113 年 國立臺灣藝術大學多媒體動畫藝術學系動畫藝術碩士班《電腦繪圖動畫概論》

本題主要在於解釋名詞 Keyframing 的定義及其運作原理。

Keyframing（關鍵影格）是電腦動畫中一種基礎且核心的技術。它的基本概念是，動畫師只需定義物件在時間軸上特定幾個關鍵點的狀態（如位置、旋轉、縮放、顏色等），而電腦軟體會自動計算並生成這兩個關鍵影格之間的過渡影格（in-between frames），從而形成流暢的動畫。

運作機制：

1. 設定關鍵影格 (Keyframes): 動畫師在時間軸上選擇特定的影格，然後設定物件的屬性（例如，在第 1 秒時物件在 A 位置，在第 3 秒時物件在 B 位置）。

本題旨在探討 3D 模型中的 Topology（網格拓撲）概念及其重要性。

Topology 指的是 3D 模型表面網格（mesh）的結構，也就是由頂點（vertices）、邊（edges）和面（faces）所組成的連接方式。它描述了多邊形如何互相連接，形成模型的整體形態。良好的拓撲結構對於模型的後續製作流程，如動畫、UV 展開、紋理貼圖、渲染等至關重要。

運作機制與重要性：

1. 頂點、邊、面: 3D 模型是由這些基本幾何元素構成。Topology 關注的是它們之間的關係，例如一個頂點連接了多少條邊，一個邊連接了多少個面，以及面的數量（通常為四邊形 Quads 或三角形 Tris）。
2. 四邊形 (Quads) 優先: 在 3D 動畫和模型製作中，通常傾向於使用四邊形網格。這是因為四邊形在進行變形（如動畫綁定、細分曲面處理 Subdivision Surface）時，能夠產生更平滑、可預測的結果，也更容易進行 UV 展開。三角形雖然是構成任何網格的基本單元，但在複雜變形時容易出現不連續或扭曲。

本題在於解釋 Hardware rendering（硬體渲染）的概念及其與軟體渲染的區別。

Hardware rendering 指的是利用電腦的圖形處理單元（GPU, Graphics Processing Unit）來執行渲染（rendering）計算的過程。GPU 專門為處理大規模並行計算任務而設計，特別擅長處理圖像和視覺數據，因此在渲染複雜的 3D 場景時，可以比 CPU（中央處理器）提供更快的速度。

運作機制：

1. GPU 加速: 傳統上，渲染計算主要由 CPU 負責（稱為 Software rendering）。但隨著 GPU 效能的提升，許多渲染任務可以轉移到 GPU 上執行。
2. 圖形 API: 軟體透過圖形應用程式介面（API），如 DirectX（Windows 平台）或 OpenGL/Vulkan（跨平台），將渲染指令和數據傳送給 GPU。
3. 並行計算: GPU 擁有數百甚至數千個核心，可以同時處理大量的像素和頂點數據，極大地加快了光線追蹤、著色、紋理映射等渲染過程。
4. 即時渲染 (Real-time Rendering): Hardware rendering 的主要優勢在於其速度，這使得即時渲染成為可能，例如在遊戲、互動式應用和某些即時預覽中。

本題旨在解釋 UV Texture mapping（UV 貼圖）的概念及其運作機制。

UV Texture mapping 是一種將 2D 圖像（紋理貼圖）應用到 3D 模型表面的技術。由於 3D 模型是三維的，而紋理圖像通常是二維的，因此需要一個「翻譯」的過程，將 3D 模型表面的點對應到 2D 紋理圖像上的點。這個過程就稱為 UV 展開與映射。

運作機制：

1. UV 坐標系: 在 3D 空間中，我們使用 XYZ 坐標系。在 2D 紋理圖像空間中，我們使用 UV 坐標系。U 軸通常對應於紋理圖像的水平方向（類似於 X 軸），V 軸對應於紋理圖像的垂直方向（類似於 Y 軸）。
2. UV 展開 (UV Unwrapping): 這是最關鍵的步驟。動畫師需要將 3D 模型表面的多邊形網格「展開」成一個 2D 平面，就像把一個紙盒剪開攤平一樣。這個攤平的 2D 圖像就是 UV 佈局（UV layout）。展開時，需要盡量減少拉伸和扭曲，並將相鄰的邊縫合起來，以避免在紋理應用時出現斷裂。

本題主要在於解釋 Rigging（骨骼綁定）的概念及其運作原理。

Rigging 是 3D 動畫製作中的一個關鍵步驟，特別是對於角色動畫。它指的是為 3D 模型（通常是角色）建立一套「骨架」和「控制器」，使其能夠被動畫師輕鬆地操縱和動畫化。簡單來說，Rigging 就是為 3D 模型「裝上骨頭」並讓它能「動起來」的準備工作。

運作機制：

1. 骨架建立 (Skeleton Creation): 首先，會在 3D 模型內部建立一套骨骼（bones）結構。這套骨架模擬了真實生物的骨骼系統，包含父子層級關係（如大腿骨是小腿骨的父骨，可以控制小腿骨的旋轉）。每個骨骼都有一個關節點（joint）或中心點，用於控制其旋轉和移動。
2. 蒙皮 (Skinning/Weighting): 這是 Rigging 中最複雜的部分。蒙皮是指將 3D 模型表面的網格（mesh）與骨架連接起來。具體來說，是為模型上的每個頂點（vertex）分配一個或多個骨骼的影響權重（weight）。當一個骨骼移動或旋轉時，與之相關權重較高的頂點就會跟隨移動或旋轉。這個過程確保了模型在骨骼運動時能產生自然的變形。
   • 權重繪製 (Weight Painting): 動畫師通常會使用專門的工具來繪製頂點的權重，以精確控制每個骨骼對模型表面 deformation 的影響範圍。例如，在角色手臂彎曲時，肘部附近的網格需要同時受到上臂骨和前臂骨的影響。

核心觀念

本題考查 3D 動畫製作流程中「前製、製作、後製」三階段的工作內容與先後依賴關係。

三階段定義如下：

• 前製（Pre-production）：確立故事、視覺風格、鏡頭設計與動態預演。
• 製作（Production）：將前製成果轉換為可播放的 3D 畫面，包括場景、角色、材質、動畫、特效、燈光與算圖。
• 後製（Post-production）：將算出的影格整合、修飾、調色、加入聲音或字幕，最後輸出成影片。

排序的核心原則是：

1. 先確定「故事與視覺方向」。
2. 再規劃「鏡頭與時間」。
3. 接著建立「3D 資產與場景」。
4. 再製作「動畫、特效、燈光」。
5. 最後進行「Rendering、Compositing 與 Final Output」。

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解題方法

判斷每個項目時，可先問三個問題：

1. 這個工作是在構思與規劃階段完成嗎？
2. 這個工作是否需要實際建立或製作 3D 畫面？
3. 這個工作是否是在算圖完成後進行整合與輸出？

依照這三個問題即可完成分類與排序。

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一、前製階段（Pre-production）

1. Story Development：故事發展

先確定作品的主題、劇情、角色關係、衝突與結局。故事尚未確定前，後續的鏡頭與動畫內容都無法穩定進行。

2. Visual Design：視覺設計

根據故事設定角色造型、場景風格、色彩、構圖方向與整體美術風格。這些設計會成為後續 Modeling、Texture mapping 與 Lighting 的依據。

3. Storyboarding：分鏡

將故事轉換成一連串鏡頭，安排畫面構圖、角色位置、視線方向、鏡頭運動與基本敘事節奏。

4. Animatic/Motion board：動態分鏡

將分鏡依照時間剪輯，加入暫時性的鏡頭運動、剪接節奏與聲音參考，用來預先確認影片長度與敘事是否流暢。

前製流程為：

$$\text{Story Development} \rightarrow \text{Visual Design} \rightarrow \text{Storyboarding} \rightarrow \text{Animatic/Motion board}$$

其中，題目中的 Animtic 應視為 Animatic 的拼寫簡寫或誤植；其意義是動態分鏡。

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二、製作階段（Production）

1. Layout：場面配置

依據 Animatic 建立正式 3D 鏡頭，確定攝影機位置、焦距、畫面構圖、角色站位與場景比例。Layout 是由 2D 分鏡進入 3D 製作的重要橋梁。

2. Modeling：模型製作

建立角色、道具、場景與環境的 3D 幾何模型。模型必須符合前製階段的 Visual Design 與 Layout 需求。

3. Texture mapping：材質貼圖

為模型指定顏色、圖案、表面細節與材質屬性，例如金屬、木材、玻璃、皮膚或布料。Texture mapping 通常包含 UV 展開、貼圖製作與材質設定。

4. Animation：動畫製作

依據分鏡與 Layout，製作角色動作、表情、物件運動與鏡頭運動。動畫必須符合 Animatic 所建立的節奏與鏡頭長度。

5. VFX：視覺特效

加入火焰、煙霧、雨、水、爆炸、魔法、粒子、毛髮或布料模擬等效果。VFX 通常需要依據已確定的動畫與鏡頭資料製作。

6. Lighting：燈光

設定主光、補光、輪廓光、環境光與陰影，控制畫面的明暗、氣氛、時間感與視覺焦點。

7. Rendering：算圖

將包含模型、材質、動畫、特效與燈光的 3D 場景，計算成一格一格的影像。Rendering 產生的是後續 Compositing 所需的影格或圖層素材。

製作流程為：

$$\text{Layout} \rightarrow \text{Modeling} \rightarrow \text{Texture mapping} \rightarrow \text{Animation} \rightarrow \text{VFX} \rightarrow \text{Lighting} \rightarrow \text{Rendering}$$

在實務製作中，Modeling、Texture mapping、Animation、VFX 與 Lighting 可能交錯進行。例如模型完成後即可先做材質，動畫與燈光也可能同步測試；但若以考試要求的主要依賴順序排列，上述流程最能表現完整的製作邏輯。

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本題旨在探討在一個投手投球的動畫動作中，如何運用經典的動畫法則來增強角色的表演張力與真實感。重點在於描述從瞄準到投出球的過程中，具體的動畫法則應用。

一個典型的投手投球動作，從準備、瞄準、加速、釋放，到最後的收尾，是結合了力量、速度、技巧和角色情感的複雜表演。以下是幾個關鍵的動畫法則應用，可以凸顯角色表演：

1. Timing (時機) & Spacing (間隔):

   • 瞄準階段 (Timing): 投手在瞄準時，動作會相對緩慢、穩定，給人一種專注和蓄勢待發的感覺。這需要較長的時機來表現。
   • 加速與投球階段 (Timing & Spacing): 隨著投球動作的加速，影格之間的間隔（Spacing）會越來越小，動作速度越來越快。特別是從揮臂到球釋放的瞬間，速度達到頂點，影格間隔極小。而球離開手後，雖然球本身速度快，但投手的身體在慣性下會繼續運動，這部分又會因為慣性而產生較大的影格間隔，表現出力量的釋放。
   • 角色情感: 透過精準的時機控制，可以表現角色的緊張、自信、疲憊或決心。例如，一個猶豫的瞄準，或是快速果斷的出球，都傳達了不同的情緒。

2. Anticipation (預備動作):

   • 揮臂前的準備: 在揮臂投球前，投手會有一系列預備動作，例如身體向後傾，手臂向後擺動，為接下來的爆發力積蓄能量。這個預備動作越充分，投球的力量感就越強烈。
   • 眼神的預備: 投手的眼神也會在投出前聚焦於目標，這是一種無聲的預備，加強了角色的專注度。

3. Squash and Stretch (壓縮與延展):

   • 身體的壓縮與延展: 在投球過程中，身體的重心會前後移動，腿部和核心的發力會產生身體的壓縮（如彎腰蓄力）和延展（如身體向前送出）。
   • 手臂的延展: 手臂在後擺和向前揮動時，也會有明顯的延展感，尤其是在達到最大揮動速度時。
   • 球的表現: 雖然球本身是剛體，但投球瞬間，手臂的快速揮動和手指的撥動，會讓球在離開手之前產生非常短暫的「形變」感，或者說，是手臂末端（手）的快速延展，將動量傳遞給球。

4. Follow Through (收尾動作) & Overlapping Action (重疊動作):

   • 身體的收尾: 球投出後，投手的身體並不會立即停止，而是會順著投球的慣性繼續向前，手臂也會自然地向前方擺動，這就是收尾動作。如果沒有收尾動作，投球會顯得生硬、缺乏力量。
   • 手臂與身體的重疊: 在整個投球過程中，身體的轉動、手臂的揮動、手腕的發力，這些動作並非同時開始和結束，而是有著時間上的重疊。例如，身體已經開始向前傾，手臂可能還在向後擺動，然後再向前加速。這種重疊動作讓動作看起來更自然、更有層次。

5. Arcs (軌跡):

   • 手臂的弧線: 手臂的揮動軌跡通常是優美的弧線。
   • 身體的弧線: 身體的重心轉移和傾斜也會形成一系列的弧線。

本題分為兩個部分：第一部分要求闡述對「好的動畫」應具備要素的個人見解，第二部分要求列出至少五種動畫表現的媒材類型。

第一部分：一部好的動畫該具備的要素 (個人見解)

我認為一部「好的動畫」應該是能夠在技術層面達到一定水準，同時在藝術和情感層面能打動觀眾，並留下深刻印象的作品。其核心要素包含：

1. 紮實的敘事與劇本 (Strong Narrative & Script):

   • 引人入勝的故事: 故事必須有清晰的結構、引人入勝的情節，能夠吸引觀眾的注意力並讓他們投入其中。
   • 豐滿的角色塑造: 角色應該有明確的動機、個性，並且能夠在故事中成長或展現出複雜的情感。即使是配角，也應有其存在的意義。
   • 清晰的主題與情感傳達: 優秀的動畫能夠透過劇情和角色，傳達出深刻的主題或情感，引發觀眾的思考與共鳴。

2. 精湛的視覺表現與美術設計 (Excellent Visuals & Art Direction):

   • 獨特的視覺風格: 無論是寫實、卡通、水墨還是抽象，好的動畫應有獨特且一致的視覺風格，能夠服務於故事和情感的表達。
   • 流暢且有力的動畫 (Animation Performance): 角色和物件的運動必須流暢、有節奏感，並且能夠準確地傳達角色的情感、意圖和力量。經典的動畫法則（如 Timing, Anticipation, Follow Through 等）的運用是關鍵。
   • 細膩的場景與氛圍營造: 場景設計、燈光、色彩運用等，都應共同營造出符合故事氛圍的環境，增強觀眾的沉浸感。

3. 情感連結與共鳴 (Emotional Connection & Resonance):

   • 觸動人心的情感: 好的動畫能夠讓觀眾在情感上產生連結，無論是歡笑、感動、恐懼還是悲傷，都能讓觀眾感同身受。
   • 角色代入感: 觀眾能夠在某個角色身上找到自己的影子，或理解角色的處境，進而產生共鳴。

4. 創新的精神與技術的成熟運用 (Innovation & Mature Technical Application):

   • 技術服務於藝術: 動畫的技術（如 CG、2D 動畫技術、特效等）應是為了更好地服務於敘事和視覺表達，而不是喧賓奪主。
   • 突破與實驗: 有些優秀的動畫作品能在表現手法、敘事方式或技術運用上有所創新，為動畫藝術開拓新的可能性。

5. 完整的整體性 (Cohesion & Completeness):

   • 各元素協調一致: 劇本、角色、視覺、音樂、音效等所有元素都應協調一致，共同服務於作品的核心理念。
   • 完整的觀影體驗: 從開頭到結尾，都能提供一個完整、令人滿意的觀影體驗。

第二部分：動畫表現的媒材類型 (至少五種)

動畫的表現媒材非常多元，以下列出至少五種：