第四章-计算机动画技术.

第四章计算机动画技术 4 2 4 1计算机动画概述 传统动画 通常认为第一部动画影片是由J StewartBlackton于1906年创作的滑稽脸的幽默面 1946年美国创作第一部长篇真人与动画合演的动画片南方之歌 制作流程 根据剧本中的人物和活动场景 先用铅笔画在动画纸上 然后用钢笔把线条描在透明的化学板 赛璐璐 上 再用毛笔在化学板的反面涂上各种颜色 把已绘制好的背景和人物合在一起 放在平面的摄影台上 由摄影师一张一张地拍成电影胶片 再冲洗出电影影像 4 3 在拍摄动画片大闹天宫时 几十位动画工作者花了近两年的时间才完成 其中绘制了600多万张图画 美国迪士尼公司于1937年创作的第一部长达83分钟的大型动画片白雪公主和七个小矮人 共绘制了两亿张草图 最后用来拍摄的图画有250000张 4 1计算机动画概述 4 4 计算机动画 1964年 Bell实验室的KenKnowlton博士制作了第一部计算机动画片 1971年 被称为计算机动画之父NestorBurtnyk和MarceliWein提出了计算机产生关键帧动画技术 并应用该技术开发了MSGEN二维动画系统 玩具总动员恐龙泰坦尼克号 4 1计算机动画概述 4 5 一 什么是计算机动画动画是通过一定速度播放的连续画面来显示运动和变化的过程 其含义有 播放速度 24f s 25f s 30f s 运动过程 动画的本质 变化过程 色彩变化 光强变化 4 1计算机动画概述 计算机动画是借助于计算机生成一系列连续图像并动态播放的计算机技术 4 6 第二级 实现中间帧的计算第三级 提供形体的操作 平移 旋转 虚拟摄像机的操作 镜头推移 第四级 定义角色第五级 智能动画系统 自学习能力 4 1计算机动画概述 二 计算机动画的分类1 按动画的系统功能分类第一级 用于交互产生 着色 存储 检索和修改图像 不考虑时间 图像编辑器 4 7 2 按动画的制作原理分类 二维动画 计算机辅助动画 二维动画可实现中间帧生成 即根据两个关键帧生成所需的中间帧 插补技术 4 1计算机动画概述 二维动画系统的功能 第二级 中间帧画面生成 着色 预演 后期制作 4 8 三维动画 计算机生成动画 三维动画是采用计算机技术来模拟真实的三维空间 虚拟真实性 4 1计算机动画概述 三维动画系统的功能 第三 四级 定义角色 构造几何造型 设置运动和灯光 调整材质和贴图 生成连续画面 4 9 三 计算机动画的应用1 影视广告主要用于制作电视广告 电视片头 卡通片 电影片头和电影特技等 电视广告 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 没有真人演员表演的故事片 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 4 1计算机动画概述 4 10 2 工程设计计算机辅助设计 制图 正朝着利用计算机动画的后期预览发展 工程图纸设计完后 指定立体模型材质 制作三维动画 如机械运动的效果 楼房建筑的透视和整体视觉效果 4 1计算机动画概述 4 11 3 飞行模拟飞行模拟器 它能训练飞行员模拟起飞和着陆 操纵各种手柄 观察各种仪器以及在舷窗能看到机场跑道或自然景象等 在航天 导弹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 1计算机动画概述 4 12 4 教育与娱乐教育 利用计算机动画可将各种现象或模型形象生动地表现出来 如化学反应时分子结构变化 机器结构模型拆装 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 4 1计算机动画概述 4 13 5 科学计算可视化通过计算机动画将科学计算过程及结果转换为图形或图像并显示出来 如计算标量数据场 流体动力学分析等 4 1计算机动画概述 4 14 6 虚拟现实技术利用计算机动画模拟产生一个三维空间的虚拟环境系统 视觉 听觉 触觉 嗅觉等 4 1计算机动画概述 4 15 四 计算机动画的制作环境1 硬件配置图形工作站 SGI SUN IBM HP高档微型机 Pentium Macintosh输入设备 图形输入板 扫描仪输出设备 视频输出 胶片输出 4 1计算机动画概述 4 16 2 软件环境 系统软件操作系统 诊断程序 开发环境和工具 动画软件二维动画软件 TOONZ 二维卡通动画制作系统SGI IRIX PC Windows 4 1计算机动画概述 4 17 RETASPRO 专业二维动画制作系统适用于PC Apple机USAnimation 二维卡通制作系统代表作 美女和野兽点睛辅助动画制作系统 我国第一个拥有自主版权的计算机辅助制作动画系统 代表作 海尔兄弟 4 1计算机动画概述 4 18 三维动画软件 Softimage3D 擅长于卡通造型和角色动画 如 侏罗纪公园 的恐龙制作 MAYA 擅长于人物或动物动画 如 泰坦尼克号 许多画面制作 3dsmax 广泛应用于的三维建模 动画 渲染软件 制作高质量动画 广告等 Poser 专门用来制作人体 它可以产生各种类型的人物 如男人 女人 小孩等 4 1计算机动画概述 4 19 4 2计算机动画设计方法 一 计算机动画创意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构思 这些在制作之前的方案性思考 称为创意 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 4 20 4 2计算机动画设计方法 二 动画动作的设计1 动画时间的分配动画时间 一个动作要用几帧来完成放映速度 24f s 25f s 30f s动画电影 只画12张 重复1次 1秒 4 21 4 2计算机动画设计方法 2 物体运动规律及设计方法自然物体都有重量 结构和一定的柔韧性 动画制作时还要考虑牛顿定律 旋转物体当物体抛向空中或降落地面时 其重心沿抛物线运动 到顶点时速度减慢 下降时速度加快 不规则的物体在运动过程中还要旋转 4 22 4 2计算机动画设计方法 振动物体快速振动 弹簧片的震动柔性振动 旗帜的飘动 往复运动物体 4 23 4 2计算机动画设计方法 3 动物动作规律及设计方法 飞鸟类鸟越大 翅膀动作越慢 鸟越小 翅膀动作越快 4 24 4 2计算机动画设计方法 昆虫类多数昆虫都有翅膀 但其扇动速度远快于普通鸟类 这就需要用一种特殊方法来处理 翅膀模糊技术 4 25 4 2计算机动画设计方法 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 4 26 4 2计算机动画设计方法 4 人物动作规律及设计方法 人的走路动作左右两脚交替向前 为了保持身体的平衡 当左脚向前时左手向后摆动 当右脚向前时右手向后摆动 4 27 4 2计算机动画设计方法 人的奔跑动作身体重心前倾 两手自然握拳 手臂成屈曲状 双脚的跨步动作幅度较大 头的高低变化也比走路动作大 4 28 4 2计算机动画设计方法 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 4 29 4 2计算机动画设计方法 三 影视片头的设计1 片头设计的长度电视栏目片头的时间长度 20秒电视台台标的时间长度 30秒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 二维动画 人物 动物等柔软复杂实体三维动画 变形 真实感强的造型物体 4 30 4 2计算机动画设计方法 3 电视片头的设计电视节目片头 5 12 20 60秒新闻 评论类 严肃庄重文艺 少儿类 轻松活泼电视栏目片头 12 20秒字幕是电视栏目片头设计中主要的艺术设计形象 这是以线为主的点 线 面组合的表现艺术 4 31 4 3矢量动画制作软件 一 Flash概述 1 发展简史 4 32 2 基本功能Flash是Macromedia推出的网页动画设计软件 它是一种交互的矢量动画 能在低数据传输率下实现高质量的动画效果 4 3矢量动画制作软件 4 33 3 应用领域MTV 游戏 网络广告 教学课件等 4 3矢量动画制作软件 4 34 4 制作过程 4 3矢量动画制作软件 4 35 5 工作界面标题栏 菜单栏 工具栏 工具箱 4 3矢量动画制作软件 4 36 二 Flash基本操作 例题 制作一个移动的变色圆 打开Flash 选择红色 选择椭圆工具 在舞台左上方画一个小圆 右击第30帧 选择插入空白关键帧 选择蓝色 在舞台右下方画一个较大圆 选中第1帧 属性面板 补间 形状 选择控制 播放 4 3矢量动画制作软件 4 37 1 创建Flash文件文件 新建 工具栏 新建按钮2 设置文档属性修改 文档 属性面板 文档属性 4 3矢量动画制作软件 4 38 3 简单动画制作 新建文件 设置影片属性 400 300 导入背景图片 文件 导入调整图像大小 第36帧选择 插入帧 插入新图层 单击 插入图层 按钮 输入文本 文本工具 隶 60 红 图层2 5f深 10f圳 15f大 20f学 设置移动动画 补间 动画 加入背景音乐 文件 导入 4 3矢量动画制作软件 4 39 4 预览动画控制 测试影片 Ctrl Enter 5 保存动画文件文件 保存或另存为 myfirst fla 6 输出动画文件文件 导出影片myfirst swf Flash播放文件myfirst avi 视频文件 4 3矢量动画制作软件 4 40 三 图形绘制与编辑1 绘图工具椭圆工具 矩形工具 线条工具铅笔工具 文本工具 钢笔工具 4 3矢量动画制作软件 4 41 2 图形编辑选择工具 次选工具 套索工具颜料桶工具 墨水瓶工具 橡皮工具任意变形工具 填充变形工具 4 3矢量动画制作软件 黑体 60 黑色 按2次Ctrl B 打散 填充并着色 修改 变形 封套 4 42 四 图像导入使用Flash 除了可以绘制矢量图形外 还可以从外部导入位图 以便制作出更加丰富的动画 4 3矢量动画制作软件 4 43 五 动画制作FlashMX的动画原理与电影的成像原理一样 是利用人眼的视觉暂留现象 FlashMX创建动画有两种方法 逐帧动画 帧帧连续动画 工作量大 补间动画 运动补间动画 平移 转动 形状补间动画 变形 关键帧 帧 普通帧或内插帧 4 3矢量动画制作软件 4 44 1 逐帧动画逐帧动画是构成动画的每一帧的内容都是由一幅绘制的图像组成 例如 模仿写字过程 4 3矢量动画制作软件 4 45 4 3矢量动画制作软件 又如 小小系列动画 4 46 2 运动补间动画 创建平移动画球的运动 创建引导动画指定路径运动 4 3矢量动画制作软件 4 47 3 形状补间动画形状动画描述在一段时间内将一个对象转变成另一个对象过渡过程 创建形状动画形状的变化 创建遮罩动画探照灯效果 4 3矢量动画制作软件 4 48 4 3矢量动画制作软件 例题 MTV的制作昨夜星辰 4 49 舞台大小 600 350总帧数 480f 12f s 40s歌曲名 昨夜星辰 15f 字演唱者 龙飘飘 100f歌词 18s 216f 昨夜的20s 240f 昨夜的星辰已坠落29s 348f 消失在遥远的银河 4 3矢量动画制作软件 4 50 六 交互式动画开发基础1 什么是ActionScriptActionScript是针对Flash运行时环境的脚本编程语言 通过它可以使用键盘或鼠标与动画进行交互 4 3矢量动画制作软件 采用面向对象编程思想采用事件对程序进行驱动以动画中的对象来对ActionScript语言进行定义和编写快速构建丰富互联网程序RIA的理想语言 4 51 ActionScript的发展简史 4 3矢量动画制作软件 ActionScript3的组成 4 52 ActionScript3程序的开发工具 AdobeFlashCS3 MXML语言 集成开发工具FlexSDKAdobeFlexBuilder 4 3矢量动画制作软件 4 53 例 第一个程序 显示Hello world 新建一个Flash文件 ActionScript3 按F9 窗口 动作 动作面板 输入代码 trace Hello world 函数trace 的功能 将括号中的内容从输出面板中输出 Ctrl Enter测试影片 4 3矢量动画制作软件 4 54 2 变量和常量变量 用来存储程序运行时的临时数据常量 用来存储固定的数值声明变量 使用变量前 必须先声明 如 vara undefinedvara int 0varnetebook int 0vara 3 4 3矢量动画制作软件 4 55 变量赋值 声明变量后 要给它赋值 否则编译会出错 vara int varb int a 10 b a trace a trace b vara 3 trace 第一次赋值结果 a a 5 trace 第二次赋值结果 a 4 3矢量动画制作软件 4 56 声明常量 声明常量并赋值 该常量就不能再次赋值 consta 3 trace 常量a值 a consta 3 trace 常量a值 a a 5 trace a 4 3矢量动画制作软件 4 57 3 数据类型ActionScript3的数据类型 4 3矢量动画制作软件 4 58 基本数据类型 4 3矢量动画制作软件 vars String Hello trace s varn Number 5 trace n trace 数值类型的最小值是 Number MIN VALUE trace 数值类型的最小值是 Number MAX VALUE varb Boolean true trace b 4 59 4 运算符运算符是通过某种运算关系计算一个或者多个操作数 然后返回相应的数值 一元运算符 4 3矢量动画制作软件 vari int 9 trace 返回之前i的结果为 i trace i的结果为 i 4 60 二元运算符 4 3矢量动画制作软件 vari Number 20 varj Number 10 trace 加法运算结果 i j trace 减法运算结果 i j trace 乘法运算结果 i j trace 除法运算结果 i j trace 比较运算结果 i j 4 61 三元运算符 条件运算符是判断语句的一种简单表达形式 由一个问号 一个冒号和三个操作数组成 例如 条件 真结果 假结果 4 3矢量动画制作软件 vari int 100 varj int 2 trace i j 50 true false 4 62 5 语句语句的作用 控制程序执行的流程 常用的语句 条件语句 循环语句条件语句 用来控制程序流程 判断程序的执行方向 有三种形式 if elseif elseif elseswitch 4 3矢量动画制作软件 4 63 if else语句 4 3矢量动画制作软件 vari int 0 vars Strint If i 0 s 结果为0 else s 结果为非0 trace s 4 64 if elseif语句 4 3矢量动画制作软件 vari int 1 vars Strint If i 1 s 结果为1 elseif i 0 s 结果为0 else s 结果为非0非1 trace s 4 65 switch语句 4 3矢量动画制作软件 vari int 3 vars String switch i case0 s 结果为 0 break case1 s 结果为 1 break case2 s 结果为 2 break case3 s 结果为 3 break case4 s 结果为 4 break default s 结果为 5 break trace s 4 66 循环语句 根据条件判断的结果 反复执行一个特定的代码段 循环语句有三种形式 forwhiledo while 4 3矢量动画制作软件 4 67 for语句 根据某个变量来获取循环的次数 然后反复执行里面的代码 例如 4 3矢量动画制作软件 vari int vara int 0 for i 0 i 10 i trace i a i trace 累加结果 a toString 4 68 while语句 判断逻辑表达式 如果为真就反复执行里面特定的代码 例如 4 3矢量动画制作软件 varcitys Array 北京 天津 沈阳 青岛 上海 秦皇岛 vari int 0 while i citys length trace citys i i 4 69 do while语句 判断表达式前 执行了一次代码块 例如 4 3矢量动画制作软件 varcitys Array 北京 天津 沈阳 青岛 上海 秦皇岛 vari int 0 do trace citys i i while i citys length 4 70 比较while语句和do while语句的区别 4 3矢量动画制作软件 vari int 0 while i 0 i trace i vari int 0 do i while i 0 trace i 4 71 break和continue简单用法 break和continue用来控制循环流程 都在循环内使用 break语句用来直接跳出循环 不再执行循环体内后面的语句 continue语句只是终止当前这一轮的循环 直接跳到下一轮循环 4 3矢量动画制作软件 4 72 例题 i从0到4递增 一旦i等于3时