二维动画场景中非真实材质的渲染制作方法研究

王箫音

摘 要：本文主要研究非真实材质渲染技术在二维与三维相结合的场景制作方法，分析非真实材质渲染在场景制作中应用的案例，并重点阐述案例中分析道具卡通渲染在场景镜头对位的方法，总结非真实材质渲染在二维场景表现效果的优势。

关键词：非真实材质材质渲染；卡通渲染；二维动画场景

中图分类号：J218.7 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2017）32-0268-02

一、非真实材质渲染技术的发展

非真实材质渲染（又称Non-photorealistic rendering，NPR）是计算机图形学的一类渲染技术，主要是模拟艺术式的绘画风格，也用于发展新绘画风格。NPR技术和传统的二维动画不同，NPR技术受到各种艺术风格的影响，如油画、素描、蜡笔、水墨的影响。许多NPR技术都是三维渲染技术的变体，并且基于二维图像处理技术。①NPR技术有时也称为卡通渲染（Cel-Shading），卡通渲染（Cel-Shading）是目前常见的三维建模和二维材质相结合的新兴的3D渲染技术，软件根据造型的形态和光照自动的生成造型的边缘线并且对材质进行统一化，渲染出的模型结果只有亮面、阴影面和轮廓线，与二维描写上色也是很相似的，三维造型可以任意地转换视角，不会有手绘的形态变化。这样渲染的效果看起来不像三维真实渲染那样生硬，具有卡通的质感。画面效果使人想起带有黑色轮廓和有些单色的漫画书上的绘画。三维渲染二维的卡通渲染继承了二维以平涂写意的方式描述对象和简洁明快的风格，有着二维绘画的亲切感，在场景的镜头方面也发挥了三维的特点，具备了独特的艺术风格和视觉吸引力。NPR技术已经以卡通渲染（Cel-Shading）的形式出现在电影、动画、电子游戏中，应用在艺术动画和实验动画的创作上，追求更个性的动画风格。非真实材质渲染技术，开辟了2D 和3D 动画技术结合的途径，也开创了三维动画模拟二维动画的新思路。

二、非真实材质渲染技术在二维动画场景中的应用

随着影视动画的画面审美的需求不断提高，单一缺乏变化的三维渲染的画面效果远远达不到观众的视觉体验。目前在国内外影视动画的场景制作采取卡通渲染和二维手绘渲染相结合的案例越来越普及，视觉效果也更加个性与丰富。主要原因是技术的发展足以支撑观众的审美水平，在制作上也比较经济，避免了二维场景透视绘制的压力，可以说是计算机解放了大量的生产力。

特别是上个世纪九十年代以来，二维动画影片中的大场面表现上开始结合三维计算机动画技术。比如，日本动画《苹果核战记》是比较早在场景上运用非真实材质渲染的技术的影片，从早可以体会由于当时技术的还不是很成熟，角色和场景的结合上还是比较明显，风格不够统一。但是从另一个方面上讲，三维渲染技术，在建筑、机械、无生命的物体的表现上更有优势。比如，PDI的《钓鱼》中NPR渲染和关于空间错误的超现实主义喜剧。迪斯尼的《钟楼怪人》展示了三维计算机生成的五彩纸屑、人群和建筑细节。②梦工厂的《小马王》创造性地应用了计算机动画技术和卡通渲染。

三、“刚体”卡通渲染与二维动画场景对位的方法解析

在三维与二维结合制作的动画片中，道具的制作多采用“刚体”的卡通渲染技术。场景制作中所谓的“刚体”的理解，通常是指“机械”的无生命的物体。比如运动的“汽车”、“飞机”、“轮船”和“机器人”等。③“刚体”一般都是比较“硬”的材质物体，运动幅度大，体积感强，这样的特性比较符合三维制作的特点。

“刚体”动画场景镜头的表现上一般有两种情况：一类是在运动的镜头中应用：在运动的镜头中，镜头中的场景和道具都在运动，这种在后期制作上比较有难度的。一类是在固定镜头中的应用：一般是镜头的机位是不动的，但是镜头中道具是远动的，这类镜头只需要在固定的背景和“刚体”运动的透视关系匹配。在固定的镜头中，“刚体”本身运动，但是没有摄像机运动，透视关系就不会发生变化。这样3D和2D的对位问题就比较简单。现在很多动画片都采取这种形式来实现。

在二维动画场景中，尤其是运动的镜头中，“刚体”作为场景中比较特殊的元素，物体运动的透视变化比较大，细节也比较复杂，二维绘制很困难。为了达到更加细腻的手绘效果，可以考虑运用三维软件，先按照概念设计图制作简模，通过二维材质贴图达到和场景匹配的二维手绘的效果。比如在《美丽城三重奏》中，三维卡通渲染汽车和自行车和二维手绘的山路完美的结合在一起。在场景的运动镜头中，“刚体”与二维场景对位问题是个难度。如图1所示。

在后期制作中场景和道具匹配的方法有很多：

一种是手动匹配，主要在后期软件中，手动对位透视关系，这个方法比较简单，但是在实际操作中需要一定经验，要手动匹配透视关系，主要是找到二维场景绘制透视的消失点，与三维透视相吻合，并且使摄像机运动和角色运动的速度要一致。

另一种是利用跟踪软件匹配，由于二维场景是平面的，一般需要在制作好镜头运动的摄像机动画，再把三维道具放入跟踪软件中，处理与场景的摄像机动画跟踪匹配，设置场景的跟踪点或者自动跟踪，这样跟踪出摄像机的路径，再导入三维软件中，调整道具的三维动画的运动，这样道具就和场景的运动就可以完全匹配。

四、非真实材质渲染技术在二维动画场景制作中的优势

非真实材质渲染的场景制作的优势在于：首先方便摄像机的灵活调度；其次，在视点、视角、视距的设置上更加随意；再次，景别和景物的透视关系上更加准确。

目前很多影視动画大片的场景表现比较宏大，镜头的运动也具有视觉冲击力。但是传统绘制手法完成的环境设计无论如何都是平面上对三维环境的模拟，有很大的局限性。我们可以考虑应用三维技术搭建一个三维虚拟的立体环境，对于导演、设计师及其他各部门所提供了有效的参考。当然同时也要考虑成本和时间，三维场景的搭建只需要采用简单的，相对粗糙的模型来完成。这样制作方便了镜头的调度、运动主体调度、视点、视距、视角的选择以及画面构图、景物透视、空间想象等方面的制作。④endprint

（一）平面效果与体积感表现

二维动画场景的画面所呈现场景的平面空间效果，真实材质真实渲染效果很难表现细腻的二维绘画风格，而非真实材质渲染是三维建模与二维材质相结合的动画制作手法来表现画面中的纵伸特点，结合了三维与二维手法的各自优势，有平面绘画的笔触感，简洁明了效果，又有真实的体积、空间透视的变化。

（二）色彩与线条表现

二维场景绘制由于强调制作中的手绘成分，画面线条的作用就显得尤为突出。这正因为手绘场景的画面色彩比较夸张且色块概念强，就必须通过线条来区分同一事物中不同的块面。一般三维动画场景是没有物体的框线概念，再现的是真实的三维效果，所以色彩上没有对比和夸张表现，更难表现色彩的微妙的变化。非真实材质渲染在材质制作上与二维绘制相同，线条成为很重要的组成部分，再加以三维模型的立体感和光线明暗的变化来区分同一事物中不同的块面。

用立方体为例，卡通渲染可以用二维贴图来表现两个面的交接处的结构关系，还可以考虑画出交界线条或两个面颜色的变化。再加上模型本身的立体光源的位置，使得视觉效果和二维手绘场景达到统一，而且卡通渲染的效果概括性强，赋予变化，让观众沉浸在丰富的色彩当中。

（三）光与影的表达

二维场景动画光影效果趋于整体，可以在平面软件中进行分层绘制。非真实材质渲染本身的阴影关系可以透过三维软件的渲染设置中进行设置和调整，也可以在二维贴图绘制过程中调整光源色彩效果，这样二维场景和渲染的场景两者结合后，场景不仅色调明快，同时具备了真实物体的光线明暗层次变化，视觉冲击力强烈。

（四）景深的表达

二维动画场景绘制通过环境色，语境色，远近用色对比来表现远近景物的虚实关系，进而表达画面的景深。非真实渲染的场景本身是三维空间物体，視觉的景深效果可以通过分层渲染的技术，把景深层渲染出来，然后再后期软件中进行细节调整，或者通过贴图材质绘制来表现更好的景深关系。

五、结语

综上所述，非真实材料渲染技术在二维动画场景中的运用，从视觉效果上，可以弥补二维场景道具的空间透视的局限；同时也可以达到二维动画的风格效果，场景的景深感更加强烈，同时能够缩短制作时间，可以为设计剧情的情节、角色形象以及动画特技效果。节约更多的制作成本，而且达到了二维场景的质感和三维空间的效果。

★基金项目：本文是常州工学院2016年教改项目“基于CG应用人才培养模式下的场景设计课程教学研究”，（项目编号：A3-4403-16-062）；常州工学院“场景设计”网络课程建设项目（项目编号：A3-4406-17-071）部分研究成果。

注释：

①Isaac Kerlow，陈宝国，红然（译）.3D动画与特效制作艺术[M].北京：人民邮电出版社，2010：149.

②Isaac Kerlow，陈宝国，红然（译）.3D动画与特效制作艺术[M].北京：人民邮电出版社，2010：35

③於水.影视二维动画和三维动画的融合应用类型分析和实现方法[J].电视字幕.特技与动画，20107：27-31.

④刘戈三，王春水.技术成就梦想——现代电影制作工艺探讨与实践[M].北京：中国电影出版社，2007：136.endprint