三维动画课程第1章 三维动画概述1）了解三维动画的基本概况。2）掌握三维动画的制作流程。3) 掌握软件的基本使用方法学习目的：通过认识三维动画的发展历程，三维动画的应用领域以及初步了解三维软件的特点和三维动画的制作流程，增强读者学习三维动画制作的兴趣以及对三维软件有一个宏观、总体的认识。第1章 三维动画概述1.1 三维动画发展历程1.1.1 国外三维动画发展历程1.1.2 国内三维动画发展历程1 Cartoon源于1831年的法国早在1831年，法国人Joseph Antoine Plateau把画好的图片 按照顺序放在一部机器的圆盘上，圆盘可以在机器的带动 下转动。这部机器还有一个观察窗，用来观看活动图片效 果。在机器的带动下，圆盘低速旋转。圆盘上的图片也随 着圆盘旋转。从观察窗看过去，图片似乎动了起来，形成 动的画面，这就是原始动画的雏形。 1906年，美国人J Steward制作出一部接近现代动画概 念的影片，片名叫“滑稽面孔的幽默形象”（Houmoious Phase of a Funny Face）。他经过反复地琢磨和推敲，不断 修改画稿，终于完成这部接近动画的短片。 1908年法国人Emile Cohl首创用负片制作动画影片，所 谓负片，是影象与实际色彩恰好相反的胶片，如同今天的 普通胶卷底片。采用负片制作动画，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 认的第一部象样的动画短片。从此以后，动画片的创作和 制作水平日趋成熟，人们已经开始 有意识的制作表现各种内容的动画片 1915年，美国人Eerl Hurd创造了新的动画制作工艺，他先在塑料胶片上画动画片，然后 再把画在塑料胶片上的一幅幅图片拍摄成动画电影。多少年来，这种动画制作工艺一直被沿 用着。 从1928年开始，世人皆知的Walt Disney逐渐把动画影片推向了颠峰。（参考迪斯尼传 ）他在完善了动画体系和制作工艺的同时，把动画片的制作与商业价值联系了起来，被人 们誉为商业动画之父。直到如今，他创办的迪斯尼公司还在为全世界的人们创造出丰富多彩 的动画片。“迪斯尼”-20世纪最伟大的动画公司。由Cartoon 到ANIMATION动画（ANIMATION）在定义上，不仅扩张到未来的电影且影响到当代艺术的发展，其影响力无 远弗届，并且不断的在版图扩张。本世纪初，于 纽约现代美术馆（MOMA）和柏林当代美馆（ Institute of Contemporary Art, Berlin）所举 办的动画大展(ANIMATIONS)，融合了从模 拟到数字、平面到立体、静态到动态、抽象到写 真，种种不同形式和技术所呈现出来的丰富面貌 ，有别于传统的电影动画，更迥异于儿童专利商 标的卡通漫画，无疑宣告了动画在当代艺术中的 地位。 这个动画始作于2001年，当时用的还是maya2 前后做了一个月，后来在02年初配了个音。这个应该算国 内最早的三维动画短片了，这个片子在2002年入选了“华 人3D年鉴”午餐最早的三维动画短片埃米尔.雷诺在19世纪时就研制出了“光学影戏 机”，其原理是将幕后光源和镜片把活动的景象 投射到幕布上，是世界上最早放映动画片的人。第1章 三维动画概述1.2 主流三维软件介绍3ds Max MayaSoftImage 制作动画的软件制作动画的软件Animator Pro Animator Pro 平面动画制作软件。用于制作帧动画，绘制功能强平面动画制作软件。用于制作帧动画，绘制功能强Animation Studio Animation Studio 平面动画处理软件。用于加工帧动画，处理能力强平面动画处理软件。用于加工帧动画，处理能力强Flash MX Flash MX 网页动画软件。用于绘制帧、矢量动画，可添加声音网页动画软件。用于绘制帧、矢量动画，可添加声音WinImageWinImage: morph : morph 变形动画软件。根据首、尾画面自动生成变形动画变形动画软件。根据首、尾画面自动生成变形动画GIF Construction GIF Construction 网页动画软件。把动画和图片序列转换成网页动画网页动画软件。把动画和图片序列转换成网页动画3D Studio Max 3D Studio Max 三维动画制作软件。用于制作三维造型动画三维动画制作软件。用于制作三维造型动画Cool 3D Cool 3D 三维文字动画软件。用于制作帧动画、视频三维文字动画软件。用于制作帧动画、视频Maya Maya 三维动画制作软件。用于制作动画片、广告、电影等三维动画制作软件。用于制作动画片、广告、电影等Premiere Premiere 动画视频处理软件。用于处理视频、广告、电影等动画视频处理软件。用于处理视频、广告、电影等第1章 三维动画概述1.3 国内三维动画应用的主要方向建筑表现和漫游动画电视广告与栏目包装动画短片制作游戏制作第1章 三维动画概述1.4三维动画制作流程构思动动画故事板建立模型赋赋予材质质设设置灯光摄摄像机动动画设设置渲染合成输输出三维动画的制作过程 在动画技术当中，最有魅力并应用最广的当然是三 维动画。因为我们的世界是立体的，只有三维才让 我们感到更真实。二维动画可以看成三维动画的一 个分支，它的制作难度及对电脑性能的要求都远远 低于三维动画。 三维动画之所以被称作计算机生成动画，是因为参 加动画的对象不是简单地由外部输入的，而是根据 三维数据在计算机内部生成的，运动轨迹和动作的 设计也是在三维空间中考虑的。 计算机3D动画的制作过程主要有建模、编辑质材 、贴图、灯光、动画编辑和渲染几个步骤。 建模 建模就是利用三维软件创建物体和背景的三维模型 。 如：人体模型、飞机模型、建筑模型等。一般来说 ，先要绘出基本的几何形体，再将它们变成需要的 形状，然后通过不同的方法将它们组合在一起，从 而建立复杂的形体。 编辑材质 就是对模型的光滑度、反光度、透明度的编辑。 如玻璃的光滑和透明、木料的低反光度和不透明等 都是在这一步实现的。如果经过这一步就直接渲染 ，我们就可以得到一些漂亮的单色物体如玻璃器皿 和金属物体。 贴图 我们现实生活中的物体并不都是单色的物体，人的 皮肤色，衣着，无不存在着各种绚烂的各种图案。 在3D动画中要做得逼真，也要将这些元素做出来 。如果直接在3D的模型上做出这种效果是难以实 现的。所以一般都是将一幅或几幅平面的图像 象贴纸一样贴到模型上，这就是贴图。三维动画的建模 三维动画的贴图 灯光 要在做好的场景中不同位置放上几盏灯, 从不同的 角度用灯光照射物体，烘托出不同的光照效果。 灯光有主光和辅光之分，主光的任务是表现场景中 的某些物体的照明效果，一般需给物体投影，辅光 主要是辅助主光在场景中进行照明，一般不开阴影 。 动画编辑 以上做出来的模型是静态的物体，要使其运动起来 就要经过动画编辑。 动画就是使各种造型运动起来，由于电脑有非常强 的运算能力，制作人员所要做的是定义关键帧，中 间帧交给计算机去完成，这就使人们可做出与现实 世界非常一致的动画。 渲染 3D建模和动画往往仅占全部动画制作过程中的一 部分，大部分时间都花费在繁重的渲染工作中。 渲染工作对处理器的处理性能有极强的依赖性。因 此，为了获得更高的渲染性能，用户必须尽可能的 使用更高性能和更多数量的处理器。 制作三维动画涉及范围很广，从某种角度来说 ，三维动画的创作有点类似于雕刻、摄影、布景设 计及舞台灯光的使用，动画设计者可以在三维环境 中控制各种组合，调用光线和三维对象。设计者需 要的除基本技能外，还要更多的创造力。 灯光 要在做好的场景中不同位置放上几盏灯, 从不同的 角度用灯光照射物体，烘托出不同的光照效果。 灯光有主光和辅光之分，主光的任务是表现场景中 的某些物体的照明效果，一般需给物体投影，辅光 主要是辅助主光在场景中进行照明，一般不开阴影 。 计算机动画的主要技术与方法 关键帧动画 路径动画 变形动画 过程动画 粒子动画 群体动画 人物动画 运动捕捉 三维扫描技术关键帧动画 关键帧技术是计算机动画中最基本并且运用最广泛 的方法。关键帧技术来源于传统的动画制作。出现 在动画片中的一段连续画面实际上是由一系列静止 的画面来表现的，制作过程中并不需要逐帧绘制， 只需从这些静止画面中选出少数几帧加以绘制。被 选出的画面一般都出现在动作变化的转折点处，对 这段连续动作起着关键的控制作用，因此称为关键 帧(Key Frame)。 绘制出关键帧之后，再根据关键帧插入中间画面， 就完成了动画制作。早期计算机动画模仿传统的动 画生成方法，由计算机对关键帧进行插值，因此称 作关键帧动画。 在二维、三维计算机动画中，中间帧的生成由计算机来完成，插值代替了设计中间帧的动画师。 所有影响画面图像的参数都可成为关键帧的参数， 如位置、旋转角、纹理的参数等。 关键帧技术通过对运动参数插值实现对动画的运动控制，如物体的位置、方向、颜色等的变化，也可 以对多个运动参数进行组合插值。 计算机插值有两种方式：线性插值和非线性插值。路径动画 路径动画就是由用户根据需要设定好一个路径后， 使场景中对象沿着路径进行运动。 运动路径是用户画出的动画对象运动的曲线，由关 键点控制。 比如模拟飞机的飞行，鱼的游动都可以使用路径动 画来制作。二维动画中的运动路径设计 变形动画 计算机动画中另一类重要的运动控制方式是变形技 术。变形可以是二维或三维的。 基于图像的Morph(变形)是一种常用的二维动画技 术。图像之间的插值变形称为Morph，图像本身的 变形称为Warp。对图像作Warp，首先需要定义图像的特征结构，然后按特 征结构变形图像。两幅图像间的Morph方法是首先分别按特征结构对两幅原 图像Warp操作，然后从不同的方向渐隐渐显地得到两个图 像系列，最后合成得到Morph结果。图像的特征结构是指由点或结构矢量构成的对图像的框架 描述结构，如在两个画面之间建立起对应点关系。Morph技术在电影特技处理方面得到了广泛的应用。变形动画示例 三维Morph变形是指任意两个三维物体之间 的插值转换渐变，主要内容是对三维物体进 行处理以建立两者之间的对应关系，并构造 三维Morph的插值路径。 三维Morph处理的对象是三维几何体，也可 以附加物体的物理特性描述。三维物体的变 形分两类：拓扑结构发生变化的变形及拓扑 结构不发生变化的变形。过程动画 过程动画指的是动画中物体 的运动或变形用一个过程来 描述。 在柔性物体的动画中，物体 的形变是任意的，可由动画 师任意控制；在过程动画中 ，物体的变形则基于一定的 数学模型或物理规律。 最简单的过程动画是用一个 数学模型去控制物体的几何 形状和运动，如水波的运动 ；较复杂的如包括物体的变 形、弹性理论、动力学、碰 撞检测在内的物体的运动。过程动画模拟的水波效果 粒子动画 一些电脑场景的随机景物， 如火焰、气流、瀑布等，在 对其进行描述时，可采用粒 子系统的原理，将随机景物 想象成由大量的具有一定属 性的粒子构成。每个粒子都 有自己的粒子参数，包括初 速度、加速度、运动轨迹和 生命周期等。这些参数决定 了随机景物的变化，使用粒 子系统可以产生很逼真的随 机景物。粒子动画创作的 真实感云层 群体动画在生物界，许多动物如鸟、鱼等以某种群体的 方式运动。这种运动既