数字技术下的影视特效设计和动画合成技术

赵书英

(渭南师范学院 丝绸之路艺术学院传媒学部， 渭南 714099)

0 引言

每部影视作品在制作过程中都包括前期的策划、摄制和后期的制作，在影视后期制作过程中广泛使用计算机数字化，从而提高了人们的感官效果，也预示了影视化时代的逐渐来临。在现代社会中，影视后期特效的后期制作设计全面模拟了人们不能够实现的场景，在技术不断进步的过程中，人们所模拟的影像也更加逼真，并且也为电视及电影作品拍摄的创作提供了有效的空间。动画合成技术指的是全面使用人体运动纹理、动作捕获及运动绘图等多种技术的相互结合，然后对其进行分割和类聚分析，最后利用拼接实现人体运动组合的动画，其中的动作单元分析就是实现人体动画合成的主要途径。

1 数字影视特效及动画合成技术

数字技术中的影视特效技术就是基于计算机硬件和软件利用计算机图像及图形原理，实现拍摄画面及计算机自动生成画面等方面素材的自动生成，被广泛应用到色彩、透视、运动和素材敏锐度等多方面中，从而对影视作品外在的艺术表现形式具有密切的影响。所以，数字技术在影视特效设计方面使用视觉审美效果尤为重要。在现代社会中，影视特效不仅被广泛应用到现代化科幻类、战争及动作等影视作品制作过程中，并且也被广泛应用到专题纪实的作品中[1]。

动画的后期合成主要包括特效的合成、台词的录制、画面的剪辑和音乐音效的配置等内容，并且将这些元素能够相互的结合。简单来说，动画后期特效的主要目的就是对画面进行处理、实现镜头的连接和特殊效果的创造。

其一，画面的处理。在影视后期制作过程中使用最为广泛的就是画面的处理，不同类型的画面处理思路也各不相同，最后所展现的视觉效果也并不相同，但是画面处理的基础就是对画面的色调进行有效的调节。色调的调节不仅在广告、影视作品和宣传片后期制作中使用，其还能够通过纪实手法有效提高作品的视觉效果。总体来说，色调的调节主要目的包括：首先，对作品中的人物情绪特点及氛围充分的展现出来；其次，使不同时间及条件中所拍摄的画面能够实现色调统一；最后，能够以剧情需求为主利用淡化色调及单独突出等方式将其中情节的含义及视觉效果充分的展现出来。在实现画面处理的过程中，还包括另外的方法就是实现画面的合成，此种方式在电视制作过程中被广泛使用，其能够相互结合虚拟场景及摄影棚中的演员。画面的合成不仅能够对演员进行保护，还能够便于拍摄，节约拍摄资金。

其二，镜头的连接。本文所研究的镜头连接并不是将镜头相互组接，而是通过创建组接方式，使镜头之间能够相互的过渡，并且还能够实现多个镜头的相互整合，从而使画面能够更加的流畅。但是连接镜头并不是将镜头简单的相互组合，而是要实现镜头的创作，并且添加全新的过渡元素。比如，新闻联播或者其他的影视作品中，一般都会具有一个标志在画面中短时间的划过对已经发生过的场景进行回访，之后和实际场景进行对比，这就是利用动画合成及三维软件展现的视觉效果。并且，其还能够使用色彩、变形及光线等技术实现镜头的和谐过度，还能够使用相同视觉元素在不同画面中实现串联，实现画面的统一，从而使画面更加的清晰和流畅，并且还能够将其中的某个标志充分的展现出来。

其三，特殊效果的创建。在观众视野不断扩展的过程中，单纯画面已经无法满足观众需求，所以就产生了特殊视觉效果，比如可以根据其他运动过程中的物体拖影、运动效果及字母的光线效果，以此有效提高画面呈现出来的艺术感染力[2]。

目前动画合成技术算法主要使用小振波理论，小振波理论是针对初始化的t=0静止流体添加扰动，要求t>0之后流体开始运动，并且还要对动画形状进行确定，并且通过流体方程求解，要求使用非线性边界的问题。如果将 波浪振幅作为波长微量，并且对其进行近似处理，从而简化问题求解，这就是小振波的理论，其算法为下式。

2 动画合成技术的使用

在影视作品后期制作过程中要实现相应素材的统一连接，其中就包括特效设计等内容，其中的后期动画合成与前期拍摄属于相应概念，在时间中不仅是精准一对一关系。例如，在部分虚拟场景设置过程中要先拍摄，从而才能够实现后期预览的效果，在之后的工作中能够将其作为对照，尤其是完整故事情节中，制作这些素材都能够单独使用到作品中。比如在《坦塔尼克号》制作过程中，首先就是要制作船下沉的场景，从而能够将船体的下沉良好的拍摄出来。并且，在部分制作过程中要结合拍摄，才能够有效提高场景制作的真实性。在动画合成工作中，动画合成尤为重要。

现代画面的处理方式主要是根据电影作品自身的设计风格实现的，其中处理思路和方式并不相同，所以数字的影视特效制作也各不相同。首先就要利用动画合成技术实现画面色度及色彩各方面的和谐及统一，包括深浅及辨识度，将画面中的主体特点重点的突出，从而在剧情渲染过程中进行使用。在通过多种方法调整图像之后，就能够实现图像的合成。比如抠图，其属于最为常见的手段，简单来说就是在合成过程中提取通道。提取通道可以利用蓝屏技术实现，主要是利用色度在对人物进行拍摄的过程中，通过单一颜色的背景将单色的背景去除。一般数字合成主要包括数字复制，如果在拍摄大场面的时候，可以先使一部分演员拍摄，之后利用多次拍摄复制图像，使其能够充满画面中。在实现数字合成的过程中，主要包括硬件工具及软件工具。其软件工具主要包括Maya Fusion、Paint、Premiere，这些软件具有强大的功能，并且还有各自的优势，能够实现不同镜头的特技处理。硬件工具方面，其对于合成软件的性能具有较高的要求，而且对于硬件也具有较高的要求，所以在使用此种工具的时候，要求在具有较高性能的图形工作站中使用。因为现代计算机的性能在不断的提高，所以目前也涌现出来大量的以计算机操作平台为基础的数字合成软件，比如Fusion及EFECT等，具有较快的运算速度、良好的操作界面，并且这些软件在特技镜头合成的过程中具有强大的能力，能够将人们需要的视觉效果充分的展现出来[3]。

在部分特殊的情况中，还要实现画面中移动像素的几何变化修改。几何变化主要包括多种基本的形式，比如画面的旋转、平移及缩放。在实现画面合成的过程中，要根据相应的需求将画面放入到指定位置中，部分较为复杂的几何变换，简单来说就是通过三维空间实现画面位置的变化。并且，部分变换也能够使画面出现不均匀变形，这方面的变换较为复杂。比如将圆形进行变形，能够利用模拟方式实现镜头的变形，或者实现放大镜画面的模拟。

然后就是滤镜效果的实现，简单来说，滤镜就是通过画面在指定范围中相邻像素实现全新像素值的设计，滤镜包括多种类别，其被广泛应用到各方面中，通过滤镜能够有效提高视觉冲击，比如锐化、虚化、噪波及颗粒等。

3 数字影视特效及动画合成技术的使用

3.1 定格画面的使用

定格动画指的是利用逐格拍摄的方式及摄影、摄像设备实现预先制作动画角色连续动态逐格的拍摄，之后对画面实现剪辑，最后表现出动态画面，比如《神笔马良》、《僵尸新娘》、《阿凡提的故事》。在现代科学技术不断发展的过程中，全新的工艺、材料和计算机数字技术在定格动画片制作过程中使用。在数字影视特效融入到定格动画制作过程中，主要为数字化拍摄的技术和影片的后期数字化加工处理。数字化定格动画的摄影术就是控制电脑及角色模型实现定格动画的制作。在实现定格画面制作的过程中，要求绘制几何图像，利用After Effcets中的数字函数配合连线特效实现。精准动画特效被广泛应用到后期合成中，为了能够提高特效的真实感，就要求使用标准物理学规律进行设置。

《长发公主》中的人物造型都具有鲜明的特点及性格，故事情节跌宕起伏，但是情节也略有搞笑。总而言之，影片整体都具有迪士尼公司动画的风格。在观看此片的时候，人们都非常喜欢女主角的金色长发，这也是此片在制作过程中的亮点。影片中的长发根据计算机模拟及手动动画的调节技术相互配合实现，并且其中还使用全新的动画绑定，以此对头发效果进行良好的控制。并且动画合成技术小组还通过计算机程序实现体积渲染、运动捕捉等的开发，其主要目的就是使头发能够更加的逼真，在此过程中主要使用的技术为：使用一百多个管状模型实现动画设计，将这些管子作为头发结构，之后渲染制作，使其能够看上去具有上百万根头发丝。计算机动画在后期制作过程中具有一定的突破，并且使用模拟计算和动画技术相互的配合，有效解决头发及布料在接触过程中的穿透问题。并且，此片的女主角头发之所以会闪闪发光，是因为使用基于环境的阻光通道，简单来说，就是将光纤照射到头发中，之后通过头发组合整体效果，使用模拟光纤制作技术实现头发闪闪发亮的效果。如图1所示。

在《长发公主》动画设计过程中，主人公的长发运动轨迹要根据平抛物的运动规律进行设置，在After Effects软件中通过平抛运动数学公式进行设置，在相应属性中实现程序的编写，从而得到需要的效果，代码为：

Tran sform.position=[v*time,v*time+(1/2)*9.8*time*time]

3.2 在《阿凡达》中的使用

《阿凡达》不管是在观影视觉感受方面还是在影片制作方面都进入到了全新的局面中，此片中使用的制作手法越来越多[4]。首先，其使用虚拟摄像的技术使影片更加的炫彩夺目，制作团队使用AutodeskMaya软件实现虚拟表演舞台空间的创建，在此空间中对演员表演进行捕捉，之后将其使用到电脑图形中，从而能够对效果进行使是查看。为使用AutodeskMaya软件实现虚拟表演的制作，如图2所示。

在动态特效设计过程中，也要通过编程实现，利用关键帧技术中的文字图层text属性进行编写，代码为：

Time To time ecode(t=time+this compdis play Startme.timecode Base=30,is Duration=false);

之后，使用三维动态捕捉系统将演员的动作捕捉传输到电脑中，之后利用合成技术及后期制作技术将真人的表演及电脑任务相互结合。使用合成技术实现电脑及现实人物角色的互动，如图3所示。

图3 使用合成技术实现电脑及现实人物角色的互动

最后，其在立体三维视觉制作创建了全新的标准，在影片制作过程中使用三维技术进行制作，从而能够使观众在观看的时候仿佛身临其境，提高观众的观影感受。

4 总结

本文实现了影视特效设计及动画合成技术的分析，并且研究了其的使用，通过本文研究可以看出来，影视作品在制作过程中主要包括3个环节，分别为前期拍摄、策划及后期的制作。计算机数字化技术目前被广泛应用到后期的视频过程中，促进了人们视觉及感官的全新发展。在现代影视后期视频制作及设计过程中，一般都使用了人们无法想象的虚拟场景，在现代科技不断发展的过程中，人们模拟的影像和实物也更加的真实及生动，并且也为影视作品拍摄及制作创建了较大的发挥空间，使现代影视作品为人们带来了全新的观看感受。