計(jì)算機(jī)圖形學(xué)13計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的知識(shí)

第十一講：計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)ComputerGraphics主要內(nèi)容基本概念二維與三維動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的主要技術(shù)與方法二維動(dòng)畫(huà)軟件三維動(dòng)畫(huà)軟件1基本概念在過(guò)去幾十年里，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)一直是人們研究的熱點(diǎn)。在全球的圖形學(xué)盛會(huì)Siggraph上，幾乎每年都有計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的論文和專(zhuān)題。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和硬件技術(shù)的高速發(fā)展，可以用計(jì)算機(jī)生成高質(zhì)量的圖像，促使計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)飛速地發(fā)展起來(lái)。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用領(lǐng)域影視作品制作科學(xué)研究視覺(jué)模擬電子游戲工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)訓(xùn)練軍事仿真過(guò)程控制平面繪畫(huà)建筑設(shè)計(jì)...●早期的動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)原理觀看動(dòng)畫(huà)的機(jī)器-1906●

視覺(jué)效果教學(xué)進(jìn)程中國(guó)的皮影戲中國(guó)的皮影藝術(shù)幾乎集中了所有的中國(guó)造型藝術(shù)(如剪紙、窗花、門(mén)畫(huà)、工藝美術(shù)、雕刻)和傳統(tǒng)表演藝術(shù)(如地方戲、相聲、口技等)。皮影戲是我國(guó)出現(xiàn)最早的戲曲劇種之一。產(chǎn)生于漢代。千百年來(lái)，深受廣大民眾的喜愛(ài)，流傳甚廣。此外，它還對(duì)國(guó)內(nèi)外文化藝術(shù)的發(fā)展以及對(duì)近代電影的發(fā)明和現(xiàn)代電影美術(shù)片（動(dòng)漫）的發(fā)展也都起過(guò)先導(dǎo)作用。西洋鏡一種民間的游戲器具，匣子里面裝著畫(huà)片兒，匣子上放有放大鏡，可以看放大的畫(huà)面。因?yàn)樽畛醍?huà)片多是西洋畫(huà)，所以叫西洋鏡。因?yàn)槲餮箸R根據(jù)光學(xué)原理要暗箱操作，所以顯的有些神秘，而一旦打開(kāi)后，里面不過(guò)是幾張圖片而已，也就一點(diǎn)不稀奇了。舊上海的弄堂口，經(jīng)常有放西洋鏡人的身影。小孩們圍著一個(gè)大箱子，箱子的一邊有幾個(gè)小洞，供眼睛湊上去看。這玩意比電影更早流入中國(guó)，而里邊又都是些外國(guó)的風(fēng)俗人情，上海人就稱(chēng)之為西洋鏡，在北方叫拉洋片，又稱(chēng)西洋景。動(dòng)畫(huà)發(fā)展的歷史

我國(guó)民間的走馬燈和皮影戲，可以說(shuō)是動(dòng)畫(huà)的一種古老形式。1831年，法國(guó)人JosephAntoinePlateau把畫(huà)好的圖片按照順序放在一部機(jī)器的圓盤(pán)上，圓盤(pán)可以在機(jī)器的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。這部機(jī)器還有一個(gè)觀察窗，用來(lái)觀看活動(dòng)圖片效果。在機(jī)器的帶動(dòng)下，圓盤(pán)低速旋轉(zhuǎn)。圓盤(pán)上的圖片也隨著圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)。從觀察窗看過(guò)去，圖片似乎動(dòng)了起來(lái)，形成動(dòng)的畫(huà)面，這就是原始動(dòng)畫(huà)的雛形。

1906年，美國(guó)人JSteward制作出一部接近現(xiàn)代動(dòng)畫(huà)概念的影片，片名叫“滑稽面孔的幽默形象”（HumorousPhaseofaFunnyFace）。他經(jīng)過(guò)反復(fù)地琢磨和推敲，不斷修改畫(huà)稿，終于完成這部接近動(dòng)畫(huà)的短片。1908年法國(guó)人EmileCohl首創(chuàng)用負(fù)片制作動(dòng)畫(huà)影片。所謂負(fù)片，是影象與實(shí)際色彩恰好相反的膠片，如同今天的普通膠卷底片。采用負(fù)片制作動(dòng)畫(huà)，從概念上解決了影片載體的問(wèn)題，為今后動(dòng)畫(huà)片的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1909年，美國(guó)人WinsorMccay用一萬(wàn)張圖片表現(xiàn)一段動(dòng)畫(huà)故事，這是迄今為止世界上公認(rèn)的第一部象樣的動(dòng)畫(huà)短片。從此以后，動(dòng)畫(huà)片的創(chuàng)作和制作水平日趨成熟，人們已經(jīng)開(kāi)始有意識(shí)的制作表現(xiàn)各種內(nèi)容的動(dòng)畫(huà)片1915年，美國(guó)人EerlHurd創(chuàng)造了新的動(dòng)畫(huà)制作工藝，他先在塑料膠片上畫(huà)動(dòng)畫(huà)片，然后再把畫(huà)在塑料膠片上的一幅幅圖片拍攝成動(dòng)畫(huà)電影。多少年來(lái)，這種動(dòng)畫(huà)制作工藝一直被沿用著。從1928年開(kāi)始，世人皆知的WaltDisney逐漸把動(dòng)畫(huà)影片推向了顛峰。他在完善動(dòng)畫(huà)體系和制作工藝的同時(shí)，把動(dòng)畫(huà)片的制作與商業(yè)價(jià)值聯(lián)系了起來(lái)，被人們譽(yù)為商業(yè)動(dòng)畫(huà)之父。直到如今，他創(chuàng)辦的迪斯尼公司還在為全世界的人們創(chuàng)造出豐富多彩的動(dòng)畫(huà)片?！暗纤鼓帷?---20世紀(jì)最偉大的動(dòng)畫(huà)公司。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的發(fā)展計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助制作影視動(dòng)畫(huà)片它的發(fā)展過(guò)程大體上可分為三個(gè)階段。60年代美國(guó)的Bell實(shí)驗(yàn)室和一些研究機(jī)構(gòu)就開(kāi)始研究用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)片中間畫(huà)面的制作和自動(dòng)上色。這些早期的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)基本上是二維輔助動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)（ComputerAssistedAnimation），也稱(chēng)為二維動(dòng)畫(huà)。1963年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室語(yǔ)言編寫(xiě)了一個(gè)稱(chēng)為BEFLIX的二維動(dòng)畫(huà)制作系統(tǒng)，這個(gè)軟件系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)輔助制作動(dòng)畫(huà)的發(fā)展歷程上具有里程碑的意義。第二個(gè)階段是從20世紀(jì)70－80年代中期，計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)的軟、硬件都取得了顯著的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)日趨成熟，三維輔助動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)也開(kāi)始研制并投入使用。三維動(dòng)畫(huà)也稱(chēng)為計(jì)算機(jī)生成動(dòng)畫(huà)（ComputerGeneratedAnimation），其動(dòng)畫(huà)的對(duì)象不是簡(jiǎn)單地由外部輸入，而是根據(jù)三維數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部生成的。1982年迪士尼（Disney）推出第一部電腦動(dòng)畫(huà)的電影，就是Tron（中文片譯“電子爭(zhēng)霸戰(zhàn)”），使計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)成為計(jì)算應(yīng)用的新領(lǐng)域。1982至1983年間，麻省理工學(xué)院（MIT）及紐約技術(shù)學(xué)院同時(shí)利用光學(xué)追蹤（OpticalTracking）技術(shù)記錄人體動(dòng)作；演員穿戴發(fā)光物體于身體各部份，在指定之拍攝范圍內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)有數(shù)部攝影機(jī)拍攝其動(dòng)作，然后經(jīng)電腦系統(tǒng)分析光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)再產(chǎn)生立體活動(dòng)影像。第三個(gè)階段是從1985年到目前為止的飛速發(fā)展時(shí)期，是計(jì)算機(jī)輔助制作三維動(dòng)畫(huà)的實(shí)用化和向更高層次發(fā)展的階段。在這個(gè)階段中，首先是由美國(guó)的猶他大學(xué)開(kāi)發(fā)出世界上第一個(gè)完整的且具有實(shí)用意義的三維動(dòng)畫(huà)片。在隨后的十年內(nèi)，計(jì)算機(jī)輔助三維動(dòng)畫(huà)的制作技術(shù)有了質(zhì)的變化，已經(jīng)綜合集成了現(xiàn)代數(shù)學(xué)、控制論、圖形圖像學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)軟件和藝術(shù)的最新成果。以致于有人說(shuō)：“如果想了解信息技術(shù)的發(fā)展成就，就請(qǐng)看計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà)制作的最新作品吧！”目前計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)多種學(xué)科和技術(shù)的綜合領(lǐng)域，以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，特別是實(shí)體造型和真實(shí)感顯示技術(shù)（消隱、光照模型、表面質(zhì)感等）為基礎(chǔ)，涉及到圖像處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制原理、視頻技術(shù)、藝術(shù)甚至于視覺(jué)心理學(xué)、生物學(xué)、機(jī)器人學(xué)、人工智能等領(lǐng)域，它以其自身的特點(diǎn)而逐漸成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。

什么是動(dòng)畫(huà)

動(dòng)畫(huà)是通過(guò)連續(xù)播放一系列畫(huà)面，給視覺(jué)造成連續(xù)變化的圖畫(huà)?；驹砼c電影、電視一樣，都是視覺(jué)原理。醫(yī)學(xué)已證明，人類(lèi)具有“視覺(jué)暫留”的特性，就是說(shuō)人的眼睛看到一幅畫(huà)或一個(gè)物體后，在1/24秒內(nèi)不會(huì)消失。利用這一原理，在一幅畫(huà)還沒(méi)有消失前播放出下一幅畫(huà)，就會(huì)給人造成一種流暢的視覺(jué)變化效果。電影采用了每秒24幅畫(huà)面的速度拍攝播放，電視采用了每秒25幅（PAL制）或30幅（NSTC制）畫(huà)面的速度拍攝播放。如果以每秒低于24幅畫(huà)面的速度拍攝播放，就會(huì)出現(xiàn)停頓現(xiàn)象。

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的特點(diǎn)動(dòng)畫(huà)是指把一些原本沒(méi)有生命（不活動(dòng)）的東西，經(jīng)過(guò)制作成影片（或電視）并放映后,成為有生命的東西。因此，廣義的動(dòng)畫(huà)包含了“剪紙片”木偶片”等藝術(shù)形式。在中國(guó)它們也被稱(chēng)為“美術(shù)片”或“卡通片”。它們有兩個(gè)最重要的特征：它們的影像是用電影膠片或錄影帶以逐格記錄的方式制作出來(lái)的。

這些影像的“動(dòng)作”是利用設(shè)計(jì)者的想像和虛幻創(chuàng)造出來(lái)的，而不是原本就存在再被攝影機(jī)記錄下來(lái)的景物。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的原理與傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)基本相同，只是在傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的基礎(chǔ)上把計(jì)算機(jī)技術(shù)用于動(dòng)畫(huà)的處理和應(yīng)用。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)是指采用圖形與圖像的數(shù)字處理技術(shù)，借助于編程或動(dòng)畫(huà)制作軟件生成一系列的景物畫(huà)面，其中當(dāng)前幀畫(huà)面是對(duì)前一幀的部分修改。運(yùn)動(dòng)是動(dòng)畫(huà)的要素，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生景物運(yùn)動(dòng)的效果。這里所講的運(yùn)動(dòng)不僅指景物的運(yùn)動(dòng)，還包括虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)、紋理、色彩的變化等，輸出方式也多種多樣。所以，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中的運(yùn)動(dòng)泛指使畫(huà)面發(fā)生改變的動(dòng)作。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)所生成的是一個(gè)虛擬的世界，畫(huà)面中的物體并不需真正去建造，物體、虛擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)也不會(huì)受到什么限制，動(dòng)畫(huà)師幾乎可以隨心所欲地編織他的虛幻世界。由多幀連續(xù)圖像組成的動(dòng)畫(huà)效果

視頻與動(dòng)畫(huà)的區(qū)別計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和視頻的主要差別類(lèi)似圖形與圖像的區(qū)別，即幀圖像畫(huà)面的產(chǎn)生方式有所不同。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)是用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生表現(xiàn)真實(shí)對(duì)象和模擬對(duì)象隨時(shí)間變化的行為和動(dòng)作，是利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)繪制出的連續(xù)畫(huà)面，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要的分支；數(shù)字視頻主要指經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)源經(jīng)過(guò)數(shù)字化后的圖像和同步聲音的混合體。目前，在多媒體應(yīng)用中有將計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和數(shù)字視頻混同的趨勢(shì)。●動(dòng)畫(huà)的本質(zhì)動(dòng)作的變化是動(dòng)畫(huà)的本質(zhì)

——英國(guó)動(dòng)畫(huà)大師JohnHalas●傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)分類(lèi)(1)全動(dòng)畫(huà)——為追求畫(huà)面完美和動(dòng)作流暢，按照24幀／s制作動(dòng)畫(huà)(2)半動(dòng)畫(huà)——又名“有限動(dòng)畫(huà)”。為追求經(jīng)濟(jì)效益，6幀／s的動(dòng)畫(huà)●傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的性質(zhì)——由多幅畫(huà)面構(gòu)成，稱(chēng)為“幀動(dòng)畫(huà)”Frame1Frame2Frame3Frame4Frame5Frame6Frame7動(dòng)畫(huà)的分類(lèi)從制作技術(shù)和手段看，動(dòng)畫(huà)可分為以手工繪制為主的傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)和以計(jì)算機(jī)為主的電腦動(dòng)畫(huà)。按動(dòng)作的的表現(xiàn)形式來(lái)區(qū)分，動(dòng)畫(huà)大致分為接近自然動(dòng)作的“完善動(dòng)畫(huà)”（動(dòng)畫(huà)電視）和采用簡(jiǎn)化、夸張的“局限動(dòng)畫(huà)”（幻燈片動(dòng)畫(huà)）。從空間的視覺(jué)效果上，可分為平面動(dòng)畫(huà)（《小虎還鄉(xiāng)》）和三維動(dòng)畫(huà)（《最終幻想》）。從播放效果上，可以分為順序動(dòng)畫(huà)（連續(xù)動(dòng)作）和交互式動(dòng)畫(huà)（反復(fù)動(dòng)作）。從每秒放的幅數(shù)來(lái)講，有全動(dòng)畫(huà)（每秒24幅）（迪斯尼動(dòng)畫(huà)）和半動(dòng)畫(huà)（少于24幅）（三流動(dòng)畫(huà)）之分，中國(guó)的動(dòng)畫(huà)公司為了節(jié)省資金往往用半動(dòng)畫(huà)做電視片。動(dòng)畫(huà)的變化動(dòng)作的變化物體位置的變化物體形態(tài)的變化顏色的變化材料質(zhì)地的變化光線強(qiáng)弱的變化傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程制作聲音對(duì)白和背景音樂(lè)(2)制作關(guān)鍵畫(huà)面(3)繪制動(dòng)畫(huà)畫(huà)面(4)復(fù)制到膠片上(5)上色(6)核實(shí)檢查動(dòng)畫(huà)畫(huà)稿(7)拍攝電影膠片(8)后期制作傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程

總體設(shè)計(jì)階段劇本、故事板（分鏡頭繪圖劇本）、制作進(jìn)度表。設(shè)計(jì)制作階段設(shè)計(jì)（各背景、前景、道具、人物等）、音響具體創(chuàng)作階段

原畫(huà)創(chuàng)作、中間插畫(huà)制作、描線、著色。拍攝制作階段檢查、拍攝、編輯、錄音●

電腦動(dòng)畫(huà)的種類(lèi)●幀動(dòng)畫(huà)——模擬以幀為基本單位的傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)，占動(dòng)畫(huà)產(chǎn)品的98%●平面動(dòng)畫(huà)——以傳統(tǒng)平面繪畫(huà)為基礎(chǔ)的動(dòng)畫(huà)●顏色動(dòng)畫(huà)——形成顏色流動(dòng)效果的動(dòng)畫(huà)●變形動(dòng)畫(huà)——主體變形效果的動(dòng)畫(huà)●矢量動(dòng)畫(huà)——經(jīng)過(guò)電腦運(yùn)算而確定的運(yùn)行軌跡和形狀的動(dòng)畫(huà)●空間動(dòng)畫(huà)——形成三維造型并進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)●

提供關(guān)鍵幀創(chuàng)作工具●中間插畫(huà)自動(dòng)生成電腦動(dòng)畫(huà)●電腦動(dòng)畫(huà)的特點(diǎn)●

動(dòng)畫(huà)過(guò)程經(jīng)過(guò)電腦的運(yùn)算和處理●

電腦動(dòng)畫(huà)以文件形式保存。關(guān)鍵幀（原畫(huà)）的產(chǎn)生

關(guān)鍵幀以及背景畫(huà)面，可以用攝象機(jī)、掃描儀、數(shù)字化儀實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸入，用掃描儀輸入鉛筆原畫(huà)，再用電腦生產(chǎn)流水線后期制作，也可以用相應(yīng)軟件直接繪制。動(dòng)畫(huà)軟件都會(huì)提供各種工具、方便繪圖。這大大改進(jìn)了傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的制作過(guò)程，可以隨時(shí)存儲(chǔ)、檢索、修改和刪除任意畫(huà)面。傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)制作中的角色設(shè)計(jì)及原畫(huà)創(chuàng)作等幾個(gè)步驟，一步就完成了。中間畫(huà)面的生成

利用電腦對(duì)兩幅關(guān)鍵幀進(jìn)行插值計(jì)算，自動(dòng)生成中間畫(huà)面，這是電腦輔助動(dòng)畫(huà)的主要優(yōu)點(diǎn)之一。這不僅精確、流暢，而且將動(dòng)畫(huà)制作人員從煩瑣的勞動(dòng)中解放出來(lái)。關(guān)鍵幀的插值技術(shù)可生成中間畫(huà)面

三維動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程在動(dòng)畫(huà)技術(shù)當(dāng)中，最有魅力并應(yīng)用最廣的當(dāng)然是三維動(dòng)畫(huà)。因?yàn)槲覀兊氖澜缡橇Ⅲw的，只有三維才讓我們感到更真實(shí)。二維動(dòng)畫(huà)可以看成三維動(dòng)畫(huà)的一個(gè)分支，它的制作難度及對(duì)電腦性能的要求都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三維動(dòng)畫(huà)。三維動(dòng)畫(huà)之所以被稱(chēng)作計(jì)算機(jī)生成動(dòng)畫(huà)，是因?yàn)閰⒓觿?dòng)畫(huà)的對(duì)象不是簡(jiǎn)單地由外部輸入的，而是根據(jù)三維數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部生成的，運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)作的設(shè)計(jì)也是在三維空間中考慮的。計(jì)算機(jī)3D動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程主要有建模、編輯質(zhì)材、貼圖、燈光、動(dòng)畫(huà)編輯和渲染幾個(gè)步驟。建模

建模就是利用三維軟件創(chuàng)建物體和背景的三維模型。如：人體模型、飛機(jī)模型、建筑模型等。一般來(lái)說(shuō)，先要繪出基本的幾何形體，再將它們變成需要的形狀，然后通過(guò)不同的方法將它們組合在一起，從而建立復(fù)雜的形體。編輯材質(zhì)

就是對(duì)模型的光滑度、反光度、透明度的編輯。如玻璃的光滑和透明、木料的低反光度和不透明等都是在這一步實(shí)現(xiàn)的。如果經(jīng)過(guò)這一步就直接渲染，我們就可以得到一些漂亮的單色物體如玻璃器皿和金屬物體。貼圖

我們現(xiàn)實(shí)生活中的物體并不都是單色的物體，人的皮膚色，衣著，無(wú)不存在著各種絢爛的各種圖案。在3D動(dòng)畫(huà)中要做得逼真，也要將這些元素做出來(lái)。如果直接在3D的模型上做出這種效果是難以實(shí)現(xiàn)的。所以一般都是將一幅或幾幅平面的圖像象貼紙一樣貼到模型上，這就是貼圖。

三維動(dòng)畫(huà)的建模

三維動(dòng)畫(huà)的貼圖

燈光

要在做好的場(chǎng)景中不同位置放上幾盞燈,從不同的角度用燈光照射物體，烘托出不同的光照效果。燈光有主光和輔光之分，主光的任務(wù)是表現(xiàn)場(chǎng)景中的某些物體的照明效果，一般需給物體投影，輔光主要是輔助主光在場(chǎng)景中進(jìn)行照明，一般不開(kāi)陰影。

動(dòng)畫(huà)編輯

以上做出來(lái)的模型是靜態(tài)的物體，要使其運(yùn)動(dòng)起來(lái)就要經(jīng)過(guò)動(dòng)畫(huà)編輯。動(dòng)畫(huà)就是使各種造型運(yùn)動(dòng)起來(lái)，由于電腦有非常強(qiáng)的運(yùn)算能力，制作人員所要做的是定義關(guān)鍵幀，中間幀交給計(jì)算機(jī)去完成，這就使人們可做出與現(xiàn)實(shí)世界非常一致的動(dòng)畫(huà)。渲染

3D建模和動(dòng)畫(huà)往往僅占全部動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中的一部分，大部分時(shí)間都花費(fèi)在繁重的渲染工作中。渲染工作對(duì)處理器的處理性能有極強(qiáng)的依賴(lài)性。因此，為了獲得更高的渲染性能，用戶必須盡可能的使用更高性能和更多數(shù)量的處理器。

制作三維動(dòng)畫(huà)涉及范圍很廣，從某種角度來(lái)說(shuō)，三維動(dòng)畫(huà)的創(chuàng)作有點(diǎn)類(lèi)似于雕刻、攝影、布景設(shè)計(jì)及舞臺(tái)燈光的使用，動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)者可以在三維環(huán)境中控制各種組合，調(diào)用光線和三維對(duì)象。設(shè)計(jì)者需要的除基本技能外，還要更多的創(chuàng)造力?！?/p>

動(dòng)畫(huà)文件的種類(lèi)與格式記錄動(dòng)畫(huà)的文件●

FLC格式——AnimatorPro生成的文件格式每幀256色，畫(huà)面分辨率320×200~1600×1280

代碼效率高、通用性好，大量用在多媒體產(chǎn)品中●

AVI格式——視頻文件格式，動(dòng)態(tài)圖像和聲音同步播放受視頻標(biāo)準(zhǔn)制約，畫(huà)面分辨率不高●

GIF格式——用于網(wǎng)頁(yè)的幀動(dòng)畫(huà)文件格式

(1)單畫(huà)面圖像，256色，分辨率96dpi(2)多畫(huà)面圖像(動(dòng)畫(huà))，256色，96dpi●

SWF格式——Flash制作的動(dòng)畫(huà)文件格式主要在網(wǎng)絡(luò)上演播，特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量小，動(dòng)畫(huà)流暢計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的主要技術(shù)與方法關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)路徑動(dòng)畫(huà)變形動(dòng)畫(huà)過(guò)程動(dòng)畫(huà)粒子動(dòng)畫(huà)群體動(dòng)畫(huà)人物動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)捕捉三維掃描技術(shù)關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)關(guān)鍵幀技術(shù)是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中最基本并且運(yùn)用最廣泛的方法。關(guān)鍵幀技術(shù)來(lái)源于傳統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)制作。出現(xiàn)在動(dòng)畫(huà)片中的一段連續(xù)畫(huà)面實(shí)際上是由一系列靜止的畫(huà)面來(lái)表現(xiàn)的，制作過(guò)程中并不需要逐幀繪制，只需從這些靜止畫(huà)面中選出少數(shù)幾幀加以繪制。被選出的畫(huà)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(chēng)為關(guān)鍵幀(KeyFrame)。繪制出關(guān)鍵幀之后，再根據(jù)關(guān)鍵幀插入中間畫(huà)面，就完成了動(dòng)畫(huà)制作。早期計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)模仿傳統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)生成方法，由計(jì)算機(jī)對(duì)關(guān)鍵幀進(jìn)行插值，因此稱(chēng)作關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)。

第1幀和第8幀是關(guān)鍵幀，其余各幀(2-7幀)可由插值算法生成

在二維、三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中，中間幀的生成由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，插值代替了設(shè)計(jì)中間幀的動(dòng)畫(huà)師。所有影響畫(huà)面圖像的參數(shù)都可成為關(guān)鍵幀的參數(shù)，如位置、旋轉(zhuǎn)角、紋理的參數(shù)等。關(guān)鍵幀技術(shù)通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)插值實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫(huà)的運(yùn)動(dòng)控制，如物體的位置、方向、顏色等的變化，也可以對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行組合插值。計(jì)算機(jī)插值有兩種方式：線性插值和非線性插值。從原理上講，關(guān)鍵幀插值問(wèn)題可歸結(jié)為參數(shù)插值問(wèn)題，傳統(tǒng)的插值方法都可應(yīng)用到關(guān)鍵幀方法中。但關(guān)鍵幀插值又與純數(shù)學(xué)的插值不同，有其特殊性。一個(gè)好的關(guān)鍵幀插值方法必須能夠產(chǎn)生逼真的運(yùn)動(dòng)效果并能給用戶提供方便有效的控制手段。一個(gè)特定的運(yùn)動(dòng)從空間軌跡來(lái)看可能是正確的，但從運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)來(lái)看可能是錯(cuò)誤的或者不合適的。用戶必須能夠控制運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，即通過(guò)調(diào)整插值函數(shù)來(lái)改變運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。路徑動(dòng)畫(huà)路徑動(dòng)畫(huà)就是由用戶根據(jù)需要設(shè)定好一個(gè)路徑后，使場(chǎng)景中對(duì)象沿著路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)路徑是用戶畫(huà)出的動(dòng)畫(huà)對(duì)象運(yùn)動(dòng)的曲線，由關(guān)鍵點(diǎn)控制。比如模擬飛機(jī)的飛行，魚(yú)的游動(dòng)都可以使用路徑動(dòng)畫(huà)來(lái)制作。

二維動(dòng)畫(huà)中的運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)

變形動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中另一類(lèi)重要的運(yùn)動(dòng)控制方式是變形技術(shù)。變形可以是二維或三維的?；趫D像的Morph(變形)是一種常用的二維動(dòng)畫(huà)技術(shù)。圖像之間的插值變形稱(chēng)為Morph，圖像本身的變形稱(chēng)為Warp。對(duì)圖像作Warp，首先需要定義圖像的特征結(jié)構(gòu)，然后按特征結(jié)構(gòu)變形圖像。兩幅圖像間的Morph方法是首先分別按特征結(jié)構(gòu)對(duì)兩幅原圖像Warp操作，然后從不同的方向漸隱漸顯地得到兩個(gè)圖像系列，最后合成得到Morph結(jié)果。圖像的特征結(jié)構(gòu)是指由點(diǎn)或結(jié)構(gòu)矢量構(gòu)成的對(duì)圖像的框架描述結(jié)構(gòu)，如在兩個(gè)畫(huà)面之間建立起對(duì)應(yīng)點(diǎn)關(guān)系。Morph技術(shù)在電影特技處理方面得到了廣泛的應(yīng)用。變形動(dòng)畫(huà)示例

三維Morph變形是指任意兩個(gè)三維物體之間的插值轉(zhuǎn)換漸變，主要內(nèi)容是對(duì)三維物體進(jìn)行處理以建立兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并構(gòu)造三維Morph的插值路徑。三維Morph處理的對(duì)象是三維幾何體，也可以附加物體的物理特性描述。三維物體的變形分兩類(lèi)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化的變形及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的變形。當(dāng)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)物體很容易造型且對(duì)應(yīng)關(guān)系容易建立時(shí)，三維形體漸變是一種可行的方法。但由于三維漸變技術(shù)往往對(duì)物體中多邊形的個(gè)數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和頂點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系附加苛刻的限制，再加上許多時(shí)候需漸變的物體很復(fù)雜，比如兩個(gè)動(dòng)物之間、兩個(gè)人之間的漸變等，這就大大縮小了三維漸變的適用范圍，用圖像處理技術(shù)反而方便得多。

過(guò)程動(dòng)畫(huà)過(guò)程動(dòng)畫(huà)指的是動(dòng)畫(huà)中物體的運(yùn)動(dòng)或變形用一個(gè)過(guò)程來(lái)描述。在柔性物體的動(dòng)畫(huà)中，物體的形變是任意的，可由動(dòng)畫(huà)師任意控制；在過(guò)程動(dòng)畫(huà)中，物體的變形則基于一定的數(shù)學(xué)模型或物理規(guī)律。最簡(jiǎn)單的過(guò)程動(dòng)畫(huà)是用一個(gè)數(shù)學(xué)模型去控制物體的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)，如水波的運(yùn)動(dòng)；較復(fù)雜的如包括物體的變形、彈性理論、動(dòng)力學(xué)、碰撞檢測(cè)在內(nèi)的物體的運(yùn)動(dòng)。過(guò)程動(dòng)畫(huà)模擬的水波效果

粒子動(dòng)畫(huà)一些電腦場(chǎng)景的隨機(jī)景物，如火焰、氣流、瀑布等，在對(duì)其進(jìn)行描述時(shí)，可采用粒子系統(tǒng)的原理，將隨機(jī)景物想象成由大量的具有一定屬性的粒子構(gòu)成。每個(gè)粒子都有自己的粒子參數(shù)，包括初速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡和生命周期等。這些參數(shù)決定了隨機(jī)景物的變化，使用粒子系統(tǒng)可以產(chǎn)生很逼真的隨機(jī)景物。粒子動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作的真實(shí)感云層

群體動(dòng)畫(huà)在生物界，許多動(dòng)物如鳥(niǎo)、魚(yú)等以某種群體的方式運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)既有隨機(jī)性，又有一定的規(guī)律性。群體的行為包含兩個(gè)對(duì)立的因素，即既要相互靠近又要避免碰撞?？刂迫后w的行為的三條按優(yōu)先級(jí)遞減的原則：碰撞避免原則，即避免與相鄰的群體成員相碰；

速度匹配原則，即盡量匹配相鄰群體成員的速度；

群體合群原則，即群體成員之間盡量靠近。

人物動(dòng)畫(huà)技術(shù)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，人體的造型與動(dòng)作模擬一直是最困難、最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。這是因?yàn)?，常?guī)的數(shù)學(xué)與幾何模型不適合表現(xiàn)人體形態(tài)，人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特別是引起關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的肌肉運(yùn)動(dòng)也十分難以模擬。一種經(jīng)常用于電影及游戲制作的簡(jiǎn)便方法是利用傳感器記錄真人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，從而模擬出真實(shí)人體運(yùn)動(dòng)。人臉的真實(shí)動(dòng)畫(huà)也一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個(gè)難題。要制作具有自然觀感的皮膚的人臉圖像十分困難，這使得所生成的動(dòng)畫(huà)效果真實(shí)性不足。傳統(tǒng)的方法是將三維計(jì)算機(jī)模型與圖像處理技術(shù)結(jié)合，運(yùn)動(dòng)模式非常復(fù)雜，例如三維框架系統(tǒng)、模擬面部?jī)?nèi)在結(jié)構(gòu)的模型、基于B樣條曲線的方法和模擬肌肉運(yùn)動(dòng)的方法等。幾何建模器(geometricmodelers)是最傳統(tǒng)的面部造型工具。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)可以進(jìn)行人臉面部大多數(shù)器官的幾何建模，并且可以設(shè)計(jì)任意的面部模型。但由于面部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，該設(shè)計(jì)過(guò)程需要較多的時(shí)間和設(shè)計(jì)技巧。

近年來(lái)對(duì)人臉(特別是是面部表情)的模擬技術(shù)取得了一系列的重要進(jìn)展。Guenter方法的基礎(chǔ)是一種掃描系統(tǒng)，可以同時(shí)獲得人臉在特定表情下的三維幾何信息和色彩、明暗信息，利用這些信息可以重構(gòu)出被捕捉表情的真實(shí)三維動(dòng)畫(huà)效果。這種方法使用大量的采樣點(diǎn)來(lái)跟蹤面部的三維變形，同時(shí)獲得的多幀視頻圖像可以用來(lái)生成一個(gè)紋理序列，并被映射到三維網(wǎng)格的人臉模型上。使用三維掃描儀（3Dscanner）和編碼光距離傳感器（codedlightrangesensor）是獲得人臉幾何形狀最直接的方法，這兩種方法都是依據(jù)三角測(cè)量學(xué)原理。

美國(guó)哥倫比亞電影公司聯(lián)合制作的全計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)電影《FinalFantasy：TheSpiritsWithin》。其中的女主人公的面部是用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)制作的，其生動(dòng)的3D面部表情足以亂真

運(yùn)動(dòng)捕捉近年來(lái)，計(jì)算機(jī)在視覺(jué)領(lǐng)域和圖形學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行許多研究，取得了豐碩的成果，計(jì)算機(jī)人體動(dòng)畫(huà)生成技術(shù)在電影和游戲中取得了廣泛的應(yīng)用。為了使人體運(yùn)動(dòng)更加逼