在差异，更深层的原因在于两者的表现过程的不同。

凡是动画创作，都存在原型对象。这里的原型对象并非直接指向实际存在的对象，而是由创作者对存在对象的认知、理解、想象混合而成的。在最终创作的时候，稍纵即逝、时隐时现的原型对象通过视觉符号被固定下来，成为艺术作品的元素。

在二维动画中，原型对象在创作者脑海中被压平为二维图式，再经由手上的笔表现出来。筆是绘画的工具，但是如果熟练掌握使用画笔的方式，画笔就成为手的延伸，这就是海德格尔所谓的“上手”状态。在这一状态下，创作者对动画形体的思考就能够被完整地表达出来。

在三维动画中，这一过程要间接得多，创作者首先要构建出三维模型，再通过计算机对模型进行卡通化渲染处理。这导致创作者的思考方式更多地转向对立体空间的思考。虽然二维动画同样需要考虑对象的立体结构，但是相对来说还是更偏向平面化。同时，三维动画还需经历渲染的过程，在这一过程中，计算机依靠着已经构建好的三维形体和创作者预置的参数生成轮廓线和色块。计算机与画笔不同，它与使用者的关系是“它异性”的，它用逻辑计算的方式介入了二维图像秩序感的构建过程。因此，三维卡通动画的表现过程并非单纯藉由人来表现，而是掺杂了计算机所赋予的机械感。这种表现是一种异化的表现，三维卡通渲染动画的机械感由此产生。

3消除机械感缺陷的方法

3.1克服技术对艺术表现过程的异化

正如海德格尔认为的，技术的本质是“集置”。三维卡通渲染技术在提高生產力的同时，因为技术的复杂性，也摆置着人，使人的想象不能直观地表现。要摆脱技术对艺术表现的异化并不意味着要放弃技术，而是要在卡通渲染过程中添加更多人为的因素。具体有两种做法：一是根据人的审美习惯不断迭代卡通渲染的算法。二是让创作者直观地用手绘方式去表现二维画面，再利用三维技术对动作进行补全。

第一种做法是目前卡通渲染技术发展的常规路径。在计算机图形学研究者的努力下，卡通渲染的算法日新月异。就轮廓线检测算法而言，便有Appel的基于QI的算法、Northrup和Markosian的基于ID参考映像的方法等等。…这些算法的革新在提高渲染速度的同时，也使轮廓线表现得更加自然。

第二种做法是当前三维动画卡通渲染领域中的新思路。迪士尼独立开发的Meander系统，让艺术家先根据模型结构在关键画面上绘制二维线条，随后软件获取三维模型的运动信息，将之前的手绘线条“粘”在三维模型上，使其跟随模型一起变化。奥斯卡获奖动画《Paperman》便是最佳例子。此前的渲染方法不仅不够直观，还要求创作者在精通艺术表现的同时掌握一定程度的计算机图形学知识。即便如此，软件内部渲染算法的运行对艺术家来说依然是不可见的，创作者需要根据输入参数之后得到画面反复调整的数值。现在，艺术家可以用类似传统动画的直观方式绘制若干关键帧的线条，再经由计算机将动作补全。这一技术使创作者克服了三维技术对人的摆置。

3.2克服完全模仿的思路

在技术进步的同时，我们也必须意识到，虽然卡通渲染的本意在于模仿二维单线平涂动画，但并非要成为后者的等价物。三维卡通渲染动画完全可以扬长避短，在保留单线平涂动画优点的同时，发扬自己在形体技术上的优势。

例如，《苹果核战记2》画面的阴影颜色过渡就比第一部更加丰富，充分发挥了三维渲染的优势。而它的线条则变得更加纤细，淡化了那一时期轮廓线着墨技术的不足。经过这些改进，该片画面效果比第一部更加精致，同时也实现了传统单线平涂动画难以达到的效果。三维动画的卡通渲染风格完全可以在吸收二维单线平涂动画的艺术优势之余，走上一条体现自身优势的发展之路。

4结语

三维动画卡通渲染技术从诞生之初就伴随着机械感的画面缺陷。在过去20年里，创作者和计算机图形研究者就一直在为消除这一缺陷而努力。除了技术上的改良，审美上的分析也是克服机械感的必备途径。虽然三维动画的卡通渲染风格师从事单线平涂动画，但是在动画生产上，前者却拥有后者不可比拟的优势。它既可以融入传统二维单线平涂动画中，减轻动画绘制人员的工作量，也可以单独支撑起一部动画，使观众获得与普通三维动画不同的观影体验，还可以应用于电子游戏之中，令游戏用户能够实时与卡通化的游戏画面进行互动。与传统二维单线平涂动画相比，卡通渲染的三维动画成本较为低廉，制作更加方便，在互动动画领域更是具备普通二维动画所不具备的自由度。通过克服技术的异化和摆脱纯粹模仿的思路，三维卡通渲染动画画面的机械感缺陷最终将逐渐消除，三维卡通渲染动画将会迎来比单线平涂动画更加宽广的应用前景。