2013/12/4 1 Computer Animation 计算机动画设计 张建民 2D 动画的发展历史 电脑动画的发展 60年代70年代初； 计算机动画的初创期； 计算机动画十分粗糙； 其理论发展却十分迅速； 吸引许多计算机专家投入到这个新生的领域来 ； 2013/12/4 5 动画的发展历史 电脑动画的发展 70年代发展期； 1971年，宾夕法尼亚大学，Animator； 1971年，加拿大国家研究院，Burtnyk和Wein； 关键帧动画系统的模型； 1976年，提出了骨架派生图像； 1973年举行了第一届SIGGRAPH展览 ； 动画的发展历史 电脑动画的发展： 1973年，电影西部世界(West World)； 第一部使用电脑特效的影片； 动画的发展历史 电脑动画的发展 1977年，乔治 卢卡斯； 星球大战； ILM(Industrial Light and Magic, 工业光魔)； 动画的发展历史 电脑动画的发展 70年代是计算机动画技术飞速发展的时代； 跟踪球、数字化仪等工具的出现为人机交互提 供了多样的输入手段； 个人计算机的发明，使更多的艺术家能利用电 脑进行创作； 分形，虚拟现实和图形学的一些成果在这一时 期也从单纯的理论发展出具体的技术产品。 动画的发展历史 电脑动画的发展 80年代成熟期； 光线跟踪技术； 1982年，迪斯尼，Tron电脑争霸； 30分钟计算机动画，高科技的摩托车赛的片段 动画的发展历史 电脑动画的发展 1985年，青年福尔摩 斯； 第一次出现了CG电影角色； ILM公司制作； 2013/12/4 6 动画的发展历史 电脑动画的发展 1986年，史蒂夫乔布斯，1000万； 成立了皮克斯(Pixar)动画工作室; 改进CG动画技术作为一种讲述故事的手段； 1988年，影片罐 头总动员(Tin Toy)； 第一部 奥斯卡最佳动画短片奖 计算机动画影片 动画的发展历史 电脑动画的发展 1988年，卢卡斯电影公司, Willow; 引入了“图象变形”技术； 1989年，詹姆斯卡麦隆，深渊(The Abyss) ILM制作了一只能模仿影片中演员的面部表情 和动作的蛇状的水怪； 动画的发展历史 电脑动画的发展 80年代图形图像处理技术进入了普及阶段； 逐渐提高的计算机硬件性能赋予了计算机动画 人员开发新的CG软件和技巧的自由； 康奈尔大学 辐射度方法 JPL实验室 运动动态技术 加利福尼亚大学 样条模型开发 多伦多大学 过程技术应用 俄亥俄州立大学 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技术 东京大学 气泡表面模型技术 动画的发展历史 电脑动画的发展 90年代生产期； 计算机技术与硬件的不断成熟使得任何东西都 有可能实现； 动画的发展历史 电脑动画的发展 1991年，詹姆斯卡麦隆； 终结者2 ，Terminator 2:Judgement Day； 动画的发展历史 电脑动画的发展 1991年，迪斯尼证明了CG在传统动画的应用； 美女与野兽(Beauty and the Beast) ; 2013/12/4 7 动画的发展历史 电脑动画的发展 1993年，斯皮尔伯格，侏罗纪公园； ILM制作，利用恐龙的骨架控制运动； 利用恐龙模型的动作实时地调整CG模型 ； 动画的发展历史 电脑动画的发展 1995年，Pixar，玩具总动员(Toy Story)； 一部完全由CG创作的电影； 片长81分钟，76个角色和11.4万个画面； 动画的发展历史 电脑动画的发展 90年代，图形图像技术进入实用化时期； 处理信息巨大，要求处理速度极高，实时生产 高质量的图形图像是整个90年代追求的目标; 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）也在这个时期相继完成; 计算机动画在许多其他领域获得了广泛的应用 。 动画的发展历史 电脑动画的发展 新世纪，CG合成演员的出现； 最终幻想曲(Final Fantasy) ； 第一部CG合成演员的影片； 展示了未来无限的创作空间； 动画的发展历史 电脑动画的发展 计算机硬件在速度上稳步提升； 一些最有创意的人们目前正在开发能让动画人 员控制和处理3D模型和效果的新软件； 导演和剧本作家们可采用这种新的手段来叙述 剧情； 计算机动画技术的完善赋予了他们新的构思空 间； 计算机动画的未来没有止境。 Outline 主要技术 Principles of animation (动画设计规则) Keyframe animation (关键桢技术) Articulated figures (具有关节形状) Kinematics (运动学仿真) Dynamics (动力学仿真) 2013/12/4 8 Principles of Traditional Animation 传统动画设计原则传统动画设计原则 Squash and stretch (压缩与延伸) Slow In and out (随一定规律减缓变化) Anticipation (预测) Exaggeration (夸张) Follow through and overlapping action (穿越与重叠) Timing (时间设定) Staging (分段设置) Straight ahead action and pose-to-pose (姿势)action Arcs (弧) Secondary action (辅助) Appeal (协助) 计算机动画 动画中常用的增加效果手段： 挤压与拉伸(Squash and Stretch)； 时间分配(Timing)； 预备动作(Anticipation)； 场景布局(Staging)； 惯性动作与交迭动作(Follow Through 轻松地组合二维动画和三维图像； 计算机动画中的软硬件技术 常用软件： Flash，Macromedia开发，Adobe公司收购； 专门用来设计网页及多媒体动画的软件； 使用矢量运算方式； 产生出来的影片占用存储空间较小； 被大量应用于互联网网页的矢量动画文件格式。 计算机动画中的软硬件技术 常用软件： Softimage 3D; 有超强的渲染器和超强的动画能力； 支持各种制作动画的方法，产生非常逼真的运 动； 计算机动画中的软硬件技术 常用软件： MAYA，Alias/Wavefront公司出品； 三维动画软件，不仅包括一般三维和视觉效果 制作的功能，而且还结合了最先进的建模、数 字化布料模拟、毛发渲染和运动匹配技术； 计算机动画中的软硬件技术 常用软件： 3D Max，Autodesk公司； 元老级三维动画软件； 丰富的建模和动画能力，出色的材质编辑系统； 使用插件来增加软件的功能，如增强的粒子系统 、设计火、烟、云、制作肌肉和人面部动画等； 2013/12/4 17 计算机动画中的软硬件技术 常用软件： LIGHT WAVE 3D； 价格低廉、品质出色； 唯一支援大多数工作平台的3D系统； 计算机动画的应用领域 计算机动画提供了一个充分展示个人想像力和艺 术才能的新天地； 广泛应用于许多领域： 动画片制作、电视广播 广告、电影特技 教学演示 训练模拟 建筑场景漫游 产品模拟试验 电子游戏 计算机动画的应用领域 广电行业 制作栏目的片头和卡通影片； 典型的有中央台新闻联播的片头动画； 电视虚拟演播人； 计算机动画的应用领域 教学演示： 利用三维动画技术的形象性，它已被用来解释复杂 的自然现象：小到简单的牛顿定律，大到复杂的狭 义相对论； 计算机动画的应用领域 飞行训练模拟： 计算机动画可以实时生成具有真实感的周围环境图象 ，如机场、山脉和云彩等。 飞行员驾驶舱的舷舱成为计算机屏幕，飞行员的飞行 控制信息转化为数字信号直接输出到电脑程序，进而 模拟飞机的各种飞行特征。飞行员可以模拟驾驶飞机 进行起飞、着落、转身等操作。 计算机动画的应用领域 建筑场景漫游： 可观察建筑物的内、外部结构，而且可实现对 虚拟建筑场景的漫游； 利用合成技术来实现环境评估，评价建筑物对 周围环境的整体影响； 2013/12/4 18 计算机动画的应用领域 产品模拟试验： 计算机辅助设计； 设计者能够使虚拟模型运动起来，检查只有制造过程 结束后才能验证的模型特征，如运动机构的协调性、 稳定性及干涉检查等； 计算机动画的应用领域 电子游戏： 计算机动画技术逐渐进入三维游戏行业； 使游戏图象质量及动作真实性均有了显著提高； 1 2 3 4 动画发展过程中的主要媒介有哪些？ 常用的计算机动画制作软件与分类？ 常用的动画文件格式有哪些，及其特点？ 计算机动画的应用领域有哪些？