第54章 数字电视传播(6)

五、数字视频的直接生成——计算机动画的编辑处理

定格动画、手绘动画、计算机动画共同构成了现代动画的三大门类。计算机动画（Computer Animation）是利用计算机二维和三维图形处理技术，并借助于动画软件直接生成或对一系列人工图形进行动态处理后生成的一系列可供实时演播的连续画面，又称数字动画。

计算机动画是计算机技术与艺术相结合的产物，最新技术迅速被吸收到计算机动画的技术开发中，硬件和软件不断更新，艺术表现力大为提升，其应用范围和发展空间远胜于传统动画，已经渗透到各种视觉艺术创作活动和媒体文化中。

传统的动画制作是一项复杂的劳动，即使帧与帧之间的差别很小，每一帧画面也必须由美工人员手绘而得，电影每秒24格画面，那么一分钟的动画就需要绘制1440张画稿，这些还是已经完成的，那些草图和弃置的画稿数量更加惊人。迪斯尼公司1937年摄制的83分钟的《白雪公主和七个小矮人》，用来拍摄的图画有25万张，而绘制的草图则达到了2亿张。在计算机出现后，人们就开始考虑如何利用计算机来完成大量繁重的事务，计算机辅助动画逐渐发展起来。

计算机动画发展的初期，数字技术还极不完善，发展较快的是动画制作硬件，如用于自动控制动画制作的机械设备，像摄影机和动画摄制台。其方法是按照镜头拍摄的需要编制程序，输入有关指令，由计算机据此计算出相应的摄影机的高度、角度、摄制台的坐标值等，控制各个部件协调动作。由于计算机计算精密、反应快，可以灵活、准确地控制摄影机镜头和摄制台的运动，密切配合，从而产生令人满意的摇移、推拉、翻转、渐显、渐隐等摄影特技效果。但这时的计算机数字运算还只是被用来辅助完成部分工序，并未从本质上改变动画制作的流程。

随着个人计算机的普及以及数字技术的发展，数字动画的艺术面貌和观念有了极大的更新。此时计算机在二维动画中的应用主要表现在两方面：一是在计算机里生成中间画（即前后两个关键帧之间的中间帧），相当于传统动画制作流程中的加中间画。这是传统手绘动画中工作量最大的机械性重复工作，引进计算机技术后，给出关键帧之间的插值规律，计算机就能进行中间画的计算，自动生成严格数学意义上的中间画。二是将事先由手工绘制的原画扫描到计算机中，由计算机帮助进行描线上色的工作，这就把动画师从大量繁杂的重复劳动中解放出来。同时，使用计算机描线上色操作简单，效果优良，成本低廉。现代计算机二维动画与精致完美的传统动画制作工艺结合，极大地提高了动画制作的效率，也弥补了人工描线上色不准确、节目整体色调不一致的不足。

作为传统动画的创始者，迪斯尼公司不仅在2004年初正式关闭了传统动画工作室，全面转入计算机动画领域，而且在2006年斥资40亿美元收购了著名数字动画工作室——皮克斯。如今，昔日的纸上动画王国已经进入全新的计算机动画时代。

在20世纪90年代的动画影片中，可以发现二维动画的背景开始使用三维技术制色等手法表现其运动的效果作，也就是常说的2.5D动画，这种尝试为动画片本身带来了更加丰富、绚丽的背景和神奇的效果，动画作品《人猿泰山》中的丛林背景就使用了三维效果，另外还有《埃及王子》、《小马王》、《蒸汽男孩》等等都是采用二维与三维技术相结合的方式，从而兼有了两者的优点。这种结合是动画制作史上的一大创新。

1995年迪斯尼公司第一次全部采用三维动画制作技术制作出动画电影《玩具总动员》。在这部作品中，角色设计、原画、动画、背景设计、色指定、剪辑、特效全部由计算机完成，是对动画制作工艺的一次革命性突破。这个革命主要归功于动画制作软件的发展。目前，动画制作软件多数都拥有可视化界面，比较容易掌握，制作者可以按照自己的意图创作出个性化的作品，更重要的是工作效率得到飞速提高。数字动画软件根据造型方式的不同分为二维动画软件和三维动画软件，不同的软件功能不同，完成的作品风格也不一样。

1.保留传统手绘习惯的计算机二维动画制作

在现在的动画创作中，还有一些保留着传统手绘习惯的二维动画创作，它的工艺流程与手绘动画没有本质区别，只是在中、后期的某些制作环节上有更大的便捷性。

（1）前期策划与设计阶段

相对传统的手绘动画，计算机二维动画的制作周期要短，更容易实现一些复杂的场景和特殊效果，这就给文学剧本的编写者带来更大的想象空间和发挥余地，在进行角色形象的设计时也应当顾及计算机制作的可行性和适应性。

（2）中期制作阶段

这一阶段与传统手绘动画的最大差别是工具的使用和制作流程，包括原画、动画以及背景绘制、扫描、修线上色、合层等。

具体制作中，原画和动画以及背景的制作主要还是依靠铅笔和纸等传统手段，手绘出草稿再通过扫描等手段数字化，最后使用线拍系统和数字动画制作软件在计算机上进行后续工作。

（3）后期编辑输出阶段

二维动画软件最终都是将制作的作品输出为数字视频文件，这些视频文件可能是图像序列，也可能是AVI或者MOV文件，在大多数情况下，还需要对这些数字视频文件进行一些合成及剪辑的操作。

2.无纸动画制作方式

无纸动画是相对传统动画而言的，即动画制作全程采用计算机制作——创作人员将原有的角色设计、分镜头稿本、原画、动画、背景设计、色指定、特效等工序全部转入计算机中完成。它具有成本低、易学习、品质高、输出简单等多方面的优势。无纸动画软件多是矢量绘图，可以灵活输出不同的尺寸格式，理论上可以达到无限高的质量而不失真，这是传统动画所无法比拟的。

无纸动画制作包括二维动画制作和三维动画制作。

（1）二维无纸动画制作

二维无纸动画使用计算机绘图工具和绘图软件代替传统的纸和笔完成绘制工作。

除了鼠标之外，无纸动画最常用的工具就是压感笔和绘图板，以帮助绘制者使用计算机和绘图软件直接进行绘制工作。

（2）三维无纸动画制作流程

三维动画是数字科技的尽情体现，它以逼真生动的视觉效果、清晰稳定的动态显示，将现实生活做不到、拍不到、看不见的事情展现在观众面前，将人类的想象力发挥到极致。

三维动画的制作，就是在虚拟环境中制作出三维模型，并赋予模型逼真的质感，然后设定关键帧的动作，运用计算机生成中间帧，使模型产生运动，再设置上虚拟光线，通过软件内的虚拟“摄影机”去拍摄物体的运动过程，也可以在计算机中调整镜头参数、设置照明装置。

①建模。建模是三维动画制作过程中非常重要的一步，是所有工作的基础。建模就是在三维软件所提供的虚拟的三维空间中，利用相关工具把点、线、面有机结合在一起的过程。建模要从简单的基本几何形体入手，如立方体、正方体、球体等。在这些简单的几何形体基础上进行添加、修改、变形直至做出复杂的模型。在三维软件中最常用的有多边形建模、曲线建模、细分曲面建模三种方式。

②材质、纹理与贴图。材质是指物体自身的材料，如塑料、麻布、玻璃、金属。纹理是指附着于材质表面的图案、细节，如红色塑料、粗纹麻布、磨砂玻璃、生锈金属等。纹理的存在，一方面烘托材质质感表现，另一方面丰富物体视觉感观。在真实世界中，由于不同质地的物体对光的吸收、反射不同，因此产生了非常丰富的视觉效果，发亮的金属直接反射光线，而粗糙的布料是散射光线。在三维世界中，物体受CG灯光照明后不会反射光线到其他物体表面，而材质师的工作就是用材质和纹理去模拟真实世界中的光线反射效果。贴图是使用一幅或多幅图像赋予模型表面材质的过程。材质和贴图是一个作品的灵魂，好的材质和贴图可以弥补建模的不足。

③骨骼绑定与蒙皮。大多数生物以骨骼作为躯体的内在支撑，所以在软件中建立生物的骨骼时，通常需要查阅解剖学方面的资料，了解现实中的生物骨骼是如何构成、如何运动的，从而使建立的肢体模型运动起来更加真实，避免生理上的错误。模型的骨骼绑定是为每一个模型组成部分的运动提供必要的动画控制节点，使角色的运动和操作变为可能。蒙皮则是通过定义不同骨骼对模型的相应部位影响的权重，来模拟肢体运动时骨骼对皮肉的支撑。通常，蒙皮之后的角色模型将会跟随骨骼的旋转产生正常的运动和变形，不同的部位都受到了基本的控制，如手臂可以自由地旋转，膝盖可以正常弯曲，胸部可以随着呼吸微微起伏，角色的内在结构已粗具雏形。

④动作。动画的本质就是动作的变化。动作环节主要是动画师为角色制作动作和表情。三维动画的动画技术实现有多种方式，主要有以下几种。

关键帧动画：类似二维动画中原画的概念，在关键动作处建立关键帧，三维软件将重要的属性以关键帧的形式保存起来，关键帧之间的动画帧由计算机自动生成。

路径动画：为动画角色定义运动路径，角色的运动将限制在这条路径上进行。

关联动画：顾名思义，关联动画必然存在两者，只有在两者之间才能存在关联，指其中一个物体的动画是以另一个物体的动画为基础的。

动作捕捉：动作捕捉技术是新科技的产物，是利用多个处在不同角度的摄像机同时对同一个运动物体的动作行为进行记录捕捉，然后把这些动作信息抽象处理，传送到三维软件中，附加到角色模型上面，于是赋予了角色动作。

⑤灯光。数字化的虚拟灯光可以起到照亮场景、烘托气氛的作用。三维动画中的灯光技法来自现实生活中的摄影灯光基础，动画师根据故事情节的发展、不同的氛围选择使用不同类型的灯光，适当设置灯光的强度、颜色、灯光的照射范围、是否产生阴影、阴影的颜色、光线是否衰减等来达到目的。场景中往往需要多个灯光，这时则牵涉灯光之间的搭配，谁为主光，谁为辅助光，谁是背景光。

⑥渲染。一个镜头的三维场景文件最后的目的地就是渲染环节。渲染是指根据场景设置，对赋予的物体材质和贴图进行光效、明暗和阴影的物理计算过程，再由程序进行批处理渲染，输出成为一张张精致的画面，这是庞大的工程，往往对计算机配置和软件性能有较高要求。为了后期合成调整的需要，在渲染时一般会将场景文件拆分为多个层分别渲染。

⑦合成。这一步骤一般在三维软件之外的合成软件中完成，将分层渲染的动画组合起来，并进一步添加特殊效果和调整色彩。

最后，运用非线性编辑软件将多个镜头进行组接，并与声音合成后输出为胶片、录像带、光盘或者网络动画文件。这样，一部三维动画作品就制作完成了。

3.动画文件格式

动画文件格式很多，不同的动画软件都有自己默认的格式，也可以存储为普通视频文件格式，其中最常用的是GIF、FLC、SWF、AVI、MOV、QT格式等，动画一般需要生成这些文件格式才能被多媒体创作软件调用。

GIF格式本是一种图像文件格式，但与其他图像文件格式不同的是，一个GIF文件中可以同时存储若干幅静止图像。GIF将其中存储的图片像播放幻灯片一样轮流显示，就形成了一段动画。GIF文件还有一个特性：它的背景可以是透明的，也就是说，GIF格式的图片轮廓不再是矩形的，它可以是任意的形状，就好像用剪刀裁剪过一样。目前Internet上的GIF动画文件很多。

FLIC格式是Auto desk公司在其出品的Auto desk Animator/Animator Pro/3DSMAX等2D/3D动画制作软件中采用的动画文件格式，FLIC是FLC和FLI的统称。其中，FLI是最初的基于320×200像素的动画文件格式，而FLC则是FLI的扩展格式，采用了更高效的数据压缩技术，其分辨率也不再局限于320×200像素。

FLIC文件采用行程编码（RLE）算法和Delta算法进行无损数据压缩，首先压缩并保存整个动画序列中的第一幅图像，然后逐帧计算前后两幅相邻图像的差异部分，并对这部分数据进行RLE压缩，由于动画序列中前后相邻图像的差别通常不大，因此可以得到相当高的数据压缩率。它被广泛用于动画图形中的动画序列、计算机辅助设计和计算机游戏应用程序。

SWF格式是Micromedia公司的产品Flash的矢量动画格式，动画在缩放时不会失真，非常适合描述由几何图形组成的动画，如教学演示等。由于这种格式的动画可以与HTML文件充分结合，并能添加MP3音乐，因此被广泛应用于网页，成为一种“准”流式媒体文件。