第4章 動(dòng)畫原理及制作技術(shù)

第4章計(jì)算機(jī)動(dòng)畫原理及技術(shù)

學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本概念和基本原理理解和掌握動(dòng)畫的制作技術(shù)及實(shí)現(xiàn)的方法掌握GIF動(dòng)畫和Morph動(dòng)畫的制作方法理解Flash軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的基本原理應(yīng)用Flash軟件制作簡(jiǎn)單的二維動(dòng)畫4.1動(dòng)畫的基本原理動(dòng)畫的視覺原理醫(yī)學(xué)已證明，人類的眼睛具有“視覺暫留”的特性，就是說當(dāng)人的眼睛看到一幅畫或一個(gè)物體后，它的影像就會(huì)投射到我們的視網(wǎng)膜上，如果這件物體突然移開，它的影像仍會(huì)在我們的眼睛里停留一段極短的時(shí)間，在1/24秒內(nèi)不會(huì)消失，這時(shí)如果有另一個(gè)物體在這段極短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，我們將看不出中間有斷續(xù)的感覺，這便就是“視覺暫留”的原理。

4.1動(dòng)畫的基本原理所謂動(dòng)畫，就是一種通過連續(xù)畫面來顯示運(yùn)動(dòng)和變化的技術(shù)，畫面以一定的速度播放以達(dá)到連續(xù)的動(dòng)態(tài)效果。也可以說，動(dòng)畫是一系列物體組成的圖像幀的動(dòng)態(tài)變化過程，其中每幀圖像只是在前一幀圖像基礎(chǔ)上略加變化。4.1.1計(jì)算機(jī)動(dòng)畫概述計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（ComputerAnimation）：動(dòng)態(tài)圖形與圖像時(shí)基媒體的一種形式，它以人眼的視覺滯留特性為依據(jù)，利用計(jì)算機(jī)二維和三維圖形處理技術(shù)，并借助于動(dòng)畫編程與制作軟件直接生成，或?qū)σ幌盗腥斯D形進(jìn)行一種動(dòng)態(tài)處理后生成的一系列可供實(shí)時(shí)演播的連續(xù)畫面。4.1.2動(dòng)畫的構(gòu)成規(guī)則

主要有以下三點(diǎn)：（1）動(dòng)畫由多畫面組成，并且畫面必須連續(xù)。（2）畫面之間的內(nèi)容必須存在差異。（3）畫面表現(xiàn)的動(dòng)作必須連續(xù)，即后一幅畫面是前一幅畫面的繼續(xù)。

動(dòng)畫的表現(xiàn)手法也要遵循一定的規(guī)則

（1）在嚴(yán)格遵循運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，可進(jìn)行適度的夸張和發(fā)展。

（2）動(dòng)畫節(jié)奏的掌握以符合自然規(guī)律為主要標(biāo)準(zhǔn)

（3）動(dòng)畫的節(jié)奏通過畫面之間物體相對(duì)位移量進(jìn)行控制

傳統(tǒng)動(dòng)畫的性質(zhì)：由多幅畫面構(gòu)成，稱為“幀動(dòng)畫”Frame1Frame2Frame3Frame4Frame5Frame6Frame7傳統(tǒng)動(dòng)畫分類：(1)全動(dòng)畫——為追求畫面完美和動(dòng)作流暢，按照24幀／s制作動(dòng)畫(2)半動(dòng)畫——又名“有限動(dòng)畫”。為追求經(jīng)濟(jì)效益，6幀／s的動(dòng)畫●動(dòng)畫的時(shí)間特性(1)動(dòng)作的發(fā)展按照時(shí)間發(fā)生的順序進(jìn)行(2)與自然現(xiàn)象一致的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏(3)遵守自然規(guī)律，可有限的夸張●

動(dòng)畫的節(jié)奏掌握(1)利用各幀之間的位置差控制動(dòng)畫節(jié)奏(2)自然規(guī)律和有限的夸張是動(dòng)作節(jié)奏的依據(jù)Frame1Frame2Frame3Frame4Frame5Frame6Frame7Frame84.1.3傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作過程

1．總體規(guī)劃階段（1）劇本：用畫面來表現(xiàn)視覺動(dòng)作，最好的動(dòng)畫是通過滑稽的動(dòng)作取得。

（2）故事板：根據(jù)劇本，由導(dǎo)演繪制出類似連環(huán)畫的故事草圖（分鏡頭繪圖劇本），將劇本描述的動(dòng)作表現(xiàn)出來。

（3）攝制表：是導(dǎo)演為編制整個(gè)影片制作的進(jìn)度規(guī)劃表。2．設(shè)計(jì)制作階段

（1）設(shè)計(jì)：在故事板的基礎(chǔ)上，確定背景、前景及道具的形式和形狀，完成場(chǎng)景環(huán)境和背景圖的設(shè)計(jì)、制作。（2）音響：動(dòng)作必須與音樂匹配，音響錄音要在動(dòng)畫制作之前進(jìn)行。錄音完成后，編輯人員還要把記錄的聲音精確地分解到每一幅畫面位置上。3．具體創(chuàng)作階段

（1）原畫創(chuàng)作：原畫創(chuàng)作是由動(dòng)畫設(shè)計(jì)師繪制出動(dòng)畫的一些關(guān)鍵畫面。通常是一個(gè)設(shè)計(jì)師只負(fù)責(zé)一個(gè)固定的人物或其他角色。（2）中間插畫制作：中間插畫是指兩個(gè)重要位置或框架圖之間的圖畫，一般就是兩張?jiān)嬛g的一幅畫。（3）譽(yù)清和描線：草圖完成后，使用特制的靜電復(fù)印機(jī)將草圖譽(yù)印到醋酸膠片上。然后，再用手工給譽(yù)印在膠片上的畫面的線條進(jìn)行描墨。

（4）著色：由于動(dòng)畫片通常都是彩色的，這一步是對(duì)描線后的膠片進(jìn)行著色。4．拍攝制作階段

（1）檢查：檢查是拍攝階段的第一步。在每一個(gè)鏡頭的每一幅畫面全部著色完成之后，拍攝之前，動(dòng)畫設(shè)計(jì)師需要對(duì)每一場(chǎng)景中的各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)的檢查。（2）拍攝：動(dòng)畫片的拍攝，使用中間有幾層玻璃層、頂部有一部攝像機(jī)的專用攝制臺(tái)。拍攝時(shí)將背景放在最下一層，中間各層放置不同的角色或前景等。（3）編輯：編輯是后期制作的一部分。編輯過程主要完成動(dòng)畫各片段的連接、排序、剪輯等。（4）錄音：編輯完成之后，編輯人員和導(dǎo)演開始選擇音響效果配合動(dòng)畫的動(dòng)作。在所有音響效果選定并能很好的與動(dòng)作同步之后，編輯和導(dǎo)演一起對(duì)音樂進(jìn)行復(fù)制。再把聲音、對(duì)話、音樂、音響都混合到一個(gè)聲道上，最后記錄在膠片或錄像帶上。4.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本類型根據(jù)運(yùn)動(dòng)的控制方式劃分為：實(shí)時(shí)動(dòng)畫也稱為算法動(dòng)畫，它采用各種算法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)控制。逐幀動(dòng)畫（關(guān)鍵幀動(dòng)畫）由一幅幅在內(nèi)容上連續(xù)的畫面，采用接近于視頻的播放機(jī)制組成的圖像或圖形序列動(dòng)畫。4.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本類型根據(jù)視覺空間的不同，劃分為：二維動(dòng)畫二維畫面是平面上的畫面。三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫被稱為計(jì)算機(jī)生成動(dòng)畫。二維動(dòng)畫與三維動(dòng)畫的主要區(qū)別在于獲得動(dòng)畫中的景物運(yùn)動(dòng)效果所采用的方法不同。1.關(guān)鍵幀動(dòng)畫被選出的畫面一般都出現(xiàn)在動(dòng)作變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，對(duì)這段連續(xù)動(dòng)作起著關(guān)鍵的控制作用，因此稱為關(guān)鍵幀。2.柔性運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(1)形變動(dòng)畫：形變技術(shù)分為非線性全局形變發(fā)和自由形狀性變法。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的關(guān)鍵技術(shù)

2.柔性運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(2)變形動(dòng)畫：變形可以是二維或三維的。圖像間的插值變形稱為Morph，圖像本身的變形稱為Warp。3.關(guān)節(jié)動(dòng)畫和人體動(dòng)畫關(guān)節(jié)動(dòng)畫的主要方法是正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)。人體動(dòng)畫研究集中于臉部表情動(dòng)畫，涉及兩個(gè)問題：臉部造型和臉部表情。一種常用于電影和游戲制作的簡(jiǎn)單方法是旋轉(zhuǎn)復(fù)制法，它利用感受器記錄人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，從而模擬出真實(shí)人體運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的關(guān)鍵技術(shù)

4.2.3常見的動(dòng)畫文件格式

1．GIF格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）即“圖形交換格式”,Internet上大量采用的彩色動(dòng)畫文件多為這種格式的文件，也稱為GIF89a格式文件,畫面尺寸隨顯示模式而定。2．FLIC（FLI/FLC）格式FLIC是Autodesk公司在其出品的AnimatorPro/3DStudio等2D/3D動(dòng)畫制作軟件中采用的彩色動(dòng)畫文件格式，F(xiàn)LIC是FLC和FLI的統(tǒng)稱，其中，F(xiàn)LI是最初的基于320×200像素的動(dòng)畫文件格式，而FLC則是FLI的擴(kuò)展格式，采用了更高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，其分辨率也不再局限于320×200像素。3．SWF格式SWF是Macromedia公司的產(chǎn)品Flash的矢量動(dòng)畫格式，它采用曲線方程描述其內(nèi)容，不是由點(diǎn)陣組成內(nèi)容，因此這種格式的動(dòng)畫在縮放時(shí)不會(huì)失真，非常適合描述由幾何圖形組成的動(dòng)畫，如教學(xué)演示等。

4．AVI格式

是Microsoft公司開發(fā)的一種符合RIFF文件規(guī)范的數(shù)字音頻與視頻文件格式，該方式的壓縮率較高，可將音頻和視頻混合到一起。思考題1.什么是動(dòng)畫？動(dòng)畫是不是只限于表現(xiàn)于運(yùn)動(dòng)的過程？2.動(dòng)畫應(yīng)遵循什么樣的構(gòu)成規(guī)則？3.傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作過程應(yīng)分為哪幾步？4.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫分為幾種？各有什么特點(diǎn)？1.什么是動(dòng)畫？動(dòng)畫是不是只限于表現(xiàn)于運(yùn)動(dòng)的過程？D.是一種通過連續(xù)畫面來顯示運(yùn)動(dòng)和變化的技術(shù)，通過一定速度的畫面播放，達(dá)到連續(xù)的動(dòng)態(tài)效果。動(dòng)畫不僅僅表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程，還可表現(xiàn)飛運(yùn)動(dòng)過程，如，柔性體的變形、色彩和光強(qiáng)的變化等。4.3二維動(dòng)畫的制作

4.3.1二維動(dòng)畫的特點(diǎn)

在二維動(dòng)畫中，計(jì)算機(jī)的作用包括：輸入和編輯關(guān)鍵幀，計(jì)算和生成中間幀，定義和顯示運(yùn)動(dòng)路徑，交互式給畫面上色，產(chǎn)生一些特技效果，實(shí)現(xiàn)畫面與聲音的同步，控制運(yùn)動(dòng)系列的記錄等。二維動(dòng)畫處理軟件可以采用自動(dòng)或半自動(dòng)的中間畫面生成處理，大大提高了工作效率和質(zhì)量。二維動(dòng)畫處理的關(guān)鍵是動(dòng)畫生成處理，動(dòng)畫處理包括屏幕繪畫和動(dòng)畫生成兩個(gè)基本步驟。二維動(dòng)畫的制作過程：關(guān)鍵幀的產(chǎn)生、中間和面的生成、分層制作合成、著色和預(yù)演五個(gè)階段。二維動(dòng)畫制作的軟件系統(tǒng)：TOONZ;RETASPRO;AXA;Flash。三維動(dòng)畫的制作

三維動(dòng)畫的制作過程

：建模、編輯材質(zhì)、貼圖、燈光、動(dòng)畫編輯和渲染。制作三維動(dòng)畫的軟件系統(tǒng)：Softimage3D；3DSMax;Maya;Lightware3D。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的最新發(fā)展(1)Catmull-Clark細(xì)分曲面的造型和動(dòng)畫研究;(2)隱式曲面的造型和動(dòng)畫研究;(3)運(yùn)動(dòng)捕獲動(dòng)畫數(shù)據(jù)的處理;(4)三維Morphing和變形研究

。4.3.2變形動(dòng)畫制作

變形指景物形體變化，它是使一幅圖像在1～2秒內(nèi)逐步變化到另一幅完全不同圖像的處理方法。這是一種較復(fù)雜的二維圖像處理，需要對(duì)各像素點(diǎn)的顏色、位置作變換。變形的起始圖像和結(jié)束圖像分別為兩幅關(guān)鍵幀，從起始形狀變化到結(jié)束形狀的關(guān)鍵在于自動(dòng)地生成中間形狀，也即自動(dòng)生成中間幀。

基本原理：根據(jù)首、尾畫面給定的位置、顏色參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換。1.變形動(dòng)畫制作的一般過程：（1）選擇兩幅尺寸相同、色彩模式一致的圖像，分別用于變形動(dòng)畫中的首、尾畫面。（2）在首、尾畫面上設(shè)置對(duì)稱的變形參考點(diǎn)，勾畫出各部分（主要輪廓）的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即從起始畫面上的一個(gè)點(diǎn)變到結(jié)束畫面上的另一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置，這是變形運(yùn)算所需要的參數(shù)。（3）參數(shù)設(shè)置包括中間幀的幀數(shù),生成的動(dòng)畫格式和壓縮等參數(shù)。（4）動(dòng)畫生成。系統(tǒng)自動(dòng)地對(duì)當(dāng)前幀的每個(gè)點(diǎn)作向著結(jié)束點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)長度為移動(dòng)距離除以中間幀數(shù)，以求出下一幀對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置及顏色，并對(duì)其他相鄰點(diǎn)作插值處理。對(duì)全部點(diǎn)處理完成后生成一個(gè)新的當(dāng)前幀畫面。如此反復(fù)，生成所有中間幀。2.首、尾動(dòng)畫的設(shè)計(jì)，首、尾畫面是變形動(dòng)畫的起始和結(jié)束畫面，由設(shè)計(jì)者自行選擇，可以用Photoshop等軟件加工和處理，使變形動(dòng)畫效果更加理想，但是處理圖像時(shí)應(yīng)該遵循一定的規(guī)則：（1）首、尾畫面尺寸應(yīng)保持一致，并且不宜過大。（2）首、尾畫面最好采用相同的圖像文件格式。（3）最好使首、尾畫面中的主體外形輪廓、色調(diào)比較接近，這樣制作而成的動(dòng)畫效果就比較自然。（4）首、尾畫面的背景最好采用黑色，這樣有利于變形動(dòng)畫的后期加工和處理。

3.使用Morph制作變形動(dòng)畫(1)根據(jù)首、尾畫面中設(shè)定的變形點(diǎn)進(jìn)行有序變換(2)以多種格式保存(FLC、GIF、BMP、圖片序列等)frame1frame2frame3frame4變形效果：●制作舉例1．啟動(dòng)Morph軟件

2．打開首、尾畫面3．設(shè)置變形的參考點(diǎn)4．設(shè)置動(dòng)畫輸出參數(shù)5．生成和保存首畫面尾畫面設(shè)置變形的參考點(diǎn)設(shè)置動(dòng)畫輸出參數(shù)4.3.3GIF動(dòng)畫制作

●

用途——平面動(dòng)畫制作、網(wǎng)頁動(dòng)畫前期制作、三維動(dòng)畫后期制作●

系統(tǒng)生成文件格式GIF——圖片文件(256色，96dpi分辨率)CEL——剪貼板文件(系統(tǒng)自用文件，圖片、動(dòng)畫序列)FLC——標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)畫文件是CompuServe公司在1987年為了制定彩色圖像傳輸協(xié)議而開發(fā)的圖像文件格式。由于GIF動(dòng)畫體積小，同時(shí)又具備一定的表現(xiàn)力，所以在當(dāng)前網(wǎng)頁動(dòng)畫中使用非常廣泛。GIF動(dòng)畫應(yīng)具有網(wǎng)頁動(dòng)畫的一般特點(diǎn)，即數(shù)據(jù)量小、表現(xiàn)力強(qiáng)、視覺效果好、模式多樣化等，常用的GIF動(dòng)畫制作軟件很多，如GIFConstructionSetProfessional、GIFAnimator等。GIF文件的主要功能

（1）普通動(dòng)畫轉(zhuǎn)換成GIF格式的網(wǎng)頁動(dòng)畫。（2）為動(dòng)畫畫面添加文字動(dòng)畫或制作文字動(dòng)畫、按鈕動(dòng)畫等。（3）制作具有透明屬性的圖片和交錯(cuò)圖。（4）通過設(shè)置能控制動(dòng)畫的播放速度和循環(huán)次數(shù)。（5）能從GIF動(dòng)畫中提取單幀圖像。

GIFCON軟件的界面

制作一個(gè)GIF動(dòng)畫的步驟（1）啟動(dòng)GIFCON軟件。首先執(zhí)行“開始/程序/GIFConstructionSet”菜單命令或其他命令，啟動(dòng)GIFCON軟件。（2）新建GIF動(dòng)畫。執(zhí)行File/New菜單命令或單擊Ctrl+N快捷鍵，新建GIF動(dòng)畫。此時(shí)命令窗口中自動(dòng)生成一條HEADER命令。（3）設(shè)置GIF循環(huán)次數(shù)。用鼠標(biāo)雙擊HEADER，打開EditHeader菜單命令，選中Loop，在Iterations輸入框中輸入循環(huán)次數(shù)。若想動(dòng)畫無限循環(huán)，輸入數(shù)字0，最后單擊OK按鈕，如圖6-6所示。

圖6-6設(shè)置GIF循環(huán)次數(shù)

（4）導(dǎo)入圖片。執(zhí)行Edit/Insertblock/Image菜單命令或單擊工具菜單中“+”按鈕中的Image，將彈出“打開”對(duì)話框，選擇圖片，單擊“打開”按鈕。隨后，彈出Palette對(duì)話框，選擇第一項(xiàng)和最后一項(xiàng)，意為使用圖像自身的調(diào)色板