动画专利的“魔法秘籍”

摘要：专利是动画行业创新发展过程中绕不开的话题，它能够激发创作者的创新热情、推动技术进步、保障企业竞争优势，还能促进产业融合与协同发展，提升我国动画行业的国际竞争力和文化影响力。

专利是动画行业创新发展过程中绕不开的话题，它能够激发创作者的创新热情、推动技术进步、保障企业竞争优势，还能促进产业融合与协同发展，提升我国动画行业的国际竞争力和文化影响力。

动画的世界里，有一本神秘的魔法书，它包含了所有让虚拟场景和角色变得栩栩如生的秘密。它详细记录了如何构建逼真的虚拟场景，其中涉及构建光影效果的魔法咒语，比如，如何通过特定的光线魔法让阳光穿透树叶的缝隙，形成斑驳的光影；或者，如何用魔法创造出梦幻般的星空，让每一颗星星都闪烁着独特的光芒。

它还记录了赋予角色生命力的咒语和方法，例如让角色的表情更加细腻真实，使得角色的肌肉和皮肤随着动作自然地变化；或者，通过魔法赋予角色独特的声音和性格，让观众能够感受到角色的喜怒哀乐。书中还包含了如何让故事更加引人入胜的魔法，让故事的情节更加地紧凑和具有吸引力，使得观众与角色之间建立起情感的联系，仿佛他们就是故事中的一部分。

在被动画精彩纷呈的故事和栩栩如生的角色所吸引的同时，你是否也对背后那些神奇的动画制作技术充满好奇？究竟是什么样的技术能让人物的表情如此逼真，让角色的动作如此灵动，让高潮迭起的每一个场景都仿佛触手可及？让我们一同走进动画世界的“魔法书”，探索动画制作中从虚拟场景到逼真角色的专利秘籍。

三维建模，通俗来讲就是利用三维制作软件，通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型，也就是构建动画中的角色形象和场景布局。动画师们利用三维扫描技术，如同拥有了一双“透视眼”。无论是古老城堡的石砖纹理，还是动物的毛发细节，三维扫描仪都能精准捕捉并转化为数字模型。

三维建模的细分领域有很多建模方法，多边形建模是影片中最常用的建模技术之一，它通过将复杂的模型分解为无数个小三角形或四边形来构建物体的形状。这种方法操作灵活，能够快速生成复杂的角色和场景模型。例如，曾参与过《哪吒》系列电影制作的北京墨境天合公司就拥有一种虚拟场景制作方法的专利，它如同在虚拟世界里搭建一个舞台。首先，把各种元素导入进来，然后根据这些元素在场景中的重要程度和放置位置，利用不同精度的模型来展示它们。比如，放在近处的重要物体就用高精度模型，远处的物体就用简单模型，这样既能保证效果，又能节省资源。在确定每个物体在场景中的位置后，通过渲染模块把整个场景“画”出来，让观众看到一个完整的三维虚拟场景。

曲面建模则是三维建模中另一种常用的方法，专门用来创建光滑的曲面形状，特别适合用来模拟那些需要平滑过渡且形状复杂的角色和场景，比如设计汽车的车身、飞机的机翼或者精美的雕塑。相较于多边形建模而言，曲面建模更适合处理复杂的、需要精确控制形状的曲面形象和场景。它通过数学方程或者控制点来定义曲面的形状，能够创建出非常平滑、连续的表面，比如汽车的流线型车身或者人体的皮肤。曲面建模基于数学曲面，能够精准塑造光滑的表面，让角色和道具的外观更加自然流畅。

在完成具备足够细节和灵活性的人物形象三维建模后，需要借助高精度三维模型更好地捕捉和表现细微的表情变化。例如，角色的面部模型需要有足够多的多边形和细分曲面，以便能够精确地模拟肌肉运动和皮肤纹理。

表情捕捉是一种通过传感器捕捉演员面部表情，并将其映射到三维模型上的技术。它通常使用高精度的摄像头或其他光学传感器来记录演员的面部肌肉运动实现表情捕捉，将捕捉到的表情转换为数据后被实时映射到三维模型上，便能够精确地重现演员的表情。这种方法大大提高了角色表情的自然度和真实感，使角色能够展现出丰富而细腻的情感，从而更好地与观众建立情感共鸣。例如，开发了《FIFA》的美国艺电公司拥有增强型面部模型和动画生成系统相关专利，该技术通过现实世界人的表情和与现实世界人相关的身份信息进行训练，使得每个表情基于面部特征相关的位置信息和身份信息来定义和重建表情。

我们想把一个人的表情“复制”到另一个人的脸上该如何做呢？首先，我们有两张照片：一张是甲的，上面有他的表情和身份信息（比如他的脸型、五官等特征），另一张是乙的，上面仅有他的身份信息。我们通过一种特殊的技术，把甲的表情“提取”出来（只需将表情信息转换成代码），然后“贴”到乙的脸上，最后生成一张在乙的脸上呈现甲的表情的新的照片。不仅如此，其专利还可利用智能机器学习模型，根据乙的照片和新生成的表情照片，制作出三维的脸部模型。这个模型就像一个立体的脸部雕塑，可以让我们更清楚地看到乙带着甲表情的样子。

由此可见，高精度三维模型能够精准地捕捉演员的每一个微笑、皱眉、眨眼等细微表情，并实时映射到虚拟角色上，使角色的情感表达更加细腻和真实。

为了能让动画角色动起来，可以采用动作捕捉技术，直接将真实动作数据转化为动画。相比传统的手工关键帧动画技术，动作捕捉技术能够捕捉到更复杂、更细微的动作细节，这些动作细节往往很难通过手工动画完全、精准地呈现。例如，南京硅基智能科技有限公司所拥有的动作捕捉和重定向方法专利包括：获取视频数据；基于不同的神经网络模型，分别提取每一帧图像中待捕捉人物的边框坐标数据，以及根据待捕捉人物的边框坐标数据，获取每一帧图像中待捕捉人物动作的关键点二维坐标数据；借助三维动作方向预测模型并基于上述动作关键点二维坐标数据，获取三维动作方向向量预测数据；根据得到的关键点二维坐标数据、三维动作方向向量预测数据等拟合人体动作参数，获取每一帧图像中待捕捉人物的质心位移信息与欧拉角信息，然后将其直接重定向到任意人物结构模型，从而完成相应的动作动画制作。动作捕捉技术通过高精度的动作捕捉设备和先进的算法，能够精准地记录演员的每一个细微动作，包括手臂的摆动、手指的弯曲、脚步的移动等，使虚拟角色的动作更加流畅和自然。

二

优化画面效果

在动画制作中，完成角色形象和场景布局构建、表情捕捉的静态模拟和动作捕捉的动态模拟之后，需要借助增强现实（AR）实时融合技术，使得动画角色、动作和场景能够无缝地融入真实世界中。

AR实时融合技术支持实时跟踪和对齐，能够根据用户的视角和位置变化动态调整虚拟内容。这意味着动画师可以在制作过程中实时查看效果，并根据需要进行调整，从而提高制作效率和质量。例如，聚好看科技股份有限公司的专利中记载的基于视觉语义驱动虚拟人物的方法，应用于AR设备中的方法包括：用AR设备去观察真实场景。设备会根据看到的场景图像，建立三维的空间坐标系，就像在空间里画了一个虚拟的网格，方便我们确定物体的位置。

当设备检测到场景中的真实物体时，它会提取这些物体的三种重要信息：语义信息、距离信息、尺度信息。如果场景中有多个物体，设备会根据物体的语义信息（其中所包括的物体重要性）进行排序。比如，人可能比树更重要，所以会先处理人的信息。设备会根据这些物体的信息，生成虚拟人物，并保证人物的距离信息、尺度信息和动作信息都更加真实。可见，通过增强现实技术，将虚拟信息与真实世界巧妙融合，从而将虚拟的图像、视频、3D模型等元素精确地叠加到用户所看到的真实环境中。

动画制作技术并非仅限于借助AR技术真实地反映动画角色形象、动作、表情和场景布局，由于动画制作技术的高难度和复杂性，一部制作精良的动画作品往往需要多家动画公司合作才能完成。例如，《哪吒之魔童闹海》的制作背后共有138家动画公司参与，这些公司涵盖了动画制作、特效开发、软件支持等全产业链环节，而各个公司分布在不同的地区，其制作涉及不同节点，在各个节点完成的制作环节需要利用云端强大的计算能力，实现快速处理复杂特效的任务，相互之间借助云端协作模式完成动画制作。

三

突破时空限制

云端协作模式是动画制作领域的一次重大变革，它通过互联网技术将分散的创作资源集中到云端平台，打破了传统动画制作中对物理空间的依赖。在云端协作模式下，动画制作团队的成员，包括编剧、导演、动画师、特效师、音效师等，无论他们身处何地，都可以通过云端平台实时访问和共享项目文件。例如，广东轻工职业技术学院申请的基于区块链云计算的影视特效处理技术体系的专利，包括云计算系统、影视特效处理模块、影视素材编辑系统和区块链平台；区块链平台储存云计算系统、影视素材编辑系统和影视特效处理模块的系统程序，及影视素材和影视特效素材的数据或网络链接。区块链平台设置有人机交流互动系统，用户通过该互动系统设置的操作界面或键盘鼠标或语音影像识别软硬件设备启动云计算系统的系统程序，通过网络云算力检索提取，并加工处理影视素材和影视特效素材，将素材处理成最终的影视剧集或短视频，再通过区块链技术进行加密封装和分布式储存。基于区块链等技术的云端协作生态突破了时间和空间的限制，为动画制作带来了前所未有的便利。

另外，在动画制作中，渲染是将三维模型、纹理、光照等信息转化为最终图像或视频的关键步骤。由于动画场景通常非常复杂，包含大量的几何细节、精细的纹理和复杂的光照效果等，传统的单机渲染方式往往需要耗费大量的时间和计算资源，一部高质量的动画电影可能需要数月甚至数年的时间来完成渲染。而分布式渲染通过将复杂的渲染任务分解为多个子任务，并分配到多个计算节点上并行处理，极大地缩短了渲染时间，能够显著提高渲染效率，缩短制作周期。

如达索系统所拥有的专利披露了用于对3D场景进行模拟的计算机实现方法，利用一组并行运行的计算资源来模拟，将3D场景划分成多个分区，每个分区被确定大小为满足一个计算资源的实时计算约束，通过计算确认分区分配后计算资源的负载是否过载或欠载，利用组合优化算法计算出分区的贡献，以实现过载或欠载分区的重新分配。又如，华为拥有的一项基于云端媒体内容渲染的专利方法，披露了其根据待渲染媒体内容的渲染需求确定归属于云端设备渲染的部分；向云端设备发送渲染指示消息和待渲染的媒体内容；最后接收云端设备返回的针对该媒体内容的云端处理结果。综上，分布式渲染可通过集群计算或云计算资源，将任务分配到多台普通计算机或服务器上，降低了对单个硬件设备的要求，从而降低了硬件成本。

由此可见，完成一部制作优良的动画，不仅要有精彩的故事情节，还要有其背后强大的技术支持。通过三维扫描建模、AR实时融合、云端协作生态等技术的综合运用，动画影片才能实现高质量的视觉效果和高效的制作流程，才能有更多如《哪吒》系列的动画电影成为动画电影工业化的标杆。

专利是动画行业创新发展过程中绕不开的话题，它能够激发创作者的创新热情、推动技术进步、保障企业竞争优势，还能促进产业融合与协同发展，提升我国动画行业的国际竞争力和文化影响力。因此，动画行业从业者、企业以及相关管理部门都应高度重视专利的作用，加强知识产权保护意识，积极申请和运用专利，共同推动我国动画行业迈向更加繁荣、创新的未来。（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）

（文章来源：《创意世界》2025年11月号）