本發(fā)明提出了一種實(shí)時(shí)全模擬動(dòng)畫電影制作方法和系統(tǒng)，屬于動(dòng)畫電影、游戲和CG影視制作和生產(chǎn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

動(dòng)畫電影是電影工業(yè)中非常重要的一種內(nèi)容表達(dá)形式，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，動(dòng)畫電影的畫面質(zhì)量越來(lái)越好，不論兒童還是成人都為此著迷。因此，動(dòng)畫電影的市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大，發(fā)展越來(lái)越迅速，迪斯尼的動(dòng)畫片是其中的典型代表。

大部分人多多少都會(huì)看過(guò)一些迪斯尼的動(dòng)畫電影或電視劇，例如，《花木蘭》，《功夫熊貓》，《白雪公主與七個(gè)小矮人》，《瘋狂原始人》以及《貓和老鼠》等等，這些優(yōu)秀的動(dòng)畫影視作品，都給觀眾留下了深刻的印象。然而，動(dòng)畫作品的制作和生產(chǎn)卻需要大量的時(shí)間和投資，最快也需要一到兩年，慢的甚至需要三到五年，投資當(dāng)然也很驚人，從數(shù)千萬(wàn)美元到數(shù)億美元，即使是國(guó)內(nèi)的制作的動(dòng)畫電影，也需要數(shù)千萬(wàn)甚至上億的人民幣投資，才能完成整個(gè)動(dòng)畫電影的制作和生產(chǎn)。

動(dòng)畫電影的制作和生產(chǎn)如此低效率的主要原因來(lái)自其傳統(tǒng)的制作模式和方法，現(xiàn)在的動(dòng)畫電影和電視一般的制作流程是這樣的，完成劇本后，就開始進(jìn)入制作周期，導(dǎo)演和創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)根據(jù)劇本和自己想象開始繪制分鏡頭，每一個(gè)鏡頭都要用示意圖畫出來(lái)，示意圖可以簡(jiǎn)單也可以復(fù)雜，每個(gè)鏡頭都有時(shí)間軸，長(zhǎng)度一般從數(shù)十秒到幾分鐘不等。有了分鏡頭劇本以后，開始按照分鏡頭制作每一幀畫面，每一秒包含24幀畫面，每一幀完成后，再渲染成視頻，這個(gè)時(shí)候（這個(gè)流程周期一般是幾周或幾個(gè)月后）導(dǎo)演和創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)才能看到他們?cè)O(shè)想中的畫面，結(jié)果是大多數(shù)情況下需要修改、需要重來(lái)、需要返工，因此，大量工時(shí)和金錢就是被這樣的工序浪費(fèi)掉，想法-執(zhí)行制作-畫面確認(rèn)-修改-執(zhí)行制作-畫面確認(rèn)……進(jìn)入死循環(huán)！從邏輯上來(lái)看，這樣的流程沒有問(wèn)題，但是問(wèn)題在于從想法（或分鏡）到畫面確認(rèn)（合成渲染）之間的時(shí)間周期至少需要數(shù)天或數(shù)周，所以需要為動(dòng)畫工業(yè)提供實(shí)時(shí)畫面的新系統(tǒng)和方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

最近十年，特別是近五年，隨著游戲產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，特別是PS/Xbox/PC等重型游戲的技術(shù)進(jìn)化，基于實(shí)時(shí)演算渲染的游戲引擎，取得了巨大的進(jìn)步，使得游戲的畫面質(zhì)量愈來(lái)越高，已經(jīng)達(dá)到或接近了電影的畫面質(zhì)量，這種進(jìn)步主要是軟件和硬件兩個(gè)方面合力造就的。

軟件方面，在于各種圖形圖像算法的優(yōu)化和進(jìn)化，如光線追蹤算法，各種表面的散射算法，水的算法以及各種特效算法。這些圖像算法的進(jìn)步基本上都體現(xiàn)在游戲引擎的進(jìn)化當(dāng)中，商業(yè)的游戲引擎請(qǐng)參考，Unreal，Unity和Crytek，開源的游戲引擎請(qǐng)參考，Ogre，Source等，這些游戲引擎是實(shí)時(shí)演算渲染系統(tǒng)在游戲工業(yè)的成功案例。

硬件方面，主要的推動(dòng)力來(lái)自CPU和GPU的不斷升級(jí)，CPU不斷地提升多線程和多核的計(jì)算能力，請(qǐng)參考Intel和AMD的CPU系列產(chǎn)品。當(dāng)然實(shí)時(shí)演算渲染最大推動(dòng)力來(lái)自于GPU的升級(jí)，從最初幾個(gè)計(jì)算核心，到幾十個(gè)計(jì)算核心，再到幾百個(gè)計(jì)算核心，以及現(xiàn)在的數(shù)千個(gè)上萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心，這保證了實(shí)時(shí)演算渲染需要的計(jì)算能力。

軟件算法的優(yōu)化和強(qiáng)大的計(jì)算能力結(jié)合，讓實(shí)時(shí)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量得到了極大的提升，達(dá)到甚至開始超越傳統(tǒng)動(dòng)畫和CG工業(yè)帶來(lái)的視覺水平，而且完全超越了用戶的心理預(yù)期，請(qǐng)參考綜述文章《A Game Engine as a Generic Platform for Real-Time Previz-on-Set in Cinema Visual Effects》，文章地址：https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01226184。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明針對(duì)上述傳統(tǒng)動(dòng)畫電影和CG工業(yè)的制作和生產(chǎn)困境，基于最新的實(shí)時(shí)演算系統(tǒng)，重新構(gòu)建了新的動(dòng)畫電影和CG工業(yè)的生產(chǎn)流程，為此提供了全新的方法和系統(tǒng)。

1. 一種實(shí)時(shí)全模擬的動(dòng)畫電影制作方法和系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟。

a)根據(jù)劇本描述和導(dǎo)演要求，構(gòu)建起一個(gè)或若干個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的3D虛擬世界，這些虛擬世界包含了劇本描述的和導(dǎo)演想要的所有故事環(huán)境和事件細(xì)節(jié)，而且是完全實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的。

b)搭建完成a）描述的動(dòng)態(tài)虛擬世界后，導(dǎo)演和攝影師根據(jù)劇本使用一個(gè)或多個(gè)虛擬攝影機(jī)來(lái)拍攝這些虛擬世界，直到完成劇本要求的所有鏡頭，當(dāng)然如果導(dǎo)演和攝影師對(duì)虛擬世界有修改要求，可以隨時(shí)回到a）進(jìn)行虛擬世界搭建。

c)導(dǎo)演和剪輯針對(duì)b）描述的這些鏡頭進(jìn)行剪輯，最終剪輯成片，當(dāng)然如果導(dǎo)演和剪輯對(duì)于已經(jīng)拍攝的鏡頭不滿意，可以隨時(shí)回到b），進(jìn)行重新拍攝。

d)從虛擬世界搭建到拍攝再到剪輯，上述的a),b),c)三個(gè)步驟都在一個(gè)系統(tǒng)中完成，無(wú)需轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從而可以高效率實(shí)現(xiàn)完整的動(dòng)畫電影制作生產(chǎn)流程，而且單一系統(tǒng)便于多人進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作共同完成電影制作。

2. 根據(jù)[0010]所述的一種實(shí)時(shí)全模擬的動(dòng)畫電影制作方法和系統(tǒng)，其特征在于，步驟a）所描述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬世界，包括如下子特征。

1)實(shí)時(shí)性，通過(guò)實(shí)時(shí)演算渲染系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地為導(dǎo)演呈現(xiàn)可視化的畫面，符合直覺的使用習(xí)慣，導(dǎo)演可以根據(jù)畫面實(shí)時(shí)做出決定。

2)動(dòng)態(tài)性，這里所說(shuō)的3D虛擬世界不是一個(gè)靜態(tài)的世界，是一個(gè)帶有事件發(fā)生的全模擬動(dòng)態(tài)虛擬世界，它包含，場(chǎng)景、燈光、調(diào)色、角色、動(dòng)作、表情、服裝、化妝、道具、特效以及符合劇本和物理規(guī)律的各種相互作用和相互交互，呈現(xiàn)的是個(gè)充滿細(xì)節(jié)的、帶有時(shí)間軸的全模擬虛擬世界。

3)多風(fēng)格，虛擬世界的實(shí)現(xiàn)風(fēng)格由劇本和導(dǎo)演決定，可以是迪斯尼式的美式卡通，也可以是日漫的二次元風(fēng)格，還可以是模擬真實(shí)的真人故事，總之，這個(gè)虛擬世界可以構(gòu)建成導(dǎo)演想要的風(fēng)格和模式。

4)鏡頭相關(guān)性，整個(gè)劇本可以構(gòu)建一個(gè)龐大的虛擬世界，包含所有故事的發(fā)生和發(fā)展，也可以構(gòu)建若干個(gè)虛擬世界，每個(gè)虛擬世界可以包含一個(gè)或多個(gè)電影鏡頭，所有虛擬世界加起來(lái)將包含劇本涉及的所有鏡頭和導(dǎo)演設(shè)想的所有故事。

5)資產(chǎn)復(fù)用性，由于采用了實(shí)時(shí)演算的渲染方式，使得場(chǎng)景、燈光、調(diào)色、角色、動(dòng)作、表情、服裝、化妝、道具、特效這些數(shù)字資產(chǎn)都是相互獨(dú)立的，可以被多個(gè)動(dòng)畫電影重新使用，從而提升了數(shù)字資產(chǎn)的價(jià)值，降低了制作成本和周期。

3. 根據(jù)[0010]所述的一種實(shí)時(shí)全模擬的動(dòng)畫電影制作方法和系統(tǒng)，其特征在于，步驟b)所描述的虛擬攝像機(jī)，包括如下子特征。

1)靈活性，每個(gè)[0015]所述的虛擬世界里，可以配備一個(gè)虛擬攝像機(jī)，也可以配備若干個(gè)虛擬攝像機(jī)，從不同角度，按照不同運(yùn)動(dòng)軌跡拍攝所在虛擬世界。

2)多樣性，虛擬攝像機(jī)既可以是完全理想的理想攝像機(jī)，也可以模擬現(xiàn)有的各種型號(hào)真實(shí)攝像機(jī)的特點(diǎn)，包括焦點(diǎn)、焦距、感光芯片以及鏡頭畸變，虛擬攝像機(jī)既可以是物理的硬件設(shè)備，也可以是純粹程序腳本驅(qū)動(dòng)的軟件。

3)多題材，運(yùn)行在[0015]所在的虛擬世界里的虛擬攝像機(jī)可以拍攝2D動(dòng)畫電影，也可以使用兩臺(tái)帶有視差的虛擬攝像機(jī)拍攝3D動(dòng)畫電影，還可以拍攝360度的VR動(dòng)畫電影。

根據(jù)[0010]所述的一種實(shí)時(shí)全模擬的動(dòng)畫電影制作方法和系統(tǒng)，其特征在于，步驟c)和d)所描述的制作流程，包括如下子特征：所有效果都在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，導(dǎo)演可以實(shí)時(shí)確認(rèn)每個(gè)鏡頭是否可以通過(guò)；由于不同階段的流程在一個(gè)系統(tǒng)中，所以隨時(shí)可以重新再來(lái)，直到滿意為止；鏡頭一旦拍攝完成，可以隨時(shí)剪輯合成，立即看到整體效果。

與現(xiàn)有的動(dòng)畫電影和CG工業(yè)制作流程相比，本發(fā)明具有如下有益效果。

1、本發(fā)明采用實(shí)時(shí)演算系統(tǒng)可以讓導(dǎo)演實(shí)時(shí)看到畫面，做出決定，減少了返工和修改，大大加快了制作速度并且降低了成本。

2、本發(fā)明采用實(shí)時(shí)模擬的3D虛擬世界，讓導(dǎo)演和創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)具有更大的創(chuàng)作自由度，而不必增加額外成本。

3、本發(fā)明采用了虛擬攝影拍攝模式，傳統(tǒng)的影視導(dǎo)演無(wú)需學(xué)習(xí)，即可采用他們熟悉的方式進(jìn)行動(dòng)畫電影的創(chuàng)作。

4、本發(fā)明，除了少數(shù)數(shù)字資產(chǎn)制作外，所有制作和生產(chǎn)都在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)完成，直到滿意剪輯成片，這樣大大地降低了數(shù)字內(nèi)容在不同系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)換帶來(lái)的各種不兼容問(wèn)題，減少了內(nèi)容生產(chǎn)的時(shí)間周期以及購(gòu)買多個(gè)軟硬件系統(tǒng)的投資、投入和學(xué)習(xí)成本。

5、本發(fā)明采用的實(shí)時(shí)演算渲染和獨(dú)特的虛擬拍攝方式，讓數(shù)字資產(chǎn)之間相互獨(dú)立互不關(guān)聯(lián)，因此，同樣的數(shù)字資產(chǎn)可以重復(fù)利用到不同的電影當(dāng)中，由于光線和特效以及拍攝角度不同，完全可以作為新的資產(chǎn)使用，從而提升了數(shù)字資產(chǎn)效率降低了制作成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明的虛擬世界創(chuàng)建和運(yùn)行系統(tǒng)示意圖。

圖3為本發(fā)明的虛擬攝像機(jī)系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，下面我們將結(jié)合附圖，通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明方案的實(shí)施過(guò)程以及特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，顯然，這里描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施案例，而非全部，因此，該實(shí)施例不是限定的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1是本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的流程示意圖，從圖中可以清楚地看出，110模塊是所有動(dòng)畫電影都必備的部分， 110塊的前期設(shè)定部分一般包括：完整的動(dòng)畫劇本和比較詳細(xì)的角色、場(chǎng)景等美術(shù)設(shè)定部分，對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)畫電影還必須要具備比較詳細(xì)的分鏡頭腳本設(shè)定，而對(duì)于本發(fā)明的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，分鏡頭腳本設(shè)定不是必須選項(xiàng)，這也直接減少了大量的工作量和成本。對(duì)于場(chǎng)景的設(shè)定，在本發(fā)明中就是對(duì)虛擬世界的設(shè)定，就是需要建立多少個(gè)虛擬世界，每個(gè)虛擬世界里都有故事發(fā)生，也都需要進(jìn)行拍攝。

圖1中的120模塊是本發(fā)明實(shí)施例的核心所在，它包含130的3D虛擬世界模塊和140的虛擬攝像機(jī)模塊，這些模塊都會(huì)運(yùn)行在一個(gè)實(shí)時(shí)演算的全模擬系統(tǒng)之上。130塊是要根據(jù)110塊的劇本和設(shè)定，搭建所有需要的3D虛擬世界，并且運(yùn)行它們，140要根據(jù)劇本來(lái)拍攝這些搭建完善且正在運(yùn)行的130虛擬世界模塊，最終拍攝和剪輯完成整部動(dòng)畫片。

圖2給出了本發(fā)明中構(gòu)建和運(yùn)行3D虛擬世界所需要的關(guān)鍵數(shù)字化組件，其中，210塊的角色、220塊的場(chǎng)景、230塊的道具以及280塊的音樂音效這四個(gè)組件都屬于數(shù)字資產(chǎn)部分，用于構(gòu)建的3D虛擬世界的基礎(chǔ)，由于采用了實(shí)時(shí)演算技術(shù)這些模塊的制作和生產(chǎn)將變得比較簡(jiǎn)單，而且可以重復(fù)使用。

圖2中的240塊表演組件也可以看作一種特殊的數(shù)字資產(chǎn)，一般情況下由專業(yè)演員在導(dǎo)演的指導(dǎo)下進(jìn)行表演，然后通過(guò)動(dòng)作捕捉和表情捕捉系統(tǒng)，把這些表演的動(dòng)作和表情捕獲后，賦予210塊中的角色，這樣這些角色就可以在運(yùn)行的虛擬世界里鮮活地動(dòng)起來(lái)，角色有了動(dòng)作和表情后，也就有了感情表達(dá)。

完成了表演和數(shù)字資產(chǎn)組件后，還需要250塊的燈光組件、260塊的特效組件以及270塊的調(diào)色組件來(lái)繼續(xù)打扮虛擬世界，使之符合劇本和導(dǎo)演要求，只不過(guò)250、260、270這三個(gè)組件完全是由算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以隨時(shí)靈活調(diào)整和變化，以此迅速滿足導(dǎo)演要求，而且實(shí)時(shí)生效，所見即所得。

到此為止，一個(gè)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)可見的、充滿沖突的3D虛擬世界就出現(xiàn)在了導(dǎo)演面前，當(dāng)然導(dǎo)演可以隨時(shí)修改這個(gè)虛擬世界，讓它變成自己想要的角色、表演、光線、顏色、效果等。

接下來(lái)攝影師就可以使用圖1的140虛擬攝影機(jī)模塊進(jìn)行拍攝，完成多個(gè)鏡頭后，使用圖2中290塊的剪輯組件，把鏡頭通過(guò)某種過(guò)渡方式連接起來(lái)，這樣整個(gè)動(dòng)畫電影就算成片拍完。這里的290塊剪輯組件也和傳統(tǒng)的剪輯有所不同，傳統(tǒng)的剪輯主要是從各種不理想的、已拍電影鏡頭中重新處理裁剪出最佳的內(nèi)容，而本發(fā)明中，由于虛擬世界一直在運(yùn)行中，虛擬攝像機(jī)也可以一直在不斷地拍，直到拍攝出滿意的鏡頭為止，所以剪輯就變得簡(jiǎn)單了，更多的只是鏡頭之間的組合而已。

圖3給出了本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)核心模塊虛擬攝像機(jī)的示意圖，虛擬攝像機(jī)系統(tǒng)包括4個(gè)組件，分別進(jìn)行說(shuō)明。310塊的攝像機(jī)設(shè)定組件主要用來(lái)對(duì)虛擬攝影機(jī)進(jìn)行風(fēng)格選擇設(shè)定，導(dǎo)演和攝影師可以選擇一款自己熟悉的攝影機(jī)和鏡頭，并把它的特點(diǎn)賦予虛擬攝影機(jī)，如選擇RED攝影機(jī)和尼康的鏡頭，我們的虛擬攝影機(jī)就會(huì)模擬RED的風(fēng)格和參數(shù)，尼康的鏡頭焦點(diǎn)、焦距和畸變程度也會(huì)被模擬出來(lái)。當(dāng)然虛擬攝影機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)大量現(xiàn)實(shí)不存在的攝影機(jī)和鏡頭，給導(dǎo)演和攝影師提供更多驚喜。

圖3的320塊攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)定組件，這個(gè)組件更加強(qiáng)大，只要有想象力，攝影師可以通過(guò)設(shè)定虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式、軌跡、速度、加速度等，拍攝出傳統(tǒng)拍攝機(jī)不可能拍出的鏡頭。

330塊攝像機(jī)外設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單，它是一種物理設(shè)備的虛擬攝像機(jī)，用來(lái)提供給導(dǎo)演和攝影師使用，就像使用傳統(tǒng)攝像機(jī)一樣，只不過(guò)沒有物理鏡頭和感光芯片，拍攝的是我們的虛擬世界，而不是現(xiàn)實(shí)的物理世界。

340塊所說(shuō)的攝影機(jī)部署，就是在圖2所述的運(yùn)行的虛擬世界中什么地方部署什么樣的虛擬攝像機(jī)、它的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度是什么樣以及跟拍誰(shuí)，以及需要部署多少個(gè)虛擬攝影機(jī)等等。

圖1，2，3以及上述的實(shí)施方式，就可以看出本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)所在，通過(guò)在實(shí)時(shí)演算系統(tǒng)上構(gòu)建和運(yùn)行動(dòng)態(tài)3D虛擬世界，對(duì)該虛擬世界使用虛擬攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，整個(gè)過(guò)程都是實(shí)時(shí)可見的、可調(diào)整的、可重復(fù)的，因此，可以大幅度降低動(dòng)畫電影的制作和生產(chǎn)周期以及成本。

以上所述，僅為本發(fā)明的一個(gè)較完整的具體實(shí)施方式，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可以輕易地想到變化或替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。