專利是動(dòng)畫行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展過(guò)程中繞不開的話題，它能夠激發(fā)創(chuàng)作者的創(chuàng)新熱情、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、保障企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同發(fā)展，提升我國(guó)動(dòng)畫行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和文化影響力。

動(dòng)畫的世界里，有一本神秘的魔法書，它包含了所有讓虛擬場(chǎng)景和角色變得栩栩如生的秘密。它詳細(xì)記錄了如何構(gòu)建逼真的虛擬場(chǎng)景，其中涉及構(gòu)建光影效果的魔法咒語(yǔ)，比如，如何通過(guò)特定的光線魔法讓陽(yáng)光穿透樹葉的縫隙，形成斑駁的光影；或者，如何用魔法創(chuàng)造出夢(mèng)幻般的星空，讓每一顆星星都閃爍著獨(dú)特的光芒。

它還記錄了賦予角色生命力的咒語(yǔ)和方法，例如讓角色的表情更加細(xì)膩真實(shí)，使得角色的肌肉和皮膚隨著動(dòng)作自然地變化；或者，通過(guò)魔法賦予角色獨(dú)特的聲音和性格，讓觀眾能夠感受到角色的喜怒哀樂(lè)。書中還包含了如何讓故事更加引人入勝的魔法，讓故事的情節(jié)更加地緊湊和具有吸引力，使得觀眾與角色之間建立起情感的聯(lián)系，仿佛他們就是故事中的一部分。

在被動(dòng)畫精彩紛呈的故事和栩栩如生的角色所吸引的同時(shí)，你是否也對(duì)背后那些神奇的動(dòng)畫制作技術(shù)充滿好奇？究竟是什么樣的技術(shù)能讓人物的表情如此逼真，讓角色的動(dòng)作如此靈動(dòng)，讓高潮迭起的每一個(gè)場(chǎng)景都仿佛觸手可及？讓我們一同走進(jìn)動(dòng)畫世界的“魔法書”，探索動(dòng)畫制作中從虛擬場(chǎng)景到逼真角色的專利秘籍。

一

構(gòu)建逼真角色與場(chǎng)景

三維建模，通俗來(lái)講就是利用三維制作軟件，通過(guò)虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型，也就是構(gòu)建動(dòng)畫中的角色形象和場(chǎng)景布局。動(dòng)畫師們利用三維掃描技術(shù)，如同擁有了一雙“透視眼”。無(wú)論是古老城堡的石磚紋理，還是動(dòng)物的毛發(fā)細(xì)節(jié)，三維掃描儀都能精準(zhǔn)捕捉并轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型。

三維建模的細(xì)分領(lǐng)域有很多建模方法，多邊形建模是影片中最常用的建模技術(shù)之一，它通過(guò)將復(fù)雜的模型分解為無(wú)數(shù)個(gè)小三角形或四邊形來(lái)構(gòu)建物體的形狀。這種方法操作靈活，能夠快速生成復(fù)雜的角色和場(chǎng)景模型。例如，曾參與過(guò)《哪吒》系列電影制作的北京墨境天合公司就擁有一種虛擬場(chǎng)景制作方法的專利，它如同在虛擬世界里搭建一個(gè)舞臺(tái)。首先，把各種元素導(dǎo)入進(jìn)來(lái)，然后根據(jù)這些元素在場(chǎng)景中的重要程度和放置位置，利用不同精度的模型來(lái)展示它們。比如，放在近處的重要物體就用高精度模型，遠(yuǎn)處的物體就用簡(jiǎn)單模型，這樣既能保證效果，又能節(jié)省資源。在確定每個(gè)物體在場(chǎng)景中的位置后，通過(guò)渲染模塊把整個(gè)場(chǎng)景“畫”出來(lái)，讓觀眾看到一個(gè)完整的三維虛擬場(chǎng)景。

曲面建模則是三維建模中另一種常用的方法，專門用來(lái)創(chuàng)建光滑的曲面形狀，特別適合用來(lái)模擬那些需要平滑過(guò)渡且形狀復(fù)雜的角色和場(chǎng)景，比如設(shè)計(jì)汽車的車身、飛機(jī)的機(jī)翼或者精美的雕塑。相較于多邊形建模而言，曲面建模更適合處理復(fù)雜的、需要精確控制形狀的曲面形象和場(chǎng)景。它通過(guò)數(shù)學(xué)方程或者控制點(diǎn)來(lái)定義曲面的形狀，能夠創(chuàng)建出非常平滑、連續(xù)的表面，比如汽車的流線型車身或者人體的皮膚。曲面建模基于數(shù)學(xué)曲面，能夠精準(zhǔn)塑造光滑的表面，讓角色和道具的外觀更加自然流暢。

在完成具備足夠細(xì)節(jié)和靈活性的人物形象三維建模后，需要借助高精度三維模型更好地捕捉和表現(xiàn)細(xì)微的表情變化。例如，角色的面部模型需要有足夠多的多邊形和細(xì)分曲面，以便能夠精確地模擬肌肉運(yùn)動(dòng)和皮膚紋理。

表情捕捉是一種通過(guò)傳感器捕捉演員面部表情，并將其映射到三維模型上的技術(shù)。它通常使用高精度的攝像頭或其他光學(xué)傳感器來(lái)記錄演員的面部肌肉運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)表情捕捉，將捕捉到的表情轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)后被實(shí)時(shí)映射到三維模型上，便能夠精確地重現(xiàn)演員的表情。這種方法大大提高了角色表情的自然度和真實(shí)感，使角色能夠展現(xiàn)出豐富而細(xì)膩的情感，從而更好地與觀眾建立情感共鳴。例如，開發(fā)了《FIFA》的美國(guó)藝電公司擁有增強(qiáng)型面部模型和動(dòng)畫生成系統(tǒng)相關(guān)專利，該技術(shù)通過(guò)現(xiàn)實(shí)世界人的表情和與現(xiàn)實(shí)世界人相關(guān)的身份信息進(jìn)行訓(xùn)練，使得每個(gè)表情基于面部特征相關(guān)的位置信息和身份信息來(lái)定義和重建表情。

我們想把一個(gè)人的表情“復(fù)制”到另一個(gè)人的臉上該如何做呢？首先，我們有兩張照片：一張是甲的，上面有他的表情和身份信息（比如他的臉型、五官等特征），另一張是乙的，上面僅有他的身份信息。我們通過(guò)一種特殊的技術(shù)，把甲的表情“提取”出來(lái)（只需將表情信息轉(zhuǎn)換成代碼），然后“貼”到乙的臉上，最后生成一張?jiān)谝业哪樕铣尸F(xiàn)甲的表情的新的照片。不僅如此，其專利還可利用智能機(jī)器學(xué)習(xí)模型，根據(jù)乙的照片和新生成的表情照片，制作出三維的臉部模型。這個(gè)模型就像一個(gè)立體的臉部雕塑，可以讓我們更清楚地看到乙?guī)е妆砬榈臉幼印?/p>

由此可見(jiàn)，高精度三維模型能夠精準(zhǔn)地捕捉演員的每一個(gè)微笑、皺眉、眨眼等細(xì)微表情，并實(shí)時(shí)映射到虛擬角色上，使角色的情感表達(dá)更加細(xì)膩和真實(shí)。

為了能讓動(dòng)畫角色動(dòng)起來(lái)，可以采用動(dòng)作捕捉技術(shù)，直接將真實(shí)動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動(dòng)畫。相比傳統(tǒng)的手工關(guān)鍵幀動(dòng)畫技術(shù)，動(dòng)作捕捉技術(shù)能夠捕捉到更復(fù)雜、更細(xì)微的動(dòng)作細(xì)節(jié)，這些動(dòng)作細(xì)節(jié)往往很難通過(guò)手工動(dòng)畫完全、精準(zhǔn)地呈現(xiàn)。例如，南京硅基智能科技有限公司所擁有的動(dòng)作捕捉和重定向方法專利包括：獲取視頻數(shù)據(jù)；基于不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分別提取每一幀圖像中待捕捉人物的邊框坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以及根據(jù)待捕捉人物的邊框坐標(biāo)數(shù)據(jù)，獲取每一幀圖像中待捕捉人物動(dòng)作的關(guān)鍵點(diǎn)二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；借助三維動(dòng)作方向預(yù)測(cè)模型并基于上述動(dòng)作關(guān)鍵點(diǎn)二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，獲取三維動(dòng)作方向向量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；根據(jù)得到的關(guān)鍵點(diǎn)二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、三維動(dòng)作方向向量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)等擬合人體動(dòng)作參數(shù)，獲取每一幀圖像中待捕捉人物的質(zhì)心位移信息與歐拉角信息，然后將其直接重定向到任意人物結(jié)構(gòu)模型，從而完成相應(yīng)的動(dòng)作動(dòng)畫制作。動(dòng)作捕捉技術(shù)通過(guò)高精度的動(dòng)作捕捉設(shè)備和先進(jìn)的算法，能夠精準(zhǔn)地記錄演員的每一個(gè)細(xì)微動(dòng)作，包括手臂的擺動(dòng)、手指的彎曲、腳步的移動(dòng)等，使虛擬角色的動(dòng)作更加流暢和自然。

二

優(yōu)化畫面效果

在動(dòng)畫制作中，完成角色形象和場(chǎng)景布局構(gòu)建、表情捕捉的靜態(tài)模擬和動(dòng)作捕捉的動(dòng)態(tài)模擬之后，需要借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）實(shí)時(shí)融合技術(shù)，使得動(dòng)畫角色、動(dòng)作和場(chǎng)景能夠無(wú)縫地融入真實(shí)世界中。

AR實(shí)時(shí)融合技術(shù)支持實(shí)時(shí)跟蹤和對(duì)齊，能夠根據(jù)用戶的視角和位置變化動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬內(nèi)容。這意味著動(dòng)畫師可以在制作過(guò)程中實(shí)時(shí)查看效果，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，從而提高制作效率和質(zhì)量。例如，聚好看科技股份有限公司的專利中記載的基于視覺(jué)語(yǔ)義驅(qū)動(dòng)虛擬人物的方法，應(yīng)用于AR設(shè)備中的方法包括：用AR設(shè)備去觀察真實(shí)場(chǎng)景。設(shè)備會(huì)根據(jù)看到的場(chǎng)景圖像，建立三維的空間坐標(biāo)系，就像在空間里畫了一個(gè)虛擬的網(wǎng)格，方便我們確定物體的位置。

當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到場(chǎng)景中的真實(shí)物體時(shí)，它會(huì)提取這些物體的三種重要信息：語(yǔ)義信息、距離信息、尺度信息。如果場(chǎng)景中有多個(gè)物體，設(shè)備會(huì)根據(jù)物體的語(yǔ)義信息（其中所包括的物體重要性）進(jìn)行排序。比如，人可能比樹更重要，所以會(huì)先處理人的信息。設(shè)備會(huì)根據(jù)這些物體的信息，生成虛擬人物，并保證人物的距離信息、尺度信息和動(dòng)作信息都更加真實(shí)?？梢?jiàn)，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬信息與真實(shí)世界巧妙融合，從而將虛擬的圖像、視頻、3D模型等元素精確地疊加到用戶所看到的真實(shí)環(huán)境中。

動(dòng)畫制作技術(shù)并非僅限于借助AR技術(shù)真實(shí)地反映動(dòng)畫角色形象、動(dòng)作、表情和場(chǎng)景布局，由于動(dòng)畫制作技術(shù)的高難度和復(fù)雜性，一部制作精良的動(dòng)畫作品往往需要多家動(dòng)畫公司合作才能完成。例如，《哪吒之魔童鬧海》的制作背后共有138家動(dòng)畫公司參與，這些公司涵蓋了動(dòng)畫制作、特效開發(fā)、軟件支持等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，而各個(gè)公司分布在不同的地區(qū)，其制作涉及不同節(jié)點(diǎn)，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)完成的制作環(huán)節(jié)需要利用云端強(qiáng)大的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)快速處理復(fù)雜特效的任務(wù)，相互之間借助云端協(xié)作模式完成動(dòng)畫制作。

三

突破時(shí)空限制

云端協(xié)作模式是動(dòng)畫制作領(lǐng)域的一次重大變革，它通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的創(chuàng)作資源集中到云端平臺(tái)，打破了傳統(tǒng)動(dòng)畫制作中對(duì)物理空間的依賴。在云端協(xié)作模式下，動(dòng)畫制作團(tuán)隊(duì)的成員，包括編劇、導(dǎo)演、動(dòng)畫師、特效師、音效師等，無(wú)論他們身處何地，都可以通過(guò)云端平臺(tái)實(shí)時(shí)訪問(wèn)和共享項(xiàng)目文件。例如，廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院申請(qǐng)的基于區(qū)塊鏈云計(jì)算的影視特效處理技術(shù)體系的專利，包括云計(jì)算系統(tǒng)、影視特效處理模塊、影視素材編輯系統(tǒng)和區(qū)塊鏈平臺(tái)；區(qū)塊鏈平臺(tái)儲(chǔ)存云計(jì)算系統(tǒng)、影視素材編輯系統(tǒng)和影視特效處理模塊的系統(tǒng)程序，及影視素材和影視特效素材的數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)鏈接。區(qū)塊鏈平臺(tái)設(shè)置有人機(jī)交流互動(dòng)系統(tǒng)，用戶通過(guò)該互動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置的操作界面或鍵盤鼠標(biāo)或語(yǔ)音影像識(shí)別軟硬件設(shè)備啟動(dòng)云計(jì)算系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)云算力檢索提取，并加工處理影視素材和影視特效素材，將素材處理成最終的影視劇集或短視頻，再通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行加密封裝和分布式儲(chǔ)存?；趨^(qū)塊鏈等技術(shù)的云端協(xié)作生態(tài)突破了時(shí)間和空間的限制，為動(dòng)畫制作帶來(lái)了前所未有的便利。

另外，在動(dòng)畫制作中，渲染是將三維模型、紋理、光照等信息轉(zhuǎn)化為最終圖像或視頻的關(guān)鍵步驟。由于動(dòng)畫場(chǎng)景通常非常復(fù)雜，包含大量的幾何細(xì)節(jié)、精細(xì)的紋理和復(fù)雜的光照效果等，傳統(tǒng)的單機(jī)渲染方式往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和計(jì)算資源，一部高質(zhì)量的動(dòng)畫電影可能需要數(shù)月甚至數(shù)年的時(shí)間來(lái)完成渲染。而分布式渲染通過(guò)將復(fù)雜的渲染任務(wù)分解為多個(gè)子任務(wù)，并分配到多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上并行處理，極大地縮短了渲染時(shí)間，能夠顯著提高渲染效率，縮短制作周期。

如達(dá)索系統(tǒng)所擁有的專利披露了用于對(duì)3D場(chǎng)景進(jìn)行模擬的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，利用一組并行運(yùn)行的計(jì)算資源來(lái)模擬，將3D場(chǎng)景劃分成多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)被確定大小為滿足一個(gè)計(jì)算資源的實(shí)時(shí)計(jì)算約束，通過(guò)計(jì)算確認(rèn)分區(qū)分配后計(jì)算資源的負(fù)載是否過(guò)載或欠載，利用組合優(yōu)化算法計(jì)算出分區(qū)的貢獻(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)過(guò)載或欠載分區(qū)的重新分配。又如，華為擁有的一項(xiàng)基于云端媒體內(nèi)容渲染的專利方法，披露了其根據(jù)待渲染媒體內(nèi)容的渲染需求確定歸屬于云端設(shè)備渲染的部分；向云端設(shè)備發(fā)送渲染指示消息和待渲染的媒體內(nèi)容；最后接收云端設(shè)備返回的針對(duì)該媒體內(nèi)容的云端處理結(jié)果。綜上，分布式渲染可通過(guò)集群計(jì)算或云計(jì)算資源，將任務(wù)分配到多臺(tái)普通計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上，降低了對(duì)單個(gè)硬件設(shè)備的要求，從而降低了硬件成本。

由此可見(jiàn)，完成一部制作優(yōu)良的動(dòng)畫，不僅要有精彩的故事情節(jié)，還要有其背后強(qiáng)大的技術(shù)支持。通過(guò)三維掃描建模、AR實(shí)時(shí)融合、云端協(xié)作生態(tài)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，動(dòng)畫影片才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的視覺(jué)效果和高效的制作流程，才能有更多如《哪吒》系列的動(dòng)畫電影成為動(dòng)畫電影工業(yè)化的標(biāo)桿。

專利是動(dòng)畫行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展過(guò)程中繞不開的話題，它能夠激發(fā)創(chuàng)作者的創(chuàng)新熱情、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、保障企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同發(fā)展，提升我國(guó)動(dòng)畫行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和文化影響力。因此，動(dòng)畫行業(yè)從業(yè)者、企業(yè)以及相關(guān)管理部門都應(yīng)高度重視專利的作用，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)，積極申請(qǐng)和運(yùn)用專利，共同推動(dòng)我國(guó)動(dòng)畫行業(yè)邁向更加繁榮、創(chuàng)新的未來(lái)。（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）

（文章來(lái)源：《創(chuàng)意世界》2025年11月號(hào)）

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編校：苑寶平，審讀：郭麗

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