应用卡通渲染技术创作模拟手绘风格的CG动画

绘画性是动画片魅力无穷的主导因素，是动画拥有持久、旺盛的生命力之所在，只有借用绘画的审美眼光来进行CG 动画的艺术创作，才能把握动画的美感。

目前动画创作已经从传统的全手绘制作转向数字化制作，
CG 技术在动画制作领域扮演着愈来愈重要的角色。

传统手绘和电脑模拟手绘的区别在于，传统手绘是用画笔在纸上作画，以纸为媒介，是绘画艺术与绘画技巧结合的产物，模拟手绘是利用电脑软件模仿传统手绘的效果在电脑屏幕上生成图像，是绘画艺术与CG 技术结合的产物。

本文所探求的是将传统手绘技法与CG 数字技术结合起来，同时运用两种技术实现手绘动画特有的视觉效果。

一　从《黑暗扫描仪》和《复活》看CG 动画新风格
《黑暗扫描仪》（A Scanner Darkly）和《复活》（Renaissance）都属于试验性影片，电影画面所呈现的艺术风格及其所采取的制作方式给人以深刻启示。

（一）在传统手绘与CG 技术结合点上发掘动画电影新形式 这两部动画电影的画面艺术效果凸显两大亮点：
其一是独特的手绘漫画视觉风格，完美地呈现出漫画质感。

影视动画片创作是一种以造型艺术为表现手段的电影形式，人物造型在影片中占有重要的地位。

影片《黑暗扫描仪》中的人物形象呈现出一般彩色漫画的真实感和手绘的笔触感尤其是特写镜头，以鲜明的笔触勾勒出人物脸上的线条，表现出不同的明暗色调，表达了人物的气质和感情，类似于人物肖像画。

《复活》则完全是另一种漫画风格，影片画面由对比强烈的黑白色调影像组成，很好地再现出黑白漫画的风格，每一个镜头都是一幅精致的黑白漫画。

黑色和白色构成的昏暗的单色调，使整部影片完全笼罩在阴冷神秘的氛围里。

全片写意重于写形，片中的人物都处在黑暗之中，只有在光
应用卡通渲染技术创作模拟手绘风格的CG 动画
■李洪宇
【摘要】
CG 动画电影《黑暗扫描仪》和《复活》将真人实拍和3D 动画的视觉效果转换为手绘漫画的视觉效果，展现了一种全新的CG 动画电影表现形式，无论在艺术层面还是技术层面都使人耳目一新。

受这两部影片的启发，为寻求一种能独立创作出模拟传统手绘风格CG 动画片的新制作方法，本文进行了“应用卡通渲染技术创作模拟手绘风格CG 动画”的课题研究，并应用这种方法实际创作了一部CG 动画短片。

【关键词】
传统手绘 卡通渲染 模拟手绘 CG 动画 Rotoscoping
线映照在人物脸上显现出清晰的界线时，才能够辨认出人物的轮廓。

这种黑白分明、没有灰色过渡的人物形象带来一种先锋效果，这些黑白线条所营造的警匪片气氛给人以很大的视觉冲击力。

《黑暗扫描仪》场景画面
《复活》场景画面
其二是生动丰富的电影视听语言和表演艺术，兼有动画电影和真人电影特点。

如前所述，影片鲜明地凸现出传统动画片的绘画性特征，但又不是传统意义上的手绘动画，其最明显的不同体现在影片中真人电影特点十分明显。

观众初看影片，通过镜头画面会感觉是动画电影，但仔细观察后发现动画人物的神情举止，与真人演员的表演毫厘不差，而且相对以前的传统手绘动画电影来说，其动作更为流畅，画面切换更加自如，光影变化更为生动，场景搭建更为宏大，达到了令人叹为观止的影像效果。

影片的这些新特点体现在角色动作细节写实，生动细腻。

一部动画片对细节的把握程度是评价这部动画片是否优秀的标准之一。

由于《黑暗扫描仪》拍摄前期是先通过真人表演，在前期拍摄时很好地捕捉到人物表情的细微变化和动作特征，为后期绘画提供了充分的数据。

片中人物的一个缓慢转身，一瞬间轻微的颤动，面部表情的喜怒哀乐，一笑一颦，都真实的地表现出角色的心理活动与行为特征。

影片角色既保留了足够的现实感，也表现出了那种迷幻状态下人物的感觉，使电影做到了对小说的忠实重现，这在众多由小说改编拍摄的电影中是难得一见的。

《复活》中角色动作是通过动作捕捉技术，把捕捉到的数值附加给3D模型，而且制作者应用了最新的面部捕捉系统，所以人物的表情动作更加细腻。

在营造环境气氛上，片中的水、火、雾气弥漫，玻璃破碎等细部环境的视觉效果得到了充分发挥，一切看着都那么真实。

影片中这一特点还体现在对运动的表现和对运动场面的营造上。

电影表现运动的概念有两方面，一方面是代表导演视点的摄影机运动效果表现，另一方面是代表演员的形象运动方式表达。

影片《复活》中包括枪战、追车、打斗在内的各个真人电影场景对这两方面都有很好的表现。

就摄影机镜头运动而言，《复活》追求影像特效的拟真表现，结合3D动画虚拟场景与演员真实表演合成的镜头，形成了全新的视觉效果，并且籍由记录真实的镜头运动与主角的关系，配合CG技术构建了虚拟环境，制作出生动的影像，建立起真实与虚拟共融的美学意象。

一部畅销的小说或漫画书经过长期的大众传播，其中的人物形象和故事情节早已被喜爱它的读者所熟知，当把一个著名的小说或者漫画书改编成忠实于原著的电影搬上大银幕时，一定会吸引大批的忠实读者。

观众之所以认同一部动画片，主要是因为认同动画片本身的艺术表现手法。

例如，观众之所以喜爱《黑暗扫描仪》，是因为这部影片的艺术表现手法直接体现和表达了原著作者的个性和意图，影片所展示的故事内容不仅早已为广大观众所熟悉和欣赏，而且它所展现出的CG动画的奇妙动感和光影特效更让他们惊奇赞叹，在视觉和精神上获得收获和满足。

在动漫风靡全球的今天，动画与漫画之间存在一种共存的关系，有的小说改编成漫画，再由漫画做成动画片，有的则是漫画直接做成动画片。

正是由于这样的关系，使得许多人把动画简单地理解为“会动的漫画”。

大量的“有限动画片”过分减少原画，减少动作，对话时除了嘴以外，人物的身体和脸部肌肉都几乎不动，缺少细节的细微变化。

这样的所谓动画片虽然具有明显的漫画特点，也能够准确的表达原作的内容，但是却不具有作为电影艺术的动画片应有的本质特征和独特魅力。

从这个意义上说，《黑暗扫描仪》和《复活》这两部电影对动画电影镜头画面艺术效果的积极探索，既是传统动画手绘视觉风格在新的更高起点的回归，也是对动画电影视觉风格的一次创新。

按照传统习惯，根据动画片制作方式和影片画面表现效果的差异，动画制作分为传统手绘制作与全3D计算机动画制作两种模式。

现在，随着动画制作技术的不断进步，动画电影将渐渐不再有传统与非传统制作方式的区别，在观众眼里，作品的成败关键取决于故
事的创意与画面视觉冲击力。

大量吸收传统手绘动画
如今，专业动画师使用数字手写板和绘图软件按
照演员的表演影像，在计算机上描绘出动画人物，完
成图像处理。

前期拍摄的影像画面相当于漫画家的参
考草图。

就像影片导演理查德·林克莱特 （Richard
Linklater）说的那样，“这是一种特殊的动画，动画
师们在每个镜头上作画。

这也是一种新形式的动态捕
捉，动画师偷了演员的动作、神态与表演，再用自己
的眼睛和笔尖翻译出来”。

在《黑暗扫描仪》中，这
个成熟的技术重新焕发出创新的活力。

动作影描技术的优点在于它让演员的表演有真实
感，他们是在真情投入地表演，有角色互动，摄影机
捕捉到他们表演的精髓。

动作影描方法固然很单纯，
但重要的是动画师如何把正片作为绘画依据，把演员
体形当成参考，靠影片表现出有真实感的动作、形状、
颜色，重新画出细节。

在绘画过程中他们可以充分发
挥自己的想象力进行创作，从而让影片最终呈现出多
姿多彩的面貌。

接着动画师们用黑线描边形成一种风
格统一的动画。

影片《黑暗扫描仪》中一个镜头的绘制过程
关于影片的背景制作。

前期由摄影师按照动画师
后期合成的要求拍摄了景观素材，然后与人物角色影
像合成，再由动画师手绘完成一个理想的背景环境，
形成与人物风格一样的手绘风格。

例如，电影最后一
幕是表现角色在玉米田的广角长镜头，镜头拉远上升
到30 的高度，拍出的真实影像画面十分模糊，后期
动画师利用数字手写板为这个有1296格的镜头手绘添
加上玉米植株在风中摇曳的精致细节，让影片的视觉
效果看上去更像是动画电影。

通过对影片的制作方法进行研究，我们可以获得
这样的启示：一部作品的成功，不仅在于技术的创新的艺术营养，运用CG动画新技术创作不同的影像质感
和风格，在传统手绘与CG技术结合点上发掘动画电影
新形式，应该成为我们创作动画作品的初衷和追求。

（二）在技术与艺术的交汇点上发掘动画片的美学元素
正如《复活》导演克里斯蒂安·沃克曼（Christian
Volckman）所说，CG动画电影自始至终是一个科技
项目，但制作者并不是想通过影片视觉效果炫耀自己
的技术水平，而是要让技术表现更好的艺术性。

电影
《黑暗扫描仪》是应用动作影描制作技术制作完成的
CG动画电影，前期是拍摄真人表演，实景实拍，后
期是动作影描制作。

前期拍摄与拍摄普通电影一样，演员在特定的环
境下照常按剧本表演，摄影师按导演要求用数码摄影
机将真实人物的表演和所处环境拍摄下来。

在这部影
片中，演员的表演与拍摄普通电影稍有不同，虽然影
片中演员的表演大部份是在真实的环境中进行，但对
演员的表演却有了更高的要求：其一，演员在表演时，
表情更加生动夸张，但不搞笑，带有明显的卡通化特
征；其二，在影片拍摄过程中，摄影机的取景框要依
照动画师后期制作所需要的画面效果进行构图；其三，
演员的服装不要有复杂的图形网格，颜色要与动画师
后期制作需要取样的那些色彩相同。

这些要求都是为
了给后期进行动作影描制作提供便利条件。

后期应用动作影描制作技术，把记录真人表演的
影像逐帧绘制成手绘风格的漫画图片，然后与手绘场
景或手绘修改后的CG渲染场景进行合成。

影片制作中利用插值软件，使动作影描制作技术
（Rotoscope Animation）在处理速度方面比其它方
式更加的快速，但是在里面加入想要的细节部分，则
是漫画家通过一帧一帧地描绘实拍影像动作绘制出来
的。

Rotoscoping是把预先录制好的实拍动作影像投
影到一块磨沙玻璃上，由漫画家进行描影绘制。

是一
项很早就使用的动画制作技术。

　
Rotoscoping 示意图
和运用，而且还在于如何运用技术表现影片的艺术性。

动画艺术包括制作影片的技术元素和把技术元素转变成艺术的美学元素。

从制作影片的技术元素角度来看，CG动画是很新潮的东西，而且发展越来越迅速，越来越多的人在使用CG动画技术。

值得注意的是，在数字艺术领域很多人过分的沉迷于技术层面，而忽略了艺术表达的层面。

在现阶段的动画制作中，我们常常会有这样的困惑：为什么我们拥有和国外动画公司同样高性能的计算机工作站，使用同样的制作软件，并且掌握了足够多的电脑CG技术，却作不出成功的动画片，至少不像大家所喜爱的迪斯尼，皮克斯的动画片。

有了宏大的故事构思，却不知道如何去表现故事，如何实现表达自己的想法，最终的结果让制作者本人和观众失望。

技术的选择是由影片想讲述的故事、想表现的艺术特点决定的。

比如，蓝幕拍摄属于成熟的特效手段,数字背景则是近年兴起的先进的影视制作技术，其实技术的新旧和复杂程度并不是特别重要,关键在于它是否能够满足电影创作的需要，实现导演的艺术追求。

影片《复活》正是依赖蓝幕拍摄动作捕捉和数字背景结合的制作工艺，才使电影画面再现导演想要表达的独特艺术性，使整部电影看上去像是让观众翻阅一本漫画书。

它的出现说明，为了向观众明白地讲述自己的故事，体现自身独特的动画风格，要应用各种制作技术为影片服务。

二　借鉴《复活》和《黑暗扫描仪》
创新CG动画制作手段
《黑暗扫描仪》和《复活》这两部电影给我的第三点启示比前面两点要具体：如何借鉴《复活》、《黑暗扫描仪》的制作方式，由个人独立制作模拟传统手绘风格的CG动画片。

显然这需要寻找新的思路，创新个人CG动画制作手段，因为个人独立制作的条件与这两部影片的制作环境相差真是天壤之别。

抛去对演员表演的要求，单说动画制作部分，《黑暗扫描仪》是由50多位经验丰富的动画师进行动作影描，绘制角色，《复活》则是建立了由400多名画家组成的有CG动画工具和动态捕捉技术的动画工作室。

这些条件对一般的个人创作或小型制作公司来说显然是不切实际的奢求。

那么我们能不能运用现有的、开发成熟的动画制作软件来制作自己的动画片呢？
首先我们要知道个人独立或者小团队制作动画片通常会遇到的问题，最常遇到的问题就是：在自己试图制作一部理想动画片的过程中，头脑中构思出的生动精彩的画面由于自身绘画能力的限制不能很好的画在纸上。

自己掌握的CG动画技术不具备所要实现的艺术构想的功能，往往有许多出色的形象创意不能完美地转化为理想的镜头画面。

此外，如果想要制作出传统手绘效果的动画片，对个人独立制作而言工作量相当大。

通过对影片《黑暗扫描仪》和《复活》的制作方法和对现有CG技术在其它影片中应用实例的研究，我对如何独立制作出模拟手绘风格的CG动画片，提出一个新的思路：用3D动画软件搭建虚拟角色替代真人表演，解决受绘画技能限制而无法完美进行手绘表达的问题；通过材质贴图和卡通渲染的方法，把3D 影像渲染成只用单一颜色线条表现的2D画面，解决手绘动画工作量过大的问题；最后，通过手工修改渲染出的线条，制作出独特的模拟手绘风格动画。

具体的创作过程为：用3D软件建模并制作动画，然后应用卡通渲染方法，渲染出单帧动作的白描线稿，手绘修改，上色合成，进行后期处理。

我确定的创作选题是制作一部以表现街头篮球为题材的2D动画片，主要体现三个特点：一是要有手绘动画的效果；二是要充满运动感，提高运动的复杂性和虚拟角色身体各部分动作行为的真实性；三是要用电影的视听语言表达，突破在2D下摄影机平移的局限，用镜头的变换来增加画面的生动性，采用一种全新的视角增强纵向的视觉冲击力。

（一）塑造虚拟数字演员
现在我们常用的3D动画软件可以建构出创作者自我想象或仿真的任何角色和场景，赋予角色生动丰富、微妙而有特点的动作表演，创造出具有特色的虚拟数字角色造型，如同执导真正的演员进行表演一样。

由于最后只需要渲染出角色的边框白描线稿，所以采用低面数模型建模（Low-polygon Model）, 用尽量少的面来塑造结构准确的形体，这样在动画制作中占用计算机资源少。

建完角色模型后要进行骨骼绑定，目的是使角色易于调制动画，这对随后的角色动画至关重要，因此需要深刻了解虚拟角色的表演需要，对角色的形象、结构乃至动作心中有数。

（二）给虚拟角色制作表演动画
虚拟角色的动作是使用调控角色模型骨骼做出各种表演动作。

现实环境中真人演员的表演动作符合自然运动规律，但是CG动画是虚拟的，既能实现现实
空间的运动，又能表现现实中存在但又不好表现的运动，它允许虚拟数字演员突破自然规律的限制，做出超现实的夸张动作。

动画是运动的艺术，运动是动画的关键要素。

给虚拟角色制作表演动画，需要深刻理解运动规律，富有想象力和表现力。

一个角色快速移动时，需要以非常形态的动作设计来表现，需要用瞬间夸张的形态来强化动作的表现力。

因此，我在设计动作过程中，往往把动作的幅度处理得比真人动作的幅度要夸张，以取得更鲜明、强烈的效果。

当然这种夸张并不完全是动作幅度大，而是经过挑选的精采动作，是表现角色在某种突变情节中瞬间的动作状态，是强调动作的张力，力求给人以不同以往的视觉感受。

我觉得这种别样的感觉正是动画的魅力所在，更是动画动作设计所要追求的目的。

（三）用虚拟摄影机运动营造精彩动画镜头
在3D 计算机软件中的虚拟摄影机包括两个操控技巧：摄影机位置与摄影机的视点。

从摄影机位置层面分析，所有的镜头类型就是靠着摄影机的位置与方向来定义，以产生推、拉、摇、移、跟、升降、旋转和晃动等多种镜头运动形式，形成平拍、仰拍、俯拍及主观视角等多种镜头拍摄角度。

除了上述镜头运动之外，CG 动画最常使用的技巧是设定摄影机动画路径。

通过路径的设定可将虚拟摄影机脱离固定位置而产生更灵活的摄影机运动，可使观者产生如主观镜头一般身入其境的视觉感受。

在3D 动画世界里，只需在电脑中设好摄影机运动的路径，电脑就会把你所设计的一切展现出来，几乎是毫无限制的镜头运动。

从摄影机视点层面分析，3D 动画摄影不仅能模拟真实的光学镜头形成逼真的画面，而且调整变换镜头更为容易，改变摄影机焦距与景深更为方便，可以更为自由地使用焦距与景深的变化，营造更多带有焦点变化的镜头，控制观众的视觉注意力。

还有一点与一般传统动画不同的是，在3D 场景里只要计算机运算能力许可，创造者可以依其情境设定的需要建立起无数的虚拟摄影机，并且还可以随意改变摄影机的位置与方向，调整变换镜头，制造出任何想要达到的视觉效果。

三　卡通渲染技术的实际应用
由3D 渲染为2D 动画时能否生成理想的轮廓线，最终形成手绘的表现形式，成功地创造出想要表现的
动画风格，是进行“应用卡通渲染技术创作模拟手绘风格CG 动画”课题研究的难点。

下面是我提出的模拟手绘渲染边线的解决办法。

我们的制作思路：使模型变成单一颜色的物体，然后在这个物体上进行轮廓描边，渲染出较为理想的轮廓线。

首先，给模型赋予卡通材质，然后，给模型添加边线，调整边线粗细，使其达到自己满意的效果。

如果有的边线渲染不够清晰，可以适当添加材质明确边缘线。

（1） （2） （3） （4）（5） （6） （7） （8） （1）待渲染模型 （2）赋予材质后的模型 （3）添加完边线的模型 （4）模型Smooth 后的效果 （5）明确边缘线后的效果 （6）-（8）其它角度
用这种方法渲染的最终效果是只有边线的模型图，很多在后期制作中不需要的线框不在渲染图中出现，这就为后期手工绘制修改过程凸现“线”的丰富表现力和艺术美感提供了自由发挥的空间。

其它模型渲染效果
通过3D 建模渲染出角色轮廓线以后，我们能够
按照自己预期的艺术效果，对渲染出的轮廓线进行手工绘制修改，这就相当于电脑为我们绘制了全部动画草稿，接下来只需要我们在草稿上进行绘制或者修改。

采用这种渲染方法的优点在于：其一，由于是在动画线稿的基础上进行修改，比用传统手绘动画的方法效率高得多，省时省力，节约了大量的制作时间；其二，与完全3D动画相比，渲染的要求和3D动画设置的要求大大降低。

而且在手绘过程中能够修改渲染时出现的一些差错，因而不必担心在3D动画关键帧设置中难免出现的少量穿帮的问题；其三，这种方法不需要对布光做太多调整，因为渲染出来的光线显得生硬，而通过后期手绘添加的光感效果看起来更为生动；其四，角色表情可以通过手绘完成，节省3D动画的制作时间。

对我所研究的这种渲染方法还可以做进一步延伸：通过限制建模边线、贴图颜色数量和材质，以期在现有的卡通渲染方式下能够渲染出准确轮廓线和阴影线。

例如通过用最少的点、线、面建模，两到三种颜色的贴图，渲染出明确、清晰的轮廓线和阴影线，以便于进行2D手绘填色，或对边缘轮廓线添加手绘贴图材质，直接渲染出有手绘效果的线条。

与手绘相比，由渲染贴图生成的线条或用绘图板在图形软件中绘制的线条缺少了个性化的特点。

利用图形软件绘制的线条是绝对精确和均匀的，线条的粗细是由软件提供的笔刷样式决定的。

虽然现在我们可以下载到很多不同样式的笔刷插件，但是组成笔刷的样式都是方块和圆形。

通过设定MAYA材质贴图，并调节参数得到的轮廓线也是僵硬的、缺少生气的规则线条。

一般来说，在以单线平涂为主要表现形式的CG动画片中，线条作为规范色彩的边界，是没有独立意义的。

如果3D建模比较精细，就可以用卡通渲染出的动作白描线稿直接上色，进行后期合成。

如果要实现手绘风格的画面效果，还需要对卡通渲染出的动作白描线稿进行手工绘制修改。

修改的目的有两个：
一是强化“线”的表现力。

二维动画是用线条来表现动作张力的，采用CG技术卡通渲染的线条，尽管线条“完美”，但给人一种带有工业感的单调感觉，描线的效果还不能完全达到手绘的要求，线条的细腻度还不如手绘修型后扫描上色的效果。

经过手绘修改后，动画的线条产生细微的变化和抖动，能够传达出画面中的人物不断变化的、独特的感受。

二是凸现“绘画性”特征。

动画大师诺曼·麦克拉伦说过：动画是“画出来的运动”的艺术。

绘画性是动画片魅力无穷的主要原因，是构成动画片最基本的要素之一。

动画孕育于绘画，动画片基源于一张张连结起来的画稿，所以绘画性是动画片的本体性。

只有借用绘画的审美眼光来进行CG动画的艺术创作，才能把握动画的美感要点。

“绘画性”强调用笔的表现性，强调笔触独特的表达方式，每个画家自己独具特色的“绘画性”语言是通过手绘的笔触得以实现的。

手绘是一种最直接、最自由的表达方式,是作者设计思想初衷的体现,能及时捕捉作者内心瞬间的思想火花,并把激情注入作品之中。

传统的手绘方式实际上是沿袭绘画艺术的精髓,依靠更加个人化的手绘风格来凸现动画片的“绘画性”特征。

从这层意义上说,手绘是CG技术无法完全取而代之的。

动画家代表机构Gotham Group首席执行官Ellen Goldsmith-Vein说过，虽然电脑动画主导了流行影像，电脑动画家却是手绘动画的最大捍卫者，因为那才是他们最初的启发。

此外，尽管用3D软件制作的角色表演动画，符合人类的人体学原理，感觉流畅，动作比较对位，但是也有一个问题，就是准确的三维动作不一定会符合人类的审美观。

某些动作画面需要手绘修改时做细微的调整，甚至需要画出假透视效果才会显得更好看一些。

如果说电影创作是艺术与技术最完美的结合，那么模拟手绘风格的CG动画电影则是绘画艺术与CG 渲染技术结合的结晶。

一方面，首先是发掘新的艺术形式的创意，其次是寻求实现这种创意的技术手段；另一方面，当技术提供了新的可能，也会拓宽创意视角，扩展创作思路，开发出基于新技术的艺术表现形式。

技术的运用永远是为艺术表现服务的。

如何使2D 动画更具有艺术感染力，更具有风格化表现力，是本文所探寻的根本目标。

（李洪宇，北京电影学院动画学院2008届硕士。

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责任编辑：余韬。