劉 娟

CG技術
——游走在虛擬與現(xiàn)實之間的藝術

劉 娟

CG技術在現(xiàn)代電腦動畫制作中起著決定性的作用。電腦動畫是計算機圖形學和藝術學相結合的產物。我們的世紀是高科技的時代，數字化的娛樂生活已讓我們真切感受到了科學技術與藝術相結合的獨特魅力。

CG技術 三維動畫技術 虛擬世界

一 CG動畫技術概況

“CG”是計算機圖形Computer Graphics的縮寫。隨著以計算機為主要工具進行視覺設計和生產的一系列相關產業(yè)的形成，國際上習慣將利用計算機技術進行視覺設計和生產的領域通稱為CG。它既包括技術也包括藝術，幾乎囊括了當今電腦時代中所有的視覺藝術創(chuàng)作活動，如三維動畫、影視特效、平面設計、網頁設計、多媒體技術、印前設計、建筑設計、工業(yè)造型設計等。CG動畫技術包括動畫硬件和軟件、計算機輔助動畫、繪畫系統(tǒng)、動作控制、關鍵幀動畫、圖形模擬、基于力學的動畫、合成角色、動畫中的圖像Render、動畫語言和系統(tǒng)、動畫界面、電影實例研究、路徑規(guī)劃、三維醫(yī)學圖像、分子圖形學、飛行模擬器、語音合成、視頻動畫、應用于計算機動畫的傳統(tǒng)動畫技術、科學可視化中的動畫、工程中的動畫、基于人工智能的動畫、動畫中的機器人學方法、特殊效果、實時動畫、錄像錄音技術、場景制作、故事圖板生成、數字化音樂和聲音等。

二、CG技術揭秘

隨著計算機硬件技術的高速發(fā)展和計算機圖形學的深人研究，用計算機生成各種以假亂真的動態(tài)虛擬場景畫面和特技效果已成為可能，超常的現(xiàn)實世界、難以忘懷的人物角色和史詩般的戰(zhàn)斗場面等視覺盛宴均可由0和1兩個數字創(chuàng)造出來。CG技術不僅給觀眾帶來視覺上的奇觀，也給動畫制作帶來了不少方便。我國的52集動畫連續(xù)劇《西游記》繪制了100萬張原畫、近2萬張背景，共耗紙30噸、耗時整整5年。在迪斯尼的動畫大片《花木蘭》中，一場匈奴大軍廝殺的戲僅用了5張手繪士兵的圖，電腦就變化出三四千個不同表情士兵作戰(zhàn)的模樣，《花木蘭》人物設計總監(jiān)表示，這部影片如果用傳統(tǒng)的手繪方式來完成，以動畫制片小組的人力，完成整部影片的時間可能由5年延長至20年。可見，CG技術在制作模式、視覺效果等方面改變了動畫。那么，是什么使得電腦動畫技術有此神力？這還要從它所涉及的技術來談。

（一）物體造型技術

第一，利用基本原色（如平面多邊形、正方形、圓柱形、球體、曲面片）進行拼接組合來制作兒何模型；第二，通過兩個造型之間進行布爾運算（交、并、差等）來產生新的兒何模型；第三，通過Sweep造型工具來制作客觀物體模型。首先通過鼠標在二維平面上描繪出客觀物體的各種特性曲線，后通過sweep方法將這些曲線變成三維模型；第四，利用二維變換產生新造型。將三維模型進行線性或者非線性變換，從而產生新的造型。常用的變換包括旋轉、縮放、彎曲、扭曲、傾斜、錐形變形等；第五，利用粒子模擬幾何造型。通過一系列的粒子來定義物體，每個粒子都有出生，生命期，死亡過程。在粒子的生命期，粒子屬性如色彩、透明度、大小、運動速度、加速度、運動方向等可隨時間變化，從而產生某些自然現(xiàn)象如云、霧、雪、雨、火、瀑布等物體模犁；第六，三維掃描儀。又稱為數字化儀，它能夠迅速的獲得物體表而的立體坐標和色彩信息，并將其轉化為計算機能夠直接處理的二維色彩數字化模型。

（二）三維動畫分關鍵幀動畫與算法動畫

關鍵幀動畫是根據動畫設計者的一組關鍵幀自動生成中間畫面。生成方法有兩種：對關鍵幀三維形狀插值計算和對物體模型內部參數插值計算。算法動畫是指運動用算法描述即物理規(guī)律作用于各種參數。分運動學算法動畫與動力學算法動畫。運動學是物理學中研究物體位置和運動的一個科學分支，動力學是描述物體怎樣運動的另一分支。

三、技術與藝術的結合

動畫技術是建立在軟硬件、圖形學、數學、美學、攝影等多學科基礎上而又不斷發(fā)展的高新技術。影視產品的生產實踐為電腦動畫技術的發(fā)展開辟了市場。軟硬件技術的發(fā)展使電腦動畫的制作成為可能。數學及圖形學的發(fā)展為設計動畫軟件提供了優(yōu)良的算法。電腦動畫技術日益顯露出明顯的經濟價值、藝術價值、學術價值和實用價值。為了制作更新、更美、更復雜的動畫作品，越來越多的探索者開始潛心研究動畫制作技術。

電腦動畫是借助于計算機實現(xiàn)的，它涉及到計算機的基本知識，如計算機的圖形顯示原理、軟件編程技術以及高速圖形處理芯片或板卡的接口技術；它還需要相應的外圍設備來實現(xiàn)動畫作品的輸出，如逐幀控制器、海量存儲器、高速硬盤陣列等。當需要在中低檔設備上輸出實時動畫作品時，它需要創(chuàng)作人員了解不同的圖像壓縮格式及壓縮比對畫面的損傷程度。而從事影視動畫創(chuàng)作時，它還需要創(chuàng)作人員了解編輯機及特技機等影視后期制作設備的基本原理，以上這些顯然都是電腦動畫的技術屬性。電腦動畫創(chuàng)作當然還需要有一定的美術基本知識以及超常的想象力，否則完成的動畫作品很難具有什么藝術價值。這顯然是電腦動畫的藝術屬性。對于一個CG創(chuàng)作者，“技術”和“藝術”兩方面的知識修養(yǎng)是缺一不可的，它們是相輔相成的。孤立的技術是沒有價值的，和藝術相結合的技術也具備了藝術的價值。它們的關系應該是：藝術是目的，技術是手段；技術是藝術的支撐，藝術是技術的歸宿；藝術因技術而發(fā)光，技術因藝術而永駐。CG行業(yè)重視軟硬件技術，重視世界潮流的最新技術，但不等于賣弄CG技術，炫耀計算機數字技術，而是為了增強作品的藝術表現(xiàn)力和感染力。游離于作品藝術表現(xiàn)力之外的CG技術，是膚淺的，是沒有生命力的。

四、CG技術的未來

CG作為計算機數字圖像藝術，其中一個主要特征在于它與數字技術結合得非常緊密。 同時，計算機硬件技術的不斷革新也為CG數字藝術家提供了極大便利。 從國際上看，電腦動畫技術的發(fā)展正在趨向于規(guī)?；藴驶?、網絡化。首先，規(guī)?；侵笐梅秶鷱V而應用水平和產生的效益高。其次，現(xiàn)在動畫制作軟件和動畫技術呈現(xiàn)出一種百家爭鳴的形勢，各有特色但相互間的兼容則做得不夠，不便于交流與合作，因此，隨著技術的日益成熟，標準化是大勢所趨。

從技術的發(fā)展方向看，體視動畫會是未來的熱點?，F(xiàn)在一些通過立體眼鏡能夠呈現(xiàn)立體效果的游戲就是體視動畫的應用，目前人們正在研究降低立體眼鏡的成本、提高圖像質量的方法和有關的替代技術，未來我們很可能不用立體眼鏡的幫助也能欣賞逼真的立體效果。

人工智能在未來動畫制作技術中發(fā)揮越來越重要的作用。人工智能技術即是將運動學、動力學、運動捕獲技術和計算機視覺技術在人體運動信息獲取方面的應用及人體模型的動畫控制，即把獲取的人體運動信息提供給計算機動畫程序，對人體模型進行控制，使其完成各種復雜的仿真動作。隨著計算機動畫技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，相關的研究人員開始探索從文本故事到圖像的動畫自動生成技術，該領域的研究主要包括自然語言指令驅動的動畫、知識驅動的行為仿真、文本到計算機動畫的翻譯、交互式故事系統(tǒng)、動態(tài)實時攝像機自動控制以及基于角色情緒和動作的自動背景音樂生成。

［1］周薊．動畫電影分析［M］．廣州：暨南大學出版社，2007．

［2］ 靚雨動畫制作協(xié)會．動畫發(fā)展史．http://longyuxiehui.blog.hexun.com/2009．5．

［3］宋妍．都是新藝術——CG和數字藝術［J］．互聯(lián)網周刊，2004．8．

（劉娟：青海師范大學美術系。）