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计算机动画 计算机动画是在传统动画的基础上引入了计算机图形技术 它不仅缩短了动画制作的周期 而且还产生了原有动画制作不能比拟的具有震撼力的视觉效果 计算机动画技术的广泛应用 使我们的世界发生了翻天覆地的变化 动画由多幅连续画面组成 当画面快速 连续地播放时 由于人类眼睛存在 视觉滞留效应 而产生动感 什么是动画 什么是计算机动画 最原始的动画 1831年 法国人约瑟夫 安东尼 普拉特奥在一个可以转动的圆盘上按照顺序画了一些图片 动画的历史 1906年美国人J 斯泰瓦德 J Steward 制作了一部名叫 滑稽面孔的幽默形象 的短片 非常接近现代动画概念 1908年法国人EmileCohl首创用负片制作动画影片 负片从概念上解决了影片载体的问题 为今后动画片的发展奠定了基础 1909年美国人WinsorMcCay用一万张图片表现一段动画故事 这是迄今为止世界上公认的第一部真正的动画短片 1915年美国人EerlHurd创造了在赛珞璐片上画动画片 再拍成胶片电影的动画制作工艺 这种工艺一直沿用至今 1928年美国人华特 迪斯尼 WaltDisney 完善了动画体系和制作工艺 被誉为商业动画影片之父 他把动画影片推向颠峰第一部有声动画 威利汽船 今天动画本质没有多大变化 而动画制作手段却发生了巨大变化 如 电脑动画 电脑特技动画 今天 1937年 华特 迪士尼 WaltDisney 又创作出第一部彩色动画长片 白雪公主和七个小矮人 他逐渐把动画影片推向了颠峰 在完善了动画体系和制作工艺的同时 还把动画片的制作与商业价值联系了起来 被人们誉为商业动画之父 直到如今 他创办的迪士尼公司还在为全世界的人们创造出丰富多彩的动画片 可以说是20世纪最伟大的动画公司 1995年 皮克斯公司制作出第一部三维动画长片 玩具总动员 使动画行业焕发出新的活力 动画的构成规则 1 动画由多画面组成 并且画面必须连续2 画面之间的内容必须存在差异3 画面表现的动作必须连续 即后一幅画面是前一幅画面的继续 传统动画 6 上色人员为赛珞璐片上色 传统动画是怎样制成的 全动画与半动画 半动画 又名 有限动画 为追求经济效益 6帧 s的动画 123456 计算机动画 计算机动画的发展 计算机动画是借助计算机技术生成一系列的画面 其中当前帧画面是对前一帧的部分修改 是采用连续播放静止图像的方法产生景物运动的效果 这里的运动泛指使画面发生改变的所有动作 比如放大 缩小 变形 旋转 颜色变化等 计算机动画 由多帧连续图像组成的动画效果 计算机动画的特点 动画是指把一些原本没有生命 不活动 的东西 经过制作成影片并放映后 成为有生命的东西 因此 广义的动画包含了 剪纸片 木偶片 等艺术形式 在中国它们也被称为 美术片 或 卡通片 它们最重要的特征有两点 它们的影像是用电影胶片或录影带以逐格记录的方式制作出来的 这些影像的 动作 是利用设计者的想像和虚幻创造出来的 而不是原本就存在由摄影机记录下来的景物 动画与运动是分不开的 可以说运动是动画的本质 动画是运动的艺术 以传统的电影胶片为例 动画是一门通过在连续多格的胶片上拍摄一系列单个画面 从而产生动态视觉的技术和艺术 这种视觉是通过将胶片以一定的速率放映的形式体现出来的 一般说来 动画是一种动态生成一系列相关画面的处理方法 其中的每一幅与前一幅略有不同 计算机动画的视觉原理 电影中动画的播放速度是24帧 秒 画面中的情景是连续和流畅的 但仔细观看电影胶片会发现画面并不连续 只有以一定的速率把胶片投影到银幕上才有运动的效果 这种现象可由视觉滞留原理来解释 即人眼所看到的影像会在视网膜上滞留十分之一秒 这是动画制作的主要理论基础 计算机动画按动画制作原理分为二维和三维动画 二维动画 计算机辅助动画 用来实现中间帧生成 即根据两个关键帧生成所需的中间帧 插补技术 从功能上看 属于第二等级 三维动画 计算机生成动画 是采用计算机技术来模拟真实的三维空间 从功能上看 属于第三 四等级 计算机动画真正具有生命力是由于三维动画的出现 它与二维动画相比有一定的真实性 同时与真实物体相比又具有虚拟性 二者构成了三维动画所特有的性质 即虚拟真实性 4 1 3计算机动画的应用 1 影视与广告主要用于制作电视广告 卡通片 电影片头和电影特技等 影视广告 计算机动画可制作出神奇的视觉效果 以取得特殊宣传效果和艺术感染力 玩具总动员 没有真人演员表演故事片 这部长达77分钟的影片全部由计算机动画和计算机合成图像组成 侏罗纪公园 是计算机动画在影视制作中的得意之作 曾获奥斯卡最佳视觉效果奖 2 科学计算与工程设计科学计算可视化 通过计算机动画以直观的方式将科学计算过程及结果转换为几何图形图像显示出来 便于研究和交互处理 工程设计 工程图纸设计完后 指定立体模型材质 制作三维动画 如建筑行业中楼房建筑的透视和整体视觉效果 3 模拟与仿真计算机动画技术第一个用于模拟的产品是飞行模拟器 它在室内就能训练飞行员模拟起飞和着陆 飞行员可以在模拟器中操纵各种手柄 观察各种仪器以及在舷窗能看到机场跑道和山 水等自然景象 在航天 导弹和原子武器等复杂的系统工程中 先建立模型 再用计算机动画模拟真实系统的运行 调节参数 获得最佳运行状态 4 教育与娱乐 多媒体教学 计算机动画为教师改进教学手段 提高教学质量提供了强有力的工具 娱乐 利用计算机动画产生模拟环境 使人有身临其境的感觉 5 虚拟现实技术 虚拟现实是利用计算机动画技术模拟产生的一个三维空间的虚拟环境 人们可借助系统体提供的视觉 听觉甚至嗅觉和触觉等多种设备 身临其境地沉侵在虚拟的环境中 就像在真实世界中 硬件配置 图形工作站或多媒体电脑 高速CPU 足够大的内存 大量的硬盘空间 1 特殊的输入输出设备 如扫描仪 摄像机 视频卡等 4 计算机动画制作环境 AnimatorPro平面动画制作软件 用于制作帧动画 绘制功能强 AnimationStudio平面动画处理软件 用于加工帧动画 处理能力强 FlashMX网页动画软件 用于绘制帧 矢量动画 可添加声音 WinImage morph变形动画软件 根据首 尾画面自动生成变形动画 GIFConstruction网页动画软件 把动画和图片序列转换成网页动画 3DStudioMax三维动画制作软件 用于制作三维造型动画 Cool3D三维文字动画软件 用于制作帧动画 视频 Maya三维动画制作软件 用于制作动画片 广告 电影等 Premiere动画视频处理软件 用于处理视频 广告 电影等 软件配置 1 系统软件操作系统 高级语言 诊断程序等2 动画软件 3DStudioMAX动画软件 3DSMAX是美国Autodesk公司在PC机上开发的实体造型 真实感显示和动画制作软件 版本 1 0 2 0 2 5 3 0 3 1 4 0 4 2 5 0 7 0 Softimage动画软件 Softimage是加拿大Softimage公司开发的一套三维动画软件 它已被广泛应用于电影 电视和广告制作等领域 曾轰动一时的侏罗纪公园中栩栩如生的恐龙形象的动作 就是该软件设计制作的 该软件系统包括五个模块 Model 造型 Matter 材质 Motion 运动 Tools 工具箱 Actor 演员系统 计算机动画是高科技与艺术创作的结合 它需要科学的设计和艺术的构思 这些在制作之前的方案性思考 称为创意 是动画的灵魂 创意有宏观和微观两个层面 宏观 战略创意 指整个设计行动的统筹安排 战略策划高度 微观 战术创意 指具体动画作品的意境构思及手法选择 小点子 小安排 一 计算机动画创意的概念 计算机动画的设计方法 创意技巧创意不会凭空而来 需要各方面知识的积累 技巧 拟人反向夸张判断标准 创意独特 立意新颖主题突出 构思完整情节合理 定位准确 1 动画时间分配的技巧动画的时间 动作需要多少帧完成 放映速度固定 飘动的旗帜 6帧雪花 3种 两秒急速跑步 4帧快跑动作 8帧慢跑 12帧大象 1 1 5秒猫 0 5秒老鹰 9帧小麻雀 2帧 二 动作的设计与创意 2 自然物体规律及设计旋转物体 当物体抛向空中时 其重心沿抛物线运动 到顶点时速度减慢 下降时速度加快强调运动 为了强调运动 有时要加入一些视觉效果 如开枪射击时枪管突然后退 射击本身是通过很强烈的猛推效果和随枪管再冲向前时一股较慢的喷烟在视觉上展现的 振动物体 快速振动弹簧片的震动 柔性振动旗帜的飘动 3 动物动作规律及设计鸟类 鸟越大 动作越慢鸟越小 动作越快翅膀越大 鸟躯干上下运动越明显 昆虫 昆虫翅膀的扇动速度远远快于普通鸟类 利用翅膀模糊技术 如蜜蜂 设计时应先勾勒出路线 兽类 四条腿的兽类在运动时 必须注意前腿动作如何与后腿动作相配合 如牛的右前腿向前时 右后腿在后 在右前腿向后时 右后腿向前 3 人物动作规律及设计人的走路动作 左右两脚交替向前 为了求得平衡 当左脚向前时左手向后摆动 当右脚向前时右手向后摆动 人的奔跑动作 身体中心前倾 手臂成屈曲状 两手自然握拳 双脚的跨步动作幅度较大 头的高低变化也比走路动作大 人的面部表情 面部的动作变化能体现人物的情绪和性格 但也更加复杂 1 片头设计的长度电视栏目片头 20s电视台台标 30s明白的片头长度 12s印象感 0 4s形象感 0 7s分辨微小动作 1s静止画面 想看其他画面 3 5s静止画面 产生厌烦感 5s 三 片头的设计与创意 2 电影片头的设计电影片头可以通过把影片最扣人心弦的核心展示出来 可只提问题不解决问题 以造成一定的悬念使观众急于相探索其中的究竟 右图是第十一届亚运会 体育大舞台 电影片头的一个镜头 3 电视片头的设计电视节目片头 5 10 15 20 60秒电视栏目片头 12 20秒 字幕是栏目片头设计中主要的艺术设计形象 4 电视广告的设计电视广告通过近在咫尺的屏幕 能使观众见其形而闻其声 具有极大的感染力 制作电视广告 要让观众接受重点内容 除必要重复外 还应多选中 近镜头 4 3实现计算机动画的主要技术方法 1关键帧动画2路径动画3变形动画4过程动画5粒子动画6人物动画 1关键帧动画 动画制作中的一段连续画面是由一系列静止的画面来表现的 但在制作过程中并不需要逐个画面进行绘制 只需选出少数几个画面加以绘制 被选出的画面一般都出现在动作变化的转折点处 对这段连续的动作起着关键的控制作用 因此称为关键帧 KeyFrame 关键帧技术是计算机动画中最基本并且运用最广泛的方法 第1帧和第8帧是关键帧 其余各帧 2 7帧 可由插值算法生成 绘制出关键帧之后 再由计算机对关键帧进行插值 插入中间画面 就完成了动画制作 因此称作关键帧动画 2路径动画 路径动画就是由用户根据需要设好一个路径后 使场景中的对象沿路径运动 比如模拟飞机的飞行 鱼的游动等都可以使用路径动画来制作 运动路径是用户画出的动画对象运动的曲线 由关键点控制 3变形动画 变形可以是二维或三维的 基于图像的Morph变形是一种常用的二维动画技术 有两种形式 图像之间的插值变形 Morph 和图像本身的变形 Warp 图像本身变形方法 先定义图像的特征结构 然后按特征结构变形图像 两幅图像间的变形方法 先分别按特征结构对两幅原图像本身做变形操作 然后从不同的方向渐隐渐显地得到两个图像系列 最后合成变形结果 图像的特征结构是由结构矢量构成的对图像框架的描述结构 比如 两个画面之间的对应点关系 变形动画 4过程动画 过程动画指的是动画中物体的运动或变形用一个过程来描述 在过程动画中 物体的变形要基于一定的数学模型或物理规律 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 如水波的运动 复杂的过程动画包括物体的变形 弹性理论 碰撞检测等 过程动画模拟的水波效果 5粒子动画 对一些随机景物 如火焰 气流 瀑布等 的描述 可采用粒子系统的原理 将随机景物想象成由大量的具有一定属性的粒子构成 每个粒子都有自己的粒子参数 如初速度 加速度 运动轨迹和生命周期等 它们决定了随机景物的变化 粒子动画创作的真实感云层 6人物动画 人物动画技术一直是计算机图形学中的难题 目前常用的有运动捕捉技术 三维扫描技术 运动捕捉技术是通过分析人体运动序列图像来提取人体关节点的三维坐标 从而得到人体的运动参数 因此能够获得完全真实的人体动画 左图是一个被贴了标示物 白色小球 的演员在场地中跑步 右图是Vicon370系统所采用的特殊红外照相机 只捕捉白色标示物 三维扫描技术又称为三维数字化技术 它能对立体的实物进行三维扫描 迅速获得物体表面各采样点的三维空间坐标和色彩信息 从而得到物体的三维彩色数字模型 部分特殊的三维扫描装置甚至能得到物体的内部结构 三维激光扫描成像 三维扫描仪 4 3矢量动画制作软件 4 3 1FlashMX概述 4 3 2FlashMX基本操作 4 3 3图形与图像的绘制 4 3 4元件与图库 4 3 5FlashMX动画制作 4 3 1FlashMX概述 Flash是由美国Macromedia公司出品的用于矢量图编辑和动画创作的专业软件 Flash号称 网页制作三剑客 Dreamweaver Fireworks和Flash 之一 它以其强大的矢量动画制作和灵活的交互功能 成为多媒体网页动画制作软件的主流 逐渐占据了网络广告的主体地位 它的动画文件格式SWF甚至已经成为当前网络动画的标准格式 FlashMX的窗口组成 场景和工作区 场景 是用户在创作时观看自己作品的场所 也是用户对动画中的对像进行编辑和修改的场所 工作区 是场景周围的灰色区域 通常用作动画的开始点和结束点的设置 即动画对像进入和退出场景时的位置设置 时间轴面板 一 时间轴面板 二 帧动作面板 属性面板 4 3 2FlashMX基本操作 2 导入对象 文件 导入 执行命令前要先在时间轴上确定导入文件所在的帧 3 预览动画 控制 测试影片 或按下 Ctrl Enter 组合键 4 输出动画 文件 导出影片 导出文件的默认格式是 swf 1 创建Flash文件 文件 新建 在开始制作Flash动画前 应该通过属性面板确定屏幕大小等属性 图形与图像的绘制 1 绘图工具2 图形编辑 1 绘图工具 直线工具 用来绘制任意的矢量线段 钢笔工具 用来绘制任意形状的图形 通过拖动调节杆调整曲线的弧度 椭圆工具 绘制实心或空心的椭圆 绘制过程中按住Shift键可以绘制正圆 矩形工具 绘制长方形 绘制过程中按住Shift键可以绘制正方形 选中选项区中的 圆角矩形半径 按钮 可以绘制圆角矩形 铅笔工具 绘制矢量线段和各种图形 文本工具 输入文字 选择一种工具后 可以通过属性面板修改所选工具的相关属性 2 图形编辑工具 箭头工具 可以选取对象 移动对象以及改变对象的形状 将鼠标移到图形的边缘 按下左键拖动就可以改变图形的形状 选取工具 用来编辑对象的形状 将鼠标移到对象的边缘单击后出现许多控制点 调整控制点可改变图形的形状 套索工具 可以拖动出任意形状的选取范围 而箭头工具只能拖动出矩形范围 橡皮工具 擦除对象 有多种擦除方式 自由转换工具 对对象进行旋转 缩放 扭曲等变形操作 填充转换工具 对图形进行各种填充颜色的变形处理 4 3 4元件与图库 元件是指用户在Flash中创建的图形 按钮和影片剪辑三种元素 元件创建后会自动添加到当前文件的库中 可以在当前文件或其他文件中重复使用 图形元件用于创建可反复使用的图形 按钮元件用于创建动画的交互控制按钮 以响应鼠标事件 影片剪辑元件本身也是一个动画 可独立播放 1 元件概述 创建元件 选择 插入 新建元件 命令 打开创建新元件对话框进行设置 选择元件 在元件编辑窗口中单击 场景1 切换至场景1窗口 选择 窗口 库 命令 打开库面板 将选中的元件拖入场景中即可 编辑元件 双击元件进入元件窗口中编辑 在元件的属性面板中设置元件的颜色和效果 2 元件操作 3 使用图库 图库用于存放和组织可重复使用的元件 将元件从图库拖入场景中 就生成了该元件的一个实例 实例是元件的复制品 元件本身仍存放在图库中 对实例的修改不会影响图库中元件的属性 但改变元件的属性 实例的属性也随之变化 打开库面板 窗口 库 命令 4 3 5Flash动画制作 1 动画组成 Flash动画由帧 图层及场景組成 帧