ACM通信
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现场:在皮克斯电影中创造栩栩如生的角色
玩具总动员1995年上映的第一部电脑制作的完整动画长片，使其成为电脑图形硬件和软件开发的视觉基准。在这部电影首次亮相后不久，图形芯片制造商就想知道他们如何进行计算玩具总动员- PC上的高质量图像;游戏开发者想知道他们该如何传达玩具总动员-游戏机上的高质量动画;机器人研究人员想知道如何在机器中植入人工智能来实现这一目标玩具总动员质量栩栩如生的人物。
当我们在皮克斯试图回答这个问题时，我们也试图创造更复杂的场景，更奇妙的图像，以及更流畅的角色。为一个错误的生活(1998年发布)，我们扩展了我们的照明和阴影方法来描绘昆虫世界的透明度和背光。我们开发了新的方法来建模和动画大量的角色。我们使用细分的表面来提供更灵活和有机的角色。玩具总动员2(1999年11月发布)利用这些发展，描绘了玩具总动员世界拥有更详细的设置，视觉上更丰富的纹理，以及更复杂的人类角色设计和动画。
但是，任何声称这些问题的答案在于更强的处理能力、带宽和内存的说法，都掩盖了更有趣的事实。这就是为什么我们在这里关注皮克斯动画师如何以及为什么让巴斯、胡迪、Flik和其他许多角色如此逼真的原因。
负责原稿的阴影和视觉效果玩具总动员当时，汤姆·波特(Tom Porter)领导了一群技术美工，负责影片中所有表面外观的设计，以及皮克斯动画制作流程主流之外的某些视觉效果。早在1995年，皮克斯就为动画师和技术总监使用了单处理器150Mhz的SGI indigo机器和64Mb内存，以及100台双处理器的Sun Microsystems Sparc 20机器。最终的渲染涉及77分钟的图像，或整个电影的长度。(渲染速度为每秒24帧，分辨率为1536 × 922像素)
Galyn Susman是技术总监玩具总动员2他带领负责建模、阴影、灯光、特效和渲染整部电影的人员。为玩具总动员2皮克斯拥有195mhz到300mhz的双处理器SGI辛烷，每台台式电脑的内存从640MB到1GB，以及1400处理器的Sun渲染农场。这种改进后的处理能力被充分利用在电影的创作中，将数百gb的纹理应用到模型中，计算面部肌肉和服装的复杂变形，并计算数百种光线和大气效果。但所有这些先进的计算能力并不是皮克斯电影制作的全部，也不是最有趣的方面。
技术和使用它们的艺术家必须仔细引导，以便每个细节都符合电影导演的品味和视觉。科学和艺术在电影制作上的合作包括一个技术人员，他们努力追求视觉的复杂性和真实感，为故事服务，并最终提高人物的可信度和用来讲述故事的环境。图1中的镜头展示了这种斗争。波特写了几百个着色器玩具总动员就是这里展示的滑板轮子。为了寻找参考材料，他给皮克斯的同事们发了邮件，一块滑板出现在他的办公室里。然后，带着现实的武装，他为车轮编写了一个极好的着色器，在长度、颜色、频率和覆盖范围上匹配真正的划痕。
波特很有信心地提交了一张图片给着色器审批，但是玩具总动员艺术总监拒绝了。当波特抗议说它看起来跟真的滑板一模一样时，艺术总监离开了，跑到大厅里，从水罐上撕下一个厚厚的塑料盖，跑到外面，在停车场的沥青上擦了擦，然后回来展示他想要的东西。“你的可能看起来像这个滑板，但这是美国观众认为肮脏的滑板轮的样子。”波特以科学对艺术的卑躬屈膝重写了着色器，并很容易获得批准。
这个寓言值得注意，不是因为阴影本身能让角色栩栩如生，而是为了说明皮克斯的电影制作是一种受创意控制的技术努力。这些电影的本质是栩栩如生的角色，这些角色之所以栩栩如生，主要是因为创意上的控制(艺术领域)，其次是因为技术上的高超(科学领域)。
动画原则:从迪士尼到皮克斯
在人物动画的核心领域，皮克斯所做的一切都是华特迪士尼工作室几十年来从未做过的。问题是如何赋予人物生命，无论是手绘的还是电脑生成的。基于计算机的动画社区已经预见到，计算机图形的移动很容易，但动画不仅仅是移动。
1986年，他凭借皮克斯动画短片获得奥斯卡提名，Luxo Jr .)约翰·拉塞特(John Lasseter)后来担任玩具总动员，一个错误的生活,玩具总动员2)为1987年SIGGRAPH撰写了他的开创性论文《传统动画原理》[1］．他以华特·迪士尼自己的想法为基础，介绍了动画的重要技术方面，这些想法在过去75年里支持了大多数最好的动画侧边栏)．让拉塞特的指导方针如此有趣的是，他们指出了动画师为了看起来逼真而背离现实主义的程度。
动画师不断受到挑战，以一种明确无误但引人注目的方式描述大脑驱动的动作。
原则在侧边栏说到动画的技术方面，逐帧技术需要增强角色的逼真性。动画师用它们来传达角色的智慧和个性。他们明白“栩栩如生”并不意味着“有动作”;Lifelike的意思是“有大脑”。皮克斯和迪士尼动画的基本概念是，动作是由角色的认知过程驱动的，它反映了智力、个性和情感。动画师不断受到挑战，以一种明确无误但引人注目的方式描述大脑驱动的动作。
在玩具总动员2在影片中，伍迪的一只胳膊在玩耍时被扯断了，伍迪没有带他去牛仔营，而是把他放在了架子上。当胡迪坐在书架上时，他的沮丧一目了然图2)．他那懒洋洋的动作、姿势、紧绷的眉毛和嘴巴，最重要的是，他那低垂的眼睛，都流露出他极度的失望。伍迪眼睛的动画是他大脑的窗口，这对让观众相信他的行为背后是有思想的至关重要。这个场景的内容被书架上布满灰尘的细节所强调，使这个地方看起来像是一个被遗忘的僻静的地方，而相对平淡的灯光则让伍迪置身于一个没有活力的世界。
随着电影的发展，伍迪被介绍给了“围城帮”，并通过他们了解了自己的玩具历史。在这样的环境中，他充满了对安迪的忠诚和对自己有用的玩具生命结束的恐惧。新发现的玩具家族让他长生不老，同时给了他巨大的情感提升。当他发现“他是谁”时，他感到的敬畏预示了所有这些内心的混乱图3)．伍迪的性格体现在他的行为中，在这个例子中也体现在他的反应中。
最终，伍迪对安迪的忠诚赢得了胜利。伍迪和观众惊讶于这种忠诚的力量，以及它压倒对永生的渴望的力量。在这个单一的镜头中，伍迪感受到困惑、启示和决心;观众和他在一起，感受着每一种情绪。可信度是艺术的领域，而不仅仅是CPU能力和内存带宽的结果。
动画角色
动画师如何为角色做准备?例如,玩具总动员而且玩具总动员2两份剧本都呼吁绿色塑料军人被称为“专业人士”，坚定而高效地执行侦察任务。动画师必须开发出一种一致的运动风格，以适应所需的个性，并考虑到设计的物理限制。动画表演;因此，皮克斯动画师在他们的脚上绑上木板，研究他们可以用哪些物理动作来描绘军人的性格。这个实验产生了一套关于这些角色行走周期和手臂运动的标准指南。
动画师如何为一个镜头做准备?在一个特定的场景中玩具总动员2(见图4)，伍迪刚刚参观了“伍迪围场”(Woody’s Round Up)玩具收藏，这一经历被证明是他生命中至关重要的时刻。当他发现自己是一件珍贵的收藏品，有机会获得永生时，他的反应是让观众相信他会从和安迪在一起的生活，变成一个在博物馆里娇生不养的人。
通过使用故事卷轴和故事板，故事部门向动画师传达了几个关键的概念来创造镜头中的动作。动画师不得不问自己，这个故事到底发生了什么?在这里，伍迪正在寻找他遗失已久的过去。胡迪在想什么?哇，我的过去和价值是我从未想象过的。伍迪的核心情感是什么，动画师必须用它来吸引观众?一种压倒性的敬畏感
成功的动画师在创造角色的动作时，会留意角色的动机。在这张图中，动画师让胡迪揉搓他的脸和后颈，表现出他的惊讶和迫切需要让自己平静下来，集中注意力。剧本里没有规定伍迪要摸自己的脸。然而这个动作的时间对拍摄至关重要。动画师成功地让我们看到了胡迪的思想，他正在吸收一个新的身份;观众都认为伍迪栩栩如生。
对话动画是创造逼真角色的另一个关键。因为对话是在动画开始之前录制的，这项技术似乎表明，自动对口型方法可以产生所需的面部动画。皮克斯动画师不使用这种方法，不是因为自动对口型不能产生准确的嘴型动作，而是因为它不能捕捉到正确的情绪。对话动画的教训与整体角色动画的教训是一样的:目标不是谈论，而是思考。
创造性的选择
无论是滑板上的轮子，还是伍迪的眉毛，皮克斯在电影中追求的是严格的现实主义之外的东西。游戏的目标是可信度，但纯粹的物理现实主义并不能确保角色或场景的可信度。最重要的是，我们的目标是讲述一个引人注目的故事，其中的角色能够引起观众的反应，并与观众产生联系。这种联系只有通过栩栩如生的行为才能实现。
我们有越来越强大的技术供我们创造玩具总动员，一个错误的生活，最近一次是玩具总动员2．我们在每个桌面上都使用了双处理器SGI辛烷。我们在渲染场中升级到14处理器的Sun UltraSparc E4500机器，其性能大约是1995年的20倍玩具总动员同行。我们使用Alias|Wavefront建模软件，以及皮克斯自己的专有建模语言，来描述人物和物体的形状和清晰度。我们还以多种方式增强了RenderMan软件来管理更复杂的场景，包括更多的对象，更多的纹理，更多的灯光和更多的阴影计算。
计算机图形硬件和软件环境的飞速发展，甚至把这种技术性能的一部分带到普通的桌面计算机上。但仅凭这种力量是无法实现的玩具总动员2在一个电脑。只有明智(有时非现实)的创造性选择才能确保故事有意义，角色有吸引力，图像令人惊叹。
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