计算机软件技术在科普类信息图形动画中的运用

杨柳燕 安娜

（鲁迅美术学院传媒动画学院，辽宁 大连 116650）

近年来，中国科学素质建设取得了显著成绩，但仍然存在一些问题和不足，如全民的科学素质有待提高、科学理性的社会风气不够、科普传播力度不够等[1]。为提升大众的科学素质，建立起自主创新人才大军、实现科技成果转化，加强科普推广仍然是一项重任。

在信息整合与科学知识传播方面，传统意义上的科普宣传片还是具有局限性。数字媒体不断发展，受众在移动化碎片式的阅读中更喜欢动态的传播方式。而科普类信息图形动画作为新兴的传播载体，将繁冗枯燥的科学知识通过动画的、图形化的形式更加生动有趣地展现出来，能够满足大众的精神需求。然而，中国的科普类信息图形动画尚在发展阶段，在制作技术和作品质量上有很大进步空间。计算机软件技术则因为其自身的数字化和技术性，与科普类信息图形动画有机结合，为探索更有质量和趣味性的作品提供了有效帮助。

1 科普类信息图形动画

1.1 科普类信息图形动画的概念

在《科普资源的概念与内涵》一文中，科普被定义为将科学知识、方法、思想和精神，采取公众易于理解、接受、参与的方式向社会公众传播，为公众所理解和掌握[2]。科普一词最早出现于20世纪40年代并被广泛使用。随着数字媒介发展的日趋成熟，信息图形动画作为一种新的传播媒介，以信息设计为基础的同时结合了传统动画的运动规律、平面图形设计以及电影视听语言，以一种非叙事、非具象的视觉表现形式与科普知识结合，直观简洁地展现信息和数据内容。在传播过程中使其更具有效率性、趣味性和便捷性，形成突出的优势。换言之，科普类信息图形动画是科学知识和信息图形动画相结合，并精准、快速地呈现科普知识给大众，以此达到高效科普的一种形式。

1.2 科普类信息图形动画的形成与应用

从早期的科普讲座到现如今的科普动画形式，媒介的不断演变促使了科普信息的快速传播。在数字与信息化时代，科普类信息图形动画将科普的识别性、传递性发挥最大作用，使大众获取信息更加便捷、富有趣味性。同时，在兼具科学严谨性和艺术趣味性的情况下，科普类信息图形动画提高了科普知识的普及率和传播效果，其主要特征是通过视觉化的信息、图形和数据的形式向大众传递科学知识。例如：国外大众所熟知的《Minute Earth》，是由美国创作团队在YouTube视频网上传播的，关于地球、生物、生态等趣味性科普类信息图形的动画短片。又如国内曾掀起浪潮的《飞碟说》，通过诙谐有趣的解说，对社会各种热门话题进行科普。

科普类信息图形动画在各个领域应用非常广泛，涉及教育类、医学类、热点社会话题类以及其他公共场所等。例如在教育类科普领域中，以教育为核心主题的科普类信息图形动画短片《TED-ED》，通过计算机软件技术将科学知识以简洁易懂、生动有趣的数字图形以及清晰的逻辑结构的方式展现出来。短短几分钟，不仅获取了科学知识、满足了大众的审美需求，而且也提升了科普的传播性和普适性。在信息复杂繁琐的社会中，设计者结合计算机软件技术让科普类信息图形动画更加精准、生动、高质量以及更全面地传播，形成科学理性的社会氛围，提升大众的科学素养和审美需求。

2 计算机软件技术在科普类信息图形动画中的静态设计

如今，随着计算机软件技术的普及，各类软件应用深入工作和学习生活的各个方面。计算机软件技术主要包括计算机自身的系统软件技术和计算机应用软件技术[3]。相对于系统软件来讲，计算机应用软件主要是针对实际中产生的问题而开发设计的软件，如绘图软件、办公软件等。科普类信息图形动画在制作上与计算机应用软件技术相结合，解决人工绘制的一些难题。计算机软件技术的运用，如Excel、Photoshop、Illustrator软件等，在科普类信息图形动画的静态设计方面能起到很好的辅助作用，不仅能够缩短动画的制作时间，还能优化整体的创作流程、提升作品的艺术效果，为大众提供更准确的科学知识。

2.1 信息架构建立

美国建筑师查德·沃尔曼在20世纪70年代中期提出了信息架构的概念，旨在帮助人们成功地发现和管理信息，实现信息合理化认知[4]59-61。想要建立起一个完整合理的信息框架结构、发现并挖掘背后的知识与真相，信息收集和数据转换分析这一块就显得尤为重要。

计算机软件技术在数据处理方面不断提升，能够更好地推进信息架构的建立。例如Excel软件能够对收集的数据进行整合、归类和分析，去除不必要的信息，建立数据分析的峰值和谷值，选取能有效表达科普主体内容的关键信息。因此，在科普类图形动画前期资料收集中，设计者通常结合计算机软件技术建立一个整体的信息框架结构，并且对这些信息做一个层级规划，包括主要信息和次要信息。通过软件的数据处理来降低信息的筛选难度，提高工作的时效性。作品《垃圾分类绿色中国》前期资料的研究思路中（图1）使用了思维导图软件，将科普信息图形动画中的制作思路作了整体架构。在信息架构层级中细分了数据搜集、信息整合、文案构思层级。之后，依据搜集的数据内容，通过数据分析工具Excel软件来进行汇总分析。利用数据透视表工具，将“2015-2020年中国生活垃圾回收利用率测算推演情况”中蕴含的信息（如“生活垃圾清运量”“生活垃圾处置量”“处置占比”等不同的年份产生的数据）建立数据透视表，通过选择字段的方式或者切片器功能，能够快速显示符合条件的数据。

图1 《垃圾分类绿色中国》前期资料的研究思路

综上，通过前期建立合理的信息逻辑层级框架，结合计算机软件技术实现信息和数据整合的高效性，能够为后面信息视觉转化的效果提供有效帮助。

2.2 信息视觉转化

视觉转化是运用视觉化描述的形式将抽象的信息转化为可读取的视觉化语言符号[4]66。科普类信息图形动画中的信息视觉转化，通常指从数据和文本内容中提取可视觉化的关键信息，或运用计算机软件技术来辅助分镜设计，以达到一个更好的视觉效果。

在提取可视化信息方面，首先，计算机软件技术运用自身算法的特点，通过导入所需的信息数据，即刻自动生成各种标准的图式。例如：Tableau数据分析软件中，通过拖拽数据到对应的图表，能够实时生成大量不同种类的图表与趋势线，如点状图、树状图以及各种图形组合等，并且这些图表可根据对应数据的变化而变化。其次，利用计算机软件技术将提取的图表元素信息组织起来，并深入地挖掘信息与视觉转化之间的逻辑关联，起到传递重要信息的作用。之后，提取文本内容中能够准确传递文字信息的视觉元素，进行图形、色彩、文字设计，利用Illustrator矢量图形绘制软件，把重要的视觉元素信息安排在画面的视觉中心位置，通过排版布局达到在转化过程中对信息有逻辑引导和明确传递的目的。

在计算机辅助分镜设计上，使用Illustrator软件中的钢笔路径绘制工具进行扁平化矢量图形绘制时，通过添加辅助线、曲线以及改变描边的颜色形状，能够满足大量分镜设计的绘制工作。除此之外，利用图像描摹功能，通过导入原始图稿对其进行图像描摹之后再扩展，可以快速将位图转化为可编辑的矢量图形。利用Illustrator软件中的排版布局方式，对画面的图形、文字、数据进行布局，以便形成合理、清晰、有视觉焦点的分镜画面，降低大众对信息获取的难度。《垃圾分类 绿色中国》作品分镜图中（图2），首先，在静态元素设计过程中，对每个分镜头脚本里隐含的视觉信息，即“现代城市飞速发展”“各个国家垃圾焚烧情况”“有害垃圾”“呈现出三增一减状态”进行了平面化与图形化处理，通过使用Illustrator软件中的钢笔路径工具、几何图形工具和形状生成工具，将“房子、车、电池、药丸、垃圾桶”等需要的元素绘制出来，使呈现的信息更加形象直观。运用蒙版工具把各国国旗的图标与圆形进行组合，用圆条形状的长短来表达“各个国家垃圾焚烧情况”的数值。其次，在色彩方面，采取灰色为主题色，结合粉红、蓝色、绿色等颜色来搭配整个画面。运用Illustrator软件中的实时上色工具，选择需要上色的图形元素，将填充设置成需要的颜色进行实时上色，缩短色彩填充所需要的时间。再者，通过Illustrator软件中的文字工具，对文字的大小、字体样式进行设计，并合理安排画面中图形元素和文字的位置关系。最后，利用画板工具建立多个画板，将绘制好的镜头进行排序，顺理每个镜头之间叙事的连贯性。

图2 《垃圾分类绿色中国》作品分镜图

综上所述，通过使用计算机软件技术的自身算法以及结合绘图软件中的图形绘制和排版工具，降低画面绘制的难度，将可视觉化的关键信息以分镜的形式呈现，既加深了大众对信息的理解，也对整个科普类信息图形动画的信息传达起着至关重要的作用。

3 计算机软件技术在科普类信息图形动画中的动态设计

动态设计是指元素通过设计实现从静态到动态运动变化的图形结果[5]。动态设计依托于计算机软件技术，在具体的动态制作过程中，主要运用如After Effects、Flash、Cinema 4D等软件技术来完成动态表现；通过基本的元素组合构成，提升动态的节奏韵律与视听上的和谐美。在科普类信息图形动画中，通过动态构成添加动态效果来丰富画面，提高大众的注意力，而在动态转场的引导下，观众对信息的获取更加清晰明确。通过视听配合，实现信息快速传播的作用效果。

3.1 动态构成

科普类信息图形动画中的动态构成，旨在利用计算机软件技术对动态元素之间的缩放、形变、旋转、位移、配色等进行组合构成。形成动态位置上的有序运动和无序运动、运动状态上的跟随与游离、运动趋势上的聚拢或四散[6]，促使画面结构更具有空间感，信息逻辑更具有主次层级，图形元素更具有动效化，从而让科普类信息图形动画更加吸引观众眼球。需要注意的是，过度的动态构成使用会造成视觉上的混乱，影响信息的识别度，引起心理上的反感。因此，动态元素组织构成中需要注意动态层级的主次关系，并利用计算机软件技术进行有机地叠加。

科普类信息图形动画使用After Effects软件来制作动态，其绝大部分都是基于图层的操作，如变换位置、旋转、缩放和不透明度等的基本属性，丰富动态构成的画面效果。通过导入原始素材，利用图层的基本属性和关键帧进行动态构成的编辑，有次序的叠加动态，以此达到画面流畅的效果。而在工程量巨大且繁杂的情况下，设计者可以利用After Effects中的表达式和脚本来辅助工作的完成。

After Effects的表达式和脚本是在JavaScript脚本语言的基础上编写的，在使用中又有各自的特点[7]。例如在位置上中输入简单的表达式wiggle（10，20），通过两个值自动控制位置的摆动频率和振幅，无需手动关键帧即可生成动效。另外还可以输入多语句的表达式，与其他属性建立联系。但由于表达式实现的功能相对单一，大量的表达式运用会加重系统资源的负荷，导致软件卡顿甚至崩溃，具有局限性。

相反，After Effects脚本在功能上比表达式更轻便快捷，并且拥有独立用户界面，设计者可通过编辑对象和添加属性，无需重复运算属性值，还能减少软件卡顿和崩溃的情况发生。如在作品《垃圾分类 绿色中国》的动态制作过程中（图3），时间线面板中的关键帧起着至关重要的作用，关键帧决定了整个动画的运动方向、流畅度等。在After Effects软件中，关键帧是时间轴上添加的一个点，它记录了图层当前的位置信息，通过调整图层属性，能够使动态元素有时间和属性上的变化。首先把游标放到时间轴上的其他位置，之后直接调整图层的属性参数值，如位置、缩放、旋转等，形成有参数值变化的关键帧，达到基础的、有动态变化的效果。其次，通过曲线工具改变不同类型的关键帧，如调整曲线工具中的缓入缓出关键帧，打破普通关键帧中的匀速运动规律，建立有速度大小变化的运动效果。再次，结合“Motion 2”脚本工具，通过添加多种动态效果，既能够快速建立图层属性关键帧，又能生成合理的、有节奏韵律的动态构成。例如“CLONE”克隆，可以大量复制关键帧，缩短手动关键帧所需要的时间；“BURST”爆炸能够实现不同的爆炸效果；“EXCITE”弹性工具，选取“形状图层4”中的“位置”属性里的头尾关键帧，点击“EXCITE”即可直接生成符合逻辑规律的弹性动画。最后，利用图标编辑器调整关键帧中的速度曲线变化，使动态元素更加丰富有节奏。

图3 《垃圾分类绿色中国》动态制作过程

综上所述，通过结合After Effects中图层的基本属性、表达式以及脚本的使用，有规律地增加动态效果，让画面更加生动灵活。这样不仅能有效地帮助设计者在动态制作中节省大量的动态调整时间，还能提高作品的动态画面质量，创造出更多意想不到的效果。

3.2 动态转场

动态转场是指各个镜头之间的连接点，影响着整个画面节奏、叙述的连贯性。动态转场不仅是镜头之间的切换，同时也是故事内容之间的连接。在动态转场制作中，需要根据画面中的信息传达、节奏和情绪的走向来进行合理的转场，随意的使用反而会干扰整个作品的表达，不利于观众对信息的获取[8]。因此，设计者需要充分考虑每个镜头之间的衔接与过渡。在科普类信息图形动画中，通过利用计算机软件技术中的多样化转场，如正负图形、变形、元素过渡等效果进行画面内容的衔接，以此保证叙事的流畅性和画面的趣味性。

在动态设计中，使用After Effects软件自带的转场预设来衔接镜头之间的关系，例如《垃圾分类 绿色中国》作品中（图4），在效果栏的添加“线性擦除”效果，调整“过渡完成”“擦除角度”等属性值，使画面流畅地转到下一个镜头。除此之外，利用无技巧转场能够让作品的镜头与镜头之间的衔接更加连贯自然。比如遮挡转场，通过一个元素遮挡住屏幕再移出屏幕，实现两个镜头的自然过渡，在作品中，利用多个“点”元素出现并放大化来遮挡“日本城市街道”的镜头，之后在画面中心出现下一个镜头，以此形成自然过渡的效果。在创作实践中，设计者还可以不断挖掘和创新各种有趣的转场效果，合理利用转场效果，让整个作品的叙事表现得更加生动有趣。

图4 《垃圾分类绿色中国》动态转场

3.3 视听配合

视听配合是科普类信息图形动画中不可或缺的组成部分。视听配合包含了视觉语言和听觉语言，两者相辅相成共同推动作品叙事的发展，使画面更具视觉美感且传达更多的信息。在视觉语言中，运用色彩、点线面与构图[9]172来表现科普类信息图形动画的画面，结合镜头展现整个作品的核心内涵，观众通过画面视觉效果来了解作品内容、获取知识。因此，需要充分理解画面的内容，合理构思和布局镜头景别、运动变化以及画面构图，结合计算机软件技术来弥补作品中的不足之处，通过镜头水平、上下、推拉运动等变化来呈现画面效果。在《垃圾分类 绿色中国》镜头变化中（图5），利用中景镜头来阐述“垃圾分类的意义”积极正面的效果；其次是通过镜头的拉伸全景来表示“绿色中国，和谐生活”的广阔视野；之后，利用镜头的放大特写来表达“《垃圾分类 绿色中国》的文字标题呈现内容中心思想，通过穿插各种不同景别的使用来丰富画面镜头内容。在镜头运动期间，由固定镜头到推镜头到拉镜头再到推镜头，有一定的运动变化，使画面运动有节奏规律。

图5 《垃圾分类 绿色中国》镜头变化

除此之外，镜头中的画面构图也是使作品富有视觉张力和吸引观众的视觉表达方式。科普类信息图形动画中的画面构图是以排版、图形、透视来叙述作品的内容，通过文字和图形的组合来构成有空间感的画面[9]172。利用极简平面的图形元素和文字元素符号来吸引观众眼球，或是通过提炼复杂的数据元素，将其转化为通俗易懂的图表形式呈现给观众。如《垃圾分类绿色中国》作品中，通过文字和图形元素的点线面组合，将画面放置位置中心，形成了有艺术视觉美感的画面效果。

在听觉语言中，声音的选择不仅决定着整个作品的基调，而且影响着科普类信息图形动画的整体风格。在科普类信息图形动画中，通常选取声音中的解说、音乐和音效元素来传达作品信息。在解说中，往往采取简练的语言或是通俗化的语言来主导画面内容，这样能够提升大众对信息获取的敏感度[10]。除此之外，音乐和音效也影响着作品内容的表达。设计者使用计算机软件技术中的音频软件，提前了解和感知音乐并进行剪辑编排，视觉画面中线条、形状、人物等元素往往配合着音乐的节奏来呈现。

后期剪辑合成过程是作品的再创作过程，前期精心设计好镜头的时间和连接关系，后期通过采取先剪后接的方式，设计者需要领会作品所传达的信息，有机结合画面和声音，利用Premiere pro软件中的切片工具有效地对作品进行调整润色。对视觉画面进行剪裁与衔接，在剪辑之间添加过渡效果以便从一个剪辑顺畅过渡到另一个剪辑，形成结构严谨、表达生动流畅、有节奏韵律的画面效果，配合声音的节奏鼓点，掌握比例和平衡，达到视听同步的节奏韵律美。

基于上述论证，通过视觉和听觉的配合，一方面使画面有无限的表现空间，提升科普类信息图形动画的创作质量；另一方面大大提高大众获取信息的维度，使科普的传播效率更广、普适性更高。

4 结论

计算机软件技术在数据处理、节省制作成本、提升制作效率等方面为科普类信息图形动画的整体制作带来巨大的优势。同时，计算机软件技术也使得科普类信息图形动画的篇幅更短小、承载的信息量更大、内容更精致、传播效果更好。因此，作为科普类信息图形动画创作者，应充分结合计算机软件技术的优势特点，通过信息架构的建立、信息视觉的转化更好地实现科普信息传达和数据归纳的高效性；而动态构成、动态转场、视听配合结合计算机软件技术能够整合动态画面的节奏韵律，达到视听上的和谐美，把握好信息的归纳、清晰的逻辑传达、明确的科普内容，将科普信息更好地呈现给大众，为提升大众科学素养、推动全民科普发展作出贡献。