骨骼技术在二维动画制作中的应用的分析.pdf

论文分类号： 2学校代码： 10708 学号： 1210041 硕 士 学 位 论 文硕 士 学 位 论 文 thesis for masters degree 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 何子凤 指导教师姓名：沈浩 学 科名 称：设计艺术学 论文提交日期：2015 年 3 月 论文答辩日期：2015 年 5 月 学位授予单位：陕西科技大学 申请艺术学硕士艺术学硕士学位论文 论文题目： 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 学科门类：学科门类：艺术学 一级学科：一级学科：设计学 培养单位：培养单位：设计与艺术学院 硕士生：硕士生：何子凤 导师：导师：沈浩 2015 年 5 月 study on the bone technique ofapplication in 2danimation athesis submitted to shaanxi university of science and technology in partial fulfillment of the requirements for the degree of masterofarts by zifeng he supervisor: prof. hao shen may 2015 i 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 摘 要摘 要 随着时代的发展，数字技术在动画设计过程中扮演着愈来愈重要的角 色。上世纪八十年代，骨骼技术实现三维模拟人体的虚拟动画制作，骨骼技 术逐渐被众人所熟知；为适应发展的需求， 二维动画制作也在积极寻求新的 发展，骨骼技术走进二维动画。众所周知，在二维动画制作中角色动作板块 比较复杂， 且工作量庞大，而骨骼技术在二维动画中的应用恰好对角色动作 的制作有极大的帮助。 为全面系统的认识二维骨骼动画、 深入其制作关键， 本文从四个方面展 开：首先以骨骼技术为出发点，主要从骨骼技术与骨骼动画的起源与发展， 阐述骨骼动画的基本概念及其优势；其次，分析骨骼动画的原理、结构，进 而介绍应用于二维骨骼动画的软件及其制作方法， 并对制作方法进行总结分 类；再次，结合实际案例，深入剖析二维骨骼动画的基本制作方法以及在实 际应用中存在的问题与解决方法以及制作中的关键； 最后， 在前文分析骨骼 动画的基础知识和基本制作方法， 结合完整案例的分析制作中的难点， 并能 根据具体应用情况选择最佳的制作方案， 为二维动画制作寻求更为合理、 优 化的制作方法。 本文全面地对骨骼技术在二维动画中的应用进行具体、 系统地研究， 分 析其原理、总结归类其主要制作方法，剖析其关键技术难点，并根据不同方 法的特点使之更优的应用于动画制作中， 以图在二维动画制作效率和画面效 果方面有进一步的发展，并为二维动画专业的学生和学习者提供有益的参 考。 关键词关键词：骨骼技术，关键帧，骨骼绑定，动画，角色模型 ii iii study on the skeletaltechnique of application in 2danimation abstract with the development of the times, digital technology plays an increasingly important role in the animation design in the 1980s, the skeletal technology realize 3d simulation of the human body virtual animation manufacture, skeletal technology has been well known to all; to adapt to the development needs of the, two-dimensional animation also actively seeking new development and technical skeleton into 2d animation.it is well known that in the two-dimensional animation role action plate complex and huge workload, and application of skeletal technology in 2d animation just of action role have great help. for a comprehensive understanding of the system, making the 2d skeleton animation into key, this paper from four aspects to study: first, with the skeletal technology as the starting point, mainly from the origin and development of bone and skeletal animation technology, the basic concepts and advantages of this skeletal animation; secondly, the principle, structure analysis of skeletal animation, and then introduce the software and production method is applied to two-dimensional skeletal animation, and the making method to summarize the classification; thirdly, combined with the actual case, in-depth analysis of key basic production method of 2d skeletal animation and the problems in practical application and the solution as well as in the making; finally, the basic knowledge of skeletal animation and basic production methods in the above, combined with the analysis of difficulties in making complete case, and can choose the best scheme according to the specific application, for the two-dimensional animation to seek more reasonable, optimize production methods. the comprehensive application of technical skeleton in 2d animation with a concrete systematic study， analyzing the principle, classified and summarized the iv main manufacturing method and analysis its significant points and according to the characteristics of different methods to better application in animation，which in an attempt to 2d animation productions efficiency and the visual effect to be further development, as well as hope that colud provide a beneficial reference for 2d animation students and learners to study. keywords: skeletal technology，key frame，skeletal binding，animation， role model i 目 录目 录 摘 要 i abstract.iii 1 绪论1 1.1 课题研究的背景和现状1 1.1.1 研究背景1 1.1.2 研究现状2 1.2 研究内容4 1.3 研究的目的和意义4 1.3.1 研究的目的4 1.3.2 研究的意义5 1.4 研究方法和技术路线5 1.4.1 研究方法5 1.4.2 技术路线6 2 二维骨骼动画概述7 2.1 二维骨骼动画的概念.7 2.1.1 骨骼技术.7 2.1.2 骨骼动画.8 2.1.3 二维骨骼动画.8 2.2 二维骨骼动画的发展.8 2.2.1 二维骨骼技术的发展8 2.2.2 二维骨骼动画的发展11 2.3 二维骨骼动画的优势.14 2.3.1 视觉优势优化画面视觉效果.14 2.3.2 技术优势提高制作效率.14 2.4 小结.15 3 二维骨骼动画制作原理及分类.17 3.1 二维骨骼动画的原理及结构.17 3.1.1 二维骨骼动画的原理.17 3.1.2 二维骨骼动画的结构.19 3.2 二维骨骼动画制作方法分类.21 3.2.1 二维骨骼动画软件.21 ii 3.2.2 二维骨骼动画制作方法分类25 3.3 本章小结.32 4 二维骨骼动画制作方法应用研究35 4.1 链形骨骼动画的应用 自然现象动画35 4.1.12 flash 形状骨骼动画.35 4.1.2anime studio 图层骨骼动画.36 4.2 树形骨骼动画的应用角色动画40 4.2.1 元件骨骼动画.40 4.2.2 节点骨骼动画.42 4.4 二维骨骼动画制作关键技术47 4.4.1 创建模型.47 4.4.2 骨骼绑定.48 4.4.3 动画制作.49 4.4.3 角色素材.50 4.5 小结51 5 案例应用与思考.53 5.1 案例简述53 5.2 案例分析53 5.2.1 前期制作.53 5.2.2 中期制作.56 5.2.3 后期合成.68 5.3 案例总结与思考68 5.3.1 案例制作中的关键点.68 5.3.2 骨骼技术对二维动画发展的意义.71 5.4 本章小结71 6 结论与展望73 6.1 主要研究与结论73 6.1.1 主要研究工作与创新点.73 6.1.2 主要研究成果.73 6.2 研究展望73 致 谢75 参考文献77 攻读学位期间发表的学术论文目录79 iii 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明81 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究的背景和现状课题研究的背景和现状 1.1.1 研究背景研究背景 上世纪九十年代中期一部以玩具为主角的动画片的诞生标志着动画艺术开启了数字 时代的新纪元，这不仅仅是技术的革新，更是动画艺术的一大创举。当下设计界，电脑 技术愈发显现出其超凡的独特魅力。在传统设计的基础上，为设计工作者提供更为优良 的工作条件，推动设计的发展。动画设计相较之其他设计，与电脑技术有着更为密切的 联系。电脑辅助技术的出现，为创作者实现其精彩奇特、充满想象力的思维创新提供了 更好的平台，使得动画创作达到更为理想的境界1。二十世纪末，动画行业处于的新旧 结合时期，三维影视动画逐渐走进受众的视野，所谓三维动画是指实现对现实世界事物 的模拟，使得画面中的人物、场景更具真实性，不同于此前常见的二维动画、以其新颖 的视觉效果和感官冲击吸引了观众的眼球， 一时间三维动画占据了动画市场的重要地位。 也正是因为三维数字动画的逼真绚丽视觉效果，使得三维制作大受欢迎，迪斯尼、梦工 厂等大制片公司也都致力于数字动画，开始尝试运用电脑制作动画。二维动画的发展受 到了威胁。甚至有人提出“未来的动画发展会否是三维动画的天下，二维动画将成为历 史不复存在”的疑问2。对于这样的担忧，就好比十九世纪摄影技术的到来使得艺术家 们产生摄影艺术是否会取代绘画艺术的疑虑如出一辙。如今已是二十一世纪，而绘画艺 术依然以其自身的艺术魅力发扬光大。同样，虽然眼下三维动画的发展形势一片大好， 但是二维动画因着其独特的艺术感染力，依然有着大批忠实的追随者，有着不可替代的 地位。 随着数字技术的发展，二维传统手绘动画面临着新的挑战，若要寻求更广阔的发展 空间，革新制作方式是二维动画当下最为迫切的需求。二十世纪九十年代，电脑图形图 像处理技术为二维动画制作带来了新的技术支撑，同时也加快了二维动画走向数字化过 程的发展速度。数字字数在动画制作中的应用解决了传统动画制作中多层赛璐珞片重叠 导致其透明度降低使得动画背景层变暗甚至产生变色的一系列问题。如今，二维数字动 画是建立在传统手绘动画的基础上的一种新的制作形式，关于数字技术应用于二维动画 制作方面的研究越来越多，数字动画的制作水平也随着研究的深入和人们的不断探索而 日新月异。曾经引领动画艺术走向兴盛、迎来热潮的纸上动画已经逐步被新时代的数字 技术参与的动画所替代，这是时代发展的需求，是动画艺术发展的必然趋势，也是设计 者和受众的需求所在。 电脑数字技术在动画制作中发挥着越来越重要的作用3，为了适应时代发展的需 陕西科技大学硕士学位论文 2 求， 二维动画的相关制作技术也在不断的推陈出新，在这样的发展潮流趋势之下，三维 动画中的骨骼动画技术给二维二维数字动画制作带来了灵感。相较于传统绘制的逐帧动 画，亦或是补间动画而言，骨骼技术之于二维动画，有着极其重要的意义。在当前二维 动画制作软件中，融入了骨骼技术的软件，有诸如 dragon bones、spine 等等，这些软 件主要用于二维游戏、手机 app 游戏动画的制作。因此，若提到用于二维动画影视作品 制作的辅助软件， 则有专业的骨骼动画软件 anime studio 和众所周知主要用于网络动画 制作的二维动画软件 flash。 当国外动画界正在致力于动画制作技术的革新以求动画艺术创新之际，国产动画却 一直处于不景气的状态。这其中很重要的一部分原因即是因为技术的缺乏。动画是一门 艺术和技术共生的设计，国产动画之所以难以振兴走出国门迈向世界，很大原因在于技 术的滞后。 作为二维动画专业的学生而言， 掌握关键的二维动画制作技术是很有必要的， 骨骼技术在动画中的应用，其直观灵活的操作性能为二维动画的制作带来了效率和质量 的双重提升，是目前改善二维动画发展困境赢得新的发展生机的一大新生力量。 1.1.2 研究现状研究现状 a 国外研究现状国外研究现状 二维骨骼动画的开创者 anime studio， 由美国的 lost marble 公司出品， 诞生之初被 成为moho， 1999年开始发行， 主要针对私人工作室从事动画创作的专业软件， 随着anime studio pro6 的版本将原来的图像菜单更新为文字菜单，其汉化版也随之出现，其专业性 的制作以及较完善的骨骼动画系统渐渐吸引了业内人士的注意力。近年来，使用 anime studio 进行创作的动画公司日渐增多， 与 anime studio 相关书籍、 文献也相继面世。 2007 年的 9 月更名为 “anime studio ”，此后以 anime studio pro 系列不断更新、优化系统， 至今已更新至 anime studio pro10。自 asp 的诞生，二维骨骼动画走打开了二维数字动 画的新局面4。 2008 年底 adobe 公司推出的 flash cs4 版本也开始加入了二维骨骼动画 功能。 在上世纪八十年代开始对人物骨骼动画进行研究，利用三维虚拟技术实现角色模型 身体在虚拟骨骼的驱动下生成连续的动态画面，随后在 1995 年诞生了世界上第一部全 计算机动画玩具总动员。美国 kelly l. murdock 著作的anime studio: the official guide对二维骨骼动画软件的基础知识和性能结合案例进行实际分析， 对制作流程的解 析， 对系统全面的学习该软件很有帮助， 且对本课题的研究有十分重要的指导意义。 evan pipho 的focus on 3d models一书中对有关骨骼动画的部分做了详细、系统的介绍， 书中部分章节对骨骼的理解、骨骼动画的有点以及骨骼动画的原理都有很系统的梳理； okino 官网一篇名为skeletons &mesh skinning的文章对骨骼动画、骨骼蒙皮、绑定、 蒙皮概念以及动作调试等作了系统的介绍。皮特斯著作的flash action script 3.0 动画 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 3 教程第二部分和第三部分集中讲述了制作动画涉及的基本运动与高级运动，如速度和 加速度、边界和摩擦力、用户交互等；以及 adobe 公司著的adobe flash 中文版经典 教程围绕着具体的例子讲解，步骤详细，重点明确。涵盖了 flash 的基础知识、图形 处理、创建和编辑元件、添加动画、骨骼关节运动和变形等内容；sandro corsaro 和 cliffordj parrott 的flash 好莱坞 2d 动画革命一书从动画制作的历史讲起，通过大 量的精美实例介绍如何用 flash 解决在影视动画中经常遇到的角色设计、镜头移动、动 画特效和音频处理、flash 对动画制作流水线的影响，以及用 flash 进行独立创作时应 该注意的诸多事项等， 这些对本课题的内容学习、研究有很好的技术及理论指导意义。 b 国内研究现状国内研究现状 二十世纪九十年代开始，国家大力扶持动画产业的发展，兴建动漫产业基地，动画 公司、工作室的数量迅速增长，积极推进动画艺术与技术的创新，国产动画迎来了成长 的春天5。这一时期，国内动画市场积极引进国外先进技术投入到动画创作中，骨骼技 术在这样一个发展的新浪潮下走进了国内二维动画的制作。骨骼技术之于二维动画制作 的发展有着重要的意义，它为二维动画角色动作制作提供了良好的技术支持，优化了制 作效率。虽然，当下关于画艺术与技术的各方面研究也越来越多，但国内关于骨骼动画 的研究主要集中在三维动画中的骨骼技术应用，相比之下，骨骼技术在二维动画制作中 的应用研究相对较少。 近年来，国内学者对骨骼动画的研究也越来越多，使用二维骨骼动画软件从事动画 创作的动画公司、工作室以及骨骼动画爱好者也在逐年增加。其中，moho studio 工作 室负责人施阳，对 anime studio（其前身为 moho） 在国内动画市场的推广和发展有很 重要的作用，他以该软件制作了淡定云游记、昭君出塞秘史、幸运萱萱等 作品；2007 年，参与开发 anime studio ，并后续主持“asp 系列操作视频解决方案” 编写、制作工作；2008 年，参与制作西班牙儿童动画系列片zoomix；2012 年利用 anime studio 为多部实拍电影制作内插动画；他的love girl文件被 anime studio 官 网买走作为案例，2014 年七月由其执导的国产动画电影章鱼哥上映，这也预示着二 维骨骼动画软件正在被更多的人熟知并应用于动画制作，二维骨骼动画软件在动画制作 中的发展有着广袤的前景。 有关二维骨骼动画的书籍文献有金景文华编著的 flash cs6 动画设计-高手之道 ， 该书从应用 flash 设计简单动画入手，以真实范例的创意构思、制作细节为线索，通过 实例解析，对 flash 骨骼动画的制作有系统的介绍，书中动画设计实例针对性及实用性 都较强，对笔者深入学习掌握 flash 骨骼动画制作有极大的帮助；智丰电脑工作室的 flash（中文版）绘画宝典是一本专门讲解 flash 绘画与动画制作技术的专业书。从 绘画的入门基础知识到完整动画的设计与完成，使用了一百多个经典实例，通俗易懂， 陕西科技大学硕士学位论文 4 全面、系统地讲解了 flash 绘画与动画制作的高级技巧，对本课题的研究有重要的理论 和技术指导意义。 季卓尔和张景峤在 基于可编程图形处理器的骨骼动画算法及其比较 一文中提出了如何优化骨骼动画绘制的方法。王超杰探析数字技术在动画制作中的应 用与发展介绍了数字技术在动画中随着时代发展而逐渐占据重要地位的发展概况并详 细的解析了在动画制作中数字技术对动画制作的重要性等内容，这些都对本课题的进行 有着重要的理论的指导意义。 在知网输入“flash、moho、骨骼动画”等关键词检索到期刊文献 459 条，这些文 献中， 多数以骨骼动画软件的再开发、程序优化为出发点，而对动画艺术与骨骼技术结 合方面的研究实为少见。通过查阅其他的关于与数字软件相结合的二维无纸动画制作的 相关的书籍如尹武松的anime studio 二维动画设计与制作从软件的技术操作和 功能分析阐述， 强化对 moho 的学习和了解， 对本课题的研究有极大的帮助； 丁宁的 二 维动画短片无纸化工作流程优化讲述了数字动画的时代背景，结合实际经验分析二维 动画短片的特征，对二维无纸动画的工作流程进行总结分析，为本课题的研究提供了研 究思路和方向；还有邵辉的对骨骼动画的分析与思考比较系统的阐述了骨骼动画的 相关知识及骨骼动画在教学中的实际应用；田甜的基于气韵的人物骨骼动画研究以 国学“气韵”的为出发点，结合骨骼技术研究富有本土气息的人物造型设定；诸如刘永 刚人物角色骨骼的简易设定、列夫的数字皮影戏骨骼动画技术的研究与应用、 吴磊的使用骨骼蒙皮动画技术制作人物动画等学术论文都为本课题的研究提供了重 要的理论和技术依据。 1.2 研究内容研究内容 本文以二维骨骼技术为核心，介绍二维骨骼动画制作技术的相关方法，并通过短片 创作：一方面从骨骼动画的制作技术和原理出发，阐述动骨骼技术的基本概念并分析其 制作的关键技术；另一方面从提升二维动画制作效率出发，对项目进行制作并分析制作 中的难点。在制作过程中紧紧围绕提高二维无纸动画制作效率的实现技术与方法进行阐 述。主要研究了以下内容：分析总结二维骨骼动画的制作方法，并就如何灵活运用骨骼 技术的制作方法进行二维无纸动画制作、寻找一条更为便捷的制作方式，为动画专业学 生的学习提供一份可供参考的有益资料，促进二维动画的制作效率及效果的提升。 1.3 研究的目的和意义研究的目的和意义 1.3.1 研究的目的研究的目的 伴随着电脑技术的革新，动画制作也与时俱进，积极融入新技术。数字技术在动画 制作中的应用大大地节省了制作时间和成本，全新技术的参与使得画面效果更有保障， 也满足了受众的欣赏需求。技术的革新推动动画进入了数字时代，动画制作的辅助软件 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 5 也推陈出新，各展所长，为动画的制作提供了极大的便利。骨骼技术在二维软件中的实 现即是在这样一个时代和市场的要求下应运而生。 flash 动画自 cs4 以后的版本中开始新融入了骨骼技术，使得基于元件的动画调试 更为方便。一直以骨骼动画著称的 moho 有着强大成熟的骨骼动画体系，基于二者的各 自的技术基础与群众基础，探索骨骼技术对于二维动画制作的重要意义。 本课题旨在基于二维骨骼动画的基本制作理论基础上，以 flash 和 moho 为主要实 践工具，借助骨骼技术的优势丰富二维无纸动画视觉表现力，力求探索一条更为有效的 便利于二维动画制作的方式；提升二维无纸动画的制作效率，促进二维无纸动画更好的 发展。 1.3.2 研究的意义研究的意义 二维动画一直以来都深受观众的喜爱，但其复杂繁多的工序和巨大的工作量在一定 程度上影响了二维动画的制作效率。随着科技的进步，适用于二维动画制作的软件应运 而生，为二维动画的制作带来了极大的便利，相较于传统的帧动画制作软件，骨骼动画 在二维数字动画制作中的应用更是锦上添花。骨骼技术对传统的二维逐帧动画而言，不 论是在效率亦或是画面效果方面都有着质的飞跃； 相较于普通的二维动画制作软件而言， 骨骼技术这一最早应用于三维动画中的动画功能，实现在二维动画制作软件中，是一项 技术的革新， 促进动画艺术的创新和发展。 本着探索骨骼技术在二维动画制作中的优势， 运用于二维无纸动画的制作过程中，结合相关的论知识，寻出一条更为有效、便于二维 动画制作的理论与技术相结合的生产方式。 本课题在研究过程中将对不同的制作方法结合案例分析， 做出较为全面系统的对比， 并对制作过程中可能存在的问题以及解决办法和相关技巧等进行剖析、阐述。希望能为 业内人士及广大动画爱好者提供了一份有益的参考资料，有助于积累良好的动画素质和 基本技能， 为进一步了解二维无纸动画制作以及投身我国的动画产业打下一定的基础。 1.4 研究方法和技术路线研究方法和技术路线 1.4.1 研究方法研究方法 根据研究课题的性质，本论文采用的研究方法主要有以下四种： 文献研究法。在研究过程中阅读书籍，并且查阅中国学术期刊全文数据库、中国科 技期刊数据库、中国优秀博硕士学位论文库等相关的研究资料，通过整理、分析，在前 人研究的基础上，对二维无纸二维动画的理论及技术做了较为全面的了解。 经验总结法。参照国内外关于二维骨骼动画软件的视频、书籍教程进行更深一步的 学习研究。 对比分析法。根据学习的内容以及实践经验进行对比分析。 理论与实践结合法。为了确保本课题研究的科学性和真实性，在研究过程中笔者遵 陕西科技大学硕士学位论文 6 循了理论与实践结合的研究理念。本文首先对制作二维骨骼动画的理论及技术进行了深 入探讨与分析，在此基础上，结合实际操作以增强研究成果的可靠性，从而达到了理论 与实践的有效结合。 1.4.2 技术路线技术路线 查阅相关文献，了解国内外研究现状并咨询专业人士获得相关方面权威信息，以确 定课题方向。目前网络上有可供学习的视频资料，对软件的实际操作有一定的掌握，有 一定的技术实践基础。 参考国内外相关视频教程并深入学习，以及对实践中的疑难问题的分析，通过资料 收集并对其进行梳理，深化了解制作方法并总结学习经验和相关理论知识，制定研究计 划。对实践与理论的双向补充互动的方式做为研究依据，确定论文研究的整体框架。针 对疑难、复杂板块给予重点研究，结合教程总结在实践中经常会遇到的疑难点，并找出 可解决的方法途径。 进行归纳总结，将理论与实践相结合，以验证研究结果。 z k q 20151125 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 7 2 二维骨骼动画概述二维骨骼动画概述 2.1 二维骨骼动画的概念二维骨骼动画的概念 2.1.1 骨骼技术骨骼技术 骨骼，在生物学中，是人体（动物）运动系统的重要组成部分。它是由多种不同形 状的骨块构成、支撑人（动物）肉体、坚硬的内骨骼器官。它存在于人（动物）体内的 主要有三项功能，分别是支撑身体，保护身体及身体的运动，如图 2-1、2-2 所示。人（动 物）的每相邻的两块骨骼之间由韧带和关节连接，韧带的弹性和拉伸力保证了骨骼关节 的正常运动以及运动的平稳性。 图 2-1 人体骨骼图 2-2 动物骨骼 fig. 2-1 human skeletonfig. 2-2animal skeleton 骨骼技术是创作人员在计算机技术的支持下，利用数字技术模拟生物中人或动物运 动中的骨骼系统，如图 2-3 所示，借助虚拟的“骨骼”组成的层次结构实现模拟模型运 动的一种数字技术。 图 2-3 虚拟骨骼 fig. 2-3 virtual skeleton z k q 20151125 陕西科技大学硕士学位论文 8 2.1.2 骨骼动画骨骼动画 动画，在动画概论一书中有一解释是“活动的画面”6。简单地理解动画即是 一张张连续的画面因视觉暂留现象的作用，在人眼中将这些连续的单帧画面“拼接”起 来，形成画面在“动”的视觉错象，远古的西班牙壁画就记载的奔跑中的牛是可以追溯 到最久远的动画。 骨骼动画，是创作人员利用骨骼技术完成动画制作的一种数字动画制作方式，它是 角色动画中的一种， 通过数字技术实现模型模拟真人运动的一种角色动画的生成方式7。 从字面意思理解，骨骼动画即给角色模型装配“骨骼”，组建类似于真人骨骼结构的、 有上下层级关系的骨骼架，设计人员通过对骨骼方向和位置的改变来控制角色模型的动 态，模拟制作出逼真的动画效果。它主要包含两部分：一部分是具有父子层级关系的骨 骼架，另一部分是是绑定在骨架上的皮肤，即蒙皮部分，骨骼架的动态转换直接影响到 模型蒙皮部分的形体变化8。因此在动画设计设计中，通过操控骨骼部分，模拟动态姿 势，驱使蒙皮模型部分实现角色动画。 2.1.3 二维骨骼动画二维骨骼动画 二维骨骼动画，通俗来说就是将模拟骨骼技术应用到二维动画的制作中，辅助二维 动画的制作，提高二维动画动画的制作效率和质量。骨骼动画最早应用于三维角色模拟 动画中，随着技术的进步和二维动画发展的需求，逐步渗透到二维动画的制作中。 十九世纪末的 moho，拉开了骨骼技术应用于二维动画制作中的序幕。近二十年的 发展，二维骨骼动画制作技术愈趋成熟，应用于二维动画制作的骨骼数字软件也越来越 多，诸如 flash cs 4 及之后的版本、spine、coco studio 等。 2.2 二维骨骼动画的发展二维骨骼动画的发展 2.2.1 二维骨骼技术的发展二维骨骼技术的发展 a 三维骨骼技术三维骨骼技术 现今数字技术在影视动画作品、游戏等领域的广泛应用，电脑数字技术不仅仅在三 维动画中展现其独特的艺术魅力，当下的二维动画制作也不能脱离电脑技术这一强大的 技术支撑。自九十年代三维动画的兴起，“骨骼动画”一词被越来越多的人所熟知。骨 骼动画是在计算机数字技术发展的前提下得以实现，因此，它的发展和计算机技术有着 不可分割的联系。 谈及骨骼动画不得不提为人所熟知的三维动画。三维动画主要是利用现代电脑技术 实现对时间和空间的模拟，通过建模、材质、灯光、关键帧动画等实现动画的生成9。 在如今的三维动画制作过程中，骨骼技术则是完成动画工作的关键。相较于传统的帧动 画而言，骨骼技术使得数字动画的制作如虎添翼，其灵活、直观、易于控制的技术特色 也使得数字动画得以制作出更为精彩、逼真的动画影片。在三维动画制作中，最先实现 z k q 20151125 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 9 骨骼动画技术的当属有着“最先进的角色动画处理功能”之称的 softimage，如图 2-4 所 示。作为三维动画制作软件中的翘楚softimag，是众多三维软件中相当高端、专业 的动画软件，是 cg 技术进程的先行者，也是世界上第一款在角色动画的制作中实现并 运用“反向动力学”的三维动画软件。 在骨骼动画的发展史上，softimage 引领着这一行业的发展潮流，一路走在动画技 术革新和探索的前沿道路上。该软件最初名为 softimage creative environment，1988 年 实现该行业内第一款可以实现建模、 渲染以及动画的功能， 1990 年新版本加入了动画对 象约束概念， 1991 年此软件新增了 actor 板块， 该板块基于物理学力学研究新增入了关 节动力学以及反向动力学，并实现了骨骼和蒙皮技术，并将机器人的技术理念引进动画 制作之中，至此，骨骼技术正式迈进虚拟角色动画模拟行列。softimag 的这一大创新技 术的实现获得了由美国奥斯卡颁发的电影艺术和科学研究院颁发的科学技术奖。此后， 该软件继续在动画技术改进的道路上不断探索求新，在陆续更新的新版本中不断地融入 变形动画、运动控制、群集动画、卡通渲染等新的动画技术。1998 年，softimage 又新 增了 animation sequencer 功能，这正是此后的骨骼动画实现混合动画的先行条件。 于这 样的技术背景之下，1995 年在 softimage 的辅助之下一系列精彩作品陆续登场，如小 猪巴比、鬼马小精灵等，除此之外还有具有划时代意义，标志着动画艺术进入新 纪元的全数字制作卡通片玩具总动员华丽登场，赢得一片好评。从此，动画艺 术进入数字时代。 图 2-4 softimage 界面 fig. 2-4 softimage interface 正当 softimage 不断探索、创新之际，影视动画界有着举足轻重作用的另外两位重 要的角色原属于 alias 公司的 maya 和 autodesk 旗下的 3dmax 也纷纷加入模拟动 画的行列。1992 年，maya 也积极跻身动画技术革新的新行列，在当年发布的 alias 新 版本中加入了“反向动力学”角色动画功能，并加入了三维软件中一个完整的动力学系 统（dynamition ），1998 年 maya 在角色动画方面有了新的突破，并处于业界的技术 z k q 20151125 陕西科技大学硕士学位论文 10 引领者， 因着先进的技术依托， 2001 年 maya 作为唯一的三维动画制作技术参与创作了 三维动画电影最终幻想（final fantasy），由此可见，其角色动画制作技术已经极为 成熟。在动画制作技术上的革新一直不满足于现状，不断求索、创新，追求技术的更进 一步的发展，至今已经更新至 maya 2015 ，并在角色动画模拟及建模方面有了进一步的 提升，使得角色动画模拟更具真实感、富有弹性。 另一款三维设计界的重要角色3ds max，于 1994 年的 3ds max 4 版本主要提升 了在角色动画方面的技术， 于 2002 年， 开始在新版本中加入了 “骨骼工具 （bone tools） ” ， 开始其角色动画的骨骼动画之旅。在当前最新版本中进一步完善了骨骼管理功能，按照 数字或是字母以升降序的排列方式，更直观、有效地管理骨骼，为角色动画制作中骨骼 的选取节省了时间。 b 二维骨骼技术二维骨骼技术 三维骨骼动画从二十世纪八十年代开始走进探索阶段，经过不断的改革、创新如今 三维骨骼动画技术已日趋完善。为三维影视动画增光添彩，给受众带来一场场越来越刺 激、丰富的视觉饕餮盛宴10。面对着三维动画如此迅速发展之际，二维动画的生存与发 展显然受到了影响。因此，为顺应时代的发展和需求，传统的二维动画也面临着技术的 革新以求得新的发展生机，与数字技术的结合是技术与时代发展的双重要求。二十世纪 末辅助二维动画制作的数字软件接踵而至，最为众人所熟知的当属网页动画制作强 flash，此外还有专业的动画软件如 animo、retas、toonz 等等这些软件在传统二维动画 工作流程中诸如描线、上色、动画此类比较繁琐的环节方面都做出了很大的技术革新。 在二维动画技术探索道路上，三维动画中愈趋成熟的骨骼技术指引了二维动画新的 前进方向。知名网络二维动画软件 flash 也从 cs 4 版本开始加入了反向动力学和骨骼 动画功能，元件动画也走进了骨骼动画的行列。然而，最早将骨骼技术应用于二维动画 制作的当属 mohoanime studio 的前身。早在 1999 年，美国 lost marble 公司推出 了这一专业的二维动画制作软件，该软件的最大特色即是拥有以往在三维软件中才可以 实现的骨骼动画，首次在二维数字动画中使用了“骨骼集群控制节点”的功能，骨骼技 术正式走进二维动画的制作。2007 更名为 anime studio pro 5.0（图 2-5 所示），至此， 该软件一直使用图像菜单，到 2009 年更新的 pro6.0 版本，将文字菜单替代了原先的图 像菜单，使得操作更为直观、方便，也推进了其汉化的进程。作为二维骨骼动画制作软 件的鼻祖anime studio 一直走在二维骨骼动画的前沿，多年来一直致力于骨骼技术 的研究，不断优化系统，在不断更新的过程中，新版中陆续增加了跟随路径工具、可隐 藏或显露角色或物体的边线做动画的变现隐现工具、可实现图层抠像产生遮罩效果的遮 罩功能、不断优化物理模拟系统模拟更丰富的动态效果、添加智能骨骼功能使其对角色 的动态控制更灵活、可自定义现实骨骼色彩方便骨骼的选择和控制等功能，目前最新版 z k q 20151125 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 11 本已经更新到了 pro 11.0，进一步优化了系统工具、功能，集缩放、旋转、移动于一体 的操纵骨骼工具使得骨骼控制更为方便合理，还有为了让舞台操作对象更清晰明了还新 增加了将暂时不需要显示的节点和骨骼隐藏“隐藏节点和骨骼”工具，且对输出图形的 图形处理器做了优化处理，让输出的图像的轮廓、色彩、透明度等过度的更柔和自然。 anime studio 作为二维骨骼动画的先驱，其不断的更新优化已经使得二维骨骼动画的制 作日趋成熟，骨骼技术在二维动画中的应用发展正在不断进取。 图 2-5 anime studio pro5.0 界面 fig. 2-5 interface ofanime studio pro5.0 2.2.2 二维骨骼动画的发展二维骨骼动画的发展 动画中的骨骼概念最早出现在偶动画中，偶角色有支撑角色肢体、并保证角色关节 活动的骨骼，通过调节偶动画角色可控制的骨骼关节摆出动作姿势，利用逐格拍摄的手 法记录动态最后连贯的画面即成动画，如神笔马良、阿凡提的故事（图 2-6 所 示）、圣诞夜惊魂（图 2-7 所示）、小鸡快跑等。随着计算机技术的发展，骨 骼技术的诞生，计算机骨骼动画也随之而来。 图 2-6 阿凡提图图 2-7圣诞夜惊魂 fig. 2-6avantifig. 2-7 the nightmare before christmas z k q 20151125 陕西科技大学硕士学位论文 12 骨骼动画的实现离不开技术的支撑。随着技术的进步，时代的发展，传统的纯二维 手绘动画已经远不能符合时代发展的需求，计算机辅助技术的发展，为二维数字动画的 实现成为可能提供了技术条件。1963 年美国贝尔实验室创作了第一部计算机动画，拉开 了计算机辅助动画的序幕。1974 年一部奥斯卡最佳短片提名饥饿者，是一部通过电 脑生成两个关键帧中间的补间动画，虽然现在看来画面效果不尽如人意，但仍然是动画 技术进步的一大壮举。1988 年皮克斯创作的五分钟动画短片锡铁玩具第一次尝试做 出模拟真人形象和动作的角色，这部短片的给迪斯尼带来了创作灵感，于是基于该短片 中的玩具形象，制作了玩具总动员，并于 1995 年上映，这是由美国迪斯尼和皮克 斯公司联合出品的世界上第一部全部由计算机技术制作的三维动画影片，该片的上映不 仅标志着动画数字时代的到来、动画制作技术的一大革新，更是动画艺术创新的一次飞 跃。 图 2-8玩具总动员 1 fig. 2-8 toy story 1 玩具总动员（图 2-8 所示）这部在动画史上具有承前启后意义的动画影片正是 由专业的动画三维软件 softimage 以及 maya 参与制作完成的。此后一系列电脑数字动 画影片接踵而至，诸如冰河世纪、功夫熊猫、长发公主、蓝精灵等优 秀动画影视作品。 a)b) 图 2-9 太阳公主剧照 fig. 2-9 the still of sun princess 骨骼技术在二维动画制作中的应用研究 13 图 2-10 bunny love剧照图 2-11 as seen on tv剧照 fig. 2-10 the still of bunny lovefig. 2-11 the still ofas seen on tv 三维动画正处于蓬勃发展之际，二维动画在其冲击之下，要得以更好地发展也要符 合时代和历史发展的潮流，需要探索新的发展途径以彰显自身不同于三维逼真现实的艺 术审美效果。因此，在当下追求经济效益的大氛围下，二维手绘动画的传统创作模式已 经不能适应当下技术高速发展的市场需求。二维动画的技术革新是是大势所趋，是其求 生存谋发展的必然之路11。anime studio 的出现开启了二维动画的“骨骼”之旅。2007 年法国、比利时、匈牙利联合打造了使用 ainme studio 骨骼软件制作的动画电影太阳 的公主（图 2-9 所示）、bunny love（图 2-10）、as seen on tv（图 2-11）， 2014 年国内致力于 anime studio 骨骼研究的动画人施阳导演了国产动画电影 章鱼哥 （图 2-12 所示）。二维骨骼动画在国内动画市场逐渐走进受众的视野。 图 2-12 章鱼哥 fig. 2-12 paul 陕西科技大学硕士学位论文 14 2.3 二维骨骼动画的优势二维骨骼动画的优势 2.3.1 视觉优势优化画面视觉效果视觉优势优化画面视觉效果 在二维动画制作中，骨骼动画的重要性已愈来愈重要。骨骼动画丰富了角色动作动 画的表现形式，是动画艺术发展的技术飞跃，使得角色动画更加形象生动、富有真实感。 骨骼动画一方面使得二维动画的制作拥有直观形象的操控对象骨骼，使得角色动画 更为简单、灵活地创建，并能很好地表达角色模型的动态效果；另一方面，它能很好地 模拟角色的动态效果12角色动画通过模拟骨骼控制， 符合自然界人或动物的生物动 态规律，使角色运动更具真实感。 从受众的欣赏角度来看，骨骼动画相较于逐帧绘制的动画而言，其利用人体骨骼原 理控制角色动态变化，所生成的动画呈现在银幕上会给受众以更真实、流畅的视觉感受 13 。我们熟知在传统逐帧动画靠人力而为，工作量大，为了减少工作量，一些传统二维 动画采取二拍一甚至三拍一的做法，这样虽然达到了节省人力、物力的目的，但画面质 量因中间帧的“省略”必然会受到影响，导致动作流畅度不够，甚至大部分对话画面人 物其他部位，成静止状态，使受众易产生视觉疲劳；补间动画多应用于较规则的动画， 主要靠设定指定帧的形态，中间张靠计算机计算生成，产生的动画过于规律化，且对于 复杂动画（如跑步、转面）的表现会比较费时，画面缺少丰富、生动感。而骨骼动画较 之前二者而言，在控制角色运动方面，骨骼具有操控灵活、简单的自由性，动画师可以 比较轻松地变换动态，不必逐帧绘制，只需在关键帧位置调整骨骼到预设动态，角色模 型的所有约束点便会随着骨骼变换到相应的位置；且对于复杂动画（如跑步、转面）的 调整，通过骨骼的操控即可使角色完成相应的动作，这样不仅方便而且动作显得更为柔 顺、自然，丰富了画面的表现力。 2.3.2 技术优势提高制作效率技术优势提高制作效率 二维动画的制作方式主要分为逐帧动画和补间动画两种形式。逐帧动画即是通过手 动绘制出每一时间帧的内容。 这样的绘制方式使得逐帧动画具备以下几个特点： 第一点， 逐帧动画具备极好地灵活性，可以表现任何创作者天马行空的奇异想法，这样细致的制 作方式适合表现极其细腻的表演，实现一些特殊的动画效果，诸如人物转