計(jì)算機(jī)動畫原理與技術(shù)課件

計(jì)算機(jī)動畫原理與技術(shù)（2008）計(jì)算機(jī)動畫原理與技術(shù)（2008）第一章動畫綜述

1.1

動畫的基本原理

1.2

傳統(tǒng)動畫與計(jì)算機(jī)動畫

1.3

計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)的組成

1.4

計(jì)算機(jī)動畫的基本類型

1.5

計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)概述第一章動畫綜述1.1動畫的基本原理1.1動畫的基本原理和基本概念

動畫和動畫片是兩個不同的概念，動畫涵蓋了一個非常廣泛的領(lǐng)域，包括影視動畫片、影視特技動畫、廣告動畫、游戲動畫、軍事演習(xí)模擬、科學(xué)可視化、醫(yī)學(xué)、教育等。

1.1動畫的基本原理和基本概念動畫和動畫片是兩個不同

動畫片

動畫片是動畫的一種，也是影片的一種。影片按制作方式可分為如下三種：（1）主要通過對人或動物等真實(shí)物體或場景拍攝而得的影片稱為電影。（2）主要采用木偶拍攝而得的影片稱為木偶片。（3）主要通過繪制畫面而得的影片稱為動畫片。

動畫片動畫片是動畫的一種，也是影片的一種。影片按制作

動畫的基本原理

無論何種動畫，都是利用人類眼睛的“視覺滯留效應(yīng)”產(chǎn)生動感，多幅畫面快速連續(xù)的更換，使人們看到連續(xù)活動的圖像，這就是動畫的基本原理。動畫的基本原理無論何種動畫，都是利用人類眼睛的“視覺“視覺滯留效應(yīng)”

是指人在看物體時，物體的影像短暫地殘留在人腦視覺神經(jīng)中，殘留時間約為1/24s。如果每1/24s更替一個畫面，人們的大腦在前一個畫面影像沒有消失前，又接受到下一個畫面的新影像，連續(xù)的大腦感受使人們感覺到連續(xù)的影像變化?！耙曈X滯留效應(yīng)”是指人在看物體時，物體的影像短暫地

下頁展示的是一組傳統(tǒng)動畫的畫面，表現(xiàn)小鳥飛翔的主題．各幀畫面的小鳥形態(tài)都有所變化，將這組畫面快速連續(xù)播放，即呈現(xiàn)出小鳥飛翔的優(yōu)美動感。動畫基本原理示例：下頁展示的是一組傳統(tǒng)動畫的畫面，表現(xiàn)小鳥飛翔的主題．

圖1-1表現(xiàn)小鳥飛翔的傳統(tǒng)動畫圖1-1表現(xiàn)小鳥飛翔的傳統(tǒng)動畫

連續(xù)播放小鳥飛翔畫面（24幀/秒）連續(xù)播放小鳥飛翔畫面計(jì)算機(jī)動畫是在傳統(tǒng)動畫的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)而迅速發(fā)展起來的一門高新技術(shù)。所以說，要想掌握計(jì)算機(jī)動畫的相關(guān)技術(shù)，就應(yīng)該對傳統(tǒng)動畫有所了解。

1.2傳統(tǒng)動畫與計(jì)算機(jī)動畫計(jì)算機(jī)動畫是在傳統(tǒng)動畫的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)而傳統(tǒng)動畫的制作方法

傳統(tǒng)動畫以畫面為基礎(chǔ)，所有的動畫構(gòu)想、動作發(fā)展、表現(xiàn)手法等，都通過手工繪制畫面表現(xiàn)出來。這些內(nèi)容連續(xù)但各不相同的畫面，由于每幅畫面中的物體位置和形態(tài)的不同，在連續(xù)觀看畫面時，給人以活動的感覺。傳統(tǒng)動畫的制作方法傳統(tǒng)動畫以畫面為基礎(chǔ)，所有的動畫構(gòu)傳統(tǒng)動畫的制作流程(1)腳本及動畫設(shè)計(jì)

腳本是敘述一個故事的文字提要及詳細(xì)的文學(xué)劇本，根據(jù)該劇本要設(shè)計(jì)出反映動畫片大致概貌的各個片斷，也即分鏡頭劇本。然后，對動畫片中出現(xiàn)的各種角色的造型、動作、色彩等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)分鏡頭劇本將場景的前景和背景統(tǒng)一考慮，設(shè)計(jì)出手稿圖及相應(yīng)的對話和聲音。

傳統(tǒng)動畫的制作流程(1)腳本及動畫設(shè)計(jì)傳統(tǒng)動畫的制作流程(2)關(guān)鍵幀的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵幀也稱為原畫，它一般表達(dá)某動作的極限位置、一個角色的特征或其它的重要內(nèi)容，這是動畫的創(chuàng)作過程。傳統(tǒng)動畫的制作流程(2)關(guān)鍵幀的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)動畫的制作流程(3)中間幀生成

中間幀是位于關(guān)鍵幀之間的過渡畫，可能有若干張。在關(guān)鍵幀之間可能還會插入一些更詳細(xì)的動作幅度較小的關(guān)鍵幀，稱為小原畫，以便于中間幀的生成。有了中間畫，動作就流暢自然多了。傳統(tǒng)動畫的制作流程(3)中間幀生成傳統(tǒng)動畫的制作流程(4)描線上色

動畫初稿通常都是鉛筆稿圖，將這些稿圖進(jìn)行測試檢查以后就要用手工將其輪廓描在透明膠片上，并仔細(xì)地描上墨、涂上顏料。動畫片中的每一幀畫面通常都是由許多張透明膠片疊合而成的，每張膠片上都有一些不同對象或?qū)ο蟮哪骋徊糠郑喈?dāng)于一張靜態(tài)圖像中的不同圖層。傳統(tǒng)動畫的制作流程(4)描線上色傳統(tǒng)動畫的制作流程(5)檢查、拍攝

在拍攝前將各鏡頭的動作質(zhì)量再檢查一遍，然后動畫攝影師把動畫系列依次拍攝記錄到電影膠片上。十分鐘的電影動畫片，大約需要一萬張圖畫。傳統(tǒng)動畫的制作流程(5)檢查、拍攝傳統(tǒng)動畫的制作流程(6)后期制作

有了拍攝好的動畫膠片以后，還要對其進(jìn)行編輯、剪接、配音、字幕等后期制作，才能最后完成一部動畫片。

傳統(tǒng)動畫的制作流程(6)后期制作傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎很長時間的不斷完善，傳統(tǒng)動畫已形成了一套完整的體系，包括制作流程，分工，市場運(yùn)作，甚至電視播出的動畫系列片長度和集數(shù)都已經(jīng)規(guī)范。◎他可以完成許多復(fù)雜的高難度的動畫效果，幾乎人們可以想象到的他都可以完成?！蛎佬g(shù)效果也是如此，傳統(tǒng)動畫可以制作風(fēng)格多樣的美術(shù)風(fēng)格，特別是大場面，大制作的片子，用傳統(tǒng)動畫可以塑造出恢弘的畫面及其細(xì)膩的美術(shù)效果。傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎很長時間的不斷完善，傳統(tǒng)動畫已形成了一套完傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎傳統(tǒng)動畫的制作費(fèi)時、費(fèi)工、費(fèi)力，繪制任務(wù)繁重而復(fù)雜的。◎用傳統(tǒng)方法制作動畫時走形一直是個令人頭疼的問題.…。◎掌控動畫片質(zhì)量是一個在傳統(tǒng)動畫中比較難解決的問題。傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎傳統(tǒng)動畫的制作費(fèi)時、費(fèi)工、費(fèi)力，繪制任務(wù)繁傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)由此我們可以看出，傳統(tǒng)動畫的設(shè)計(jì)制作過程相當(dāng)復(fù)雜。其消耗的人力、物力、財力以及時間都是巨大的。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來以后，人們開始嘗試用計(jì)算機(jī)進(jìn)行動畫創(chuàng)作。傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)由此我們可以看出，傳統(tǒng)動畫的設(shè)計(jì)制作過程

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第一階段用計(jì)算機(jī)畫出簡單的線條和幾何圖形，計(jì)算機(jī)把繪畫過程記錄下來。在需要時，由計(jì)算機(jī)重復(fù)繪畫過程，使人們看到活動的畫面。

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第一階段

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第二階段

計(jì)算機(jī)動畫中活動的主體從簡單的線條、幾何圖形過渡到比較復(fù)雜的圖形。畫面上的變化模式和多種顏色的運(yùn)用使這一階段的動畫具有良好的視覺效果，開始體現(xiàn)計(jì)算機(jī)動畫的風(fēng)格。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)漸趨成熟，計(jì)算機(jī)動畫軟件出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第二階段

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第三階段以先進(jìn)的軟件和硬件作為條件，逼真地模擬手工動畫，并進(jìn)一步制作手工動畫難以表現(xiàn)的題材。動畫主體從圖形過渡到圖像，并能生成數(shù)字化的主體模型，進(jìn)而產(chǎn)生全計(jì)算機(jī)動畫。3D動畫軟件日趨成熟。計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第三階段

計(jì)算機(jī)動畫的產(chǎn)生綜上所述，傳統(tǒng)的動畫制作工藝隨著計(jì)算機(jī)的介入，發(fā)生了變化。人們在保留傳統(tǒng)動畫制作風(fēng)格的基礎(chǔ)上，直接使用計(jì)算機(jī)繪制和生成動畫，不再使用紙張。這種由計(jì)算機(jī)輔助的動畫制作周期短、成本低、色彩一致性好。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)和3D技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)巳得到了長足的發(fā)展。計(jì)算機(jī)動畫的產(chǎn)生綜上所述，傳統(tǒng)的動畫制作工藝隨著計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)動畫的本質(zhì)

“動作的變化是動畫的本質(zhì)”這一說法已不全面。計(jì)算機(jī)能夠按照人們的意圖自動生成有特殊效果的動畫，例如顏色動畫、變形動畫、材質(zhì)動畫，以及透視效果動畫等等。計(jì)算機(jī)動畫的本質(zhì)“動作的變化是動畫的本質(zhì)”這一說法已不

計(jì)算機(jī)動畫的制作流程①創(chuàng)意（腳本制作）．②預(yù)處理（輸入外部資料）③場景造型。④設(shè)定材質(zhì)和光源。⑤設(shè)置動畫。計(jì)算機(jī)動畫的制作流程①創(chuàng)意（腳本制作）．

計(jì)算機(jī)動畫的制作流程⑥

運(yùn)動圖像的繪制（渲染）。⑦動畫播放．⑧后處理。⑨動畫的錄制。⑩配音(背景和臺詞）。計(jì)算機(jī)動畫的制作流程⑥運(yùn)動圖像的繪制（渲染）。計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生景物運(yùn)動的效果，即使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生圖形、圖像運(yùn)動的技術(shù)。◎計(jì)算機(jī)動畫與傳統(tǒng)動畫都遵循同樣的視覺原理。◎計(jì)算機(jī)動畫由于采用數(shù)字處理方式，動畫的運(yùn)動效果、畫面色調(diào)、紋理、光影效果等可以不斷改變，輸出方式也多種多樣。

計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)3D模型可以保存并重復(fù)使用，克服了傳統(tǒng)動畫的易走形的毛病?！蛴?jì)算機(jī)3D軟件集多種功能(造型、修改、燈光、色彩、渲染等)于一身，動畫的制作質(zhì)量易控制。

計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)3D模型可以保存并重復(fù)使用，克服了主要部分：（1）管理子系統(tǒng)（交互界面）（2）造型子系統(tǒng)（建模工具）（3）動畫子系統(tǒng)（運(yùn)動控制器）（4）繪制子系統(tǒng)(渲染工具)

1.3計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)的組成主要部分：1.3計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)的組成(1)管理子系統(tǒng)的組成(1)管理子系統(tǒng)的組成(2)造型子系統(tǒng)的組成(2)造型子系統(tǒng)的組成(3)動畫子系統(tǒng)的組成(3)動畫子系統(tǒng)的組成(4)繪制子系統(tǒng)的組成(4)繪制子系統(tǒng)的組成

三維動畫軟件簡介計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)的成熟推動了三維計(jì)算機(jī)動畫軟件的發(fā)展，其中影響較大的商品化動畫軟件有：＊加拿大的Alias｜Wavefront（85年）＊美國的Maya(Alias公司98年)

＊加拿大的Softimage3D（88年）＊Discreet(Autodesk)3dsMax（91年）三維動畫軟件簡介計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)的成熟推動了三維▲

計(jì)算機(jī)動畫就動畫性質(zhì)而言，可分為兩大類，即幀動畫和矢量動畫?！?/p>

根據(jù)視覺空間的不同，計(jì)算機(jī)動畫又有二維動畫與三維動畫之分。▲按照計(jì)算機(jī)動畫對時間性能的要求，可以分為實(shí)時動畫和非實(shí)時動畫。

1.3計(jì)算機(jī)動畫的基本類型▲計(jì)算機(jī)動畫就動畫性質(zhì)而言，可分為兩大類，即幀動畫和矢量動

實(shí)時動畫是按動畫播放的速度快速生成動畫的每一幀，即動畫幀的生成和播放是同步的。非實(shí)時動畫通常需要較長時間生成動畫的每一幀，因此，后者先生成并保存組成動畫的每一幀，然后播放，即動畫幀的生成和播放是異步的?！?/p>

實(shí)時動畫和非實(shí)時動畫實(shí)時動畫是按動畫播放的速度快速生成動畫的每一幀，即動畫

使用一幅畫面，所有的表現(xiàn)內(nèi)容經(jīng)過計(jì)算機(jī)程序的快速計(jì)算，在同一幅畫面上生成變換的圖形、線條和文字。變換的方向和模式屬于矢量變換方式，具有極強(qiáng)的規(guī)律性。矢量動畫通常通過編程方式制作，也有用于制作矢量動畫的工具軟件，如Flash、Illustrator?！噶縿赢嬍褂靡环嬅妫械谋憩F(xiàn)內(nèi)容經(jīng)過計(jì)算機(jī)程序的快速計(jì)算幀動畫模擬傳統(tǒng)動畫的方式，它采用多畫面表現(xiàn)動畫。動畫的每一個動作被記錄在一幅幅畫中，多幅連續(xù)的畫面構(gòu)成了動畫。電腦的作用只是把眾多的畫面內(nèi)容有序地進(jìn)行保存，并把這組畫面連續(xù)不斷地演播出來。▲幀動畫幀動畫模擬傳統(tǒng)動畫的方式，它采用多畫面表現(xiàn)動畫。動畫的每

二維動畫又叫“平面動畫”，具有非常靈活的表現(xiàn)手段、強(qiáng)烈的表現(xiàn)力和良好的視覺效果。

二維動畫運(yùn)用傳統(tǒng)動畫的基本概念，在平面上構(gòu)成動畫的基本動作。并且在保持傳統(tǒng)動畫的表現(xiàn)力和視覺效果的基礎(chǔ)上，盡量發(fā)揮計(jì)算機(jī)處理的高效率、低成本等特點(diǎn)?！S動畫二維動畫又叫“平面動畫”，具有非常靈活的表現(xiàn)手段、強(qiáng)烈三維動畫又叫“空間動畫”。動畫主體的三維造型是經(jīng)過計(jì)算機(jī)得到的，然后為其賦予“材質(zhì)”，布置好“燈光”、放好“攝影機(jī)”，規(guī)定好運(yùn)動的方式，就制作好了三維動畫?！S動畫三維動畫又叫“空間動畫”。動畫主體的三維造型是經(jīng)過計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)

在計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)中應(yīng)用的主要動畫技術(shù)有：

(1)參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)。

(2)軌跡驅(qū)動技術(shù)。

(3)變形動畫技術(shù)。

(4)關(guān)節(jié)動畫技術(shù)

(5)過程動畫技術(shù)

(6)基于物理的動畫技術(shù)。

(7)行為動畫技術(shù)。1.5計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)在計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)中應(yīng)用的主要動畫技術(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)最初僅僅用來插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來該技術(shù)馬上發(fā)展成為可以用來插值影響運(yùn)動的任何參數(shù)(例如，一個物體的平移、比例變換、旋轉(zhuǎn)、材料、紋理、形狀、可見性參數(shù)等都可作為關(guān)鍵幀參數(shù)，另外，攝象機(jī)和燈光的大部分參數(shù)也可作為關(guān)鍵幀參數(shù))。從這一點(diǎn)來說，關(guān)鍵參數(shù)(Keyparameter)比關(guān)鍵幀(Keyframe)更確切些。

(實(shí)例操作舉例)(1)參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)最初僅僅用來插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來該①選擇合適的插值參數(shù)，

②確定準(zhǔn)確的型值點(diǎn)③選擇合適的插值函數(shù)④求得所插中間幀的參數(shù)主要內(nèi)容：①選擇合適的插值參數(shù)，主要內(nèi)容：

軌跡驅(qū)動動畫，是指先設(shè)計(jì)好物體的運(yùn)動軌跡，然后指定物體沿該軌跡運(yùn)動。通常，物體的運(yùn)動軌跡為三次樣條曲線（也稱為樣條驅(qū)動），并且由用戶交互給出。(2)軌跡驅(qū)動(pathdriven)技術(shù)軌跡驅(qū)動動畫，是指先設(shè)計(jì)好物體的運(yùn)動軌跡，然后指定物體沿

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例①運(yùn)動軌跡的空間參數(shù)曲線Q(u)的重新參數(shù)化，以獲得等間隔采樣的動畫序列，即物體在每一幀的位置。②利用不同的速度曲線對應(yīng)相同的空間曲線，生成不同的運(yùn)動效果。主要內(nèi)容：①運(yùn)動軌跡的空間參數(shù)曲線Q(u)的重新參數(shù)化，以獲得等間隔采變形動畫技術(shù)主要是為了制作一種形態(tài)變形的動畫，即將物體外觀上發(fā)生變化的過程記錄下來，生成一個形態(tài)連續(xù)變化的動畫序列。變形動畫在影視娛樂業(yè)已得到大量運(yùn)用。

(3)變形動畫技術(shù)變形動畫技術(shù)主要是為了制作一種形態(tài)變形的動畫，即將物體外變形動畫技術(shù)分為Morphing和空間變形(deformation)，二者都牽涉到使處理對象作某種變形，但含義不完全一樣。Morphing是指將一給定的源數(shù)字圖像或幾何對象S光滑連續(xù)地變換到目標(biāo)數(shù)字圖像或幾何對象T；deformation是指將單個幾何對象的形狀作某種扭曲、變形，使它變換到動畫師所需的形狀。

變形動畫技術(shù)分類變形動畫技術(shù)分為Morphing和空間變形(deform

圖像Morphing動畫實(shí)例

圖像Morphing動畫實(shí)例

圖像Morphing動畫實(shí)例

圖像Morphing動畫實(shí)例

三維Morphing動畫實(shí)例

三維Morphing動畫實(shí)例

FFD變形動畫實(shí)例

FFD變形動畫實(shí)例＊2維圖像Morphing＊3維Morphing＊整體和局部變形方法＊FFD變形方法主要內(nèi)容＊2維圖像Morphing主要內(nèi)容過程動畫是指物體的運(yùn)動或變形可由一個過程來描述。最簡單的過程動畫是用一個數(shù)學(xué)模型去控制物體的幾何形狀和運(yùn)動，較復(fù)雜的過程動畫則是包括物體的變形、彈性理論、動力學(xué)、碰撞檢測在內(nèi)的物體的復(fù)雜運(yùn)動。

(4)過程動畫技術(shù)過程動畫是指物體的運(yùn)動或變形可由一個過程來描述。最簡單的

粒子動力學(xué)動畫－噴水壺

粒子動力學(xué)動畫－噴水壺

粒子動畫實(shí)例－星球爆炸

粒子動畫實(shí)例－星球爆炸

粒子動畫實(shí)例－冰雪融化

粒子動畫實(shí)例－冰雪融化

過程動畫實(shí)例－布料動畫

過程動畫實(shí)例－布料動畫①粒子系統(tǒng)是最實(shí)用的過程動畫技術(shù)之一。這是一種模擬不規(guī)則自然景物生成和動畫的系統(tǒng)，也就是所謂的粒子系統(tǒng)。②水波動畫(正弦波、平行波)

③布料動畫（基于幾何、基于動力學(xué)）

過程動畫的主要內(nèi)容①粒子系統(tǒng)是最實(shí)用的過程動畫技術(shù)之一。這是一種模擬不規(guī)則自然關(guān)節(jié)動畫是計(jì)算機(jī)動畫中最具挑戰(zhàn)性的課題之一，它的主要目的是模擬骨架動物(尤其是人體)的運(yùn)動。關(guān)節(jié)動畫的發(fā)展不僅促進(jìn)了機(jī)器人等學(xué)科的發(fā)展，而且使得模擬人類自身行為、動作成為可能。

(5)關(guān)節(jié)動畫技術(shù)關(guān)節(jié)動畫是計(jì)算機(jī)動畫中最具挑戰(zhàn)性的課題之一，它的主要目的

正、反向連接運(yùn)動

正、反向連接運(yùn)動

關(guān)節(jié)動畫實(shí)例－連接運(yùn)動

關(guān)節(jié)動畫實(shí)例－連接運(yùn)動

關(guān)節(jié)動畫實(shí)例－骨骼系統(tǒng)

關(guān)節(jié)動畫實(shí)例－骨骼系統(tǒng)

骨骼蒙皮動畫實(shí)例－兩足行走

骨骼蒙皮動畫實(shí)例－兩足行走骨架角色動畫技術(shù)的研究主要集中在其骨架的運(yùn)動學(xué)方程的建立及其運(yùn)動控制技術(shù)上。關(guān)節(jié)動畫技術(shù)的研究內(nèi)容骨架角色動畫技術(shù)的研究主要集中在其骨架的運(yùn)動學(xué)方程的建立＊關(guān)節(jié)鏈結(jié)構(gòu)的基本概念

＊關(guān)節(jié)鏈結(jié)構(gòu)表示＊關(guān)節(jié)鏈結(jié)構(gòu)的運(yùn)動求解技術(shù)＊復(fù)雜骨架的層次構(gòu)造及其運(yùn)動控制＊兩足行走模型＊骨架驅(qū)動的肌肉模型主要內(nèi)容＊關(guān)節(jié)鏈結(jié)構(gòu)的基本概念主要內(nèi)容基于物理模型的動畫技術(shù)是80年代后期發(fā)展起來的一種新的計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，它已在圖形學(xué)中成為一種具有潛在優(yōu)勢的三維造型和運(yùn)動模擬技術(shù)。盡管該技術(shù)比傳統(tǒng)動畫技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度要高得多，但它能逼真地模擬各種自然物理現(xiàn)象，這是基于幾何的傳統(tǒng)動畫生成技術(shù)所無法比擬的。

(6)基于物理的動畫技術(shù)基于物理模型的動畫技術(shù)是80年代后期發(fā)展起來的一種新的計(jì)

動力學(xué)動畫實(shí)例-剛體碰撞檢測

動力學(xué)動畫實(shí)例-剛體碰撞檢測

動力學(xué)動畫實(shí)例－噴水擊球

動力學(xué)動畫實(shí)例－噴水擊球

動力學(xué)動畫實(shí)例－風(fēng)吹樹動

動力學(xué)動畫實(shí)例－風(fēng)吹樹動重點(diǎn)研究各種動力學(xué)方程在計(jì)算機(jī)動畫中的應(yīng)用，以及適用于各不同場合的有效的運(yùn)動生成方法。這些方法大致可分為三類：①剛體運(yùn)動模擬②塑性物體變形運(yùn)動③流體運(yùn)動模擬。

主要內(nèi)容重點(diǎn)研究各種動力學(xué)方程在計(jì)算機(jī)動畫中的應(yīng)用，以及適用于各計(jì)算機(jī)動畫原理與技術(shù)（2008）計(jì)算機(jī)動畫原理與技術(shù)（2008）第一章動畫綜述

1.1

動畫的基本原理

1.2

傳統(tǒng)動畫與計(jì)算機(jī)動畫

1.3

計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)的組成

1.4

計(jì)算機(jī)動畫的基本類型

1.5

計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)概述第一章動畫綜述1.1動畫的基本原理1.1動畫的基本原理和基本概念

動畫和動畫片是兩個不同的概念，動畫涵蓋了一個非常廣泛的領(lǐng)域，包括影視動畫片、影視特技動畫、廣告動畫、游戲動畫、軍事演習(xí)模擬、科學(xué)可視化、醫(yī)學(xué)、教育等。

1.1動畫的基本原理和基本概念動畫和動畫片是兩個不同

動畫片

動畫片是動畫的一種，也是影片的一種。影片按制作方式可分為如下三種：（1）主要通過對人或動物等真實(shí)物體或場景拍攝而得的影片稱為電影。（2）主要采用木偶拍攝而得的影片稱為木偶片。（3）主要通過繪制畫面而得的影片稱為動畫片。

動畫片動畫片是動畫的一種，也是影片的一種。影片按制作

動畫的基本原理

無論何種動畫，都是利用人類眼睛的“視覺滯留效應(yīng)”產(chǎn)生動感，多幅畫面快速連續(xù)的更換，使人們看到連續(xù)活動的圖像，這就是動畫的基本原理。動畫的基本原理無論何種動畫，都是利用人類眼睛的“視覺“視覺滯留效應(yīng)”

是指人在看物體時，物體的影像短暫地殘留在人腦視覺神經(jīng)中，殘留時間約為1/24s。如果每1/24s更替一個畫面，人們的大腦在前一個畫面影像沒有消失前，又接受到下一個畫面的新影像，連續(xù)的大腦感受使人們感覺到連續(xù)的影像變化?！耙曈X滯留效應(yīng)”是指人在看物體時，物體的影像短暫地

下頁展示的是一組傳統(tǒng)動畫的畫面，表現(xiàn)小鳥飛翔的主題．各幀畫面的小鳥形態(tài)都有所變化，將這組畫面快速連續(xù)播放，即呈現(xiàn)出小鳥飛翔的優(yōu)美動感。動畫基本原理示例：下頁展示的是一組傳統(tǒng)動畫的畫面，表現(xiàn)小鳥飛翔的主題．

圖1-1表現(xiàn)小鳥飛翔的傳統(tǒng)動畫圖1-1表現(xiàn)小鳥飛翔的傳統(tǒng)動畫

連續(xù)播放小鳥飛翔畫面（24幀/秒）連續(xù)播放小鳥飛翔畫面計(jì)算機(jī)動畫是在傳統(tǒng)動畫的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)而迅速發(fā)展起來的一門高新技術(shù)。所以說，要想掌握計(jì)算機(jī)動畫的相關(guān)技術(shù)，就應(yīng)該對傳統(tǒng)動畫有所了解。

1.2傳統(tǒng)動畫與計(jì)算機(jī)動畫計(jì)算機(jī)動畫是在傳統(tǒng)動畫的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)而傳統(tǒng)動畫的制作方法

傳統(tǒng)動畫以畫面為基礎(chǔ)，所有的動畫構(gòu)想、動作發(fā)展、表現(xiàn)手法等，都通過手工繪制畫面表現(xiàn)出來。這些內(nèi)容連續(xù)但各不相同的畫面，由于每幅畫面中的物體位置和形態(tài)的不同，在連續(xù)觀看畫面時，給人以活動的感覺。傳統(tǒng)動畫的制作方法傳統(tǒng)動畫以畫面為基礎(chǔ)，所有的動畫構(gòu)傳統(tǒng)動畫的制作流程(1)腳本及動畫設(shè)計(jì)

腳本是敘述一個故事的文字提要及詳細(xì)的文學(xué)劇本，根據(jù)該劇本要設(shè)計(jì)出反映動畫片大致概貌的各個片斷，也即分鏡頭劇本。然后，對動畫片中出現(xiàn)的各種角色的造型、動作、色彩等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)分鏡頭劇本將場景的前景和背景統(tǒng)一考慮，設(shè)計(jì)出手稿圖及相應(yīng)的對話和聲音。

傳統(tǒng)動畫的制作流程(1)腳本及動畫設(shè)計(jì)傳統(tǒng)動畫的制作流程(2)關(guān)鍵幀的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵幀也稱為原畫，它一般表達(dá)某動作的極限位置、一個角色的特征或其它的重要內(nèi)容，這是動畫的創(chuàng)作過程。傳統(tǒng)動畫的制作流程(2)關(guān)鍵幀的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)動畫的制作流程(3)中間幀生成

中間幀是位于關(guān)鍵幀之間的過渡畫，可能有若干張。在關(guān)鍵幀之間可能還會插入一些更詳細(xì)的動作幅度較小的關(guān)鍵幀，稱為小原畫，以便于中間幀的生成。有了中間畫，動作就流暢自然多了。傳統(tǒng)動畫的制作流程(3)中間幀生成傳統(tǒng)動畫的制作流程(4)描線上色

動畫初稿通常都是鉛筆稿圖，將這些稿圖進(jìn)行測試檢查以后就要用手工將其輪廓描在透明膠片上，并仔細(xì)地描上墨、涂上顏料。動畫片中的每一幀畫面通常都是由許多張透明膠片疊合而成的，每張膠片上都有一些不同對象或?qū)ο蟮哪骋徊糠?，相?dāng)于一張靜態(tài)圖像中的不同圖層。傳統(tǒng)動畫的制作流程(4)描線上色傳統(tǒng)動畫的制作流程(5)檢查、拍攝

在拍攝前將各鏡頭的動作質(zhì)量再檢查一遍，然后動畫攝影師把動畫系列依次拍攝記錄到電影膠片上。十分鐘的電影動畫片，大約需要一萬張圖畫。傳統(tǒng)動畫的制作流程(5)檢查、拍攝傳統(tǒng)動畫的制作流程(6)后期制作

有了拍攝好的動畫膠片以后，還要對其進(jìn)行編輯、剪接、配音、字幕等后期制作，才能最后完成一部動畫片。

傳統(tǒng)動畫的制作流程(6)后期制作傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎很長時間的不斷完善，傳統(tǒng)動畫已形成了一套完整的體系，包括制作流程，分工，市場運(yùn)作，甚至電視播出的動畫系列片長度和集數(shù)都已經(jīng)規(guī)范。◎他可以完成許多復(fù)雜的高難度的動畫效果，幾乎人們可以想象到的他都可以完成?！蛎佬g(shù)效果也是如此，傳統(tǒng)動畫可以制作風(fēng)格多樣的美術(shù)風(fēng)格，特別是大場面，大制作的片子，用傳統(tǒng)動畫可以塑造出恢弘的畫面及其細(xì)膩的美術(shù)效果。傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎很長時間的不斷完善，傳統(tǒng)動畫已形成了一套完傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎傳統(tǒng)動畫的制作費(fèi)時、費(fèi)工、費(fèi)力，繪制任務(wù)繁重而復(fù)雜的?！蛴脗鹘y(tǒng)方法制作動畫時走形一直是個令人頭疼的問題.…。◎掌控動畫片質(zhì)量是一個在傳統(tǒng)動畫中比較難解決的問題。傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)◎傳統(tǒng)動畫的制作費(fèi)時、費(fèi)工、費(fèi)力，繪制任務(wù)繁傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)由此我們可以看出，傳統(tǒng)動畫的設(shè)計(jì)制作過程相當(dāng)復(fù)雜。其消耗的人力、物力、財力以及時間都是巨大的。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來以后，人們開始嘗試用計(jì)算機(jī)進(jìn)行動畫創(chuàng)作。傳統(tǒng)動畫的特點(diǎn)由此我們可以看出，傳統(tǒng)動畫的設(shè)計(jì)制作過程

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第一階段用計(jì)算機(jī)畫出簡單的線條和幾何圖形，計(jì)算機(jī)把繪畫過程記錄下來。在需要時，由計(jì)算機(jī)重復(fù)繪畫過程，使人們看到活動的畫面。

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第一階段

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第二階段

計(jì)算機(jī)動畫中活動的主體從簡單的線條、幾何圖形過渡到比較復(fù)雜的圖形。畫面上的變化模式和多種顏色的運(yùn)用使這一階段的動畫具有良好的視覺效果，開始體現(xiàn)計(jì)算機(jī)動畫的風(fēng)格。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)漸趨成熟，計(jì)算機(jī)動畫軟件出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第二階段

計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第三階段以先進(jìn)的軟件和硬件作為條件，逼真地模擬手工動畫，并進(jìn)一步制作手工動畫難以表現(xiàn)的題材。動畫主體從圖形過渡到圖像，并能生成數(shù)字化的主體模型，進(jìn)而產(chǎn)生全計(jì)算機(jī)動畫。3D動畫軟件日趨成熟。計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用第三階段

計(jì)算機(jī)動畫的產(chǎn)生綜上所述，傳統(tǒng)的動畫制作工藝隨著計(jì)算機(jī)的介入，發(fā)生了變化。人們在保留傳統(tǒng)動畫制作風(fēng)格的基礎(chǔ)上，直接使用計(jì)算機(jī)繪制和生成動畫，不再使用紙張。這種由計(jì)算機(jī)輔助的動畫制作周期短、成本低、色彩一致性好。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)和3D技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)巳得到了長足的發(fā)展。計(jì)算機(jī)動畫的產(chǎn)生綜上所述，傳統(tǒng)的動畫制作工藝隨著計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)動畫的本質(zhì)

“動作的變化是動畫的本質(zhì)”這一說法已不全面。計(jì)算機(jī)能夠按照人們的意圖自動生成有特殊效果的動畫，例如顏色動畫、變形動畫、材質(zhì)動畫，以及透視效果動畫等等。計(jì)算機(jī)動畫的本質(zhì)“動作的變化是動畫的本質(zhì)”這一說法已不

計(jì)算機(jī)動畫的制作流程①創(chuàng)意（腳本制作）．②預(yù)處理（輸入外部資料）③場景造型。④設(shè)定材質(zhì)和光源。⑤設(shè)置動畫。計(jì)算機(jī)動畫的制作流程①創(chuàng)意（腳本制作）．

計(jì)算機(jī)動畫的制作流程⑥

運(yùn)動圖像的繪制（渲染）。⑦動畫播放．⑧后處理。⑨動畫的錄制。⑩配音(背景和臺詞）。計(jì)算機(jī)動畫的制作流程⑥運(yùn)動圖像的繪制（渲染）。計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生景物運(yùn)動的效果，即使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生圖形、圖像運(yùn)動的技術(shù)?！蛴?jì)算機(jī)動畫與傳統(tǒng)動畫都遵循同樣的視覺原理?！蛴?jì)算機(jī)動畫由于采用數(shù)字處理方式，動畫的運(yùn)動效果、畫面色調(diào)、紋理、光影效果等可以不斷改變，輸出方式也多種多樣。

計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)3D模型可以保存并重復(fù)使用，克服了傳統(tǒng)動畫的易走形的毛病?！蛴?jì)算機(jī)3D軟件集多種功能(造型、修改、燈光、色彩、渲染等)于一身，動畫的制作質(zhì)量易控制。

計(jì)算機(jī)動畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)3D模型可以保存并重復(fù)使用，克服了主要部分：（1）管理子系統(tǒng)（交互界面）（2）造型子系統(tǒng)（建模工具）（3）動畫子系統(tǒng)（運(yùn)動控制器）（4）繪制子系統(tǒng)(渲染工具)

1.3計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)的組成主要部分：1.3計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)的組成(1)管理子系統(tǒng)的組成(1)管理子系統(tǒng)的組成(2)造型子系統(tǒng)的組成(2)造型子系統(tǒng)的組成(3)動畫子系統(tǒng)的組成(3)動畫子系統(tǒng)的組成(4)繪制子系統(tǒng)的組成(4)繪制子系統(tǒng)的組成

三維動畫軟件簡介計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)的成熟推動了三維計(jì)算機(jī)動畫軟件的發(fā)展，其中影響較大的商品化動畫軟件有：＊加拿大的Alias｜Wavefront（85年）＊美國的Maya(Alias公司98年)

＊加拿大的Softimage3D（88年）＊Discreet(Autodesk)3dsMax（91年）三維動畫軟件簡介計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)的成熟推動了三維▲

計(jì)算機(jī)動畫就動畫性質(zhì)而言，可分為兩大類，即幀動畫和矢量動畫?！?/p>

根據(jù)視覺空間的不同，計(jì)算機(jī)動畫又有二維動畫與三維動畫之分?！凑沼?jì)算機(jī)動畫對時間性能的要求，可以分為實(shí)時動畫和非實(shí)時動畫。

1.3計(jì)算機(jī)動畫的基本類型▲計(jì)算機(jī)動畫就動畫性質(zhì)而言，可分為兩大類，即幀動畫和矢量動

實(shí)時動畫是按動畫播放的速度快速生成動畫的每一幀，即動畫幀的生成和播放是同步的。非實(shí)時動畫通常需要較長時間生成動畫的每一幀，因此，后者先生成并保存組成動畫的每一幀，然后播放，即動畫幀的生成和播放是異步的?！?/p>

實(shí)時動畫和非實(shí)時動畫實(shí)時動畫是按動畫播放的速度快速生成動畫的每一幀，即動畫

使用一幅畫面，所有的表現(xiàn)內(nèi)容經(jīng)過計(jì)算機(jī)程序的快速計(jì)算，在同一幅畫面上生成變換的圖形、線條和文字。變換的方向和模式屬于矢量變換方式，具有極強(qiáng)的規(guī)律性。矢量動畫通常通過編程方式制作，也有用于制作矢量動畫的工具軟件，如Flash、Illustrator?！噶縿赢嬍褂靡环嬅?，所有的表現(xiàn)內(nèi)容經(jīng)過計(jì)算機(jī)程序的快速計(jì)算幀動畫模擬傳統(tǒng)動畫的方式，它采用多畫面表現(xiàn)動畫。動畫的每一個動作被記錄在一幅幅畫中，多幅連續(xù)的畫面構(gòu)成了動畫。電腦的作用只是把眾多的畫面內(nèi)容有序地進(jìn)行保存，并把這組畫面連續(xù)不斷地演播出來?！鴰瑒赢嫀瑒赢嬆M傳統(tǒng)動畫的方式，它采用多畫面表現(xiàn)動畫。動畫的每

二維動畫又叫“平面動畫”，具有非常靈活的表現(xiàn)手段、強(qiáng)烈的表現(xiàn)力和良好的視覺效果。

二維動畫運(yùn)用傳統(tǒng)動畫的基本概念，在平面上構(gòu)成動畫的基本動作。并且在保持傳統(tǒng)動畫的表現(xiàn)力和視覺效果的基礎(chǔ)上，盡量發(fā)揮計(jì)算機(jī)處理的高效率、低成本等特點(diǎn)?！S動畫二維動畫又叫“平面動畫”，具有非常靈活的表現(xiàn)手段、強(qiáng)烈三維動畫又叫“空間動畫”。動畫主體的三維造型是經(jīng)過計(jì)算機(jī)得到的，然后為其賦予“材質(zhì)”，布置好“燈光”、放好“攝影機(jī)”，規(guī)定好運(yùn)動的方式，就制作好了三維動畫?！S動畫三維動畫又叫“空間動畫”。動畫主體的三維造型是經(jīng)過計(jì)算機(jī)1.5計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)

在計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)中應(yīng)用的主要動畫技術(shù)有：

(1)參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)。

(2)軌跡驅(qū)動技術(shù)。

(3)變形動畫技術(shù)。

(4)關(guān)節(jié)動畫技術(shù)

(5)過程動畫技術(shù)

(6)基于物理的動畫技術(shù)。

(7)行為動畫技術(shù)。1.5計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)在計(jì)算機(jī)動畫系統(tǒng)中應(yīng)用的主要動畫技術(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)最初僅僅用來插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來該技術(shù)馬上發(fā)展成為可以用來插值影響運(yùn)動的任何參數(shù)(例如，一個物體的平移、比例變換、旋轉(zhuǎn)、材料、紋理、形狀、可見性參數(shù)等都可作為關(guān)鍵幀參數(shù)，另外，攝象機(jī)和燈光的大部分參數(shù)也可作為關(guān)鍵幀參數(shù))。從這一點(diǎn)來說，關(guān)鍵參數(shù)(Keyparameter)比關(guān)鍵幀(Keyframe)更確切些。

(實(shí)例操作舉例)(1)參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)最初僅僅用來插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來該①選擇合適的插值參數(shù)，

②確定準(zhǔn)確的型值點(diǎn)③選擇合適的插值函數(shù)④求得所插中間幀的參數(shù)主要內(nèi)容：①選擇合適的插值參數(shù)，主要內(nèi)容：

軌跡驅(qū)動動畫，是指先設(shè)計(jì)好物體的運(yùn)動軌跡，然后指定物體沿該軌跡運(yùn)動。通常，物體的運(yùn)動軌跡為三次樣條曲線（也稱為樣條驅(qū)動），并且由用戶交互給出。(2)軌跡驅(qū)動(pathdriven)技術(shù)軌跡驅(qū)動動畫，是指先設(shè)計(jì)好物體的運(yùn)動軌跡，然后指定物體沿

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例

軌跡動畫實(shí)例①運(yùn)動軌跡的空間參數(shù)曲線Q(u)的重新參數(shù)化，以獲得等間隔采樣的動畫序列，即物體在每一幀的位置。②利用不同的速度曲線對應(yīng)相同的空間曲線，生成不同的運(yùn)動效果。主要內(nèi)容：①運(yùn)動軌跡的空間參數(shù)曲線Q(u)的重新參數(shù)化，以獲得等間隔采變形動畫技術(shù)主要是為了制作一種形態(tài)變形的動畫，即將物體外觀上發(fā)生變化的過程記錄下來，生成一個形態(tài)連續(xù)變化的動畫序列。變形動畫在影視娛樂業(yè)已得到大量運(yùn)用。

(3)變形動畫技術(shù)變形動畫技術(shù)主要是為了制作一種形態(tài)變形的動畫，即將物體外變形動畫技術(shù)分為Morphing和空間變形(deformation)，二者都牽涉到使處理對象作某種變形，但含義不完全一樣。Morphing是指將一給定的源數(shù)字圖像或幾何對象S光滑連續(xù)地變換到目標(biāo)數(shù)字圖像或幾何對象T；deformation是指將單個幾何對象的形狀作某種扭曲、變形，使它變換到動畫師所需的形狀。

變形動