數(shù)字媒體技術(shù)導論（微課版）課件 第5章 計算機圖形學與動畫技術(shù)

現(xiàn)代

編著新技術(shù)數(shù)字第5章計算機圖形學與動畫技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)導論5.1計算機圖形學5.2計算機動畫基礎(chǔ)5.3計算機動畫制作軟件Animate的應用5.1.1計算機圖形學的發(fā)展簡介在這個階段，計算機圖形學主要集中在圖形顯示和繪制方面的研究。由于當時計算機性能有限，主要通過繪制線段和多邊形來創(chuàng)建圖形，圖形生成過程緩慢。早期的圖形硬件有繪圖儀等。在這個階段，出現(xiàn)了一些重要的幾何建模技術(shù)和圖形算法，使圖形能夠更加平滑和精細地顯示，同時為圖形繪制和渲染提供了更高效的解決方案，許多研究人員基于計算機圖形學開發(fā)計算機輔助設計圖形系統(tǒng)，并應用于設計領(lǐng)域。在這個階段，計算機圖形學開始關(guān)注三維圖形和動畫。通過引入三維建模、紋理映射、光照模型和物理模擬等技術(shù)，使得計算機能夠生成逼真的三維圖像。此外，也出現(xiàn)了一些著名的計算機圖形學軟件和工具，如OpenGL和3DMax等。在這個階段，計算機圖形學開始追求實時渲染和交互性。隨著圖形硬件和計算機處理器性能的不斷提升，計算機能夠在實時場景中實現(xiàn)復雜的光照和材質(zhì)效果。同時，伴隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得人們可以在計算機生成的虛擬環(huán)境中進行沉浸式體驗。在當代，計算機圖形學繼續(xù)向更高級的方向發(fā)展。其中，人工智能和機器學習的應用為圖像生成與識別和增強現(xiàn)實等技術(shù)帶來新的可能性。此外，還涌現(xiàn)出了更多的交互式圖形技術(shù)，如手勢識別、虛擬角色動畫和自適應顯示等。早期發(fā)展階段（1960~1970年）幾何建模和算法發(fā)展階段（1970~1980年）三維圖形和動畫發(fā)展階段（1980~1990年）實時渲染和虛擬現(xiàn)實發(fā)展階段（2000~2010年）智能化階段（2010年~至今）5.1.2計算機圖形學的研究內(nèi)容二維、三維景物的表示方法。二維、三維景物的表示是計算機圖形顯示的前提和基礎(chǔ)，包括山河、湖海，花草、樹木等自然景物的造型和模擬，曲線、曲面的造型技術(shù)，實體造型，以及相關(guān)圖形的生成理論與算法等。圖形數(shù)據(jù)的輸入、存儲，包括數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮。圖形數(shù)據(jù)的運算處理，包括基于圖像和圖形的混合繪制技術(shù)、自然景物仿真等。圖形數(shù)據(jù)的輸出顯示，包括圖形硬件和圖形交互技術(shù)等。制定與圖形應用軟件有關(guān)的技術(shù)標準。5.1.3計算機圖形學的應用領(lǐng)域1．計算機輔助設計計算機輔助設計是計算機圖形學應用最廣泛的領(lǐng)域之一。它使傳統(tǒng)的手工繪圖設計方法被計算機圖形生成技術(shù)取代，土建工程、機械結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設計，包括飛機、汽車、船舶等產(chǎn)品的外形及其零部件，以及電子線路、電子器件等產(chǎn)品的設計均可得到精確的圖形，并直接應用于產(chǎn)品的加工處理。同時，隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，設計人員可以通過網(wǎng)絡進行協(xié)同設計，有效提高設計效率。5.1.3計算機圖形學的應用領(lǐng)域2．數(shù)據(jù)可視化在信息化時代，將海量數(shù)據(jù)可視化，并使其內(nèi)容變得容易理解是人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。應用計算機圖形學便能以圖形的形式表示數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢及其反映的事物變化規(guī)律一目了然。5.1.3計算機圖形學的應用領(lǐng)域3．計算機動畫傳統(tǒng)的動畫片大多是手工繪制，而計算機圖形學的應用，將計算機作為繪制動畫的主要動力，極大地提高了動畫制作的效率，同時使動畫內(nèi)容更加豐富多彩，并呈現(xiàn)逼近真實世界的效果，還可以生成各種各樣精彩絕倫的特技效果。5.1.3計算機圖形學的應用領(lǐng)域4．計算機游戲計算機圖形學為計算機游戲開發(fā)提供了建模和渲染等技術(shù)的支持。建模是指在計算機中構(gòu)建幾何模型來表示三維物體，渲染是指將三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖像的過程，兩者都是計算機圖形學中基礎(chǔ)且重要的技術(shù)，同時也是游戲開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。計算機游戲角色三維建模的模型展示5.1.3計算機圖形學的應用領(lǐng)域5．計算機藝術(shù)計算機圖形學的發(fā)展與應用，催生眾多的圖形制作軟件，方便了藝術(shù)工作者通過這些軟件進行藝術(shù)創(chuàng)作。這些軟件不但可以利用軟件的模板和工具，提高藝術(shù)創(chuàng)作的效率，一些功能的運用，也能幫助藝術(shù)工作者創(chuàng)作出更多更具創(chuàng)意的藝術(shù)作品。創(chuàng)作者通過計算機軟件創(chuàng)作的平面藝術(shù)作品5.1.3計算機圖形學的應用領(lǐng)域6．用戶界面設計用戶界面是人和計算機之間進行交互的媒介。一個友好的圖形化用戶界面能夠提高交互系統(tǒng)的易用性，如今，幾乎任何的交互系統(tǒng)都可以看到計算機圖形學在用戶界面設計方面的應用。操作這些用戶界面可以不看說明書，根據(jù)它的圖形或動畫界面的指示即可完成操作。7．虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要研究用計算機模擬（構(gòu)造）三維圖形空間，并使用戶能夠自然地與該空間進行交互。顯然，計算機圖形學是構(gòu)造三維模型，促使虛擬技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。計算機圖形學5.15.2計算機動畫基礎(chǔ)5.3計算機動畫制作軟件Animate的應用5.2.1動畫的定義與原理動畫除了可以記錄在膠片上，還可以記錄在磁帶、磁盤、光盤上。放映動畫可以使用燈光投影到銀幕上，還可以使用電視屏幕、計算機顯示器等設備進行顯示。動畫中運動的對象可以是實體，也可以是顏色、紋理、燈光在不斷改變。與數(shù)字視頻一樣，動畫也是基于視覺暫留原理產(chǎn)生的。動畫和數(shù)字視頻都是由一系列靜止畫面按照一定的順序排列而成，這些靜止畫面同樣被稱為幀，每一幀與相鄰幀中的內(nèi)容略有不同。當幀畫面以一定的速度連續(xù)播放時，由于視覺暫留現(xiàn)象造成了連續(xù)的動態(tài)效果。動畫和數(shù)字視頻的主要差別類似圖形與圖像的區(qū)別，即幀畫面的產(chǎn)生方式有所不同，動畫是利用人工或計算機圖形技術(shù)繪制出的連續(xù)畫面，而數(shù)字視頻是模擬視頻信號經(jīng)過數(shù)字化后的運動圖像。動畫是一種動態(tài)生成一系列相關(guān)畫面的處理方法。動畫是一門通過在連續(xù)多格的膠片上拍攝一系列單個畫面，從而產(chǎn)生運動視覺的技術(shù)，這種視覺是通過將膠片以一定速率放映的形式體現(xiàn)出來的。5.2.2動畫的發(fā)展1．原始動畫時代在我國漢代時期，出現(xiàn)了類似于現(xiàn)在的“皮影戲”的藝術(shù)，可以說這時的動畫技術(shù)已經(jīng)向前邁進了一大步。在之后很長一段時間內(nèi)，動畫始終發(fā)展得非常緩慢，這一時期被稱為原始動畫時代。據(jù)考古學家發(fā)現(xiàn)，在出土的幾萬年前的壁畫上能夠看到一系列原始人祭神和跳舞的圖案?？梢娔莻€時代的“畫家”已經(jīng)注意到了動畫的基本規(guī)則，從而創(chuàng)作出了那些極富動感的圖案。5.2.2動畫的發(fā)展2．傳統(tǒng)動畫時代19世紀末，法國有一對名為盧米埃爾的兄弟發(fā)明了電影攝影機，從此以后，一部一部的動畫片陸陸續(xù)續(xù)地誕生了。這個階段的動畫全部都是手工繪制的，因此稱作傳統(tǒng)動畫時代。傳統(tǒng)動畫（傳統(tǒng)手繪動畫）將一張張逐漸變化的并能清楚地反映一個連續(xù)動態(tài)過程的靜止畫面，經(jīng)過電影攝像機逐幀地拍攝編輯，再通過播放設備，使之在屏幕上活動起來。5.2.2動畫的發(fā)展3．計算機動畫時代20世紀60年代，第一部計算機動畫片誕生于貝爾實驗室。隨著計算機圖形技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機在動畫中的應用不斷擴大。如今計算機動畫已成為動畫制作的主流，計算機動畫也成為了電影、電視、游戲、教育等領(lǐng)域不可缺少的一部分。動畫影視特效動畫游戲角色動畫演示科學知識5.2.3計算機動畫的分類1．二維動畫計算機二維動畫又叫計算機輔助動畫，它用計算機代替了部分人工，可以看做是對傳統(tǒng)動畫的改進。第一步可以通過人工繪制關(guān)鍵畫面的輪廓圖，并將關(guān)鍵畫面通過攝像機或掃描儀等設備輸入計算機，設置成關(guān)鍵幀，也可以由動畫制作軟件直接繪制；第二步由計算機根據(jù)兩幅關(guān)鍵幀自動生成中間畫（中間畫是關(guān)鍵幀與關(guān)鍵幀之間的過渡畫面，中間畫不止一張，可能有若干張，能夠使動作流暢自然）；第三步則是在計算機輔助下完成著色、拍攝、后期處理等操作，最后輸出完整的動畫。5.2.3計算機動畫的分類1．二維動畫相較于三維動畫，計算機二維動畫具有獨特的表現(xiàn)力、畫風多樣，這使得計算機二維動畫至今仍受到行業(yè)和用戶的喜愛。與傳統(tǒng)手繪動畫需要大量的人工手繪操作相比，計算機二維動畫不僅繪制的圖形非常準確，操作簡單，而且無須進行膠片拍攝和沖印就能預演結(jié)果，便于二次編輯、修改，既節(jié)省了人力成本又極大地提高了動畫制作效率。5.2.3計算機動畫的分類2．三維動畫建模階段使用特定的軟件創(chuàng)建動畫角色和景物的三維模型動畫制作階段通過設定模型位置和改變模型的狀態(tài)使模型在三維空間里“動”起來；渲染階段是指完成三維動畫制作并導出的階段，主要通過在計算機內(nèi)部創(chuàng)建虛擬攝影機，并調(diào)整好鏡頭、燈光，從而形成最終的三維動畫效果。010203三維動畫是指利用計算機技術(shù)在三維空間制作的動畫。三維動畫的制作一般分為3個步驟。5.2.3計算機動畫的分類2．三維動畫與計算機二維動畫相比，三維動畫的制作需要更多的技術(shù)支持，但畫面更直觀和逼真，給觀看者身臨其境的感受。5.3計算機圖形學5.1計算機動畫基礎(chǔ)5.2計算機動畫制作軟件Animate的應用5.3.1認識AnimateAnimate從首款產(chǎn)品推出至今，已有眾多版本，但各版本的操作方法基本相同。下面以Animate2021版本為例，介紹Animate的操作界面構(gòu)成。Animate的操作界面主要由菜單欄、工具箱、場景、舞臺和各種面板組成。5.3.2Animate的基本操作1．新建文檔啟動Animate后，在其操作界面中選擇【文件】/【新建】命令，打開“新建文檔”對話框。選擇動畫應用場景選擇所選場景下動畫的應用平臺設置文檔尺寸、幀速率（幀率）、腳本語言5.3.2Animate的基本操作2．元件的基本操作需要注意的是，元件的使用范圍只限于動畫的幕后區(qū)，即“庫”面板中。換句話說，在“庫”面板中的叫元件，將其從“庫”面板拖曳到舞臺，舞臺中呈現(xiàn)的就是該元件的實例。或者說，任何在舞臺中引用的元件都是該元件的實例。在Animate中，可以將一些需要重復使用的元素轉(zhuǎn)換為元件存放在“庫”面板中，以便隨時調(diào)用，被調(diào)用的元件又稱為實例，實例具有元件的一切特性。010203元件與實例的區(qū)別在于：在舞臺內(nèi)修改實例可以更改實例的顏色、大小和功能，但并不能對“庫”面板中這一實例的元件產(chǎn)生影響；相反，如果修改“庫”面板中的元件，將直接影響舞臺中該元件對應的每一個實例。5.3.2Animate的基本操作2．元件的基本操作選擇【插入】/【新建元件】命令，或按【Ctrl+F8】組合鍵，打開“創(chuàng)建新元件”對話框，設置元件名稱和類型后，單擊“確定”按鈕。新建元件將對象轉(zhuǎn)換為元件使用選擇工具選擇舞臺中的對象，選擇【修改】/【轉(zhuǎn)換為元件】命令，或直接按【F8】鍵，打開“轉(zhuǎn)換為元件”對話框，設置元件名稱和類型后，單擊“確定”按鈕。在舞臺中選擇需要編輯元件對應的實例，然后選擇【編輯】/【編輯元件】命令，或在該實例上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“編輯元件”命令，或直接雙擊該實例，進入元件編輯窗口后，編輯修改元件。編輯元件5.3.2Animate的基本操作3．幀的基本操作02復制幀選擇【插入】/【時間軸】/【幀】命令，或按【F5】鍵可插入普通幀；選擇【插入】/【時間軸】/【關(guān)鍵幀】命令可插入關(guān)鍵幀；選擇【插入】/【時間軸】/【空白關(guān)鍵幀】命令可插入空白關(guān)鍵幀。01選擇幀單擊鼠標左鍵可選擇鼠標指針下方的幀；單擊圖層名稱可選擇對應圖層中的所有幀；按住【Ctrl】鍵不放并單擊鼠標左鍵可選擇多個不連續(xù)的幀；按住【Shift】鍵不放并單擊鼠標左鍵可選擇兩個幀之間連續(xù)的幀。

04插入幀當只需要復制一幀時，可按住【Alt】鍵將該幀拖曳到目標位置；若要復制多幀，可選中這些幀，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“復制幀”命令，然后選擇目標位置，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“粘貼幀”命令。03移動幀選擇關(guān)鍵幀或含關(guān)鍵幀的序列，將其拖曳至目標位置。5.3.2Animate的基本操作3．幀的基本操作轉(zhuǎn)換幀在需要轉(zhuǎn)換的幀上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵幀”命令或【F6】鍵轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵幀；選擇“轉(zhuǎn)換為空白關(guān)鍵幀”命令或按【F7】鍵轉(zhuǎn)換為空白關(guān)鍵幀。翻轉(zhuǎn)幀選擇含關(guān)鍵幀的幀序列，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“翻轉(zhuǎn)幀”命令。刪除幀選中需要刪除的幀，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“刪除幀”命令，或按【Shift+F5】組合鍵可刪除選中的幀。0506075.3.3Animate的動畫類型及其創(chuàng)建方法1．認識與創(chuàng)建逐幀動畫逐幀動畫是指一種由多個連續(xù)的關(guān)鍵幀組成，并且每幀內(nèi)容都略有差別的動畫類型。逐幀制作導入GIF動態(tài)圖像文件導入圖片序列轉(zhuǎn)換為逐幀動畫5.3.3Animate的動畫類型及其創(chuàng)建方法2．認識與創(chuàng)建補間動畫（1）傳統(tǒng)補間動畫傳統(tǒng)補間動畫是指根據(jù)同一元件在兩個關(guān)鍵幀中（開始幀和結(jié)束幀），其位置、大小、透明度和旋轉(zhuǎn)方向等屬性的變化，由Animate自動計算生成的一種動畫類型。創(chuàng)建傳統(tǒng)補間動畫的方法是：當同一元件構(gòu)成兩個關(guān)鍵幀時，將鼠標指針移至兩個關(guān)鍵幀之間的過渡幀上，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“創(chuàng)建傳統(tǒng)補間動畫”命令，再調(diào)整兩個關(guān)鍵幀所含對象的位置、大小、透明度和旋轉(zhuǎn)方向等屬性。5.3.3Animate的動畫類型及其創(chuàng)建方法2．認識與創(chuàng)建補間動畫（2）補間形狀動畫制作這種動畫只需要創(chuàng)建兩個關(guān)鍵幀（開始幀和結(jié)束幀），在兩個關(guān)鍵幀中繪制不同的形狀，Animate會自動添加兩個關(guān)鍵幀之間的變化過程。創(chuàng)建補間形狀動畫的方法是：在兩個關(guān)鍵幀中繪制不同的形狀后，將鼠標指針移至兩個關(guān)鍵幀之間的過渡幀上，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“創(chuàng)建補間形狀動畫”命令。5.3.3Animate的動畫類型及其創(chuàng)建方法2．認識與創(chuàng)建補間動畫（3）補間動畫補間動畫（狹義）是指首先在開始幀放置元件，然后使用“創(chuàng)建補間動畫”命令創(chuàng)建補間動畫，再多次創(chuàng)建關(guān)鍵幀，并調(diào)整關(guān)鍵幀所含對象屬性的一種動畫類型。創(chuàng)建傳統(tǒng)補間動畫的方法是：插入第一個關(guān)鍵幀，在該關(guān)鍵幀中創(chuàng)建對象并將其設置為元件，然后選擇該幀，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“創(chuàng)建補間動畫”命令，拖曳補間動畫幀序列右側(cè)的邊緣調(diào)整幀序列的長短；然后在幀序列中的任意幀上插入屬性關(guān)鍵幀，調(diào)整對象的位置、大小、旋轉(zhuǎn)等屬性。5.3.3Animate的動畫類型及其創(chuàng)建方法3．認識與創(chuàng)建引導層動畫引導層動畫是指由引導層和被引導層組成的一種動畫類型，引導層中的內(nèi)容在最終發(fā)布時不會被顯示，被引導層中的動畫類型一般是補間動畫。引導線的轉(zhuǎn)折不宜過多，且轉(zhuǎn)折處的線條彎度不宜過急，以免Animate無法準確判斷對象的運動路徑。

引導線應為一條流暢且連續(xù)的線條，不能出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象。

引導線不能交叉、重疊，否則會導致動畫創(chuàng)建失敗。

被引導對象必須吸附到引導線上，否則被引導對象將無法沿著引導線運動。5.3.3Animate的動畫類型及其創(chuàng)建方法3．認識與創(chuàng)建引導層動畫創(chuàng)建引導層動畫的關(guān)鍵就是創(chuàng)建引導層，有兩種方式可以創(chuàng)建引導層。將