專利是動(dòng)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(dòng)技術(shù)進(jìn)步、保障企業(yè)競爭優(yōu)勢，還能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同發(fā)展，提升我國動(dòng)畫行業(yè)的國際競爭力和文化影響力。

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(dú)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(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。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(dòng)畫中的角色形象和場景布局。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，它通過將復(fù)雜的模型分解為無數(shù)個(gè)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(fù)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(gè)舞臺(tái)。首先，把各種元素導(dǎo)入進(jìn)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(yuǎn)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(gè)物體在場景中的位置后，通過渲染模塊把整個(gè)場景“畫”出來，讓觀眾看到一個(gè)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(fù)雜的角色和場景，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景。它通過數(shù)學(xué)方程或者控制點(diǎn)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(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?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，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，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)作和場景能夠無縫地融入真實(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語義驅(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)場景。設(shè)備會(huì)根據(jù)看到的場景圖像，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)備檢測到場景中的真實(shí)物體時(shí)，它會(huì)提取這些物體的三種重要信息：語義信息、距離信息、尺度信息。如果場景中有多個(gè)物體，設(shè)備會(huì)根據(jù)物體的語義信息（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)。可見，通過增強(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，無論他們身處何地，都可以通過云端平臺(tái)實(shí)時(shí)訪問和共享項(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)，用戶通過該互動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置的操作界面或鍵盤鼠標(biāo)或語音影像識(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(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)間來完成渲染。而分布式渲染通過將復(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3D場景進(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)算資源來模擬，將3D場景劃分成多個(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，通過計(jì)算確認(rèn)分區(qū)分配后計(jì)算資源的負(fù)載是否過載或欠載，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(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，降低了對單個(gè)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(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)競爭優(yōu)勢，還能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合與協(xié)同發(fā)展，提升我國動(dòng)畫行業(yè)的國際競爭力和文化影響力。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)，積極申請和運(yùn)用專利，共同推動(dòng)我國動(dòng)畫行業(yè)邁向更加繁榮、創(chuàng)新的未來。（作者單位：國家知識(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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