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新一代電腦與通訊網路科技：談〈太空戰士〉幕後製作

92/03/18 10903

顏邵威｜成功大學資訊工程學系

陳永年｜成功大學資訊工程學系

李同益｜成功大學資訊工程學系

電影史上第一個由電腦製造出來的虛擬演員，出現在一九八二年由迪士尼公司製作的〈電子世界爭霸戰〉裏。之後，電腦動畫專家一直在技術上進行研發，曾誓言將透過電腦產生毫不遜於真人的人類角色。對於電影製作者與導演而言，虛擬演員不會要求加薪或休假，也不會拒絕高難度的危險動作（例如飛車越過長江、從百層高樓縱身跳下），也沒有難纏的經紀人在一旁囉嗦，如此一來，虛擬人物對任何宣傳活動都會全力配合。

由史克威爾公司製作的〈太空戰士〉，就是一個企圖將夢想化為真實的電影，把最新研發的全數位動畫技術運用在影片中，想讓觀眾體驗最具革命性的視覺震撼。〈太空戰士〉的動畫指導瓊斯（Andy Jones）說：「眼睛是賦予人生命力最重要的因素，我們讓角色眼波流轉，有如在感覺和思考，就好像這個角色真的有靈魂一樣。」

〈太空戰士〉的製作共歷時四年，這部動用數百名漫畫家和電腦技師共同完成的嘔心瀝血之作，有 75％以上是用了最新的電腦動畫技術，該技術使影片中動畫人物的逼真程度達到前所未有的水準，連皮膚的紋理和衣服的皺褶等細節都絲毫不馬虎。單就女主角羅斯（Aki Ross）的頭髮來說，就花了整個製作期五分之一的時間。

史克威爾公司以自行研發的程式，將人物影像以電腦繪圖的方式顯現出來，再一層一層將皮膚、頭髮、衣服等外貌覆蓋上去，初步完成的人物形象並無法達成原先所期望的逼真及擬人效果，為了讓畫面看起更為真實，必須設計出毛髮和皮膚的相對運動，就連毛髮所造成的陰影也不能放過。在〈太空戰士〉電影中，阪口博信和一群電腦繪圖動畫特效小組，創造出一部超越極限的視覺傑作，其逼真的場景甚至迫使觀眾必須提醒自己，螢幕上的角色只是多邊形和手繪紋理的集合。

史克威爾公司因成功設計及推出極受歡迎的〈太空戰士〉系列電子遊戲而聞名於世，以〈太空戰士〉第九代為例，迄今已在全球賣掉二千六百多萬套，在號稱世界上最挑剔的玩家群體中，〈太空戰士〉系列電子遊戲得到了玩家一致的讚美與認同。這部經典的銀幕傑作，起源於阪口博信在史克威爾公司內成立的一個工作室，這個部門專責電腦動畫的開發工作。

從〈玩具總動員〉等電腦動畫影片先驅的身上得到了靈感之後，阪口博信在一九九七年初，參與〈太空戰士〉電影的規劃。電影製作最初的想法並不是將原有的〈太空戰士〉遊戲重現在銀幕上，而是建立在遊戲所設定的世界觀這個基礎上，再轉化為新的角色和故事情節，因此〈太空戰士〉電影也同樣擁有遊戲中史詩般的原創劇情。

〈太空戰士〉這部電影的完成，背後集結了來自不同領域的技術，將遊戲製作的技術結合電影科技，整合了動作擷取、動畫技術，還有多種繪圖技術。

這部電影採用了皮克斯公司（Pixar）的繪圖人（Render Man）軟體，來繪製大部分的場景，但是這套軟體並非是最初的選擇。一開始，整部電影是要以馬亞（Maya）強大的繪圖軟體來獨力完成的，但是在電影製作小組試用過繪圖人軟體後，發現它能夠加強某些電影場景的視覺效果，便決定同時採用繪圖人和馬亞這兩套軟體來擔當製作這部電影的重責大任。

在銀幕上所看到的逼真 3D 世界，其實都是由呈現在平面上的二維（2D）影像所組成的。這些原來是幾何上三維的物體，透過數學的座標轉換，再投影到銀幕上呈現二維的影像，顯示在銀幕上的物體經過塗色、貼上材質、加上燈光及陰影效果後，才能夠呈現出栩栩如生的效果。

物體色彩的組成

在電腦上的色彩通常都由紅、綠、藍（光的三原色）所組合而成的，其中每個顏色都被切割成 256 個單位（0 ~ 255），用 8 個位元來儲存，三種顏色合起來就是 24 個位元，能表達超過一千六百萬種顏色。因此，物體上面的每個點都會被設定一種顏色，這些顏色的組合，最後就形成了物體整體的色彩。

但是，如果要做出類似玻璃窗、透明瓶子、水這些半透明到透明的效果，每個點除了紅、綠、藍色外，還會加上一個從 0（完全透明）到 1（完全不透明）的不透明值，來指定這個顏色的透明度。利用這個值，可以計算出和背景色混合出來的顏色。

真實世界的物體顏色，還會受到光線照射的影響，觀看角度或是物體材質的不同，也會產生不同的顏色明暗效果。照射在物體上的光，通常可分為周遭光線、漫射光與鏡射光三類。

在場景中，物體即使沒有被光源直接照射到，還是看得見，這是因為間接受到周遭物體反射出來的光的照射。所謂周遭光線，指的是來自四處、非特定位置所發出的光線，因為光線在場景內四處反射而失去了方向性，對場景中任何一個物體的表面而言，每個方向接受到的周遭光線的強度都是一樣的。

漫射光來自特定方向，均勻地照射到物體表面，表面上每一點的亮度，和光源照射的角度及物體表面的平整度有關。因此，被光源直射的表面會比被光線斜向照射的表面更亮。

和漫射光一樣，鏡射光也具方向性，光照射到物體表面被反射出去後，造成物體表面會有特別明顯的光亮點，這個光亮點和視角有關，也就是跟觀看的位置有關。因此一個光滑的表面，如擦亮的金屬表面、嶄新的汽車烤漆表面，是鏡射光的理想表面模型。

人體模型的建立

在利用馬亞軟體完成了人頭及身軀的製作後，根據解剖學原理，再來進行骨架及肌肉的建立。人物的活動是由關節去連接骨頭，肌肉去拉動骨頭，肌肉也推動皮膚，針對這一系列的連動，希望能藉由生理組織的模擬，製造出幾可亂真的人物來。

如何製造出人類皮膚的構造，也是真實化的一個大難題！由於人類的皮膚並非是光滑的表面，而是由一層層的組織建構起來的，因此整個製作過程讓工作小組遭遇到很大的困難。在完成了皮膚的皺摺之後，還必須考慮光照射到皮膚表面時所呈現的反射現象，並逐一調整各個角度皮膚的光澤明暗，透過如此繁雜的手續之後，才能創造出一個擬真的角色。

動畫導演瓊斯為了強調臉部表情與手指動作，決定集中動畫設計師去處理這兩個部分的工作，其他的動作就依靠「動作擷取」技術來完成。其實瓊斯最初並不想依賴過多的動作擷取，因為以他的經驗，動作擷取下來的資料，往往很難由動畫設計師再進行修改；如果要修改，也非常辛苦，會對整個工作進度產生影響。

在最初的構想裡，大約只有四分之一的人體大動作是由動作擷取系統負責，如走路、跑步、跳躍等，除這些大動作外，其他的動作再由動畫設計師去調整完成。但在製作過程中，他們發現即使角色靜止時，也會有些細微的小動作，如呼吸等，這些細微的動作也可將其擷取下來令人物更生動，使人物更加趨近於真人，然而這些細微的動作，對於動畫設計師而言，並不是輕而易舉的事！

真人演員在錄製「動作擷取」時會穿上黑色緊身衣（緊身衣可服貼於身體上，目的是讓裝在身上的感應器擷取出來的數據，更真實地反映出身體的起伏，不受衣服影響），並在身體不同部位放置感應器。每位演員身上平均放約 35 顆感應器，其中有五顆放在胸口，主要是擷取他們呼吸時的動作。

貼圖與陰影

貼圖在電腦繪圖上是一種常用的技巧，它可以把原本看起來是很呆板的模型，變成如現實般的真實，甚至真假難分。例如臉上皮膚細緻的動作，如果沒有貼圖的幫忙，可是一項很困難的工作。動畫設計師先由女主角羅斯開始著手，其餘大部分的角色便根據她的材質，再不斷加入個別角色的細微特徵材質貼圖予以修正，或是在臉上加上一些坑洞及凹凸不平的地方，使人物看起來更加像真人。

要拍特寫鏡頭時，臉上的皺紋及酒渦等便要靠貼圖加上燈光技術來配合。史克威爾用了繪圖人等軟體工具去解決這些問題，當他們要表現皮膚厚度的變化時，就利用燈光的亮度來配合。當要改變某一角色皮膚的光滑或是油膩時，他們會以改變鏡射光的數值與範圍來達到目的。

頭髮的製作

羅斯是全片唯一擁有長髮的人物，也是影片中運算比重最多的角色，她比其他任何一位角色的計算量要多兩倍以上，都是因為她的長頭髮的緣故。〈太空戰士〉中使用了繪圖人的曲面工具繪圖，每張需要畫出五萬至八萬條頭髮，畫一張約需兩小時，在這些計算中也包含了燈光的運算。

〈太空戰士〉是首部由原電玩廠商全程籌拍的電影版本，日籍的原創者兼導演阪口博信曾說道：「如果有更多的時間，我們一定可以把這部影片製作得更細緻；今後，我們將利用從這部影片中學到的經驗，在未來發行的數位影片中，繼續提升電腦繪圖的品質。」

資料來源

《科學發展》2003年3月，363期，12 ~ 17頁

動畫(5) 解剖(2)

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