動畫專利的“魔法秘籍”

專利是動畫行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展過程中繞不開的話題，它能夠激發(fā)創(chuàng)作者的創(chuàng)新熱情、推動技術(shù)進步、保障企業(yè)競爭優(yōu)勢，還能促進產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同發(fā)展，提升我國動畫行業(yè)的國際競爭力和文化影響力。

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

它還記錄了賦予角色生命力的咒語和方法，例如讓角色的表情更加細膩真實，使得角色的肌肉和皮膚隨著動作自然地變化；或者，通過魔法賦予角色獨特的聲音和性格，讓觀眾能夠感受到角色的喜怒哀樂。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。

在被動畫精彩紛呈的故事和栩栩如生的角色所吸引的同時，你是否也對背后那些神奇的動畫制作技術(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，讓角色的動作如此靈動，讓高潮迭起的每一個場景都仿佛觸手可及？讓我們一同走進動畫世界的“魔法書”，探索動畫制作中從虛擬場景到逼真角色的專利秘籍。

一

構(gòu)建逼真角色與場景

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

三維建模的細分領(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，它通過將復雜的模型分解為無數(shù)個小三角形或四邊形來構(gòu)建物體的形狀。這種方法操作靈活，能夠快速生成復雜的角色和場景模型。例如，曾參與過《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景制作方法的專利，它如同在虛擬世界里搭建一個舞臺。首先，把各種元素導入進來，然后根據(jù)這些元素在場景中的重要程度和放置位置，利用不同精度的模型來展示它們。比如，放在近處的重要物體就用高精度模型，遠處的物體就用簡單模型，這樣既能保證效果，又能節(jié)省資源。在確定每個物體在場景中的位置后，通過渲染模塊把整個場景“畫”出來，讓觀眾看到一個完整的三維虛擬場景。

曲面建模則是三維建模中另一種常用的方法，專門用來創(chuàng)建光滑的曲面形狀，特別適合用來模擬那些需要平滑過渡且形狀復雜的角色和場景，比如設(shè)計汽車的車身、飛機的機翼或者精美的雕塑。相較于多邊形建模而言，曲面建模更適合處理復雜的、需要精確控制形狀的曲面形象和場景。它通過數(shù)學方程或者控制點來定義曲面的形狀，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)學曲面，能夠精準塑造光滑的表面，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分曲面，以便能夠精確地模擬肌肉運動和皮膚紋理。

表情捕捉是一種通過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傳感器來記錄演員的面部肌肉運動實現(xiàn)表情捕捉，將捕捉到的表情轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)后被實時映射到三維模型上，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感，使角色能夠展現(xiàn)出豐富而細膩的情感，從而更好地與觀眾建立情感共鳴。例如，開發(fā)了《FIFA》的美國藝電公司擁有增強型面部模型和動畫生成系統(tǒng)相關(guān)專利，該技術(shù)通過現(xiàn)實世界人的表情和與現(xiàn)實世界人相關(guān)的身份信息進行訓練，使得每個表情基于面部特征相關(guān)的位置信息和身份信息來定義和重建表情。

我們想把一個人的表情“復制”到另一個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。我們通過一種特殊的技術(shù)，把甲的表情“提取”出來（只需將表情信息轉(zhuǎn)換成代碼），然后“貼”到乙的臉上，最后生成一張在乙的臉上呈現(xiàn)甲的表情的新的照片。不僅如此，其專利還可利用智能機器學習模型，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。這個模型就像一個立體的臉部雕塑，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，高精度三維模型能夠精準地捕捉演員的每一個微笑、皺眉、眨眼等細微表情，并實時映射到虛擬角色上，使角色的情感表達更加細膩和真實。

為了能讓動畫角色動起來，可以采用動作捕捉技術(shù)，直接將真實動作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動畫。相比傳統(tǒng)的手工關(guān)鍵幀動畫技術(shù)，動作捕捉技術(shù)能夠捕捉到更復雜、更細微的動作細節(jié)，這些動作細節(jié)往往很難通過手工動畫完全、精準地呈現(xiàn)。例如，南京硅基智能科技有限公司所擁有的動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數(shù)據(jù)，以及根據(jù)待捕捉人物的邊框坐標數(shù)據(jù)，獲取每一幀圖像中待捕捉人物動作的關(guān)鍵點二維坐標數(shù)據(jù)；借助三維動作方向預測模型并基于上述動作關(guān)鍵點二維坐標數(shù)據(jù)，獲取三維動作方向向量預測數(shù)據(jù)；根據(jù)得到的關(guān)鍵點二維坐標數(shù)據(jù)、三維動作方向向量預測數(shù)據(jù)等擬合人體動作參數(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，從而完成相應的動作動畫制作。動作捕捉技術(shù)通過高精度的動作捕捉設(shè)備和先進的算法，能夠精準地記錄演員的每一個細微動作，包括手臂的擺動、手指的彎曲、腳步的移動等，使虛擬角色的動作更加流暢和自然。

二

優(yōu)化畫面效果

在動畫制作中，完成角色形象和場景布局構(gòu)建、表情捕捉的靜態(tài)模擬和動作捕捉的動態(tài)模擬之后，需要借助增強現(xiàn)實（AR）實時融合技術(shù)，使得動畫角色、動作和場景能夠無縫地融入真實世界中。

AR實時融合技術(shù)支持實時跟蹤和對齊，能夠根據(jù)用戶的視角和位置變化動態(tài)調(diào)整虛擬內(nèi)容。這意味著動畫師可以在制作過程中實時查看效果，并根據(jù)需要進行調(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語義驅(qū)動虛擬人物的方法，應用于AR設(shè)備中的方法包括：用AR設(shè)備去觀察真實場景。設(shè)備會根據(jù)看到的場景圖像，建立三維的空間坐標系，就像在空間里畫了一個虛擬的網(wǎng)格，方便我們確定物體的位置。

當設(shè)備檢測到場景中的真實物體時，它會提取這些物體的三種重要信息：語義信息、距離信息、尺度信息。如果場景中有多個物體，設(shè)備會根據(jù)物體的語義信息（其中所包括的物體重要性）進行排序。比如，人可能比樹更重要，所以會先處理人的信息。設(shè)備會根據(jù)這些物體的信息，生成虛擬人物，并保證人物的距離信息、尺度信息和動作信息都更加真實。可見，通過增強現(xiàn)實技術(shù)，將虛擬信息與真實世界巧妙融合，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環(huán)境中。

動畫制作技術(shù)并非僅限于借助AR技術(shù)真實地反映動畫角色形象、動作、表情和場景布局，由于動畫制作技術(shù)的高難度和復雜性，一部制作精良的動畫作品往往需要多家動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家動畫公司參與，這些公司涵蓋了動畫制作、特效開發(fā)、軟件支持等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，而各個公司分布在不同的地區(qū)，其制作涉及不同節(jié)點，在各個節(jié)點完成的制作環(huán)節(jié)需要利用云端強大的計算能力，實現(xiàn)快速處理復雜特效的任務，相互之間借助云端協(xié)作模式完成動畫制作。

三

突破時空限制

云端協(xié)作模式是動畫制作領(lǐng)域的一次重大變革，它通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的創(chuàng)作資源集中到云端平臺，打破了傳統(tǒng)動畫制作中對物理空間的依賴。在云端協(xié)作模式下，動畫制作團隊的成員，包括編劇、導演、動畫師、特效師、音效師等，無論他們身處何地，都可以通過云端平臺實時訪問和共享項目文件。例如，廣東輕工職業(yè)技術(shù)學院申請的基于區(qū)塊鏈云計算的影視特效處理技術(shù)體系的專利，包括云計算系統(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；區(qū)塊鏈平臺儲存云計算系統(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)塊鏈平臺設(shè)置有人機交流互動系統(tǒng)，用戶通過該互動系統(tǒng)設(shè)置的操作界面或鍵盤鼠標或語音影像識別軟硬件設(shè)備啟動云計算系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，通過網(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，再通過區(qū)塊鏈技術(shù)進行加密封裝和分布式儲存。基于區(qū)塊鏈等技術(shù)的云端協(xié)作生態(tài)突破了時間和空間的限制，為動畫制作帶來了前所未有的便利。

另外，在動畫制作中，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。由于動畫場景通常非常復雜，包含大量的幾何細節(jié)、精細的紋理和復雜的光照效果等，傳統(tǒng)的單機渲染方式往往需要耗費大量的時間和計算資源，一部高質(zhì)量的動畫電影可能需要數(shù)月甚至數(shù)年的時間來完成渲染。而分布式渲染通過將復雜的渲染任務分解為多個子任務，并分配到多個計算節(jié)點上并行處理，極大地縮短了渲染時間，能夠顯著提高渲染效率，縮短制作周期。

如達索系統(tǒng)所擁有的專利披露了用于對3D場景進行模擬的計算機實現(xiàn)方法，利用一組并行運行的計算資源來模擬，將3D場景劃分成多個分區(qū)，每個分區(qū)被確定大小為滿足一個計算資源的實時計算約束，通過計算確認分區(qū)分配后計算資源的負載是否過載或欠載，利用組合優(yōu)化算法計算出分區(qū)的貢獻，以實現(xiàn)過載或欠載分區(qū)的重新分配。又如，華為擁有的一項基于云端媒體內(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)備返回的針對該媒體內(nèi)容的云端處理結(jié)果。綜上，分布式渲染可通過集群計算或云計算資源，將任務分配到多臺普通計算機或服務器上，降低了對單個硬件設(shè)備的要求，從而降低了硬件成本。

由此可見，完成一部制作優(yōu)良的動畫，不僅要有精彩的故事情節(jié)，還要有其背后強大的技術(shù)支持。通過三維掃描建模、AR實時融合、云端協(xié)作生態(tài)等技術(shù)的綜合運用，動畫影片才能實現(xiàn)高質(zhì)量的視覺效果和高效的制作流程，才能有更多如《哪吒》系列的動畫電影成為動畫電影工業(yè)化的標桿。

專利是動畫行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展過程中繞不開的話題，它能夠激發(fā)創(chuàng)作者的創(chuàng)新熱情、推動技術(shù)進步、保障企業(yè)競爭優(yōu)勢，還能促進產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同發(fā)展，提升我國動畫行業(yè)的國際競爭力和文化影響力。因此，動畫行業(yè)從業(yè)者、企業(yè)以及相關(guān)管理部門都應高度重視專利的作用，加強知識產(chǎn)權(quán)保護意識，積極申請和運用專利，共同推動我國動畫行業(yè)邁向更加繁榮、創(chuàng)新的未來。（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年11月號）

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編校：苑寶平，審讀：郭麗

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