当动漫因为其生动的表现力,而成为人们娱乐生活中的重要部分时,高科技成了背后不可缺少的“秘方”。
当屏幕上的甲虫模型,从灰色一点一点变成黑色眼睛、粉色睫毛、红色嘴唇、棕色带有光泽外壳等漂亮色彩的卡通形象之时,用于操作的计算机运行速度明显慢了下来。CG(Computer Graphics计算机图像处理)培训高级教师何菲介绍道:“这就是3D动画中应用的渲染技术。一只小小的甲虫就能让图形工作站的运行速度明显慢下来。”
渲染,通俗一点说,就是在3D动画中让颜色一层层“涂”到模型上的过程。而这个颜色不仅是对于角色模型,还包括了对背景的塑造。“好比这只甲虫的周围,花花草草的颜色和层次都是这样做出来的”,何菲介绍道。
这个“涂”的过程是由计算机来完成的。“这个工作对于计算机的要求很高,一般的动画用计算机可能要做上一个星期。对于一部人物、场景都不少的动画片来说,工作站所需要的时间就会显得太长”,沈阳动漫基地技术总监何斌说,“我们为需要进行大量渲染的公司,提供可以进行集群渲染的公共技术平台。”
颜色“秘方”
梦工厂出品的《怪物史莱克》等动画大片令老少痴迷,而大家很少想到在这些大片背后的技术支撑。
渲染技术就是其中之一。这项技术不仅应用在3D动画中,还在3D游戏、电影电视剧等特技镜头中得以广泛应用。
一个渲染集群是由一个管理节点和多个渲染节点通过网络互联组成,在后台为前端制作人员使用的工作站提供渲染服务,作为运行环境的渲染集群管理软件则是整个网络的神经中枢,用于完成主机的管理、协调任务的提交和分配、与安装在渲染节点上的渲染引擎通信等工作。
在沈阳动漫基地,这套用于渲染的集群系统,配备有100台HP原装200个CPU的刀片式服务器,选用了Softimage/xsi、3DMAX、Maya等三维制作软件和Render man、Mental-ray、Mayarender等专业渲染软件,可对三维动画产品实施制作和渲染。
这样的一套配置,在全国几十家动漫基地当中,都属于比较先进的。“使用的企业只要把需要渲染的部分,放在机器里面,就可以回家睡觉了”,何斌开玩笑地说。到技术平台来做这些工作,就可以让图形工作站等动画制作机器“腾出手”做其他工作。
“这是因为我们上系统上得晚,所以也有些后发优势”,沈阳市浑南新区动漫产业办公室的张书炜主任笑着说。现在全国动漫基地有几十家,2005年国家广电总局开始大力扶持国产动漫产业以来,各地纷纷将动漫产业视作可以淘金的朝阳产业。
沈阳动漫基地的公共技术平台即是沈阳市人民政府和浑南新区管委会共同投资建设,为提高入驻园区动漫企业的制作效率而设的。张书炜说:“投资是政府出的,以后要成立企业进行市场化运作”。
这个技术平台的总投资达4000万元,计划分两期建设,每期投资2000万元。一期主要包括动作捕捉系统、渲染集群系统、标清和高清制作系统以及幻影成像系统。二期主要包括音效合成制作系统、游戏测评及运营系统。
生动“秘方”
刚刚建成的一期技术平台,除了渲染集群系统之外,还有让3D动画的主角们“动”起来的动作捕捉系统。
人们常常在动画片中看到小动物主角表现出人一样的表情和动作。其实,这都是通过人来做的表演。表演演员需要穿上一套特制的“衣服”。这种特制的“衣服”其实是一系列反射标记。
利用光学原理,多个摄像头拍摄这些演员的动作,然后相应的系统将多个摄像机拍摄的镜头用数学的方式绘制出每个反射标记的三维坐标,这些标记被连接到一个计算机生成的人物身上对应的解剖点。
操作人员再在这些点上“画”出人物。由于这些坐标来自演员真实的动作,所以动画看起来非常逼真。
深海动画数字媒体有限公司的市场部负责人说:“由于捕捉系统对于环境要求高,所以他们常常选择夜深人静的夜晚进行工作。而人脸部的肌肉很多,细微表情的捕捉需要更高配置的系统。”
一般的企业如果上一套能够捕捉脸部表情的系统,那么前期投入将大大增加。这对于整体上尚处于发展初期的动漫企业来说,都是不小的负担。
类似沈阳动漫基地的技术平台就可以帮助这样的企业。建设好的一期工程包括了一套配备32台专业红外光学数字镜头的动作捕捉系统。这32台数字镜头中,包括了10台400万像素镜头和22台130万像素镜头。
这套系统不仅能捕捉脸部表情,另外一个让动漫主角“动”起来的高精度实时无限数据手套,则是让手动起来的重要工具。数据手套顾名思义,是一套交互设备上的空间传感器。通过它可以确定手在3D虚拟环境中的位置和方向。
当动漫遇上计算机
生于上个世纪70年代的人,一定不会忘记小时候最喜欢的“小人书”。从二维动画到“立起来”的3D动画,计算机技术在当中发挥了重要的作用。
传统的动画是由画师先在画纸上手绘真人的动作,然后再复制于卡通人物之上。直至20世纪70年代后期,电脑技术发展迅速的纽约技术学院的电脑绘图实验室导师丽蓓卡亚.伦女士将录像带上的舞蹈员影家投射在电脑显示器上,然后利用电脑绘图记录影像的动作,然后描摹轮廓。
现在对于3D动画的制作来说,需要技术人员根据“原画”,即绘制好的纸制图,在计算机内建模。与其说是在“画”,不如说是在“雕”出主角的轮廓。通过操作人员对线条的拉伸、旋转等动作,来实现和纸制图的一致。
而这些被“雕”出来的模型,再通过生动“秘方”——动作捕捉赋予行动,通过颜色“秘方”——渲染等方式处理,就成为了人们在屏幕上看到的形象。当动漫遇到计算机,技术成为实现人们想象力的翅膀。
多CPU支撑集群渲染
集群渲染的基本思路就是通过任务调配管理系统,把渲染的任务分配给多台主机,通过协作的方式来完成镜头的渲染,节省渲染时间。
1982年首次动作捕捉
1982年左右,美国麻省理工学院及纽约技术学院同时利用光学追踪技术记录人体动作:演员身体的各部份都被安上发光物体,在指定的拍摄范围内移动,同时有数部摄影机拍摄其动作,然后经电脑系统分析光点的运动,再产生立体的活动影像。
逼真动漫人是关键
在动漫制作的过程中,常需要表演演员穿上特制的服装,做配合剧情的动作,利用光学原理,通过运用多个摄像头拍摄这些演员的动作,相应的系统会将多个摄像机拍摄的镜头用数学的方式绘制出每个反射标记的三维坐标,这些标记被连接到一个计算机生成的人物身上对应的解剖点。
操作人员再在这些点上“画”出人物。这样,一个逼真的动画场面就被制作出来了。
电脑动画技术
电脑动画技术从制作的角度看,主要涉及几何造型技术和图像处理技术。在电脑动画发展的初期,人们进行动画制作主要采用几何造型技术,用几何学的方法来描述对象,使用计算机来产生动画。但由于这种技术制作成本太高、费工费时,就开始研究结合使用基于图像处理的制作方法,用已有的图像数据来提取、表现空间的动态对象从而生成动画。
在目前的电脑动画技术中,重要的是深入研究运动控制和渲染技术。早期的动画制作需要制作者将画面逐帧画出,工作量非常巨大。引入计算机动画技术后,尤其是运动控制技术,制作者首先利用计算机设计角色造型,按照剧情确定关键帧,由动画师绘制一些静态的关键画面。然后按一定的补插规则完成一序列画面,利用动画软件生成图像序列。
比起手工绘制动画,这无疑是一个巨大的进步,但对于一个复杂的动画作品来说,要对关键帧中每个造型的姿态特别是表情进行细致的调整,这仍然是一个相当麻烦和困难的工作。它不但要求动画师必须具有丰富的经验和高度的技巧,而且其效率低、易出错,很不直观,难以达到生动、自然的效果,已成为动画制作过程中的瓶颈。不过,关键帧这种古老的技术现在仍然是制作电脑动画的主要方法。
同时,电脑动画发展了一套基于物理模型的运动控制技术。因为物体的运动要遵循一定的运动定律,比如表现一个球的弹跳、水流的波动,都有一定的物理模型,要符合一定的物理规律。如果由电脑通过计算来完成,会使运动变得自然而逼真。
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