数位板：电脑周边设备与动画绘画教程

2023-07-26 理论教育版权反馈

【摘要】：9.2.2数位板数位板又名绘图板、绘画板、手绘板等，是计算机输入设备的一种，通常是由一块板和一支压感笔组成，用于绘画创作方面，就像画家的画板和画笔，如图9-14所示。

9.2.1　图形工作站

在动画制作及教学过程中，会大量使用计算机工作站，这些工作站主要用来处理图形图像，因此也称为图形工作站，如图9-13所示。一般动画教学和制作中常用普通计算机，但是在企业制作中有大量的图形图像运算，需要保持计算机的稳定，因此需要高性能的计算机来保证图形处理速度，节约时间，保证教学或制作的进度，加上图形工作站是专门针对图形图像制作设计的，在针对图形图像设计方面有专门的措施，也提供了一些相应的工具；而普通计算机难以保证软硬件的兼容性，稳定性也较差，更不会专门针对平面图形设计提供相应的措施。因此，专业的动画教学和制作需要选用专业图形工作站。

图9-13　图形工作站

市场上图形工作站的主要生产厂家包括惠普、戴尔、联想、Gisdom、XASUN。其中惠普的产品特点是优质优价；戴尔的产品特点是薄利多销（相对）；联想收购了原IBM的think品牌，3年后开始正式涉足工作站市场；XASUN的产品特点是定制图形工作站，有塔式、超级、机架、便携、特种等规格。

9.2.2　数位板

数位板又名绘图板、绘画板、手绘板等，是计算机输入设备的一种，通常是由一块板和一支压感笔组成，用于绘画创作方面，就像画家的画板和画笔，如图9-14所示。在电影中常见的逼真的画面和栩栩如生的人物就是通过数位板一笔一笔画出来的。数位板的这项绘画功能是键盘和手写板无法与之媲美的。数位板主要面向设计、美术相关专业师生、广告公司、设计工作室及Flash矢量动画制作者。在动画制作领域，通常都选用9英寸×12英寸大小的产品，因为这个尺寸的产品可以正好在夹膜中放一张标准A4纸。

数位板的压感级数要求能够达到1 024级，这样可让软件根据使用者下笔的轻重做出适当的反应，例如笔画的粗细、颜色的浓淡，就像使用真的画笔一样。而数位板所配绘图笔的功能也同样重要，许多软件都能支持下笔方向的要求。低档的手写笔的某些笔触是一个方向的，但是在高档的产品上就能实现侧压、方向、笔旋转、橡皮擦等功能。

图9-14　传统数位板

除了普通的数位板以外，还有一种把数位板和显示屏结合起来的产品，可以直接在显示器上绘图，即液晶数位板，如图9-15所示。这种产品的外观和普通的液晶显示器一样，所不同的是可以直接在屏幕上进行绘图工作，对于动画制作来说，这是最直观的工作方式。

图9-15　液晶数位板

世界上最大的数位板生产厂商是Wacom公司，除了Wacom以外，国内还有友基、汉王等国产品牌。《泰坦尼克号》和《魅影危机》（《星球大战前传》）影片中一些逼真的画面和栩栩如生的人物都是通过数位板辅助制作出来的。随着数位板技术和应用的不断成熟，越来越多的动画、电影、电视剧都用其进行辅助制作。

9.2.3　平板扫描仪

平板扫描仪（简称扫描仪）（图9-16）在动画制作过程中的主要作用是把画好的分解动作扫描进电脑工作站中，继而完成上色、合成等工序。动画使用的扫描仪要求有较大的幅面和较高的性能。扫描仪的性能不仅仅反映在分辨率、扫描速度、色彩位数等指标上，扫描仪内部的光源、反射镜、镜头、光电耦合器件（CCD）等零部件的品质对扫描质量也起着决定性的作用。专业级的扫描仪由于使用了更好品质的零部件，所以也能提供更好的扫描质量，这也是同样指标的产品中专业级产品比家用级或商业级产品贵的原因。

9.2.4 3D扫描仪

3D扫描仪（图9-17）能对立体的实物进行三维扫描，并能迅速获得物体表面各采样点的三维空间坐标和色彩信息，在极短的时间里捕捉到物体的颜色、纹理、几何拓扑结构，并创造出非常真实的三维模型。部分特殊的三维扫描装置甚至能得到物体的内部结构、全方位的三维信息，把扫描数据提供给三维软件后，建立三维模型。

图9-16　平板扫描仪

图9-17　3D扫描仪

大家熟悉的《蝙蝠侠》《终结者》《黑衣人》等进口影片中的怪物都是先进行实体模型制作，再通过3D扫描建立计算机数字模型，然后通过动作捕捉技术使其具有流畅、逼真的动作。

9.2.5　动作捕捉仪

动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及入位测定等方面，可以由计算机直接处理捕捉的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由动作捕捉系统捕捉跟踪器位置，并将其转换为数位模型的动作，生成二维或三维的电脑动画，如图9-18所示。动画师可以在计算机产生的镜头中调整、控制运动的物体。实现这个功能的设备称为动作捕捉仪。动作捕捉仪有光学、磁性、机械等多种方式。目前主流的动作捕捉系统是基于光学方式的，其主要由专用摄像机、追踪器、处理主机组成。

图9-18　动作捕捉技术

动作捕捉仪是用于全方位动作捕捉并转换成三维模型的大型尖端设备，在制作大型动画、游戏角色动作等方面有着无可比拟的方便性，但是因其价格高昂，所以在国内只有少数公司和高校拥有，如上海卡通、北京电影学院、江苏大学、上海电影制片厂等。

1988年，SGI公司开发了可捕捉人头部运动和表情的系统，如图9-19所示。随着计算机软硬件技术的飞速发展和动画制作要求的提高，目前在发达国家，运动捕捉已经进入了实用化阶段，有多家厂商相继推出了多种商品化的运动捕捉设备，如MotionAnalysis、Polhemus、Sega Interactive、MAC、X-Ist、FilmBox等，其应用领域也远远超出了表演动画，已成功地用于虚拟现实、游戏、人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等许多方面。

9.2.6　影视动画渲染集群

动漫渲染，是动漫制作的核心环节之一。它基于一套完整的程序进行计算，从而通过模型、光线、材质、阴影等元素的组合设定，将动漫设计转化为具体图像，一般包括获取模型、设定照明方案、绘制材质纹理和调节阴影等流程。动漫渲染是实现创意和前期设计构想的关键环节，直接决定动漫作品的视觉效果。高水平的渲染可以细致地显示出材质纹理和光景效果，使形象更加生动逼真。

渲染农场（Renderfarm）其实是一种通俗的叫法，实际上叫作分布式并行集群计算系统，这是一种利用现成的CPU、以太网和操作系统构建的超级计算机，它使用主流的商业计算机硬件设备达到或接近超级计算机的计算能力。随着3D、4D电影的兴起和高清动漫趋热，动漫渲染的运算量呈几何倍数增长，由高性能计算（HPC）集群构成的渲染农场成为大规模动漫制作的主流选择。图9-20所示的是由刀片服务器组成的微型渲染农场，图9-21所示的是大型动画渲染集群。

图9-19　表情捕捉技术——专用头盔，记录面部表情

图9-20　刀片服务器（微型渲染农场）

图9-21　大型动画渲染集群

在渲染过程中，无论是3D动画软件还是2D图像合成，都需要耗费大量的渲染时间。如果用工作站（单路双核处理器）承担渲染工作，一部2K分辨率的普通CG电影，渲染时间大约为每帧1小时；如果要达到4K、6K的高清分辨率，一帧画面的渲染时间为10小时以上。此外，在渲染计算过程中，制作人员无法使用工作站进行其他工作。

渲染农场以高性能计算集群为基础，将海量的渲染任务分割成若干份，交由网络中分布的多台服务器共同运算，最终存储到一个指定的目录里，由制作人员调用。在上述案例中，假设用单台工作站（单路双核处理器）进行渲染，采用2K分辨率，如果每帧渲染时间为2小时左右，则仅仅1分钟的电影就需要120天的渲染时间；如果采用渲染农场，将1分钟的渲染任务分发到60台服务器（双路四核处理器）上，12小时左右就可以完成工作，并且不会占用制作时间。再以《玩具总动员》为例，如果仅使用一台电脑（单一处理器），这部长达77分钟的影片的渲染时间将会是43年，而采用集群渲染系统，只需约80天。图9-22所示是好莱坞（中国）数码艺术中心动画渲染集群系统结构图。

图9-22　好莱坞（中国）数码艺术中心动画渲染集群系统结构图

数位板：电脑周边设备与动画绘画教程

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