计算机图形学在电影和动画中的应用

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1、计算机图形学在电影和动画中的应用计算机图形学在电影和动画中的应用计算机制作电影动画，是计算机应用发展的重要分支，也是计计算机制作电影动画，是计算机应用发展的重要分支，也是计 算机图形学研究的重要课题。本文主要总结了计算机动画的分算机图形学研究的重要课题。本文主要总结了计算机动画的分 类和原理，分析了当前计算机动画现状及存在的问题，同时展类和原理，分析了当前计算机动画现状及存在的问题，同时展 示计算机图形学在电影和动画中的创新和应用。示计算机图形学在电影和动画中的创新和应用。 【关键词关键词】计算机图形学计算机图形学 电影电影 动画动画 分类分类 原理原理 应用应用 1 1 引言引言 随着计算机

2、应用技术的迅猛发展，促进了一系列相关学科的发随着计算机应用技术的迅猛发展，促进了一系列相关学科的发 展。计算机图形学便是其一。展。计算机图形学便是其一。19631963年，美国人伊凡年，美国人伊凡 苏泽兰在苏泽兰在 麻省理工学院毕业论文课题是关于三维交互式图形系统，在此麻省理工学院毕业论文课题是关于三维交互式图形系统，在此 基础上发表了题目为基础上发表了题目为画板画板的博士毕业论文，的博士毕业论文， 这篇毕业论文是计算机图形学里程碑的标志，它的发表标志着这篇毕业论文是计算机图形学里程碑的标志，它的发表标志着 计算机图形学科正式诞生。计算机图形学它标志着计算机处理计算机图形学科正式诞生。计算机图

3、形学它标志着计算机处理 方式由处理符号系统转变为处理图形系统的方式，计算机图形方式由处理符号系统转变为处理图形系统的方式，计算机图形 学的出现，计算机处理方式可以部分地模拟现实图形和展现人学的出现，计算机处理方式可以部分地模拟现实图形和展现人 的右脑功能，因此计算机图形学的理论和实践具有划时代的意的右脑功能，因此计算机图形学的理论和实践具有划时代的意 义。义。 在计算机图形学发展和应用的过程中，最具震撼性和实用性的在计算机图形学发展和应用的过程中，最具震撼性和实用性的 就是电影动画技术。电影动画为计算机图形学提供了新鲜的血就是电影动画技术。电影动画为计算机图形学提供了新鲜的血 液，打开了新视角

4、，自然界的一切美丽景象都可以通过计算机液，打开了新视角，自然界的一切美丽景象都可以通过计算机 生动形象地再现构造宏观、微观世界。生动形象地再现构造宏观、微观世界。 2 2 计算机图形处理电影动画的分类计算机图形处理电影动画的分类 计算机图形处理电影动画是计算机图形学和电影艺术相结合，计算机图形处理电影动画是计算机图形学和电影艺术相结合， 并且相互促进的产物，计算机软硬件和图形图像算法高速发展并且相互促进的产物，计算机软硬件和图形图像算法高速发展促进了计算机图形学的突飞猛进。计算机电影动画技术将图形促进了计算机图形学的突飞猛进。计算机电影动画技术将图形 、图案和画面或者其中一部分显示在屏幕上，并

5、且按照一定规、图案和画面或者其中一部分显示在屏幕上，并且按照一定规 律或预定的要求在屏幕上移动、变换，从而使计算机显示出图律或预定的要求在屏幕上移动、变换，从而使计算机显示出图 形动态变换过程。形动态变换过程。 电影动画是运动中的艺术，运动的画面是电影动画的表现形式电影动画是运动中的艺术，运动的画面是电影动画的表现形式 ，运动是电影动画的要素，运动的表现形式，才促使了二维和，运动是电影动画的要素，运动的表现形式，才促使了二维和 三维动画的发展。计算机动画以其制作方法和表现特征的两种三维动画的发展。计算机动画以其制作方法和表现特征的两种 表现形式就是二维电影动画和三维电影动画。表现形式就是二维电

6、影动画和三维电影动画。 2.12.1 二维电影动画二维电影动画 传统的电影卡通动画，是大量的画片，每幅画片高速翻转以便传统的电影卡通动画，是大量的画片，每幅画片高速翻转以便 实现是连续播放多帧画面，每幅画面表述的是运动物体的若干实现是连续播放多帧画面，每幅画面表述的是运动物体的若干 个瞬间的定格，利用观看者在大脑内残留的瞬间视觉感觉而得个瞬间的定格，利用观看者在大脑内残留的瞬间视觉感觉而得 到运动的视觉感受。传统的电影卡通动画是先画出一头一尾两到运动的视觉感受。传统的电影卡通动画是先画出一头一尾两 个关键帧图画，然后在两个关键帧中间插入一些列图画画从而个关键帧图画，然后在两个关键帧中间插入一些

7、列图画画从而 生成中间一系列画。展现平面图形是计算机二维电影动画的一生成中间一系列画。展现平面图形是计算机二维电影动画的一 大特点，是对传统动画制作的继承和发展，制作时就像传统在大特点，是对传统动画制作的继承和发展，制作时就像传统在 纸上作画，通过计算机图形学复杂的算法将一些列计算机图画纸上作画，通过计算机图形学复杂的算法将一些列计算机图画 对象的移动、变形、变色等手法表现出传统电影动画运动的效对象的移动、变形、变色等手法表现出传统电影动画运动的效 果。果。 ANIMOANIMO是世界上最受欢迎的、使用最广的二维动画系统动画制是世界上最受欢迎的、使用最广的二维动画系统动画制 作软件，它是英国作

8、软件，它是英国CambridgeCambridge AnimationAnimation公司核心产品。公司核心产品。ANIMOANIMO向计算机图形设计者提供了灵向计算机图形设计者提供了灵 活的颜色模板创建、修改调色板和调整颜色的工具，这些功能活的颜色模板创建、修改调色板和调整颜色的工具，这些功能 有助于二维电影动画前期制作和影片后期合成方面都有独到的有助于二维电影动画前期制作和影片后期合成方面都有独到的 技术特点。技术特点。ANIMOANIMO虽然不是最专业的二维电影动画制作软件，虽然不是最专业的二维电影动画制作软件， 但是它具有更大的灵活性，软件独有的内部环境能够将二维电但是它具有更大的灵

9、活性，软件独有的内部环境能够将二维电 影动画和三维电影动画完美的结合起来。影动画和三维电影动画完美的结合起来。 ANIMOANIMO经常用于二维电影动画和真实场景的结合，经常用于二维电影动画和真实场景的结合，9090年代篮球年代篮球 运动球星乔丹和华纳动画人物共同主演的运动球星乔丹和华纳动画人物共同主演的空中大灌篮空中大灌篮，它，它 是将二维电影动画与三维电影动画真实场景完美结合的成功范是将二维电影动画与三维电影动画真实场景完美结合的成功范 例。例。ANIMOANIMO软件具有面向动画师设计的工作界面，在软件具有面向动画师设计的工作界面，在ANIOMANIOM软件软件 制作电影动画的同时，需要

10、一台高清扫描仪，底板动画图片上制作电影动画的同时，需要一台高清扫描仪，底板动画图片上 放在扫描仪内进行扫描，扫描后的画稿几乎保持了动画设计者放在扫描仪内进行扫描，扫描后的画稿几乎保持了动画设计者 原始动画图片的线条，原始动画图片的线条，ANIMOANIMO软件的快速上色工具提供了给图软件的快速上色工具提供了给图 画自动上色和自动线条封闭功能，并和软件的颜色模型编辑器画自动上色和自动线条封闭功能，并和软件的颜色模型编辑器 集成在一起，软件提供了不受数目限制的颜色数量和调色板种集成在一起，软件提供了不受数目限制的颜色数量和调色板种 类。三维电影动画中的阴影和灯光效果是最难转化为二维电影类。三维电影

11、动画中的阴影和灯光效果是最难转化为二维电影 动画的，动画的，ANIMOANIMO却可以将这些难点完美的结合在一起，具有多却可以将这些难点完美的结合在一起，具有多 种特技效果处理效果，包括动画的灯光效果、物体阴影变换、种特技效果处理效果，包括动画的灯光效果、物体阴影变换、 图片背景的模糊处理、拍摄的摄像机镜头的移动、波纹起伏波图片背景的模糊处理、拍摄的摄像机镜头的移动、波纹起伏波 浪震动的效果展现等等，并可与二维电影动画、三维电影动画浪震动的效果展现等等，并可与二维电影动画、三维电影动画 和实拍镜头进行合成处理。它所提供的可视化场景图画可以让和实拍镜头进行合成处理。它所提供的可视化场景图画可以让

12、 动画设计师在软件内只用几个简单的操作步骤就可完成比较复动画设计师在软件内只用几个简单的操作步骤就可完成比较复 杂的动画制作，提高了计算机二维电影动画制作的工作效率和杂的动画制作，提高了计算机二维电影动画制作的工作效率和 速度。速度。 2.22.2 三维电影动画三维电影动画 三维电影动画则是展示立体的图形，三维电影动画的制作过程三维电影动画则是展示立体的图形，三维电影动画的制作过程 就好像是在摄影棚中拍电影的景象：三维图像影像制作首先是就好像是在摄影棚中拍电影的景象：三维图像影像制作首先是 在布置摄像对象所处的位置、动画制作者规定其运动轨迹、并在布置摄像对象所处的位置、动画制作者规定其运动轨迹

13、、并 按照这个运动轨迹进行拍摄、各种灯光效果被制作者安排的妥按照这个运动轨迹进行拍摄、各种灯光效果被制作者安排的妥 当，摄影机可以布置在特定位置上或者也可根据拍摄内容设定当，摄影机可以布置在特定位置上或者也可根据拍摄内容设定 摄影机的推拉摇移摆动，最后利用计算机用图形算法计算出这摄影机的推拉摇移摆动，最后利用计算机用图形算法计算出这 个摄影机所见到的动态图像效果。个摄影机所见到的动态图像效果。 三维电影动画制作首先要创建物体模型结构，其次是让这些物三维电影动画制作首先要创建物体模型结构，其次是让这些物 体在空间内动起来，如变化图形、变化颜色、移动位置、旋转体在空间内动起来，如变化图形、变化颜色

14、、移动位置、旋转物体等制作手段。再通过打灯光等特效生成栩栩如生的画面。物体等制作手段。再通过打灯光等特效生成栩栩如生的画面。 计算机三维电影动画数据是在计算机内部自动生成的。计算机三维电影动画数据是在计算机内部自动生成的。 MAYAMAYA是美国是美国AutodeskAutodesk公司出品的世界顶级的三维电影动画制作公司出品的世界顶级的三维电影动画制作 软件，软件，MAYAMAYA软件功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极软件功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极 高，渲染真实感极强，是电影级别顶尖的制作软件。高，渲染真实感极强，是电影级别顶尖的制作软件。MAYAMAYA是电是电 影动画

15、前期制作软件，如果把这些三维电影动画有机的结合起影动画前期制作软件，如果把这些三维电影动画有机的结合起 来的话，就需要来的话，就需要HoudiniHoudini电影特效魔术师软件，该软件是电影特效魔术师软件，该软件是 SideSide EffectsEffects SoftwareSoftware公司的旗舰级产品，是创建高级电影动画视觉效果的公司的旗舰级产品，是创建高级电影动画视觉效果的 有效工具，因为它有横跨公司、跨平台的整个产品线的能力，有效工具，因为它有横跨公司、跨平台的整个产品线的能力， HoudiniHoudini MasterMaster为那些想让三维电影动画更加精彩的动画制作家们

16、提供为那些想让三维电影动画更加精彩的动画制作家们提供 了空前的能力和工作效率。了空前的能力和工作效率。 HoudiniHoudini的流程比较适合喜欢计算机编程的人，它的架构非常的流程比较适合喜欢计算机编程的人，它的架构非常 清晰。清晰。MAYAMAYA的许多操作是在视图中进行，而的许多操作是在视图中进行，而HoudiniHoudini用户更喜用户更喜 欢直接在节点网络（类似于欢直接在节点网络（类似于MAYAMAYA的的hupershadehupershade）进行所有操作）进行所有操作 。HoudiniHoudini的动力学也很不错，粒子、体积和毛发方面是优势的动力学也很不错，粒子、体积和毛发方面是优势 。HoudiniHoudini自带的渲染器自带的渲染器mantramantra比比MAYAMAYA自带的软件渲染器要强自带的软件渲染器要强 。MAYAMAYA的渲染需要依赖于其他渲染器（的渲染需要依赖于其他渲染器（mentalmental rayray，vrayvray），而）