CG动画

定义

CG动画指以计算机和相应软件为主要工具，通过图形图像处理生成运动画面的一类动画^[1]。相关英文表述有Computer-generated imagery(CGI)与Computer-generated animation两种，中文文献中常把它与「电脑动画」「计算机动画」互换使用^[2][6]。按画面维度，可分为以位图或矢量图形呈现的二维动画，以及在数字三维空间中建立模型并渲染的三维动画^[6]。广义的CG还包括静止图像、平面设计与计算机辅助设计等视觉设计活动，CG动画只是其中以连续影像为结果的一支^[4]。

原理

三维CG动画的制作通常按建模、材质与灯光、动画、渲染的顺序推进：先建立角色与场景的几何模型，再设定表面属性与光源，之后为对象赋予运动，最后由渲染程序逐帧计算画面^[4][7]。运动控制依赖物理模型，碰撞、流体、布料与毛发的运动可由求解器按力学规律推算；渲染则模拟光线与材质，决定画面的立体感和真实程度^[3]。

二维与三维的共同点在于，镜头之间的中间画面不再需要逐张手绘，而由关键帧插值与程序计算补足，从而减少了传统流程中最耗人力的环节^[3]。计算机在这类任务中承担的是在两个已确定的时间与空间位置之间计算连续运动，这正是传统动画里最费时的工序之一^[5]。

除纯计算生成外，动作捕捉也常用于让真人表演驱动数字角色，属于CG动画与实拍结合的一种做法^[8]。制作中还常配合卡通渲染、非真实渲染、骨骼动画与目标变形等技术，以获得手绘感或特定风格^[6]。

发展历程

计算机动画的技术源头可上溯到1963年，麻省理工学院的研究生伊万·萨瑟兰(Ivan Sutherland)编写了Sketchpad程序，用计算机绘制出可辨认的线条图形，并设想让这些图形动起来^[9]。20世纪60至70年代，计算机图形技术开始受到关注，早期画面较为粗糙，但已显示出具象、可交互的潜力^[1]。1973年的电影《西部世界》较早把二维计算机生成图像用在影片中^[1]。

20世纪70年代起出现作为独立作品的CG短片，其后美国动画工业中数字特效与三维动画的使用逐渐增多；早期具有代表性的成果包括皮克斯的短片《铁皮玩具》(Tin Toy)，该片于1989年获得奥斯卡奖^[2][5]。1991年的《终结者2》等影片展示了数字特效在实拍电影中的表现力^[1]。

1995年，皮克斯动画工作室推出《玩具总动员》，这是第一部完全由计算机生成的长篇动画电影，此后《蚁哥正传》(1998)、《怪物史莱克》(2001)等作品相继出现^[5][1]。早期三维长片中角色近于计算机操纵的玩偶，2001年的《最终幻想》则尝试用全数字人物出演角色；同期实拍片中亦出现咕噜等纯数字角色^[5]。在中国，环球数码制作的《魔比斯环》于2006年上映，被视为国产全三维动画电影的早期尝试^[10]。

2009年至2010年前后，三维动画已成为动画技术的主流方向，制作重心从造型与着色转向运动控制与渲染的进一步精细化^[3]。2010年的《阿凡达》与2011年的《变形金刚3》等影片，使大规模数字影像制作的商业规模进一步扩大^[1]。

应用

影视是CG动画最主要的应用领域之一，既用于整部作品全部由计算机生成的动画长片，也用于实拍影片中的数字角色、场景延伸与特效镜头^[2][5]。电视动画同样借助CG完成批量生产，有观点认为日本动画的产量规模在引入计算机后才有条件维持^[4]。

电子游戏中的片头与过场动画多由CG制作，即时运算图形也属于计算机生成图像的范围，部分过场被称作全动态视频^[1][4]。广告、电视包装与印刷媒体也常见此类技术^[1]。

在建筑与工业设计领域，CG动画可依据规划图纸生成虚拟场景，把尚未建成的空间结构与周边环境以动态镜头展示，完成实拍难以实现的视角。此外，由于早期计算机图形技术本身主要服务于机械、建筑等行业，其用途后来才逐步扩展到动画与娱乐^[3]。

局限

CG动画并不总是更经济的方案。若只需表现窗帘受阳光轻拂或树叶随风飘落这类简单镜头，搭景实拍往往比用CG制作同样效果更方便、成本更低；只有在成千上万人同框的大场面等情形下，计算机生成才明显划算^[1]。制作费用高昂是该技术长期存在的问题^[1]。

三维制作的瓶颈集中在运动控制与渲染两方面，动作、流体、毛发等效果的计算仍受算力与算法限制，相关技术被认为需要继续完善^[3]。早期阶段计算机生成的图形较为粗劣，画面质量受硬件性能制约明显^[1]。

技术之外，CG动画还依赖分工明确的团队与流程管理。三维制作的前期设定、中期实施与后期审核环节都需要规范的质量控制，流程管理不当会直接影响成片进度与效果^[3]。

参见

• 计算机图形学 —— CG动画所依托的学科基础，研究图形生成与图像处理的算法。

• 三维建模 —— 建立角色与场景几何结构的关键步骤。

• 渲染 —— 将模型、材质与光照计算为最终画面的过程。

• 动作捕捉 —— 以真人表演数据驱动数字角色运动的技术。

• 视觉特效 —— 实拍影片中合成数字影像的统称。

• 皮克斯 —— 推动三维CG动画长片发展的动画工作室。