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1、计算机图形学课程设计计算机图形学课程设计文献综述报告题目：计算机动画的发展与应用 学院：同济大学电子与信息工程学院专业：计算机科学与技术学号：099910姓名：耿康康2011 年 7 月文献综述报告计算机动画的发展与应用一、 何为计算机动画在讲述计算机动画之前我们有必要先了解一下什么是动画，所谓动画也就使一幅图像“活”起来的过程。使用动画可以清楚的表现出一个事件的过程，或者是展现一个活灵活现的画面。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数率放映体现出来的.实验证明:动画和电影的画面刷新率为 24 帧/s,即每秒放映 24
2、幅画面,则人眼看到的是连续的画面效果.另外在大美百科全书中的对动画的解释是这样的：动画艺术又称为动画电影，系利用单格画面拍摄法，经由画家特殊的技巧表现而摄制完成的影片，其内容包括：卡通动画、剪纸动画、木偶动画及特殊的合成影片。而在Wikipedia（维奇百科）中则这样论述道:Animation is the rapid display of a sequence of images of 2D or3D artwork or model positions in order to create an illusion of movement. It is an optical illusion
3、 of motion due to the phenomenon of persistence of vision, and can be created and demonstrated in a number of ways. The most common method of presenting animation is as a motion picture or video program,although several other forms of presenting animation also exist.(动画是一系列二维图画或三维作品或模型的快速播放， 目的在于创造运
4、动的幻象。他是基于视觉暂留的运动视觉幻象，并且可以通过多种形式产生、呈现。动画呈现的最主要途径是作为运动的画面或者视频节目， 当然很多其他形式的呈现方式也同样存在)。知道了动画，下面我们看一下传统的动画是如何制作的。传统动画的制作, 首先由经验丰富的动画设计者画出动画系列中的关键画面, 然后由辅助的动画设计者和他的助手画出那些位于两个关键画面之间的画面, 要求这些画面必须符合指定的动作时间, 让动作看起来自然流畅。这些画面还都是铅笔图稿,为了初步测定造型和动作, 将这些图输入动画测试台进行测试, 这一过程叫做铅笔稿测试。测试通过后再把铅笔稿图手工描在透明片上, 或用照相制版的方法印在透明片上,
5、 接着给各幅画面在透明片上涂上各种颜色的颜料, 这工作需要耐心和准确, 透明片要有良好的透明度。经过严格的动作质量检查后才能在动画摄制台上进行拍摄。在拍摄之前还要有一个由导演编制的拍摄进度层次和时间的规划表。动画摄影师把动画系列通过拍摄依次记录在胶片上。最后再对胶片进行编辑、剪接对内配音、加字募等后期制作工序。由此我们可以看出, 传统的动画制作过程是一个非常复杂而费时的过程。而计算机动画则是通过计算机采用图形与图像的处理技术,它是伴随着计算机硬件和图形算法高速发展起来的一门新技术，计算机动画技术的主要研究内容包括几何建模、真实感图形以及运动生成与控制等。这样复杂的计算机动画就可以通过计算机和动
6、画软件制作，省去了大量的人力、物力资源，仅通过计算机就可以制作出优秀的动画作品。对比可知，计算机动画在现代动画产业中必将大放异彩。二、 计算机动画的发展1. 发展史计算机动画的发展历史经过了 60 年代的初创期、70 和 80 年代的发展成熟期以及 90 年代到现在的批量生产期。早期的计算机动画是 60 年代中期通过程序语言编写的，艺术家很难介入，从而动画比较粗糙。如贝尔电话实验室的肯克劳尔顿开发的 BEFLIX 语言，该语言可以直接处理 8 个灰色级三位 252*184 像素的矩阵，他通过发射电子信号波导致图像畸变。后来克劳尔顿编写了 EXPLOR，以光栅扫描的格式存储图片。70 到 80
7、年代，随着个人计算机的发明，更多的艺术家能够利用计算机进行创作。星球大战就是这个时期的作品，在这部影片中计算机参与了摄影机的运动控制，并且操纵宇宙飞船模型的运动轨迹，把宇宙空间逼真地展现在人们眼前，使得观众如同亲身游历在太空中。90 年代是图形图像的实用化时期，许多高分辨率三维彩色活动图形图像在各类应用领域出现，如电话会议、视频点播和影视制作等。此外动力仿真技术、三维仿真演员系统、面向目标的动画也在这个时期相继完成。2. 发展的里程碑60 年代: 二维计算机辅助动画系统 ( MSGEN 系统(加拿大),CAAS 系统(美国)）70 年代: 三维图形与动画的基本技术的开发;一小批领导三维动画与图
8、像的公司的出现;一些三维可明暗着色的系统的完成;80 年代: 优化 70 年代出现的模型和阴影技术;康奈尔大学（辐射度方法），JPL 实验室(运动动态),加利福利亚大学(样条模型), 多伦多大学(过程技术), 俄亥俄洲立大学(人物分级动画与逆向运动学),蒙特利尔大学(人物动画与嘴唇同步),东京大学(气泡表面模型技术),广岛大学(辐射度与灯光)Alias Animator(加拿大), Softimage(美国)Wavefront(美国), Explore/TDImage(法)90 年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统自主动画(面向目标的动画)3. 计算机动画分类及制作二维动画（2D anim
9、ation）二维动画即是平面上的画面。纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实三维空间效果。二维动画中计算机的作用:输入和编辑关键帧，计算和生成中间帧，定义和显示运动路径，交互给画面上色，产生特技效果，实现画面与声音同步，控制运动系列的记录等。三维动画(3D animation)在各类动画当中，最有魅力的当属三维动画。二维动画可以看作是三维动画的一个分支，它的制作难度以及对电脑性能的要求都远远低于三维动画。其实三维动画（3D动画）是相对于二维动画（2D动画）而言的，因为其采用的立体空间的概念，所以显得更真实，而且对空间操作的随意性也比较强，更容易吸引人。三维动
10、画就是通过计算机用特殊的三维软件建造物体模型，把模型放在这个三维空间的舞台上，从不同的角度用灯光照射，然后赋予每个部分动感和强烈的质感得到的效果。三维动画技术可以说是电脑动画技术中的一大难题，因为这需要非常强大的软件和运算能力极强的硬件平台。当然，它所带来的视觉效果也是无可比拟的。当侏罗纪公园、第五元素、泰坦尼克号这些影片中逼真的恐龙、亦真亦幻的未来城市和巨大的“泰坦尼克号”让人沉浸在现代电影所营造的“真实”世界里时，你可知道创造了这些令人难以置信的视觉效果的幕后英雄是众多的三维动画制作软件和视频技术制作软件。好莱坞的电脑技术师们正是借助这些非凡的软件，把他们的想像发挥到极限，也带给了我们无比
11、的视觉享受。三维动画的制作技术三维动画建立在数字技术为核心的基础上，依赖CG技术，通过电脑强大的运算能力来模拟现实，建模、运动、渲染是制造三维动画的基本制作流程。三维动画是通过计算机用特殊的三维软件建造物体模型，把模型放在这个三维空间的舞台上，从不同的角度用灯光照射，然后赋予每个部分动感和强烈的质感行到的效果。如海底总动员的制作中，制作人员先依据原画，以点、线、面逐步完善的方式，创建出小鱼与周围的海洋环境的几何信息，即“建模”；之后是“运动”，通过运动捕捉、力场模拟等方法来让小鱼们按照设计运动起来；接下来的“渲染”，添加虚拟的灯光、通过摄像机来模拟摄影，此时小鱼的肤色和纹理都变得十分清晰和逼真
12、，海水也被赋予了流动的波纹；再经过“光照计算”，并按照虚拟摄影机的设置来逐帧成像之后，那些各式各样、色彩斑斓的鱼才能真正游动了起来。三、 计算机动画的发展现状1. 国际计算机动画的发展现状近年来计算机动画一直不断在挑战传统美术或影像的表现手法，它在创作上的表现手法也变化多端，常被讨论于应用的有仿真写实影像、影像合成（3D计算机元素与实拍影像的结合），运用3D计算机图形技术来呈现不同的影像质感与风格，虚拟的人物或场景，甚至全3D的计算机动画电影。从国际上看计算机动画技术的发展正在趋向于规模化、标准化、网络化。 首先规模化是指应用范围广而且应用水平和产生的效益高。 其次，现在动画制作软件和动画技术
13、呈现出一种百家争鸣的形势， 各有特色但相互间的兼容则做得不够，不便于交流与合作，因此，随着技术的日益成熟，标准化是大势所趋。 第三，网络化表现为网络技术和计算机动画技术间的相互促进。2. 国内计算机动画的发展现状我国对计算机动画技术的应用和研究开始于90年代初期。1992年北京工业大学CAD中心和北京科教电影制片厂联合完成了一部完全采用计算机动画技术制作的科教电影相似。1993年，他们又同香港先涛公司、香港ACC公司合作制作了北京申办2000年奥运会的动画宣传片北京欢迎你。浙江大学CAD&CC国家重点实验室则采用计算机动画技术再现了秦始皇兵马俑攻城略地的战斗场面。随着计算机三维动画软件界面的不
14、断完善，采用计算机动画技术的广告制作公司遍布神州大地。于此同时，国内计算机动画在视景仿真、城市建筑规划、科学计算可视化等方面也获得了成功的应用。四、 计算机动画的应用计算机动画的应用主要体现以下几个方面，首先是人们熟悉的娱乐用途，也就是动画片、游戏、影视等方面；其次是宣传，这里的宣传并不只是广告，而是利用动画来形象地表现某种信息。再则，如城市规划，城市建筑模拟，模拟仿真等建筑领域。第四个方面就是教育，采用动画技术的课件生动形象，能充分调动学生的兴趣，取得较好的教学效果。最后计算机动画很重要的一个方面就是科学研究。1. 计算机动画在影视方面的应用影视动画涉及影视特效创意、前期拍摄、影视3D动画、
15、特效后期合成、影视剧特效动画等。随着计算机在影视领域的延伸和制作软件的增加，三维数字影像技术扩展了影视拍摄的局限性，在视觉效果上弥补了拍摄的不足。像失落的世界这部影片的恐龙狂奔镜头就是借助计算机再现地球上早已灭绝的恐龙，再如阿凡达、星际战队、蝙蝠侠和罗宾等片头都可以看到计算机动画的踪迹。2. 计算机动画在广告方面的应用动画广告是广告普遍采用的一种表现方式，动画广告中一些画面有的是纯动画的，也有实拍和动画结合的。在表现一些无法完成的画面效果时，就要用到动画来完成两者的结合。如广告用的一些动态特效就是采用3D动画完成的，现在我们所看到的广告，从制作角度看，几乎都或多或少的用到了动画。（动画广告）3
16、. 计算机动画在建筑领域的应用建筑动画，就是采用动画 虚拟数码技术结合电影的表现手法，根据房地产的建筑、园林、室内等规划设计图纸，将楼盘外观、室内结构、物业管理、小区环境、生活配套等未来建成的生活场景进行提前演绎展示，让人们轻松而清晰地了解未来家园的品质生活。建筑动画的镜头无限自由，可以形象逼真地演绎未来楼盘的形象，可以拍到实拍无法表现的镜头，把楼盘 的设计思想完美无误的展现在人们面前。4. 计算机动画在教育领域的应用随着计算机技术的发展，我们现在的教育模式也发生了翻天覆地的变化，不再是以前的一块黑板、一个讲台、一名老师的传统教学，老师不用再很费力的解释牛顿定律等抽象概念，我们都可以形象的用三维动画表示出来，生动而直观，大大激发了学生 的学习兴趣，提高了授课的效果。5. 计算机动画科学研究方面的应用科学技术是第一生产力，国力要想强盛科技必须先行。 以前我们要想制造一架飞机，就必须好多人去画图纸画模型，最后经过认真的对比、整理才能把一架飞机的完整资料做好，而且还不一定精确。现在我们借助计算机动画可以清晰的勾画出飞机模型以及更各方面的零
