光影造型在三维动画中的应用简析.pdf

16 影像技术IMAGING TECHNOLOGY随着当前三维数字技术的不断发展，光影造型已经成为三维动画中画面的主要表现方式之一。作为造型语言中极为重要的表现手段，光影造型往往在光、影和背景之间创造出一种主客观的平衡，为观众描绘出画面的形式和意境，刺激观众的视觉理解、思考和情感共鸣，并传达出创作意图。在当代动画的发展中，光和影已经成为不可或缺的视觉元素。光与影的水乳交融可以将一部动画片塑造成具有自己特点的视觉风格，极大地提高动画片本身的艺术和商业价值。本文概述了光影造型的基本概念、原理以及特点，点明了光影造型在三维动画中的必要性，并从不同角度探讨了三维动画中光影造型的理论意义，如影响画面层次、剧情感染力以及动画风格等，还说明了数字软件中三维动画光影造型的实际应用，如流程、表现形式、角色以及场景的光影造型，通过理论分析法、描述性研究法、案例分析法等研究方法，点明论点光影造型在三维动画中的应用，旨在阐明研究的重要性以及实际应用，为研究人员提供一个理论基础。绪论随着影视艺术的日趋发展，观众的视觉欣赏力不断提升，为了表现更加完美的视觉效果，动画创作者们越来越重视对光影表达的不断探索。光影造型是当代动画的视觉亮点所在，因此关于光影造型的效果以及应用方式已成为众多创作者面对的实质性问题。大多数研究表明，光影造型在动画场景设计中起着不可或缺的作用，对于动画画面具有重要意义。因此，灯光的具体效果成为技术领域的重要研究领域。本文探讨了光影造型的核心理念及其在动画领域的深远影响，同时详细阐述了如何将光影造型应用于三维动画中从制作的基本流程和基本方式到如何在三维动画中塑造场景和角色，呈现出一个栩栩如生的动画世界。本文采用多种研究方法，包括理论分析、描述性研究和案例分析等，以电脑和各种文献资料为主要工具，同时参考电子期刊和纸质书籍等多种资料来源。本文的主要研究内容包括：首先，对光影造型的概念进行基本概述；其次，从光影造型的实际应用角度出发，探究其在增强剧情感染力、营造氛围、提升动画观赏价值、刻画角色性格以及营造空间感等方面的表现对三维动画影片的影响；再次，以动画创作者的身份阐述光影造型在三维动画中的应用，包括布光形式、基本流程、场景角色等动画制作过程中运用到的光影；最后，理论联系实际，以个体团队制作的三维动画短片 绝命攀岩 为例，从制作过程的角度全方位阐释光影造型在三维动画中的作用与意义。光影造型概述光影造型基本概念1.光影造型的内涵“光影造型”是一门综合艺术，具有丰富的内涵和独特的审美价值。“光”，指光照到的地方；“影”，指被光遮住的地方；“造型”，则指光与影组合所形成的形状特点。实际上，“光影造型”是指借助光源投射到物体上所形成的光与影的形态变化来表现物体表面形态和质感的一种艺术元素，这种“造型”没有固定的、具体的形态，而是一种扑朔迷离的、动态中的变化。从某种意义上说，光影造型是近代以来才作为一门独立的艺术元素形成和发展起来的，但它早就被广泛地应用于各种设计领域，并历经几个世纪之久。从艺术创作上看，光影造型主要包括线与面、明与暗、虚与实、动与静、形与神等内容，它可以通过摄影、雕塑等艺术形式进行表达。譬如，在雕塑创作中，光影造型可使形体或结构产生透视、明暗、虚实、空间等变化，进而增强艺术效果；在游戏中，光影造型的运用可以塑造更沉浸式的视觉体验。综上所述，在艺术领域，光影造型无处不在，并对艺术作品的表现起到直接作用。2.三维动画中的光影造型计算机技术的不断发展使三维动画成为一种新的艺术形式，越来越多的动画创作者明显增加了动画影片中光影表现的内容，使得动画画面的层次感更加丰富且耐人寻味。光影造型作为一种视觉艺术形式，是动画影片中画面造型语言的主要表现手段之一。现今，电脑 CG 技术也为动画创作者创造奇幻的光影造型效果提供了更多的可能性。光影造型在三维动画中的应用简析文/孟佳璇 南京师范大学中北学院17DIGITAL VIDEO TIMES对于动画师而言，光影造型已经成为动画创作过程中一个非常重要的组成部分。动画师可以通过光影的互动，创作出更具表现力、感染力的动画作品，给观众带来卓越的视觉体验。光影造型不仅要满足基本的照明需求，更要在情感表达方面发挥重要作用，这也是体现动画片整体风格的关键所在。光影造型的基本原理光影造型主要是通过光照的角度和物体本身的阴影来具体体现的，主要分为直射光、散射光、折射光、反射光等光源形成的光影造型。此外，光影造型包含了传达色彩变化信息，光存在着各种波长（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫），不同种类的光线在不同波长下会发生不同强度和形态变化，并且在传播过程中会受到介质（如空气和水）及周围环境等因素的影响，从而形成变化万千的光影造型。光影造型的基本特点动画中采用的光源通常分为自然光源与人工光源两大类。人工光源包括灯光、投影等。而在动画创作中应用较多的还是自然光，自然光以太阳光为主，为自然界最大光源。由于光线在传播时具有一定的方向与角度，所以人们就把这种光照称为“光照处理”，简称“光处理”。光与影作为两个不同概念，有其各自独立存在的意义。随着时间的推移，光和影对物体所产生的影响呈现出多样化的趋势。随着科学技术的不断发展，人们已经能够通过各种手段创造出形式不同、功能各异的人造光线来表达自己的思想和情感。在动画片中，相较于自然光源，人工光源呈现出更高的自主性和创造性，从而使设计变得更加灵活自如。此外，光源走向有顶光、逆光、侧光及顺光等。影片采用的光源以顺光为主，为丰富影片，需利用侧光与背光进行强调与提示，并根据剧情需要进行调整；顶光常常用来凸显角色或物体的位置、动作等。此外，光影的卖点就在于表演张力，不同角度、不同强弱的光影造型能创造出不一样的故事和不一样的感情，能够给予角色、场景更加自由的创造空间。三维动画中光影造型的理论意义光影造型是影响画面层次的表现要素1.丰富画面视觉层次 构建视觉信息架构时，视觉层次是重要的方式之一，即将画面的元素按层次组合，以清晰的逻辑和有节奏的方式呈现，从而使整个画面更加流畅、舒适和协调。在三维动画中，光影造型的应用不仅能够突出角色形象的特色，还能丰富画面的层次，提高画面表现力。光 影 大 师 杰 里 米 伯 恩（Jeremy Birn）的Digital Lighting&Rendering一书指出，杂乱的光影效果会破坏画面，而光影造型对画面层次的重要性也得到了充分证明。视觉层次效果是在材质、材料等多种因素相互作用的基础上，通过光影的影调、形态，以及它们自身存在的色彩和空间的对比展现在观众眼中。合理调整光影可使画面造型更有层次感、立体感和空间感，从而提升画面质感。对于三维动画，模型、材质等都是根据设定好的参数来制作的。想要让角色模型和材质更真实，留意光线、角度等因素对画面效果的影响至关重要。曝光或过暗的灯光都会使得整个画面的视觉效果大打折扣，故光影效果的运用直接影响着画面的视觉层次效应。2.区分画面主体层次在三维动画中，光影造型在画面中产生的明暗对比能很好地展现画面中人物及物体在光和影两种不同状态下所呈现出的视觉效果，并以此来强化对观众情感方面的引导。画面的主体层次决定了观众的注意力位置，它利用人眼向光性的特点，通过光影强调画面的视觉中心，以丰富活动画面，从而强化主题思想。一般来讲，画面的主体层次可以分为前景、背景与多景等，将这三个部分区分开来，可以更好地区分画面中不同物体和人物之间的光影层次关系。3.加强画面节奏层次动画影片中，光影造型的节奏感是同时对比和相继对比相互作用的结果。同时对比是指在静止画面中光与影的明暗、色彩对比，而相继对比是指“人眼对某一特定光亮或黑暗的感知和判断常常被前面的图像的刺激所改变，如在较暗的画面之后的亮画面显得更为明亮”。因此，光影的节奏感已成为当代优秀动画影片的重要元素。寻梦环游记中，主人公米格第一次走过万寿菊花瓣桥时，画面镜头运用了许多灯光特效，说明了场景特点，绚烂的光影增强了画面的节奏层次感和视觉效果。18 影像技术IMAGING TECHNOLOGY光影造型是影响剧情感染力的重要因素1.创造特定的环境气氛光影色调的多层次、多角度变幻可以营造故事中特定的环境氛围，或增添深度，或拓宽广度。对影片整体剧情感染力的渲染，是最能直接呈现出来和最具感染力的。白蛇：缘起中，男女主角一起度过欢乐时光时的场景，暖色调的光影表达出一种积极的氛围，给人以温馨的画面感受。男女主历经一系列追杀后逃到了一座寺庙，早上一缕阳光照在佛像上，佛像的眼角隐约有泪痕，同样是暖色的黄色光影，却营造出一种消沉的环境氛围，给人以萧疏的画面感受。两种不同的光照角度、光影对比，营造了两种截然相反的画面氛围与感受。2.增强主观的情感表达光影造型的变化会影响观众对影片的感受。首先，光影造型主要体现在画面的虚实、明暗、冷暖、强弱、虚实结合等方面，通过光影造型表现出来的画面效果可以更好地烘托和渲染影片中的气氛和意境。其次，光影造型是一种情感化的造型，它给观众以感情体验，这种抽象的视觉语言往往需要人们根据自己的感觉进行联想，而动画影片中的不同情绪都可以通过光影的设计精确地表达出来。疯狂动物城中，两位主角重归于好的画面中，狐狸尼克处在左侧明媚的日光下，兔子朱迪则处于右侧较暗的阴影里，突出了兔子伤心难过的情感，用明亮衬托昏暗，更能凸显其情感。3.丰富内容的视觉趣味一部优秀的三维动画作品可以让观众在视觉上得到享受，在心理上得到满足，在内容上获得启发。其不是单纯地让观众获得娱乐，而是能给人以启发和思考。当人们观看一部动画片时，就会发现画面中存在很多种光的变化，如强光、弱光、柔光、反光等，这些光的变化都会影响到观众对影片中角色和环境等视觉元素的认知。僵尸新娘中，Emily 的死因通过墙上的投影剪影被栩栩如生地描述出来，这种简练概括的方法使影片在一片诡异的氛围中显得更加生动有趣。光影造型是影响动画风格的基本手段1.影响动画基本表现形式在三维动画中，角色在运动过程中需要表现出其动作过程所具有的时间感和空间感。而这些空间感知都是通过光影造型来表现的。光影造型就是充分利用光这一要素，通过连续镜头中的画面光影变化，影响动画的基本表现形式，从而让观众通过观察角色运动过程中所产生的光影造型的变化来体会角色运动的时间感和空间感。此外，光影19DIGITAL VIDEO TIMES来表现一个物体在空间中所占据的位置时所产生出来的一种特殊效果。例如，人们在制作一个人站在海边望着远处海面的画面时，如果没有阴影对其进行烘托的话，就会显得空洞与乏味。故在三维动画中，光影造型的不同会影响场景与物体本身及其相互配合的效果。三维动画中光影造型的实际应用灯光设定流程在三维空间绘制场景时，需要光线投射在三维空间里产生三维空间效果，其包含了多个方向、多种角度、多种颜色及丰富层次等复杂因素。因此，要实现一个完整、逼真、细腻的画面效果就需要综合运用多种光影造型技术。三维动画中，灯光的设定流程是一个比较复杂的任务，需要考虑到多种参数，以达到最佳的效果。首先，需要确定摄影机位置及运动轨迹，这是设定照明的前提，以此来确定光位的照明距离。其次，确定主要光线的位置，对主体做一个初步光影造型，每种类型的灯光都可以设置自己的颜色、亮度、光晕等。再次，设置辅助光来弥补主光不足之处，进一步完善主体对象造型，有的灯光可以照射到某个特定的物体上，这要根据人们想要表现的效果来决定。此外，将主体从背景中区分开，从而提高被摄对象的空间感，可以利用轮廓光勾画出主体的形态。最后，根据场景具体情况，使用环境光、修饰光。在制作灯光动画的时候，需要把握好参数的设置，把握好渲染的技巧，才能达到最佳效果。光影表现形式光影表现形式具有复杂性与多样性。以 MAYA 软件为例，其有五种光源，分别是环境光、平行光、点光源、聚光灯、面积光。环境光能使景物中的每一部分都均匀地照亮。可点击命令菜单中 ArnoldLightsSkydome Light，改变环境光设置，在属性编辑器中选择标准颜色来调整色相和饱和度，以及通过 Ambient Shade 值调整明度。平行光可看作是从无穷远发出的、类似于太阳的光源。创建平行光，首先单击命令菜单中创建灯光平行光，其次在属性编辑器上设置定向光的各个参数，最后在各视图中调整平行光源与目标的位置和角度。点光源指的是一种均匀地向周围照射的光影表现形式。创建点光源，需单击创建灯光点光源，在右侧属性编辑器设置其参数，然后将光源移动到合适的位置。聚光灯是从一点射出并在特定区域内产生光照衰减的光线。聚光灯分为目标聚光灯和自由聚光灯，两种光源的不同之处在于目标聚光灯有明确的对象，而自由聚光灯没有可以调整的对象。面积光是 Maya 灯光中比较特殊的一种类型，其亮度与强度、面积有直接关系。相同参数条件下，其面积与光效大小成正比。同时，面积光也有很强的衰减效果，在光影追踪阴影条件下可以得到比较真实的阴影效果。在实际制作中，面积光可以用来模拟灯箱、屏幕等灯光效果。造型可以通过光线照明传递物体的信息，以充当桥梁和媒介的角色，如物体的形状、颜色、空间纵深感、影调的明暗关系、画面气氛、层次等信息。2.影响动画整体色彩搭配三维动画的色彩搭配遵循光影造型的原理，因为色彩本身就是光在不同物体上产生的反射，这些光所产生的影子与物体本身相叠加会形成各种不同的颜色。因此，在三维动画中，这些光影造型就是色彩本身，而通过光影造型能够与观众产生视觉上的色彩共鸣。此外，如图 6 所示，光线的明暗可以将色彩分为亮调、低调、中间调，所以光影造型的微妙变化会直接体现为横向色彩的多种纵向黑白灰层次。动画的整体色彩是通过影片的整体色调、亮度和饱和度表现出来的，要想与影片的整体色调和谐，并精确地表现剧情，就必须捕捉动画中色调的统一。光影造型在营造色调的过程中扮演着非常关键的角色，不同的光线和阴影形态下，被照对象所表现出来的色彩也不同。3.影响动画景物配合效果由于光照和阴影的产生，物体可以被看成处于一个空间内。比如，当人们把一个场景中所有物体看成相互关联的整体时，就会发现在不同光线条件下，各个物体之间形成了相互影响、相互制约的关系。而不同物体由于本身结构特点和材质属性不同，产生的效果会更加相得益彰。例如，在晴天与阴天，金属表面产生的反光效果、玻璃表面产生的漫反射效果、纸张表面产生的漫反射效果等都有所不同。此外，光影造型可以利用阴影表现物体在空间中的大小与位置。阴影是指当人们使用灯光或其他一些技术手段20 影像技术IMAGING TECHNOLOGY角色的光影造型角色的光影造型是指人物的明暗结构和整体轮廓的造型光。就角色灯光设计而言，主光、辅助光和背光都属造型光范围。它们之间通过各种布光形式相互影响，具体的布光方式包括一点、两点、三点照明方式以及多点照明方式。而三点照明方式能够全面、具体而完整地体现角色的整体造型，其中主要包括主光、辅光和补光（轮廓光）的运用。场景的光影造型灯光亮度的大小决定了动画中场景的明暗程度，在创作时一般通过虚拟光线在场景中的应用来表现动画的情节特点和环境氛围，因此想要获得特定的场景空间效果必须先确定使用何种类型的灯光，然后设定该灯光参数。比如，在制作一个阴雨天的日景时，可以先选取一张与阴雨天相吻合的 HDR 贴图，制作一个球状的天空，再在这个天空中建立一个主光源。三维动画光影造型应用实例绝命攀岩前期制作笔者在初期构思阶段关于光影造型的思考包括：通过数字虚拟软件展现光影造型在形态、颜色方面变幻无常的特点，表现出物体的质感，并且通过增加光影的运动感，制作出精美的三维动画。笔者浏览了很多三维动画短片，最终发现了一部心驰神往的作品深海，其瞬息万变的光影造型以及呈现出来的斑斓色彩，激发了笔者的创作灵感。这部动画电影运用细致入微的表现手法，刻画出了千姿百态的光影效果，其中包括自然光和人工光的差异，以及不同环境和天气变化的影响。通过调整镜头景深，画面的光影效果更加丰富，物体的虚实变化也更加明显，同时不同角度的光影塑造效果也得到了增强，这归功于画面的巧妙组接方式。根据这个片段的形式，笔者将动画设计的重点放在了画面效果上，并开始思考如何展现出完美的光影效果。灯光布光Blender中的灯光菜单包括四盏灯光，分为别点光、日光、聚光、面光，而视图着色方式还包含场景灯光和场景世界。在绝命攀岩中，布光的灯光制作步骤为：首先，为场景添加“场景灯光”，也就是添加 HDR 环境贴图，调整贴21DIGITAL VIDEO TIMES图参数值至符合情节中自然光线的效果；其次，添加大气效果，以达到光影的纵深效果和虚实变化；再次，根据天气变化加入不同类型的物理灯光，并调节其参数值与色调；最后，根据人物或场景的需要（体现为情绪暗示、主题象征等），在“添加”菜单中创建不同类型的灯光，以满足实际需要。灯光动画所有的三维动画都是运用了数字软件中的多个关键帧建立运动效果，而 Blender 的灯光动画也是如此，在关键帧处调整光源的参数就能生成动态的光影造型效果。具体操作步骤为：首先，单击“自动关键帧”，这时的滑块就会显示为白色；其次，如果要调灯光的明暗，在第0帧的位置，将修改器中的强度参数值设置为 10，接着将把时间滑块移动到第 10 帧的位置，调整参数值到 5，便会形成灯光变暗的效果。绝命攀岩中，要使天气从晴变阴，在乌云模型移动的两端创建关键帧的基础上，将环境光、日光的“参数值”的两端也创建关键帧，一端靠近“1”一端靠近“0”，使得整体明度降低，为了凸显阴天的冷清，将环境光、日光的“颜色”创建关键帧，改为冷色调。灯光特效为了让动画中的阳光更加生动，笔者在制作过程中加入了一些灯光特效，例如光晕和耀斑等，以增强阳光的照射效果。这两种灯光特效也是灯光表现中不可或缺的一种形式，可以很好地展现阳光的强烈照射效果。结论本文详细说明了光影造型在三维动画中的重要应用价值：光影造型不仅是图像层次的表现元素，也是动画电影中不可缺少的元素，具有非常高的实际应用价值；光影造型是三维动画中重要的表现力，有助于发展情节、创造气氛、表达情感和补充内容。在分析和总结光影造型的应用价值后，笔者将探讨的光影造型内容落实到动画的制作中，用光影渲染人物的实际效果来证明本文探讨的核心内容，并将制作过程和结果列在文章中。但是，这个过程中出现了很多效果没有实现的问题。经过这次实践，笔者认识到三维动画的实操性极强，包括了灯光类型、特效添加、总体氛围的营造以及动画动作的实现等。笔者的理论知识有限，且能找到的参考资料有限，所以在一些表现形式和内容还不完善。随着科学技术的进步，三维动画中的光影造型也在迅速发展。作为动画研究者，我们的研究还有很长的路要走。