第四章4.2 计算机动画技术基本原理与应用计算机动画技术基本原理与应用动画的特点u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（或电视）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”。它们有两个最重要的特征： 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，而不是原本就存在再被摄影机记录下来的景物。计算机动画技术基本原理与应用 动画的本质动画的本质 传统动画分类传统动画分类传统动画分类传统动画分类(1) (1) 全动画全动画全动画全动画 为追求画面完美和动作流畅，按照为追求画面完美和动作流畅，按照为追求画面完美和动作流畅，按照为追求画面完美和动作流畅，按照2424帧帧帧帧s s制作动画制作动画制作动画制作动画(2) (2) 半动画半动画半动画半动画 又名又名又名又名“ “有限动画有限动画有限动画有限动画” ”。为追求经济效益，。为追求经济效益，。为追求经济效益，。为追求经济效益，6 6帧帧帧帧s s的动画的动画的动画的动画 传统动画的性质传统动画的性质传统动画的性质传统动画的性质 由多幅画面构成，称为由多幅画面构成，称为由多幅画面构成，称为由多幅画面构成，称为“ “帧动画帧动画帧动画帧动画” ”Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7计算机动画技术基本原理与应用计算机动画及其发展计算机动画概念：l使用计算机产生图形、图像运动的技术使用计算机产生图形、图像运动的技术和艺术和艺术l其原理与传统动画基本相同，并在此基其原理与传统动画基本相同，并在此基础上把计算机技术用于动画的处理。础上把计算机技术用于动画的处理。l达到传统动画所达不到的效果。达到传统动画所达不到的效果。计算机动画技术基本原理与应用计算机动画及其发展60年代：美国的美国的BellBell实验室和一些研究机构开始研实验室和一些研究机构开始研究用计算机实现动画片中间画面的制作和究用计算机实现动画片中间画面的制作和自动上色。自动上色。二维动画：二维辅助动画系统二维动画：二维辅助动画系统computer computer assisted animationassisted animation计算机动画技术基本原理与应用计算机动画及其发展7080年代：l三维辅助动画系统开始研制并投入使用。三维辅助动画系统开始研制并投入使用。l三维动画：计算机生成动画三维动画：计算机生成动画computer computer generated animationgenerated animation。l动画的对象不是简单地由外部输入，而动画的对象不是简单地由外部输入，而是根据三维数据在计算机内部生成。是根据三维数据在计算机内部生成。计算机动画技术基本原理与应用计算机动画及其发展90年代：一个多种学科和技术的综合领域l计算机图形学计算机图形学( 实体造型和真实感显示实体造型和真实感显示,如消隐、光如消隐、光照模型、表面质感等）照模型、表面质感等）l图像处理技术、图像处理技术、l运动控制原理、视频技术、运动控制原理、视频技术、l艺术、视觉心理学、艺术、视觉心理学、l生物学、机器人学、人工智能等生物学、机器人学、人工智能等计算机动画以其自身的特点而逐渐成为一门独计算机动画以其自身的特点而逐渐成为一门独立的学科。立的学科。案例：案例：鼠老弟鼠老弟；Mikes New CarMikes New Car计算机动画技术基本原理与应用计算机动画的特点 动画软件的应用：动画软件的应用： 通过交互式操作实现预定的各种动画效果通过交互式操作实现预定的各种动画效果 动画创作：软件功能与艺术创意的结合动画创作：软件功能与艺术创意的结合 * * 高技术、高智力和高艺术的创造性工作高技术、高智力和高艺术的创造性工作 * * 计计算算机机图图像像CG,CG,动动画画，数数字字视视频频DVDV等等，不同的术语间没有严格的界限不同的术语间没有严格的界限计算机动画技术基本原理与应用2、二维动画的制作过程(1)制作声音对白和背景音乐制作声音对白和背景音乐制作声音对白和背景音乐制作声音对白和背景音乐(2) (2) 制作关键画面制作关键画面制作关键画面制作关键画面(3) (3) 绘制动画画面绘制动画画面绘制动画画面绘制动画画面(4) (4) 复制到胶片上复制到胶片上复制到胶片上复制到胶片上(5) (5) 上色上色上色上色(6) (6) 核实检查动画画稿核实检查动画画稿核实检查动画画稿核实检查动画画稿(7) (7) 拍摄电影胶片拍摄电影胶片拍摄电影胶片拍摄电影胶片(8) (8) 后期制作后期制作后期制作后期制作计算机动画技术基本原理与应用计算机动画的分类n从制作技术和手段看，动画可分为以手工绘制为主的传统动画和以计算机为主的电脑动画。n按动作的的表现形式来区分，动画大致分为接近自然动作的“完善动画”（动画电视）和采用简化、夸张的“局限动画”（幻灯片动画）。n从空间的视觉效果上，可分为二维动画（小虎还乡）和三维动画（最终幻想）。n从播放效果上，可以分为顺序动画（连续动作）和交互式动画（反复动作）。n从图形、图像的生成方式来看，可分为实时动画和逐帧动画。 计算机动画技术基本原理与应用 特点类别生成方式 是否记录实时动画采用算法实现无需记录 逐帧动画产生所需的每一帧画面。需要记录逐帧动画与实时动画对比表逐帧动画与实时动画对比表 计算机动画技术基本原理与应用二维动画n二维画面是平面上的画面，是在二维空间上模拟真实的三维空间效果。计算机动画技术基本原理与应用二维动画的特点计算机辅助动画：将事先手工制作的原动画逐帧输入计算机，由计算机帮助完成描线上色的工作，并且用计算机控制完成记录工作。 计算机动画技术基本原理与应用最简单的实时动画。 屏幕上一个元素（对象）在二维平面上沿着某一固定轨迹作步进运动。对象或物体本身在运动时的大小、形状、色彩等效果不变。 计算机动画技术基本原理与应用对象的移动(实例)（a a）起点位置）起点位置 （b b）中间过程）中间过程 （c c）结束位置）结束位置 计算机动画技术基本原理与应用二维动画的关键技术n输入和编辑关键帧n计算和生成中间帧n定义和显示运动路径n交互式给画面上色n产生一些特技效果n实现画面与声音的同步n控制运动系列的记录 计算机动画技术基本原理与应用三维动画的制作过程n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。n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。n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。计算机动画技术基本原理与应用 三维动画的建模 三维动画的贴图 计算机动画技术基本原理与应用美国哥伦比亚电影公司联合制作的全计算机动画电影Final Fantasy：The Spirits Within【最终幻想：灵魂深处】。其中的女主人公的面部是用计算机动画技术制作的，其生动的3D面部表情足以乱真 计算机动画技术基本原理与应用二维动画软件uAnimator StudiouFlashuUlead Gif Animator计算机动画技术基本原理与应用Animation Stand二维卡通软件nAnimation Stand是一个流行的非常二维卡通软件，全球最大卡通动画公司如沃尔特、华纳兄弟、迪斯尼和Nckelodeon，皆曾采用Animation Stand作为二维卡通动画软件，用于生产最原本的图样、独创的和完全动画化的系列片，为娱乐业的商业应用。计算机动画技术基本原理与应用Flashn现在，我们在浏览网页时，经常会看到引人入胜的动画效果，制作这种效果的工具就是Flash。在二维动画的软件中，Flash可以说是后起之秀，它已无可争议地成为最优秀交互动画的制作工具，并迅速流行起来。Flash的动画效果不再是单纯的反复运动，而是可以在画面里进行菜单选择和操作以及播放声音文件。Flash的出现，立即受到用户的欢迎，并迅速被应用到网络与多媒体课件设计中去。计算机动画技术基本原理与应用n Flash支持动画、声音以及交互功能，具有强大的多媒体编辑能力，并可直接生成主页代码。Flash通过妙巧的设计也可制作出色的三维动画。由于Flash本身没有三维建模功能，为了做出更好的三维效果，可在Adobe Dimensions软件中创建三维动画，再将其导入Flash中合成。 计算机动画技术基本原理与应用nUlead Gif Animator 是一个简单、快速、灵活，功能强大的GIF 动画编辑软件，同时，也是网页设计辅助工具，还可以作为Photoshop 的插件使用，丰富而强大的内制动画选项，让我们更方便地制作符合要求的GIF动画。nUlead GIF Animator 5.0功能很强大。使用它可作出真彩色环境下的GIF 动画，得到色彩斑斓的动画；功能更强的工具和更为灵活的工作环境，也使我们的动画制作愈显轻松。计算机动画技术基本原理与应用三维动画软件u3DS3D Studio（简称3DS）是美国Autodesk公司在20世纪90年代开发的基于普通微机的三维动画软件系统。也曾是在机上应用最为广泛、影响力最大的三维动画软件。由于其功能强，且对硬件要求低，因此在国内得到了广泛应用。许多电视节目中的三维动画，都是由3DS软件制作的。 3DS的主要功能特点q建立三维实体模型，对模型及其所在场景进行设计及调整，包括设置场景中的光源和观察场景所用的摄像机。q编辑制作模型所需的各种表面材质、纹理质感和表面贴图。 q对动画过程的关键帧进行编辑，完成动画制作。计算机动画技术基本原理与应用MayanMaya 是Alias/Wavefront公司在1998年推出的三维动画制作软件,虽然相对于其他3DS等经典的三维制作软件来说，Maya的历史并不长，但Maya凭借其强大的功能，友好的用户界面和丰富的视觉效果，一经推出就引起了动画和影视界的广泛关注。目前Maya成为世界上最为优秀的三维动画的制作软件之一。nMaya是为影视创作应用而开发的，推出不久就在精灵鼠小弟、恐龙等这些动画影片中一展身手。除了影视方面的应用外，Maya在三维动画制作、影视广告设计、多媒体制作甚至游戏制作领域都有很出色的表现。计算机动画技术基本原理与应用