摘 要：三維動(dòng)畫圖像作品是融合了虛擬圖像技術(shù)性與藝術(shù)的產(chǎn)物。三維動(dòng)畫在航天探索中得到廣泛的應(yīng)用，近年來涌現(xiàn)出大量的科研成果。三維動(dòng)畫圖像服務(wù)于科研活動(dòng)的同時(shí)為藝術(shù)的發(fā)展帶來了新的創(chuàng)作方式與藝術(shù)語言，拓寬了藝術(shù)的表現(xiàn)領(lǐng)域。研究三維動(dòng)畫圖像在航天科學(xué)活動(dòng)中的運(yùn)用，能夠使三維動(dòng)畫圖像更好的服務(wù)于航天探索工程和其他科研項(xiàng)目，為航天行科普活動(dòng)與科研的發(fā)展帶來新的契機(jī)。

關(guān)鍵詞：三維動(dòng)畫；圖像；藝術(shù)

虛擬三維動(dòng)畫圖像是建立在繪畫、電影、文學(xué)等相關(guān)藝術(shù)門類的基礎(chǔ)之上，它吸收了多種的藝術(shù)表現(xiàn)優(yōu)勢，以其更加真實(shí)的特質(zhì)吸引無數(shù)觀眾的注意力，不同于傳統(tǒng)的表現(xiàn)方式。虛擬三維動(dòng)畫圖像不僅僅在視覺語言上有很多新的手段，而且在視覺藝術(shù)的欣賞方面也具有更多新的特征，正是由于它在視覺語言上諸多發(fā)展，從而帶來了視覺藝術(shù)許多新的審美特點(diǎn)，拓寬了視覺藝術(shù)的表現(xiàn)力，滿足了航天科普影片的多元發(fā)展需求。

1 航天動(dòng)畫科普影片

三維動(dòng)畫制作是一技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的工作。在進(jìn)行制作的過程之中，一方面要在技術(shù)上充分實(shí)現(xiàn)新穎的創(chuàng)意要求，一方面，還要在畫面色調(diào)、構(gòu)圖、光線、鏡頭設(shè)計(jì)銜接、節(jié)奏快慢等方面進(jìn)行藝術(shù)的再創(chuàng)造。三維動(dòng)畫與平面設(shè)計(jì)相比，多了時(shí)間和空間的概念，它需要借鑒平面設(shè)計(jì)的一些法則與影視藝術(shù)的規(guī)律進(jìn)行創(chuàng)作。

三維圖形技術(shù)越來越被更多的人們所重視，因?yàn)槿S動(dòng)畫它比平面圖更加直觀，更能給觀眾以身臨其境的感覺，特別是適用于那些尚未開展或準(zhǔn)備開展的項(xiàng)目，使觀者提前領(lǐng)略項(xiàng)目實(shí)施后的精彩結(jié)果。如圖1

2 航天動(dòng)畫制作流程

按照一般制作流程，一部完整的航天動(dòng)畫影片制作大體上可以分為前期準(zhǔn)備工作、中期動(dòng)畫片段制作與后期合成制作共三個(gè)部分。

2.1 前期準(zhǔn)備工作

由于三維動(dòng)畫生產(chǎn)流程復(fù)雜，參與人員眾多，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本大等因素，對(duì)前期的準(zhǔn)備工作要求非常高。可以說，前期準(zhǔn)備得充分與否是直接關(guān)系到項(xiàng)目的成敗。主要包括：影片劇本創(chuàng)作、繪制分鏡頭劇本、進(jìn)行角色造型設(shè)計(jì)與場景設(shè)計(jì)等等。

劇本是動(dòng)畫片的依據(jù)，需要將文字藝術(shù)轉(zhuǎn)化為視覺藝術(shù)化即用畫面來表現(xiàn)劇本所描述的內(nèi)容，一些不易表現(xiàn)視覺特點(diǎn)的描述是需要避免的。航天科普影片的劇本要求內(nèi)容要健康、積極、條理清晰、邏輯合理。

分鏡頭劇本是導(dǎo)演根據(jù)文學(xué)劇本進(jìn)行的再創(chuàng)作，它們就好像是一格格連續(xù)的連環(huán)畫，使原本只有文字的影片在事先就可以影像化。拿到劇本后先同導(dǎo)演溝通、交流，共同確定基本構(gòu)思和創(chuàng)作方向，然后開始繪制出情節(jié)，表明鏡頭位置，構(gòu)圖和光影、角色方位和動(dòng)態(tài)、時(shí)間等。在沒有正式生產(chǎn)之前，通過簡單的畫面可以看出整個(gè)故事的雛形，為后面的生產(chǎn)提供非常有用的價(jià)值的參考依據(jù)。導(dǎo)演通過分鏡頭劇本與各部門進(jìn)行溝通，同時(shí)也為生產(chǎn)制作節(jié)約了大量的時(shí)間和成本。如圖2

造型設(shè)計(jì)有人物形象設(shè)計(jì)、動(dòng)作設(shè)計(jì)、動(dòng)物造型、器物造型等設(shè)計(jì)，航天影片造型設(shè)計(jì)的要求比較嚴(yán)格，包括標(biāo)準(zhǔn)造型、轉(zhuǎn)面圖、結(jié)構(gòu)圖、比例圖、模型分解圖等，通過角色的典型動(dòng)作設(shè)計(jì)，并且附以文字說明來實(shí)現(xiàn)。造型要用寫實(shí)的方法、要突出角色特征，運(yùn)動(dòng)合乎規(guī)律。如圖3

場景設(shè)計(jì)，航天影片場景設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)分解圖、三視圖，平面圖、色彩、氣氛等。場景設(shè)計(jì)是整個(gè)動(dòng)畫片中景物和環(huán)境的來源，構(gòu)成了畫面的主要部分。在開始場景設(shè)計(jì)的工作，首先要分析劇本，確定在鏡頭里場景所處的地理位置，當(dāng)時(shí)的時(shí)間以及時(shí)代背景，是否需要視覺暗示來烘托情節(jié)發(fā)展，當(dāng)前場次的鏡頭空間是怎樣設(shè)置的，這些都是需要前期考慮好。

2.2 中期動(dòng)畫片段制作

結(jié)合前期的設(shè)計(jì)使用三維制作軟件制作出動(dòng)畫片段。中期制作是整個(gè)動(dòng)畫流程中費(fèi)時(shí)最多，需要人力最多的階段。制作流程為建模、材質(zhì)貼圖、燈光、動(dòng)畫、渲染等。

建模，是模型師根據(jù)前期的造型設(shè)計(jì)，通過三維建模軟件在計(jì)算機(jī)中繪制出需要的模型。這一過程是三維動(dòng)畫中一項(xiàng)很繁重的基礎(chǔ)工作，角色和場景中出現(xiàn)的物體都要建模。建模要求寫實(shí)的方式表現(xiàn)物體，需要有較高的美術(shù)素養(yǎng)。角色建模需要了解清楚角色的特征、出現(xiàn)的場次以及表演動(dòng)作的要求、鏡頭的遠(yuǎn)近綜合這些要素來考慮模型的制作，可以分為初模、中模和精模。角色建模需要充分考慮到動(dòng)畫設(shè)置的需要，在肢體和關(guān)節(jié)布線上能夠保證平滑變形。建模在于精確，布線要合理，結(jié)構(gòu)的刻畫要有足夠的細(xì)節(jié)。

材質(zhì)貼圖，材質(zhì)即材料的質(zhì)地，是指某個(gè)表面的最基礎(chǔ)的材料，如木質(zhì)，金屬或者玻璃都是材質(zhì)。貼圖是指把二維圖片通過軟件貼到三維模型上，形成表面豐富的細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)。在真實(shí)世界中，由于不同質(zhì)地的物體對(duì)光大吸收、反射不同，因此產(chǎn)生了非常豐富的視覺效果，發(fā)亮的金屬直接反射光線，而粗糙的布料是散射的光線。材質(zhì)師的工作是用材質(zhì)和紋理去模擬真實(shí)世界的光線散射效果，在電腦中實(shí)現(xiàn)真實(shí)的世界。

燈光，目的是表現(xiàn)設(shè)計(jì)師達(dá)到想要的一種藝術(shù)氛圍，模擬自然界的光線類型和人工光線類型。從畫面上看，燈光最基本的任務(wù)是照明，需要把畫面中的物體呈現(xiàn)在觀眾的眼前，根據(jù)劇本的需求打出不同影調(diào)，以分為高中低調(diào)。影調(diào)確定后，針對(duì)每個(gè)分鏡頭進(jìn)行制作。通常采用三點(diǎn)光源設(shè)置法：一是主燈，二是輔燈，三是背景燈，每種燈可以有多個(gè)燈光組成，主燈是照射畫面的基本光源，其亮度最高，決定光線的方向，角色的陰影主要由主燈產(chǎn)生，通常放在正面的3/4處即角色正面左邊或右面45度處。輔燈的作用是柔和主燈產(chǎn)生的陰影，豐富畫面層次，特別是面部區(qū)域，常放置在靠近攝影機(jī)的位置。背燈的作用是加強(qiáng)主體角色及顯現(xiàn)其輪廓，使主體角色從背景中突顯出來，背景燈通常放置在背面的3/4處。

渲染，是指根據(jù)場景的設(shè)置、賦予物體的材質(zhì)和貼圖、燈光等，由程序繪出一幅完整的畫面或一段動(dòng)畫。三維動(dòng)畫必須渲染才能輸出，制作的最終目的是得到靜態(tài)或動(dòng)畫效果圖，而這些都需要渲染才能完成。一般經(jīng)過一下幾個(gè)步驟：首先選擇需要渲染的攝像機(jī)視圖，獲取需要渲染的物體范圍，然后確定光線的強(qiáng)弱、方向，采取什么樣的陰影投射的方式，有貼圖陰影和光線追蹤兩種方式，光線追蹤的效果好但是很消耗系統(tǒng)資源。最后調(diào)節(jié)不同的材質(zhì)、顏色等。這個(gè)過程不是獨(dú)立的而是多方面的結(jié)合，耐心調(diào)整，如果有粒子系統(tǒng)，還要另加考慮。

2.3 后期合成制作

后期合成是指將各個(gè)環(huán)節(jié)所制作出來的多層鏡頭元素進(jìn)行組合，在接近尾聲并最終組合出完整鏡頭畫面的制作環(huán)節(jié)，對(duì)于完美鏡頭的呈現(xiàn)起著至關(guān)中要的作用。需要對(duì)畫面進(jìn)行大量的燈光校準(zhǔn)、色調(diào)調(diào)和、景深處理、特效組合等。航天動(dòng)畫影片通常采用下面三步流程。1）視頻素材篩選、裁剪、排列。2）設(shè)置特效與鏡頭的過渡效果。3）添加字幕、配音等。

在航天動(dòng)畫影片制作流程中，前面各個(gè)環(huán)節(jié)的操作相對(duì)比較獨(dú)立的，比如模型、材質(zhì)、動(dòng)畫、燈光等，后期合成與多個(gè)環(huán)節(jié)的聯(lián)系尤為頻繁和密切。在后期合成中采用以下編輯理論與技巧：

首先，在視頻選材上需要注意選取畫面平穩(wěn)與運(yùn)動(dòng)合理的鏡頭。每個(gè)場景的時(shí)間不要太長，能把情節(jié)事件表達(dá)完整即可。要有典型性、科學(xué)性和藝術(shù)性較高的素材，因此在前期的制作中要有充足的素材，為后期提供可選擇的余地。

其次，在鏡頭組接上要合乎事物發(fā)展的規(guī)律、生活的習(xí)慣、認(rèn)識(shí)上的邏輯。光線、色調(diào)、景別過度要自然、合理。動(dòng)接動(dòng)、靜接靜，動(dòng)接動(dòng)要求運(yùn)動(dòng)的方向和速度差別不能太大，動(dòng)接靜的組接要讓動(dòng)的停下來再接，在特效與過渡效果上使用時(shí)以簡潔、美觀為主，不宜追求華麗的效果。過渡效果，常采用淡入淡出、直接跳轉(zhuǎn)等方式，大場景的轉(zhuǎn)換可以用大動(dòng)態(tài)的三維效果。

另外是字幕，字幕一般出現(xiàn)在屏幕的下方或事物的旁邊，并且要有充足的停留時(shí)間。最終把符合我們需求的視頻文件形成產(chǎn)品，視頻文件或刻錄光盤。

3 航天三維動(dòng)畫圖像的特性

航天三維動(dòng)畫科普影片以其更加真實(shí)的特質(zhì)吸引無數(shù)觀眾的注意力，不同于傳統(tǒng)的影片。不僅僅是在視覺語言上有很多新的手段，而且在視覺藝術(shù)的欣賞方面也具有更多新的特征，正是由于它在視覺語言的諸多發(fā)展，從而帶來了視覺藝術(shù)許多新的審美特點(diǎn)，拓寬了視覺藝術(shù)的表現(xiàn)力，滿足了航天科普影片的多元發(fā)展需求。具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

3.1 預(yù)知性

在航天科研項(xiàng)目還沒有開展之前，通過虛擬影片的制作可以知道所能達(dá)到的最終效果。預(yù)知性是虛擬圖像的一個(gè)重要特點(diǎn)也是由航天事業(yè)的特性決定的，在每個(gè)航科研天項(xiàng)目開始實(shí)施之前，一般需要經(jīng)過，預(yù)研階段和立項(xiàng)階段。在這預(yù)研階段要提前知道實(shí)施后的情況，或者對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的問題提前制定出解決的方案。如神舟七號(hào)宇航員要出倉活動(dòng)，首先在虛擬圖像中模擬出宇航員出倉的整個(gè)過程，在這個(gè)過程中都有哪些步驟，需要做哪些準(zhǔn)備，出倉后會(huì)遇到什么樣的突發(fā)事件，怎樣去解決?？蒲屑夹g(shù)人員通過觀看虛擬圖像的模擬便于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。如圖4

3.2 靈活性

虛擬動(dòng)畫為航天科普影片產(chǎn)品研發(fā)的帶來了高度的靈活性。僅需通過修改軟件中的參數(shù)設(shè)置就可以使模擬的物體得到改變。如在宇航員的艙內(nèi)部，空間非常有限而各種儀表很多，按照規(guī)定應(yīng)該把最重要的經(jīng)常查看的儀表放在儀表板中心區(qū)域，次重要的儀表放在其他的地方。讓其注意力落在重要儀表上。但究竟哪塊儀表放在哪個(gè)精確的位置，以及相對(duì)距離是否合適，只有通過實(shí)驗(yàn)確定。因此利有虛擬圖像作為工具設(shè)計(jì)出相應(yīng)具有立體感。逼真性高的排列組合方案，再逐個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)，使被試處于其中，仿佛置身于真實(shí)的載人航天器座艙儀表板面前，就能達(dá)到理想客觀的實(shí)驗(yàn)效果。

3.3 科學(xué)性

航天虛擬動(dòng)畫圖像采取寫實(shí)的制作方式要求準(zhǔn)確、簡潔、清晰。模型上，要求所有的物體必須用寫實(shí)的方法進(jìn)行建模，不可能憑空想象，無中生有。也就是建造模型時(shí)，必須嚴(yán)格參照原型或者物體的實(shí)際尺寸，尊重原型，該方則方，該圓則圓，就是搭建不規(guī)則形象，也要做到惟妙惟肖，不能偷工減料。同時(shí)，主體與背景之間的比例一定要真實(shí)，只有這樣，模型才準(zhǔn)確，才能為下一步工作打好基礎(chǔ)。因?yàn)楹教炱鞯耐庑味际墙?jīng)過科學(xué)的辯證得出最佳的配置，不同于藝術(shù)影片有夸張?jiān)煨?。材質(zhì)也盡可能的與真實(shí)物體接近，因?yàn)椴馁|(zhì)是物體的外在特征，我們是由它而產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)的。物體的質(zhì)感通常是有外表的顏色、粗燥與細(xì)膩，剛性與柔性等幾個(gè)方面體現(xiàn)的。因此，一定要充分利用色彩、光線的折射與反射，亮度的強(qiáng)弱，創(chuàng)作出真實(shí)可信的三維形象的外在質(zhì)感。動(dòng)畫上，首先得順應(yīng)自然規(guī)律，要?jiǎng)拥暮侠?，不能隨意亂動(dòng)：需要把主體的運(yùn)動(dòng)與背景的運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來。這樣不僅合情合理，真實(shí)可信，極大的有利于科學(xué)內(nèi)容的描述與觀眾的理解。如嫦娥衛(wèi)星在繞地球五圈后飛往月球，多一圈少一圈都是錯(cuò)誤的。因此要具備相關(guān)的知識(shí)、學(xué)習(xí)背景才能將工作做好。如圖5

3.4 藝術(shù)性

首先，航天三維動(dòng)畫技術(shù)本身也具備一定的審美價(jià)值，構(gòu)成了藝術(shù)中的技術(shù)美。藝術(shù)中的技術(shù)基礎(chǔ)，一直都在科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)有基礎(chǔ)之上。三維動(dòng)畫藝術(shù)是建立在虛擬動(dòng)畫軟件技術(shù)之上的，三維動(dòng)畫新技術(shù)的出現(xiàn)，帶來了新的表現(xiàn)形式，從而擴(kuò)大了藝術(shù)的新領(lǐng)域。

其次，航天三維動(dòng)畫的藝術(shù)性是建立在科學(xué)的基礎(chǔ)之上的。比如，適當(dāng)?shù)母淖円稽c(diǎn)顏色燈光效果，有意的放大或縮小某些局部細(xì)節(jié)，造成強(qiáng)烈的視覺沖擊力和感染力從而可以使觀眾獲得新穎的審美感受。物理的運(yùn)動(dòng)通過藝術(shù)手法表現(xiàn)出富于表現(xiàn)力和吸引力的美學(xué)特征。因?yàn)楹教焯剿髦羞€有許多未知的科學(xué)，可以用虛擬的創(chuàng)作方式，創(chuàng)作出許多現(xiàn)實(shí)生活中所不能感受到的視覺效果，甚至擬造出另外一個(gè)完全不同的視覺感受，構(gòu)成奇幻的意境之美，能夠增強(qiáng)烈觀眾的好奇心。

實(shí)際證明，在航天科影片中運(yùn)用三維動(dòng)畫技術(shù)，突破了傳統(tǒng)表現(xiàn)手段的局限，具有很強(qiáng)的藝術(shù)效果，提高人們感性和理性認(rèn)識(shí)，并較以往的視頻表現(xiàn)手段有更強(qiáng)的藝術(shù)性。

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作者簡介：司紀(jì)中（1982—），男，河南西華人，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院講師，主要從事動(dòng)畫、數(shù)碼攝影教學(xué)研究。