王簫音

摘 要：本文主要研究非真實材質(zhì)渲染技術(shù)在二維與三維相結(jié)合的場景制作方法，分析非真實材質(zhì)渲染在場景制作中應(yīng)用的案例，并重點闡述案例中分析道具卡通渲染在場景鏡頭對位的方法，總結(jié)非真實材質(zhì)渲染在二維場景表現(xiàn)效果的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：非真實材質(zhì)材質(zhì)渲染；卡通渲染；二維動畫場景

中圖分類號：J218.7 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）32-0268-02

一、非真實材質(zhì)渲染技術(shù)的發(fā)展

非真實材質(zhì)渲染（又稱Non-photorealistic rendering，NPR）是計算機圖形學(xué)的一類渲染技術(shù)，主要是模擬藝術(shù)式的繪畫風(fēng)格，也用于發(fā)展新繪畫風(fēng)格。NPR技術(shù)和傳統(tǒng)的二維動畫不同，NPR技術(shù)受到各種藝術(shù)風(fēng)格的影響，如油畫、素描、蠟筆、水墨的影響。許多NPR技術(shù)都是三維渲染技術(shù)的變體，并且基于二維圖像處理技術(shù)。①NPR技術(shù)有時也稱為卡通渲染（Cel-Shading），卡通渲染（Cel-Shading）是目前常見的三維建模和二維材質(zhì)相結(jié)合的新興的3D渲染技術(shù)，軟件根據(jù)造型的形態(tài)和光照自動的生成造型的邊緣線并且對材質(zhì)進行統(tǒng)一化，渲染出的模型結(jié)果只有亮面、陰影面和輪廓線，與二維描寫上色也是很相似的，三維造型可以任意地轉(zhuǎn)換視角，不會有手繪的形態(tài)變化。這樣渲染的效果看起來不像三維真實渲染那樣生硬，具有卡通的質(zhì)感。畫面效果使人想起帶有黑色輪廓和有些單色的漫畫書上的繪畫。三維渲染二維的卡通渲染繼承了二維以平涂寫意的方式描述對象和簡潔明快的風(fēng)格，有著二維繪畫的親切感，在場景的鏡頭方面也發(fā)揮了三維的特點，具備了獨特的藝術(shù)風(fēng)格和視覺吸引力。NPR技術(shù)已經(jīng)以卡通渲染（Cel-Shading）的形式出現(xiàn)在電影、動畫、電子游戲中，應(yīng)用在藝術(shù)動畫和實驗動畫的創(chuàng)作上，追求更個性的動畫風(fēng)格。非真實材質(zhì)渲染技術(shù)，開辟了2D 和3D 動畫技術(shù)結(jié)合的途徑，也開創(chuàng)了三維動畫模擬二維動畫的新思路。

二、非真實材質(zhì)渲染技術(shù)在二維動畫場景中的應(yīng)用

隨著影視動畫的畫面審美的需求不斷提高，單一缺乏變化的三維渲染的畫面效果遠遠達不到觀眾的視覺體驗。目前在國內(nèi)外影視動畫的場景制作采取卡通渲染和二維手繪渲染相結(jié)合的案例越來越普及，視覺效果也更加個性與豐富。主要原因是技術(shù)的發(fā)展足以支撐觀眾的審美水平，在制作上也比較經(jīng)濟，避免了二維場景透視繪制的壓力，可以說是計算機解放了大量的生產(chǎn)力。

特別是上個世紀九十年代以來，二維動畫影片中的大場面表現(xiàn)上開始結(jié)合三維計算機動畫技術(shù)。比如，日本動畫《蘋果核戰(zhàn)記》是比較早在場景上運用非真實材質(zhì)渲染的技術(shù)的影片，從早可以體會由于當(dāng)時技術(shù)的還不是很成熟，角色和場景的結(jié)合上還是比較明顯，風(fēng)格不夠統(tǒng)一。但是從另一個方面上講，三維渲染技術(shù)，在建筑、機械、無生命的物體的表現(xiàn)上更有優(yōu)勢。比如，PDI的《釣魚》中NPR渲染和關(guān)于空間錯誤的超現(xiàn)實主義喜劇。迪斯尼的《鐘樓怪人》展示了三維計算機生成的五彩紙屑、人群和建筑細節(jié)。②夢工廠的《小馬王》創(chuàng)造性地應(yīng)用了計算機動畫技術(shù)和卡通渲染。

三、“剛體”卡通渲染與二維動畫場景對位的方法解析

在三維與二維結(jié)合制作的動畫片中，道具的制作多采用“剛體”的卡通渲染技術(shù)。場景制作中所謂的“剛體”的理解，通常是指“機械”的無生命的物體。比如運動的“汽車”、“飛機”、“輪船”和“機器人”等。③“剛體”一般都是比較“硬”的材質(zhì)物體，運動幅度大，體積感強，這樣的特性比較符合三維制作的特點。

“剛體”動畫場景鏡頭的表現(xiàn)上一般有兩種情況：一類是在運動的鏡頭中應(yīng)用：在運動的鏡頭中，鏡頭中的場景和道具都在運動，這種在后期制作上比較有難度的。一類是在固定鏡頭中的應(yīng)用：一般是鏡頭的機位是不動的，但是鏡頭中道具是遠動的，這類鏡頭只需要在固定的背景和“剛體”運動的透視關(guān)系匹配。在固定的鏡頭中，“剛體”本身運動，但是沒有攝像機運動，透視關(guān)系就不會發(fā)生變化。這樣3D和2D的對位問題就比較簡單。現(xiàn)在很多動畫片都采取這種形式來實現(xiàn)。

在二維動畫場景中，尤其是運動的鏡頭中，“剛體”作為場景中比較特殊的元素，物體運動的透視變化比較大，細節(jié)也比較復(fù)雜，二維繪制很困難。為了達到更加細膩的手繪效果，可以考慮運用三維軟件，先按照概念設(shè)計圖制作簡模，通過二維材質(zhì)貼圖達到和場景匹配的二維手繪的效果。比如在《美麗城三重奏》中，三維卡通渲染汽車和自行車和二維手繪的山路完美的結(jié)合在一起。在場景的運動鏡頭中，“剛體”與二維場景對位問題是個難度。如圖1所示。

在后期制作中場景和道具匹配的方法有很多：

一種是手動匹配，主要在后期軟件中，手動對位透視關(guān)系，這個方法比較簡單，但是在實際操作中需要一定經(jīng)驗，要手動匹配透視關(guān)系，主要是找到二維場景繪制透視的消失點，與三維透視相吻合，并且使攝像機運動和角色運動的速度要一致。

另一種是利用跟蹤軟件匹配，由于二維場景是平面的，一般需要在制作好鏡頭運動的攝像機動畫，再把三維道具放入跟蹤軟件中，處理與場景的攝像機動畫跟蹤匹配，設(shè)置場景的跟蹤點或者自動跟蹤，這樣跟蹤出攝像機的路徑，再導(dǎo)入三維軟件中，調(diào)整道具的三維動畫的運動，這樣道具就和場景的運動就可以完全匹配。

四、非真實材質(zhì)渲染技術(shù)在二維動畫場景制作中的優(yōu)勢

非真實材質(zhì)渲染的場景制作的優(yōu)勢在于：首先方便攝像機的靈活調(diào)度；其次，在視點、視角、視距的設(shè)置上更加隨意；再次，景別和景物的透視關(guān)系上更加準確。

目前很多影視動畫大片的場景表現(xiàn)比較宏大，鏡頭的運動也具有視覺沖擊力。但是傳統(tǒng)繪制手法完成的環(huán)境設(shè)計無論如何都是平面上對三維環(huán)境的模擬，有很大的局限性。我們可以考慮應(yīng)用三維技術(shù)搭建一個三維虛擬的立體環(huán)境，對于導(dǎo)演、設(shè)計師及其他各部門所提供了有效的參考。當(dāng)然同時也要考慮成本和時間，三維場景的搭建只需要采用簡單的，相對粗糙的模型來完成。這樣制作方便了鏡頭的調(diào)度、運動主體調(diào)度、視點、視距、視角的選擇以及畫面構(gòu)圖、景物透視、空間想象等方面的制作。④endprint

（一）平面效果與體積感表現(xiàn)

二維動畫場景的畫面所呈現(xiàn)場景的平面空間效果，真實材質(zhì)真實渲染效果很難表現(xiàn)細膩的二維繪畫風(fēng)格，而非真實材質(zhì)渲染是三維建模與二維材質(zhì)相結(jié)合的動畫制作手法來表現(xiàn)畫面中的縱伸特點，結(jié)合了三維與二維手法的各自優(yōu)勢，有平面繪畫的筆觸感，簡潔明了效果，又有真實的體積、空間透視的變化。

（二）色彩與線條表現(xiàn)

二維場景繪制由于強調(diào)制作中的手繪成分，畫面線條的作用就顯得尤為突出。這正因為手繪場景的畫面色彩比較夸張且色塊概念強，就必須通過線條來區(qū)分同一事物中不同的塊面。一般三維動畫場景是沒有物體的框線概念，再現(xiàn)的是真實的三維效果，所以色彩上沒有對比和夸張表現(xiàn)，更難表現(xiàn)色彩的微妙的變化。非真實材質(zhì)渲染在材質(zhì)制作上與二維繪制相同，線條成為很重要的組成部分，再加以三維模型的立體感和光線明暗的變化來區(qū)分同一事物中不同的塊面。

用立方體為例，卡通渲染可以用二維貼圖來表現(xiàn)兩個面的交接處的結(jié)構(gòu)關(guān)系，還可以考慮畫出交界線條或兩個面顏色的變化。再加上模型本身的立體光源的位置，使得視覺效果和二維手繪場景達到統(tǒng)一，而且卡通渲染的效果概括性強，賦予變化，讓觀眾沉浸在豐富的色彩當(dāng)中。

（三）光與影的表達

二維場景動畫光影效果趨于整體，可以在平面軟件中進行分層繪制。非真實材質(zhì)渲染本身的陰影關(guān)系可以透過三維軟件的渲染設(shè)置中進行設(shè)置和調(diào)整，也可以在二維貼圖繪制過程中調(diào)整光源色彩效果，這樣二維場景和渲染的場景兩者結(jié)合后，場景不僅色調(diào)明快，同時具備了真實物體的光線明暗層次變化，視覺沖擊力強烈。

（四）景深的表達

二維動畫場景繪制通過環(huán)境色，語境色，遠近用色對比來表現(xiàn)遠近景物的虛實關(guān)系，進而表達畫面的景深。非真實渲染的場景本身是三維空間物體，視覺的景深效果可以通過分層渲染的技術(shù)，把景深層渲染出來，然后再后期軟件中進行細節(jié)調(diào)整，或者通過貼圖材質(zhì)繪制來表現(xiàn)更好的景深關(guān)系。

五、結(jié)語

綜上所述，非真實材料渲染技術(shù)在二維動畫場景中的運用，從視覺效果上，可以彌補二維場景道具的空間透視的局限；同時也可以達到二維動畫的風(fēng)格效果，場景的景深感更加強烈，同時能夠縮短制作時間，可以為設(shè)計劇情的情節(jié)、角色形象以及動畫特技效果。節(jié)約更多的制作成本，而且達到了二維場景的質(zhì)感和三維空間的效果。

★基金項目：本文是常州工學(xué)院2016年教改項目“基于CG應(yīng)用人才培養(yǎng)模式下的場景設(shè)計課程教學(xué)研究”，（項目編號：A3-4403-16-062）；常州工學(xué)院“場景設(shè)計”網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)項目（項目編號：A3-4406-17-071）部分研究成果。

注釋：

①Isaac Kerlow，陳寶國，紅然（譯）.3D動畫與特效制作藝術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2010：149.

②Isaac Kerlow，陳寶國，紅然（譯）.3D動畫與特效制作藝術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2010：35

③於水.影視二維動畫和三維動畫的融合應(yīng)用類型分析和實現(xiàn)方法[J].電視字幕.特技與動畫，20107：27-31.

④劉戈三，王春水.技術(shù)成就夢想——現(xiàn)代電影制作工藝探討與實踐[M].北京：中國電影出版社，2007：136.endprint