第4章 计算机动画技术

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1、1,计算机动画是在传统动画的基础上引入了计算机图形技术，它不仅缩短了动画制作的周期，而且还产生了原有动画制作不能比拟的具有震撼力的视觉效果。计算机动画技术的广泛应用，使我们的世界发生了翻天覆地的变化。,第四章 计算机动画技术,2,4.1 计算机动画概述,4.2 计算机动画的设计方法,4.3 矢量动画制作软件,目录,3,4.1 计算机动画概述,4.1.1 什么是计算机动画,4.1.2 计算机动画的分类,4.1.3 计算机动画的应用,4.1.4 计算机动画的制作环境,4, 动画由多幅连续画面组成，当画面快速、连续地播放时，由于人类眼睛存在 “视觉滞留效应” 而产生动感。,什么是动画,4.1.1 什

2、么是计算机动画,5,最原始的动画,1831年，法国人约瑟夫 安东尼 普拉特奥(Joseph Antoine Plateau) 在一个可以转动的圆盘上按照顺序画了一些图片,6,动画的历史,1906年 美国人J斯泰瓦德（JSteward）制作了一部名叫“滑稽面孔的幽默 形象”的短片，非常接近现代动画概念,1908年 法国人Emile Cohl首创用负片制作动画影片，负片从概念上解决了 影片载体的问题，为今后动画片的发展奠定了基础,1909年 美国人Winsor McCay用一万张图片表现一段动画故事，这是迄今 为止世界上公认的第一部真正的动画短片,1915年 美国人Eerl Hurd创造了在赛珞璐

3、片上画动画片，再拍成胶片电影 的动画制作工艺，这种工艺一直沿用至今,1928年 美国人华特迪斯尼 (Walt Disney) 完善了动画体系和制作工艺，被 誉为商业动画影片之父，他把动画影片推向颠峰,今 天 动画本质没有多大变化，而动画制作手段却发生了巨大变化， 如：电脑动画、电脑特技动画,7,动画的构成规则,1) 动画由多画面组成，并且画面必须连续2) 画面之间的内容必须存在差异3) 画面表现的动作必须连续，即后一幅画面是前一幅画面的继续,8,全动画与半动画, 半动画 又名“有限动画”，为追求经济效益，6帧s的动画,1 2 3 4 5 6,9,传统动画,6) 上色人员为赛珞璐片上色, 传统动

4、画是怎样制成的,10,计算机动画, 计算机动画的发展,11,计算机动画是借助计算机技术生成一系列的画面，其中当前帧画面是对前一帧的部分修改，是采用连续播放静止图像的方法产生景物运动的效果。这里的运动泛指使画面发生改变的所有动作，比如放大、缩小、变形、旋转、颜色变化等。,计算机动画,12,由多帧连续图像组成的动画效果,13,计算机动画的特点,动画是指把一些原本没有生命（不活动）的东西，经过制作成影片并放映后，成为有生命的东西。因此，广义的动画包含了“剪纸片、木偶片”等艺术形式。在中国它们也被称为“美术片”或“卡通片”。它们最重要的特征有两点： 它们的影像是用电影胶片或录影带以逐格记录的方式制作出

5、来的。 这些影像的“动作”是利用设计者的想像和虚幻创造出来的，而不是原本就存在由摄影机记录下来的景物。,14,动画与运动是分不开的，可以说运动是动画的本质，动画是运动的艺术。以传统的电影胶片为例，动画是一门通过在连续多格的胶片上拍摄一系列单个画面，从而产生动态视觉的技术和艺术，这种视觉是通过将胶片以一定的速率放映的形式体现出来的。一般说来，动画是一种动态生成一系列相关画面的处理方法，其中的每一幅与前一幅略有不同。,计算机动画的视觉原理,15,电影中动画的播放速度是24帧/秒，画面中的情景是连续和流畅的。但仔细观看电影胶片会发现画面并不连续。只有以一定的速率把胶片投影到银幕上才有运动的效果，这种

6、现象可由视觉滞留原理来解释，即人眼所看到的影像会在视网膜上滞留十分之一秒。这是动画制作的主要理论基础。,16,4.1.2 计算机动画的分类,1. 按系统的功能强弱分为5级： 第一等级：只用于交互产生、着色、存储、检索和修改图像，由于不考虑时间因素,相当于一个图像编辑器 第二等级：实现中间帧的计算，并能使物体沿着某条轨迹运动，可代替人工制作中间帧。 第三等级：可以提供一些形体的操作(平移、旋转等)，同时也包括虚拟摄像机的操作(镜头推移、倾斜变化等),17,第四等级：提供了定义角色的方法，这些角色具有自己的运动特色。 第五等级：智能动画系统，系统可以自学习。 前四个等级的动画系统已有许多商品化的产

7、品问世，而智能动画系统正在研究中。现在又出现了一些新的研究方向，像人工生命、虚拟生物等。,18,2. 按运动的控制方法分为关键帧动画和算法动画： 关键帧动画是通过一组关键帧或关键参数值得到中间的动画帧序列。二维形状插值插值关键帧本身关键参数插值插值物体模型的关键参数值 算法动画又称模型动画或过程动画，是采用算法实现对物体的运动控制或模拟摄像机的运动控制，一般适用于三维动画。 运动学算法 动力学算法 逆运动学算法 逆动力学算法 随机运动算法,19,3. 按动画制作原理分为二维和三维动画： 二维动画(计算机辅助动画)：用来实现中间帧生成，即根据两个关键帧生成所需的中间帧(插补技术)。从功能上看，属

8、于第二等级。 三维动画(计算机生成动画)：是采用计算机技术来模拟真实的三维空间，从功能上看，属于第三、四等级。 计算机动画真正具有生命力是由于三维动画的出现，它与二维动画相比有一定的真实性，同时与真实物体相比又具有虚拟性，二者构成了三维动画所特有的性质，即虚拟真实性。,20,4.1.3 计算机动画的应用,21,1.影视与广告 主要用于制作电视广告、卡通片、电影片头和电影特技等。 影视广告：计算机动画可制作出神奇的视觉效果，以取得特殊宣传效果和艺术感染力。 玩具总动员：没有真人演员表演故事片，这部长达77分钟的影片全部由计算机动画和计算机合成图像组成。 侏罗纪公园：是计算机动画在影视制作中的得意

9、之作，曾获奥斯卡最佳视觉效果奖。,22,2.科学计算与工程设计 科学计算可视化：通过计算机动画以直观的方式将科学计算过程及结果转换为几何图形图像显示出来，便于研究和交互处理。 工程设计：工程图纸设计完后，指定立体模型材质，制作三维动画。如建筑行业中楼房建筑的透视和整体视觉效果。,23,24,25,26,27,3.模拟与仿真 计算机动画技术第一个用于模拟的产品是飞行模拟器，它在室内就能训练飞行员模拟起飞和着陆，飞行员可以在模拟器中操纵各种手柄，观察各种仪器以及在舷窗能看到机场跑道和山、水等自然景象。 在航天、导弹和原子武器等复杂的系统工程中，先建立模型，再用计算机动画模拟真实系统的运行，调节参数

10、，获得最佳运行状态。,28,29,4.教育与娱乐,多媒体教学：计算机动画为教师改进教学手段、提高教学质量提供了强有力的工具。,娱乐：利用计算机动画产生模拟环境，使人有身临其境的感觉。,5.虚拟现实技术,虚拟现实是利用计算机动画技术模拟产生的一个三维空间的虚拟环境。人们可借助系统体提供的视觉、听觉甚至嗅觉和触觉等多种设备，身临其境地沉侵在虚拟的环境中，就像在真实世界中。,30,硬件配置,图形工作站或多媒体电脑 高速CPU 足够大的内存 大量的硬盘空间,1, 特殊的输入输出设备，如 扫描仪、摄像机、视频卡等,4,4.1.4 计算机动画制作环境,31,Animator Pro 平面动画制作软件。用于

11、制作帧动画，绘制功能强,Animation Studio 平面动画处理软件。用于加工帧动画，处理能力强,Flash MX 网页动画软件。用于绘制帧、矢量动画，可添加声音,WinImage: morph 变形动画软件。根据首、尾画面自动生成变形动画,GIF Construction 网页动画软件。把动画和图片序列转换成网页动画,3D Studio Max 三维动画制作软件。用于制作三维造型动画,Cool 3D 三维文字动画软件。用于制作帧动画、视频,Maya 三维动画制作软件。用于制作动画片、广告、电影等,Premiere 动画视频处理软件。用于处理视频、广告、电影等,软件配置,1.系统软件 操

12、作系统、高级语言、诊断程序等2.动画软件,32,3D Studio MAX动画软件： 3DS MAX是美国Autodesk公司在PC机上开发的实体造型、真实感显示和动画制作软件。 版本：1.0/2.0/2.5/3.0/3.1/4.0/4.2/5.0/7.0,33,Softimage动画软件： Softimage是加拿大Softimage公司开发的一套三维动画软件，它已被广泛应用于电影、电视和广告制作等领域。 曾轰动一时的侏罗纪公园中栩栩如生的恐龙形象的动作，就是该软件设计制作的。 该软件系统包括五个模块： Model(造型) Matter(材质) Motion(运动) Tools(工具箱) A

13、ctor(演员系统),34,计算机动画是高科技与艺术创作的结合，它需要科学的设计和艺术的构思，这些在制作之前的方案性思考，称为创意，是动画的灵魂。 创意有宏观和微观两个层面。 宏观(战略创意)：指整个设计行动的统筹安排(战略策划高度)。 微观(战术创意)：指具体动画作品的意境构思及手法选择(小点子、小安排)。,一、计算机动画创意的概念,4.2 计算机动画的设计方法,35,创意技巧 创意不会凭空而来，需要各方面知识的积累。技巧：拟人反向夸张判断标准： 创意独特、立意新颖 主题突出、构思完整 情节合理、定位准确,36,1.动画时间分配的技巧 动画的时间：动作需要多少帧完成（放映速度固定） 飘动的旗

14、帜：6帧 雪花：3种，两秒 急速跑步：4帧 快跑动作：8帧 慢跑：12帧 大象：1-1.5秒 猫：0.5 秒 老鹰：9帧 小麻雀：2帧,二、动作的设计与创意,37,2.自然物体规律及设计 旋转物体：当物体抛向空中时，其重心沿抛物线运动，到顶点时速度减慢，下降时速度加快 强调运动：为了强调运动，有时要加入一些视觉效果。 如开枪射击时枪管突然后退，射击本身是通过很强烈的猛推效果和随枪管再冲向前时一股较慢的喷烟在视觉上展现的。,38,振动物体： 快速振动 弹簧片的震动 柔性振动 旗帜的飘动,39,3.动物动作规律及设计 鸟类：鸟越大，动作越慢 鸟越小，动作越快 翅膀越大，鸟躯干上下运动越明显,40,昆虫：昆虫翅膀的扇动速度远远快于普通鸟类，利用翅膀模糊技术（如蜜蜂）。设计时应先勾勒出路线。,41,兽类：四条腿的兽类在运动时，必须注意前腿动作如何与后腿动作相配合。如牛的右前腿向前时，右后腿在后；在右前腿向后时，右后腿向前。,