第一章 動畫綜述課件

計算機動畫原理與技術（2008）第一章動畫綜述第一章動畫綜述

1.1

動畫的基本原理

1.2

傳統(tǒng)動畫與計算機動畫

1.3

計算機動畫系統(tǒng)的組成

1.4

計算機動畫的基本類型

1.5

計算機動畫技術概述第一章動畫綜述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、軍事演習模擬、科學可視化、醫(yī)學、教育等。

第一章動畫綜述

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。

第一章動畫綜述

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”產生動感，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。第一章動畫綜述“視覺滯留效應”

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。第一章動畫綜述

下頁展示的是一組傳統(tǒng)動畫的畫面，表現小鳥飛翔的主題．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，即呈現出小鳥飛翔的優(yōu)美動感。動畫基本原理示例：第一章動畫綜述

圖1-1表現小鳥飛翔的傳統(tǒng)動畫第一章動畫綜述

連續(xù)播放小鳥飛翔畫面（24幀/秒）第一章動畫綜述計算機動畫是在傳統(tǒng)動畫的基礎上，采用計算機圖形圖像技術而迅速發(fā)展起來的一門高新技術。所以說，要想掌握計算機動畫的相關技術，就應該對傳統(tǒng)動畫有所了解。

1.2傳統(tǒng)動畫與計算機動畫第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的制作方法

傳統(tǒng)動畫以畫面為基礎，所有的動畫構想、動作發(fā)展、表現手法等，都通過手工繪制畫面表現出來。這些內容連續(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。第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的制作流程(1)腳本及動畫設計

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

第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的制作流程(2)關鍵幀的設計

關鍵幀也稱為原畫，它一般表達某動作的極限位置、一個角色的特征或其它的重要內容，這是動畫的創(chuàng)作過程。第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的制作流程(3)中間幀生成

中間幀是位于關鍵幀之間的過渡畫，可能有若干張。在關鍵幀之間可能還會插入一些更詳細的動作幅度較小的關鍵幀，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。第一章動畫綜述傳統(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對象的某一部分，相當于一張靜態(tài)圖像中的不同圖層。第一章動畫綜述傳統(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。第一章動畫綜述傳統(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。

第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的特點◎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，市場運作，甚至電視播出的動畫系列片長度和集數都已經規(guī)范。◎他可以完成許多復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效果也是如此，傳統(tǒng)動畫可以制作風格多樣的美術風格，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膩的美術效果。第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的特點◎傳統(tǒng)動畫的制作費時、費工、費力，繪制任務繁重而復雜的。◎用傳統(tǒng)方法制作動畫時走形一直是個令人頭疼的問題.…。◎掌控動畫片質量是一個在傳統(tǒng)動畫中比較難解決的問題。第一章動畫綜述傳統(tǒng)動畫的特點由此我們可以看出，傳統(tǒng)動畫的設計制作過程相當復雜。其消耗的人力、物力、財力以及時間都是巨大的。因此，當計算機技術發(fā)展起來以后，人們開始嘗試用計算機進行動畫創(chuàng)作。第一章動畫綜述

計算機在動畫制作中的應用第一階段用計算機畫出簡單的線條和幾何圖形，計算機把繪畫過程記錄下來。在需要時，由計算機重復繪畫過程，使人們看到活動的畫面。

第一章動畫綜述

計算機在動畫制作中的應用第二階段

計算機動畫中活動的主體從簡單的線條、幾何圖形過渡到比較復雜的圖形。畫面上的變化模式和多種顏色的運用使這一階段的動畫具有良好的視覺效果，開始體現計算機動畫的風格。計算機圖形學漸趨成熟，計算機動畫軟件出現。第一章動畫綜述

計算機在動畫制作中的應用第三階段以先進的軟件和硬件作為條件，逼真地模擬手工動畫，并進一步制作手工動畫難以表現的題材。動畫主體從圖形過渡到圖像，并能生成數字化的主體模型，進而產生全計算機動畫。3D動畫軟件日趨成熟。第一章動畫綜述

計算機動畫的產生綜上所述，傳統(tǒng)的動畫制作工藝隨著計算機的介入，發(fā)生了變化。人們在保留傳統(tǒng)動畫制作風格的基礎上，直接使用計算機繪制和生成動畫，不再使用紙張。這種由計算機輔助的動畫制作周期短、成本低、色彩一致性好。隨著計算機性能的不斷提高，以及計算機圖形學、圖像處理技術和3D技術的發(fā)展，計算機動畫技術巳得到了長足的發(fā)展。第一章動畫綜述

計算機動畫的本質

“動作的變化是動畫的本質”這一說法已不全面。計算機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、材質動畫，以及透視效果動畫等等。第一章動畫綜述

計算機動畫的制作流程①創(chuàng)意（腳本制作）．②預處理（輸入外部資料）③場景造型。④設定材質和光源。⑤設置動畫。第一章動畫綜述

計算機動畫的制作流程⑥

運動圖像的繪制（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）。第一章動畫綜述計算機動畫的特點◎計算機動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產生景物運動的效果，即使用計算機產生圖形、圖像運動的技術。◎計算機動畫與傳統(tǒng)動畫都遵循同樣的視覺原理。◎計算機動畫由于采用數字處理方式，動畫的運動效果、畫面色調、紋理、光影效果等可以不斷改變，輸出方式也多種多樣。

第一章動畫綜述計算機動畫的特點◎計算機3D模型可以保存并重復使用，克服了傳統(tǒng)動畫的易走形的毛病?！蛴嬎銠C3D軟件集多種功能(造型、修改、燈光、色彩、渲染等)于一身，動畫的制作質量易控制。

第一章動畫綜述主要部分：（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)（運動控制器）（4）繪制子系統(tǒng)(渲染工具)

1.3計算機動畫系統(tǒng)的組成第一章動畫綜述(1)管理子系統(tǒng)的組成第一章動畫綜述(2)造型子系統(tǒng)的組成第一章動畫綜述(3)動畫子系統(tǒng)的組成第一章動畫綜述(4)繪制子系統(tǒng)的組成第一章動畫綜述

三維動畫軟件簡介計算機動畫技術的成熟推動了三維計算機動畫軟件的發(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）第一章動畫綜述▲

計算機動畫就動畫性質而言，可分為兩大類，即幀動畫和矢量動畫?！?/p>

根據視覺空間的不同，計算機動畫又有二維動畫與三維動畫之分?！凑沼嬎銠C動畫對時間性能的要求，可以分為實時動畫和非實時動畫。

1.3計算機動畫的基本類型第一章動畫綜述

實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。▲

實時動畫和非實時動畫第一章動畫綜述

使用一幅畫面，所有的表現內容經過計算機程序的快速計算，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。▲矢量動畫第一章動畫綜述幀動畫模擬傳統(tǒng)動畫的方式，它采用多畫面表現動畫。動畫的每一個動作被記錄在一幅幅畫中，多幅連續(xù)的畫面構成了動畫。電腦的作用只是把眾多的畫面內容有序地進行保存，并把這組畫面連續(xù)不斷地演播出來?！鴰瑒赢嫷谝徽聞赢嬀C述

二維動畫又叫“平面動畫”，具有非常靈活的表現手段、強烈的表現力和良好的視覺效果。

二維動畫運用傳統(tǒng)動畫的基本概念，在平面上構成動畫的基本動作。并且在保持傳統(tǒng)動畫的表現力和視覺效果的基礎上，盡量發(fā)揮計算機處理的高效率、低成本等特點?！S動畫第一章動畫綜述三維動畫又叫“空間動畫”。動畫主體的三維造型是經過計算機得到的，然后為其賦予“材質”，布置好“燈光”、放好“攝影機”，規(guī)定好運動的方式，就制作好了三維動畫?！S動畫第一章動畫綜述1.5計算機動畫技術

在計算機動畫系統(tǒng)中應用的主要動畫技術有：

(1)參數關鍵幀技術。

(2)軌跡驅動技術。

(3)變形動畫技術。

(4)關節(jié)動畫技術

(5)過程動畫技術

(6)基于物理的動畫技術。

(7)行為動畫技術。第一章動畫綜述關鍵幀技術最初僅僅用來插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來該技術馬上發(fā)展成為可以用來插值影響運動的任何參數(例如，一個物體的平移、比例變換、旋轉、材料、紋理、形狀、可見性參數等都可作為關鍵幀參數，另外，攝象機和燈光的大部分參數也可作為關鍵幀參數)。從這一點來說，關鍵參數(Keyparameter)比關鍵幀(Keyframe)更確切些。

(實例操作舉例)(1)參數關鍵幀技術第一章動畫綜述①選擇合適的插值參數，

②確定準確的型值點③選擇合適的插值函數④求得所插中間幀的參數主要內容：第一章動畫綜述

軌跡驅動動畫，是指先設計好物體的運動軌跡，然后指定物體沿該軌跡運動。通常，物體的運動軌跡為三次樣條曲線（也稱為樣條驅動），并且由用戶交互給出。(2)軌跡驅動(pathdriven)技術第一章動畫綜述

軌跡動畫實例

第一章動畫綜述

軌跡動畫實例

第一章動畫綜述

軌跡動畫實例

第一章動畫綜述①運動軌跡的空間參數曲線Q(u)的重新參數化，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相同的空間曲線，生成不同的運動效果。主要內容：第一章動畫綜述變形動畫技術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)已得到大量運用。

(3)變形動畫技術第一章動畫綜述變形動畫技術分為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字圖像或幾何對象S光滑連續(xù)地變換到目標數字圖像或幾何對象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。

變形動畫技術分類第一章動畫綜述

圖像Morphing動畫實例

第一章動畫綜述

圖像Morphing動畫實例

第一章動畫綜述

三維Morphing動畫實例

第一章動畫綜述

FFD變形動畫實例

第一章動畫綜述＊2維圖像Morphing＊3維Morphing＊整體和局部變形方法＊FFD變形方法主要內容第一章動畫綜述過程動畫是指物體的運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學模型去控制物體的幾何形狀和運動，較復雜的過程動畫則是包括物體的變形、彈性理論、動力學、碰撞檢測在內的物體的復雜運動。

(4)過程動畫技術第一章動畫綜述

粒子動力學動畫－噴水壺

第一章動畫綜述

粒子動畫實例－星球爆炸

第一章動畫綜述

粒子動畫實例－冰雪融化

第一章動畫綜述

過程動畫實例－布料動畫

第一章動畫綜述①粒子系統(tǒng)是最實用的過程動畫技術之一。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）

過程動畫的主要內容第一章動畫綜述關節(jié)動畫是計算機動畫中最具挑戰(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)的運動。關節(jié)動畫的發(fā)展不僅促進了機器人等學科的發(fā)展，而且使得模擬人類自身行為、動作