CG数字影像艺术中的真实感研究

邓云淇 樊荣

摘要：随着计算机技术的快速发展，计算机图形学（CG）在电影、动画、游戏、网络等社会生活的各个领域得到了广泛应用。CG技术以其独特的视觉效果和广泛的应用领域，成为现代娱乐产业中不可或缺的一部分。使用计算机生成的图像和效果，CG影像可以呈现出丰富多样的视觉效果，包括逼真的光影效果、细腻的材质质感、精确的物体运动轨迹等。然而，在追求视觉效果的同时，CG影像的真实感也成为一个重要的考虑因素。在现实世界，人们对影像的真实性有较高的要求，希望影像能够贴近物理现实并引发情感共鸣。所以，在CG影像创作中，构建数字影像的真实感极具挑战性。尽管CG技术在视觉效果上取得了巨大的突破，但对CG影像真实感的研究相对较少或较为浅薄。真实感作为影像的重要属性之一，在影视、游戏等领域具有重要意义。因此，文章从数字影像真实感角度出发，分析CG技术在影像真实感构建中的应用，依据“CG影像概述—传统影像真实—CG影像真实—CG影像如何构建真实”的逻辑线索进行论述，旨在实现CG影像技术性与艺术性、现实性与真实感的结合，深入剖析CG影像，探索CG影像真实感的构建方法和技术手段，并探讨其在影视、游戏等领域的应用前景和潜在影响，开启一次独属于CG影像艺术的探讨之旅。

关键词：真实感；CG艺术；艺术真实；数字影像

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）09-0-04

0 引言

自人类使用影像媒介以来，对“真实感”的探求从未停止。在CG技术诞生之前，真实感的载体大多集中于传统影像与绘画。1895年12月28日，卢米埃尔兄弟在法国巴黎卡浦星路14号大咖啡厅的地下室进行了电影《火车进站》的首次公映。在电影中，一列火车向着摄影机飞驰而来，观众们感到非常恐慌，纷纷避让。在此之前，他们没有任何观影体验，不知电影为何物，当他们第一次看到银幕上的影像时，以为一辆真实的火车正朝他们驶来。从此，影片中火车进站的镜头成为电影技术崛起的标志，这一天作为“电影诞生之日”被人们永远铭记。

1 CG影像的真实感

传统影像的真实感是一种“复制真实”，在过去的一百多年里，电影产业极速发展，传统影像“复制真实”的观念逐渐式微，取而代之的是像素，它开始成为构成世界的基础要素，人们进入了一个以“描绘真实”甚至“创造真实”为核心的CG新时代，“真实”的真正含义再次被扩展和争论。随着时代的发展，“真实”的含义已经由客观对象扩展到了主观对象，由“现实”走向了“虚拟”，随着人类的认知能力、理性思维能力和想象能力的提高逐渐产生深层次的意义，渐趋复杂多元。

1.1 从“再现真实”到“创造真实”

CG动画和现实世界的关系模式大体可以分为“再现真实”和“创造真实”两种类型。CG的“再现真实”反映了影片制作者对现实世界存在的事物的模拟和摹写，力求将影像与现实联系起来，以实现某种认识论上的目的。然而，CG动画与现实世界之间的联系并非实时的，它所展现的总是已经消亡的过往，所以CG动画常被用于重现历史中某些伟大的人物或者事件，并且渐渐变成了纪录片中一种新的探寻“真实”的方式。纪录片《故宫》利用CG技术重现了故宫的建造过程，并且还原了历史上场面盛大的庆典仪式，给观众带来在中华五千年历史长河中紧随故宫命运穿梭的视觉体验，达到高度逼真和充满艺术性的展示效果。CG不但没有削弱影片的真实性，反而有助于观众更深入地了解历史的内涵，这就是新纪录电影所倡导的“再现真实”［1］。

除了文化类历史纪录片，自然历史类纪录片也可以利用CG技术增强影片的真实感。例如，《史前星球》（见图1）以白垩纪的时代环境为背景，模仿野生动物纪录片的叙事手法，用最先进的计算机图像技术讲述古生物学知识，还原了海岸、沙漠、河流、冰雪世界和森林的场景，展现了不同种类的恐龙为了生存而奋斗的景象，用独特的视角揭开古老地球上的动物栖息地面纱……这些作品中的CG动画尝试使用“再现真实”的方式尽量还原现实，用影像的永恒来抵御时间的侵蚀。它们之所以能获得真实的属性，并不是因为在形式与技术上多趋向写实，而是因为它们展现的是史实，而CG技术只是一种重现真实的方法。

数字技术的发展，让CG动画摆脱了常规的桎梏，建立了属于自己的“超真实”的虚拟世界秩序。CG技术在当代数字技术的加持下，不再局限于以往的“描摹者”角色，而是以“创造真实”的“创作者”身份让影片焕发新的生机，如《阿凡达》中绝美的潘多拉星球，《阿丽塔：战斗天使》中的“眼神级别的真实”，《星际穿越》里交错纵横的四次元空间，都是在独特的数字世界中杜撰的虚拟画面。CG技术能从现实世界无法呈现或者根本不存在的视角，呈现出虚拟对象的全貌或局部，从而使CG电影呈现出更丰富、更高层次的“真实”。同时，CG影像的景别与传统影像相比有很大的区别，在远、全、中、近、特等基本的景别上呈现出两极化扩展的倾向，宏观上可以展现广袤无垠的宇宙，微观上可以展现每一粒细胞乃至原子的运动轨迹，景别和运动的跨度是传统影像无法比拟的，微观、宏观世界的自由视角也能让观众感到空前的新鲜和震撼。并且，在CG影像中，虚拟摄像机的动作不会受到现实的限制，它的移动速度、幅度和时间都是非常灵活的，通过设计影片细节构建更高一级的真实感，也让影片的叙事方式更加多样。

1.2 跨越“恐怖谷”效应

尽管CG影像真实感构建已经取得了长足进步，但仍然面临一些挑战。在CG技术不断“创造真实”的当下，有一种效应始终是CG需要跨越的坎——“恐怖谷”效应。日本的机械学家森政弘在1970年发表的《恐怖谷效应》中指出，当一个形象接近于人，却又与人不完全相似的虚拟人物出现时，会引起一些人的反感和憎恨。

观察图2可以了解到，“恐怖谷”的好感度是一种动态的数值，这种数值会随个体的认识和社会文化而波动。虽然使用CG技术为影片的创作与布景提供了新的可能，但如何克服“恐怖谷”效应是制作人员面临的一大问题，尤其是在决定使用逼真路线的CGI渲染后，影片中的角色很可能会掉进“恐怖谷”的范围。在当今的CGI动画中，主要采用兩大战略来规避“恐怖谷”效应。一种是将影片中的角色夸张化或者卡通化，让他们看起来不像真实人物，并且把曲线维持在“恐怖谷”左侧，如皮克斯的动画片《玩具总动员》［2］，将角色塑造成了与人类不同的物种，从形象、习性等方面区别于真实的人。另外一种方法是让真人演绎，由多个高速摄像机从不同角度捕捉演员动作，之后绑定影片中的动画角色，使影片里的人物从各方面无限趋近真实人物，直接跳过“恐怖谷”，跨越到右侧的曲线。第一个方案已经在很多电影里得到了验证，可行性很强，而第二个方案的实施难度比较大，可行性也有待商榷。

不过，在如今顶级的CG技术的帮助下，通过完全模拟人的动态和神情来规避“恐怖谷”效应已不再是难事。比如罗伯特·罗德里格兹执导的《阿丽塔：战斗天使》，影片在动态CG方面最不可思议的就是对阿丽塔神态表情的完美表现，使阿丽塔的形象仿佛通过默念魔法咒语，逃离了“恐怖谷”效应。由此可见，利用最先进的技术让CG脱离“恐怖谷”效应具有相当大的可行性，但影片制作人员必须注意以下几点：首先，人物形象必须足够逼真；其次，通过增加人物与场景互动，增强人设本身的真实感；最后，编写一个符合现实逻辑的剧本，为其行为寻找合适的动因，只有这样才能使一切变得真实可信。

2 CG影像真实感的构建

目前，对CG影像真实感的构建，可采用光栅图形生成演算法、图形交互技术、虚拟现实等技术手段。现代CG技术最大的目标之一，就是利用电脑的“虚拟”空间创造出令人赏心悦目并能让人感受到“真实”的画面和场景。试想一下，如果没有深刻理解物体的结构、色彩关系、透视原理、光影关系、明暗关系，构建出来的虚拟世界怎么可能接近“真实”？因此，CG影像中的真实感是以物理模型与光学成像规律为基础原理，利用计算机技术，结合人眼视觉机制呈现出的一种特殊的视觉感知。

2.1 设计构思

很多CG作品表现的是虚构的东西，这些东西并不存在于现实世界。他们之所以能让观众觉得真实，纯粹是源于创作者对现实的认知，对真实世界规律法则的掌握，以及对现实的摹写。可以说，一部好的CG作品，其透视关系、明暗关系以及光影关系都是正确的。这些存在的形态、色彩、线条、明暗、质感、量感、存在感、空间、动态等复杂的要素，彼此交织，共同构成了一种美丽的秩序。

第一，素描关系。任何造型艺术都应该以素描为基础。素描是对自然界事物的研究和表达，其目的是探索自然界事物的造型特点、内在结构以及各个构成要素之间的关系。

第二，构图。与基础素描和构成一致，CG在构图方面仍然遵循常见的构图原则，如黄金比例分割、多样统一原则、对称构图法则、平衡构图原则等。

第三，色彩关系。在CG影像作品中合理运用对比色、同类色、互补色，正确处理色调对比、明度对比等对比关系，以及处理好非同色、同色、同明度、同纯度等协调关系，就能让CG作品的氛围营造、色彩搭配、物体关系达到最佳的平衡，营造出独一无二的视觉效果。

2.2 细致入微的建模

3D建模技术最大的好处在于可以让创作者像雕塑大师那样，从无到有地创作出想象中的虚拟场景。这项技术的问世使影视从业者不再需要花费大量精力去制作实体模型，仅通过电脑就可以完成建模。无论是自然界的物体还是人造的物体，都能以三维模型的形式来表现。在CG建模中，一般采用多边形、曲面片、构造实体几何（CGS）等表示方法。

电影《阿凡达》史无前例地将表示物体的多边形数量从以往的百万级别增加到十亿级别。随着多边形数量的增加，其建模精度达到新的高度，极大地提升了影片的真实度。当然，数量的倍增也意味着其对计算机的渲染和处理能力有着极高的要求。

2.3 模拟光照及光线追踪

灯光在影像艺术中有着举足轻重的地位，它不仅可以营造出空间的立体感，还可以用来表达影片创作者的主观情感。在CG影像中，灯光是不可或缺的一环。虚拟空间中的一切物体呈现都需要灯光的配合，它既是让模型产生漫射的基本要素，又是一种重要的造型方式和色彩表达方式。近年来，光线追踪技术在CG中得到了越来越多的应用。

光线追踪技术能够提供令人难以置信的真实光照，它一经面世就击败了世界上所有的模拟光照技术，成为CG影像制片的新宠儿。实质上，这种技术能够使用算法跟踪光的轨迹，并且模仿光线和虚拟物体之间的交互。影视从业者可以借助光线追踪技术创作更逼真的阴影和反射效果，同时还可以大大改善半透明度和散射。这种算法以类似于人眼的方式处理真实光线，利用阴影和反射的方式来考虑光线击中的位置，并计算其中的交互和相互影响，人们观察到的物体色彩也受到了光线照射物体方式的影响。

2.4 拟真材质贴图

在三维建模软件中，“材质”通常是指物体表面的可视属性集合，常见的材质系统包括透明度、漫射、金属反射率、颜色、法线等。三维造型软件生成的模型只是一种具有形体的纯色块，是一个可编辑的线框模型，它的表面没有任何材质。在灯光的照射和烘焙下，只会产生均匀的漫射光，所以必须对它进行加工，添加各种材质以及法线、层菲涅尔等。常用的环境材质球见图3。

在CG影像创作中，要实现材质真实，一般有两种方法：一种是调整各种参数，让模型材质球表面的视觉属性与现实世界相符，达到贴近物理现实的效果；另一种是利用贴图的手段，将材质贴图“粘贴”到模型的表面。第一种方法基于计算机算法函数，直接生成材质的纹理，其中包含颜色、反射率、高光、漫反射等大量的视觉参数，操作流程比较烦琐。第二种方法相对比较简单，利用Pixplant等贴图软件，将一张拍摄的纹理图处理成无缝贴图，并通过纹理本身生成（法线凹凸、置换、Alpha等）通道贴图，然后直接将具体的材质图片和通道贴图赋予线框模型，再对它进行细节处理。当前，CG从业者会综合使用上述两种方式。除非非常仔细地贴近观察，否则其材质已经可以骗过大部分人的眼睛，可以说达到以假乱真的地步。

2.5 动作真实

CG影像带来的感官真实，不仅涉及外在形体的真实，更重要的是涉及动作真实——能让人从中感受到情感与生命。在动捕技术问世以前，CG动画的主流技术包括关键帧动画、物体变形动画等。但是，这些技术非常基础，主要被应用于Flash动画或者简单的二维动画中，利用关键帧生成的动作比较僵硬，且很难完成复杂的运动。因此，现在很多影视作品放弃了这种传统的K帧动画，转而采用了骨骼系统技术。

这种技术会先为生物体制造出一副虚拟的骨架，再将“皮肤”附着在骨头上，只需要稍微调整一下骨头节点的动作，便能“牵一发而动全身”，使对象的动作变得更加真实与流畅。可以说，骨骼系统为虚拟生物模型注入了血肉，使虚拟模型不再空有一副皮囊［3］。

3 结语

本文探讨了CG数字影像真实感的构建。通过分析数字影像的发展历程、实际应用和相关理论基础，可以了解到数字影像真实感的构建是一个综合性问题，涉及多个学科领域。在研究相关文献和搜集网络资源的基础上，本研究归纳出数字影像真实感构建的关键因素和常用方法，并分析了现有技术的优缺点，从设计构思、建模、光照、材质、动作等方面总结了构建数字影像真实感的必要条件。

然而，本研究还存在一些不足之处。例如，需要进一步考虑如何综合平衡多种感官要素，如视觉、听觉等，以及需要进一步研究和探索虚拟场景的真实还原等方面。本研究主要关注数字影像的物理特性和视觉感知原理，对数字影像更深层次的文化和情感内涵，还有待深入探究。

参考文獻：

［1］ 幸小利，杨尚鸿. CG在纪录片中的运用与新纪录电影观［J］.电影评介，2009（5）：76.

［2］ 张茅萍.跨越电影CG制作中的恐怖谷效应［J］.卫星电视与宽带多媒体，2019（8）：113-114.

［3］ 孙少华.虚拟与真实的渗透：试论CG影像中的真实构建［D］.重庆：重庆大学，2017.

作者简介：邓云淇（2000—），男，江苏苏州人，硕士在读，研究方向：数媒与影像数字化。

樊荣（1976—），女，上海人，硕士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：数字内容策划与设计管理。