第一章 动画综述课件

计算机动画原理与技术（2008）第一章动画综述第一章动画综述

1.1

动画的基本原理

1.2

传统动画与计算机动画

1.3

计算机动画系统的组成

1.4

计算机动画的基本类型

1.5

计算机动画技术概述第一章动画综述1.1动画的基本原理和基本概念

动画和动画片是两个不同的概念，动画涵盖了一个非常广泛的领域，包括影视动画片、影视特技动画、广告动画、游戏动画、军事演习模拟、科学可视化、医学、教育等。

第一章动画综述

动画片动画片是动画的一种，也是影片的一种。影片按制作方式可分为如下三种：（1）主要通过对人或动物等真实物体或场景拍摄而得的影片称为电影。（2）主要采用木偶拍摄而得的影片称为木偶片。（3）主要通过绘制画面而得的影片称为动画片。

第一章动画综述

动画的基本原理

无论何种动画，都是利用人类眼睛的“视觉滞留效应”产生动感，多幅画面快速连续的更换，使人们看到连续活动的图像，这就是动画的基本原理。第一章动画综述“视觉滞留效应”

是指人在看物体时，物体的影像短暂地残留在人脑视觉神经中，残留时间约为1/24s。如果每1/24s更替一个画面，人们的大脑在前一个画面影像没有消失前，又接受到下一个画面的新影像，连续的大脑感受使人们感觉到连续的影像变化。第一章动画综述

下页展示的是一组传统动画的画面，表现小鸟飞翔的主题．各帧画面的小鸟形态都有所变化，将这组画面快速连续播放，即呈现出小鸟飞翔的优美动感。动画基本原理示例：第一章动画综述

图1-1表现小鸟飞翔的传统动画第一章动画综述

连续播放小鸟飞翔画面（24帧/秒）第一章动画综述计算机动画是在传统动画的基础上，采用计算机图形图像技术而迅速发展起来的一门高新技术。所以说，要想掌握计算机动画的相关技术，就应该对传统动画有所了解。

1.2传统动画与计算机动画第一章动画综述传统动画的制作方法

传统动画以画面为基础，所有的动画构想、动作发展、表现手法等，都通过手工绘制画面表现出来。这些内容连续但各不相同的画面，由于每幅画面中的物体位置和形态的不同，在连续观看画面时，给人以活动的感觉。第一章动画综述传统动画的制作流程(1)脚本及动画设计

脚本是叙述一个故事的文字提要及详细的文学剧本，根据该剧本要设计出反映动画片大致概貌的各个片断，也即分镜头剧本。然后，对动画片中出现的各种角色的造型、动作、色彩等进行设计，并根据分镜头剧本将场景的前景和背景统一考虑，设计出手稿图及相应的对话和声音。

第一章动画综述传统动画的制作流程(2)关键帧的设计

关键帧也称为原画，它一般表达某动作的极限位置、一个角色的特征或其它的重要内容，这是动画的创作过程。第一章动画综述传统动画的制作流程(3)中间帧生成

中间帧是位于关键帧之间的过渡画，可能有若干张。在关键帧之间可能还会插入一些更详细的动作幅度较小的关键帧，称为小原画，以便于中间帧的生成。有了中间画，动作就流畅自然多了。第一章动画综述传统动画的制作流程(4)描线上色

动画初稿通常都是铅笔稿图，将这些稿图进行测试检查以后就要用手工将其轮廓描在透明胶片上，并仔细地描上墨、涂上颜料。动画片中的每一帧画面通常都是由许多张透明胶片叠合而成的，每张胶片上都有一些不同对象或对象的某一部分，相当于一张静态图像中的不同图层。第一章动画综述传统动画的制作流程(5)检查、拍摄

在拍摄前将各镜头的动作质量再检查一遍，然后动画摄影师把动画系列依次拍摄记录到电影胶片上。十分钟的电影动画片，大约需要一万张图画。第一章动画综述传统动画的制作流程(6)后期制作

有了拍摄好的动画胶片以后，还要对其进行编辑、剪接、配音、字幕等后期制作，才能最后完成一部动画片。

第一章动画综述传统动画的特点◎很长时间的不断完善，传统动画已形成了一套完整的体系，包括制作流程，分工，市场运作，甚至电视播出的动画系列片长度和集数都已经规范。◎他可以完成许多复杂的高难度的动画效果，几乎人们可以想象到的他都可以完成。◎美术效果也是如此，传统动画可以制作风格多样的美术风格，特别是大场面，大制作的片子，用传统动画可以塑造出恢弘的画面及其细腻的美术效果。第一章动画综述传统动画的特点◎传统动画的制作费时、费工、费力，绘制任务繁重而复杂的。◎用传统方法制作动画时走形一直是个令人头疼的问题.…。◎掌控动画片质量是一个在传统动画中比较难解决的问题。第一章动画综述传统动画的特点由此我们可以看出，传统动画的设计制作过程相当复杂。其消耗的人力、物力、财力以及时间都是巨大的。因此，当计算机技术发展起来以后，人们开始尝试用计算机进行动画创作。第一章动画综述

计算机在动画制作中的应用第一阶段用计算机画出简单的线条和几何图形，计算机把绘画过程记录下来。在需要时，由计算机重复绘画过程，使人们看到活动的画面。

第一章动画综述

计算机在动画制作中的应用第二阶段

计算机动画中活动的主体从简单的线条、几何图形过渡到比较复杂的图形。画面上的变化模式和多种颜色的运用使这一阶段的动画具有良好的视觉效果，开始体现计算机动画的风格。计算机图形学渐趋成熟，计算机动画软件出现。第一章动画综述

计算机在动画制作中的应用第三阶段以先进的软件和硬件作为条件，逼真地模拟手工动画，并进一步制作手工动画难以表现的题材。动画主体从图形过渡到图像，并能生成数字化的主体模型，进而产生全计算机动画。3D动画软件日趋成熟。第一章动画综述

计算机动画的产生综上所述，传统的动画制作工艺随着计算机的介入，发生了变化。人们在保留传统动画制作风格的基础上，直接使用计算机绘制和生成动画，不再使用纸张。这种由计算机辅助的动画制作周期短、成本低、色彩一致性好。随着计算机性能的不断提高，以及计算机图形学、图像处理技术和3D技术的发展，计算机动画技术巳得到了长足的发展。第一章动画综述

计算机动画的本质

“动作的变化是动画的本质”这一说法已不全面。计算机能够按照人们的意图自动生成有特殊效果的动画，例如颜色动画、变形动画、材质动画，以及透视效果动画等等。第一章动画综述

计算机动画的制作流程①创意（脚本制作）．②预处理（输入外部资料）③场景造型。④设定材质和光源。⑤设置动画。第一章动画综述

计算机动画的制作流程⑥

运动图像的绘制（渲染）。⑦动画播放．⑧后处理。⑨动画的录制。⑩配音(背景和台词）。第一章动画综述计算机动画的特点◎计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生景物运动的效果，即使用计算机产生图形、图像运动的技术。◎计算机动画与传统动画都遵循同样的视觉原理。◎计算机动画由于采用数字处理方式，动画的运动效果、画面色调、纹理、光影效果等可以不断改变，输出方式也多种多样。

第一章动画综述计算机动画的特点◎计算机3D模型可以保存并重复使用，克服了传统动画的易走形的毛病。◎计算机3D软件集多种功能(造型、修改、灯光、色彩、渲染等)于一身，动画的制作质量易控制。

第一章动画综述主要部分：（1）管理子系统（交互界面）（2）造型子系统（建模工具）（3）动画子系统（运动控制器）（4）绘制子系统(渲染工具)

1.3计算机动画系统的组成第一章动画综述(1)管理子系统的组成第一章动画综述(2)造型子系统的组成第一章动画综述(3)动画子系统的组成第一章动画综述(4)绘制子系统的组成第一章动画综述

三维动画软件简介计算机动画技术的成熟推动了三维计算机动画软件的发展，其中影响较大的商品化动画软件有：＊加拿大的Alias｜Wavefront（85年）＊美国的Maya(Alias公司98年)

＊加拿大的Softimage3D（88年）＊Discreet(Autodesk)3dsMax（91年）第一章动画综述▲

计算机动画就动画性质而言，可分为两大类，即帧动画和矢量动画。▲

根据视觉空间的不同，计算机动画又有二维动画与三维动画之分。▲按照计算机动画对时间性能的要求，可以分为实时动画和非实时动画。

1.3计算机动画的基本类型第一章动画综述

实时动画是按动画播放的速度快速生成动画的每一帧，即动画帧的生成和播放是同步的。非实时动画通常需要较长时间生成动画的每一帧，因此，后者先生成并保存组成动画的每一帧，然后播放，即动画帧的生成和播放是异步的。▲

实时动画和非实时动画第一章动画综述

使用一幅画面，所有的表现内容经过计算机程序的快速计算，在同一幅画面上生成变换的图形、线条和文字。变换的方向和模式属于矢量变换方式，具有极强的规律性。矢量动画通常通过编程方式制作，也有用于制作矢量动画的工具软件，如Flash、Illustrator。▲矢量动画第一章动画综述帧动画模拟传统动画的方式，它采用多画面表现动画。动画的每一个动作被记录在一幅幅画中，多幅连续的画面构成了动画。电脑的作用只是把众多的画面内容有序地进行保存，并把这组画面连续不断地演播出来。▲帧动画第一章动画综述

二维动画又叫“平面动画”，具有非常灵活的表现手段、强烈的表现力和良好的视觉效果。

二维动画运用传统动画的基本概念，在平面上构成动画的基本动作。并且在保持传统动画的表现力和视觉效果的基础上，尽量发挥计算机处理的高效率、低成本等特点。▲二维动画第一章动画综述三维动画又叫“空间动画”。动画主体的三维造型是经过计算机得到的，然后为其赋予“材质”，布置好“灯光”、放好“摄影机”，规定好运动的方式，就制作好了三维动画。▲三维动画第一章动画综述1.5计算机动画技术

在计算机动画系统中应用的主要动画技术有：

(1)参数关键帧技术。

(2)轨迹驱动技术。

(3)变形动画技术。

(4)关节动画技术

(5)过程动画技术

(6)基于物理的动画技术。

(7)行为动画技术。第一章动画综述关键帧技术最初仅仅用来插值帧与帧之间卡通画的形状，后来该技术马上发展成为可以用来插值影响运动的任何参数(例如，一个物体的平移、比例变换、旋转、材料、纹理、形状、可见性参数等都可作为关键帧参数，另外，摄象机和灯光的大部分参数也可作为关键帧参数)。从这一点来说，关键参数(Keyparameter)比关键帧(Keyframe)更确切些。

(实例操作举例)(1)参数关键帧技术第一章动画综述①选择合适的插值参数，

②确定准确的型值点③选择合适的插值函数④求得所插中间帧的参数主要内容：第一章动画综述

轨迹驱动动画，是指先设计好物体的运动轨迹，然后指定物体沿该轨迹运动。通常，物体的运动轨迹为三次样条曲线（也称为样条驱动），并且由用户交互给出。(2)轨迹驱动(pathdriven)技术第一章动画综述

轨迹动画实例

第一章动画综述

轨迹动画实例

第一章动画综述

轨迹动画实例

第一章动画综述①运动轨迹的空间参数曲线Q(u)的重新参数化，以获得等间隔采样的动画序列，即物体在每一帧的位置。②利用不同的速度曲线对应相同的空间曲线，生成不同的运动效果。主要内容：第一章动画综述变形动画技术主要是为了制作一种形态变形的动画，即将物体外观上发生变化的过程记录下来，生成一个形态连续变化的动画序列。变形动画在影视娱乐业已得到大量运用。

(3)变形动画技术第一章动画综述变形动画技术分为Morphing和空间变形(deformation)，二者都牵涉到使处理对象作某种变形，但含义不完全一样。Morphing是指将一给定的源数字图像或几何对象S光滑连续地变换到目标数字图像或几何对象T；deformation是指将单个几何对象的形状作某种扭曲、变形，使它变换到动画师所需的形状。

变形动画技术分类第一章动画综述

图像Morphing动画实例

第一章动画综述

图像Morphing动画实例

第一章动画综述

三维Morphing动画实例

第一章动画综述

FFD变形动画实例

第一章动画综述＊2维图像Morphing＊3维Morphing＊整体和局部变形方法＊FFD变形方法主要内容第一章动画综述过程动画是指物体的运动或变形可由一个过程来描述。最简单的过程动画是用一个数学模型去控制物体的几何形状和运动，较复杂的过程动画则是包括物体的变形、弹性理论、动力学、碰撞检测在内的物体的复杂运动。

(4)过程动画技术第一章动画综述

粒子动力学动画－喷水壶

第一章动画综述

粒子动画实例－星球爆炸

第一章动画综述

粒子动画实例－冰雪融化

第一章动画综述

过程动画实例－布料动画

第一章动画综述①粒子系统是最实用的过程动画技术之一。这是一种模拟不规则自然景物生成和动画的系统，也就是所谓的粒子系统。②水波动画(正弦波、平行波)

③布料动画（基于几何、基于动力学）

过程动画的主要内容第一章动画综述关节动画是计算机动画中最具挑战性的课题之一，它的主要目的是模拟骨架动物(尤其是人体)的运动。关节动画的发展不仅促进了机器人等学科的发展，而且使得模拟人类自身行为、动作