第9章 动画制作与处理

9.1计算机动画及发展9.2计算机动画采用的技术与方法9.3二维动画制作过程及其软件9.4三维动画制作过程及其制作9.5运动捕捉技术与三维计算机动画,计算机动画概述,计算机动画一直是人们研究的热点。在全球的图形学盛会Siggraph上，几乎每年都有计算机动画的论文和专题。随着计算机图形学和硬件技术的高速发展，人们已经可以用计算机生成高质量的图像，促使计算机动画技术飞速地发展起来。计算机动画的应用领域十分广泛，包括影视作品制作、科学研究、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、军事仿真、过程控制、平面绘画、建筑设计等各个方面，使人们充分地体验到计算机动画高超技术的魅力。,计算机动画概述,2012年，在英国实验摄影师埃德沃德迈布里奇(EadweardJ.Muybridge)182周年诞辰之际，谷歌doodle特地推出了一个动态doodle(涂鸦)以纪念迈布里奇周年诞辰。这个动态doodle来自于迈布里奇的知名作品运动的马，当用户点击中间的按钮，整个doodle就将变成一个骑马的动态影像。迈布里奇用革命性的技术创造了永恒的形象，这也为动画技术的发展做出了重要的贡献。,布里奇的知名作品运动的马,动画必须遵循的3个规则,可以归纳出动画必须遵循的3个规则，至今仍不失其正确性。(1)动画由多幅内容相关的连续画面组成；(2)各幅画面的内容有所不同，彼此具有规律性的差异，目的是表现出“动”的效果；(3)所谓画面内容连续是指后一幅画面的内容(动作)是前一幅画面内容(动作)的继续。,动画由多幅内容相关的连续画面组成,传统动画及制作过程,(1)确定原始故事情节，制作故事板,传统动画及制作过程,(2)完善故事的细节内容。更详细地描述有关表演，动画设计者标识并制作关键帧，用以辅助人物造型及图像品质的定型。,(3)动画设计者对关键帧之间其余帧的制作(称作帧间填充)负责。(4)着色(inking)指的是将铅笔绘制的帧转换成动画单元的过程。(5)最后为动画单元着色。,什么是计算机动画,计算机动画是指采用图形与图像的数字处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧画面是对前一帧的部分修改。计算机动画的关键技术还体现在计算机动画制作软件上。动画制作软件是制作动画的工具，使用这一工具几乎不需要用户编程，通过交互式操作就能实现计算机的各种动画功能。不同的动画效果，取决于不同的计算机动画软件的功能。,9.2计算机动画采用的技术,计算机动画技术从制作的角度看，主要涉及图形技术和图像处理技术。在目前的计算机动画技术中，重要的是深入研究运动控制和渲染技术。同时，计算机动画也有自己的特点，发展了一套新的技术，这就是基于物理模型的运动控制技术。,关键帧动画,现在动画片中的一段连续画面实际上是由一系列静止的画面来表现的，制作过程中并不需要逐帧绘制，只需从这些静止画面中选出少数几帧加以绘制。被选出的画面一般都出现在动作变化的转折点处，对这段连续动作起着关键的控制作用，因此称为关键帧(KeyFrame)。,关键帧动画示例,路径动画,单纯依靠设置关键帧，有时仍然无法实现一些复杂的动画效果，有很多运动是不规则的任意路径，例如游鱼或飞鸟的自由运动，这需要采取路径动画来实现。路径动画就是由用户根据需要设定好一个路径后，使场景中对象沿着路径进行运动。路径动画是为对象的平移属性和旋转属性设置动画，通过曲线指定对象的运动的轨迹来实现。,路径动画示例,Morph(变形),基于图像的Morph(变形)是一种常用的二维动画技术。图像之间的插值变形称为Morph，图像本身的变形称为Warp。对图像作Warp，首先需要定义图像的特征结构，然后按特征结构变形图像。,变形动画示例,运动动力学动画,运动动力学动画技术通过模拟物体的物理属性和物理运动定律来产生物体的逼真运动。运动动力学技术考虑了物体的重量、质量、惯性和挠性等属性以及摩擦力、引力和物体间碰撞等外力作用。,动力学动画示例,流体动力学动画制作的水的效果,粒子动画,一些计算机场景的随机景物，如火焰、气流、瀑布等，在对其进行描述时，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，包括初速度、加速度、运动轨迹和生命周期等。这些参数决定了随机景物的变化，使用粒子系统可以产生很逼真的随机景物。,粒子动画,群体动画,在生物界，许多动物如鸟、鱼等以某种群体的方式运动。这种运动既有随机性，又有一定的规律性。群体的行为包含两个对立的因素，即既要相互靠近又要避免碰撞。,群体动画,控制群体的行为的三条按优先级递减的原则：碰撞避免原则，即避免与相邻的群体成员相碰；速度匹配原则，即尽量匹配相邻群体成员的速度；群体合群原则，即群体成员之间尽量靠近。,电影史莱克II采用的动态群体动画技术,人脸表情动画,目前很多图形硬件都能对多边形处理进行硬件加速，因此用多边形网格可以获得较高的性能速度。一般人脸模型内含一套用于控制表情动画的肌肉引擎，因此变换后得到的特殊人脸模型也能够通过这个肌肉引擎实现表情动画的效果。,使用多边形网格对人脸表情进行控制,电影阿凡达（Avatar）,电影阿凡达制做中广泛采用了“表情捕捉”技术，就是给每个表演的演员戴上一个微型高清摄像头，它离演员的脸只有10厘米左右距离，高清摄像头通过演员脸上的采样点，捕捉到演员最微妙的表情变化，然后传给电脑进行处理合成，将真人脸部表情与电脑动画技术结合，用以做出逼真的蓝色纳威人(图9-13)。,电影阿凡达的“表情捕捉”技术,三维扫描技术可以得到物体的立体化信息,9.3二维动画制作及其软件,二维动画是借助计算机二维矢量图形（或位图）来创建编辑动画，制作上和传统动画比较类似，现在有些二维动画的制作在前期上仍然使用手绘然后扫描至计算机或者是用数写板直接绘制作在计算机上，然后在计算机上对作品进行上色的工作。而特效，音响音乐效果，渲染等后期制作则几乎完全使用计算机来完成。,二维动画制作过程,.前期设计阶段,是指在使用计算机制作前，对动画片进行的规划与设计，主要包括：动画脚本设计、造型设计、场景设计。动画脚本(Script)创作是动画片的基础，一部动画作品是否成功其脚本创作占了相当重要的角色。,2.动画制作阶段,根据前期设计，在计算机中通过相关制作软件制作出动画片段，制作流程为关键帧产生、中间帧生成、分层合成、着色等，这是二维动画制作的主要工作。,3.后期合成,二维动画的后期合成是动画制作的最后一个阶段。主要是按照脚本设计，在计算机上将之前所做的动画片段、图片、声音等素材进行综合编辑，并配以效果和字幕，最终生成动画影视文件。,Animo二维卡通动画软件,图8-20GIF动画示例,GIF动画,9.4三维动画软件及其制作过程,三维动画制作过程包括三维建模、材质贴图、灯光布局与摄像机使用、动画制作、渲染等步骤。,三维动画制作过程建模,.材质与贴图,所谓材质，简单的说就是物体看起来是什么质地，就是把模型赋予真实自然的表面特性。材质可以看成是材料和质感的结合。材质是物体表面可视属性的集合，这些可视属性包括物体表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、发光度等。随着技术的发展，材质又包含了光线跟踪、明暗处理、光能传递等新的属性。,材质贴图,材质与贴图,灯光和摄像机,在三维动画中要制作出真实感的场景，除了精美的造型和逼真的材质的外，如果没有灯光照射一切都将在黑暗之中。再好的三维场景都离不开灯光的照射，灯光的作用并不仅仅是用来照亮物体，还可以使场景具有层次感和纵深感，使物体达到非常真实的效果，灯光是三维设计中非常重要的一个环节。,灯光和摄像机,摄影机就像人眼一样，将外界看到的物体反射到人的眼睛，以表现人的目光随物体移动的动画效果。摄像机决定一个作品的表现方式，各种焦距、随意的角度以及其他各种特殊效果的运用，使动画设计者能够创作出随场景漫游的各种精彩的动画。,在场景中加入灯光与摄影机,渲染,三维场景通过建模、添加材质、架设灯光及摄影机后，最终需要生成一幅图像来进行表达，这一生成图像的过程称为“渲染”。动画软件中的渲染，是指在场景中创建模型实体化的显示过程。是根据为模型指定的材质、灯光照明、光线跟踪等得到动画的最终显示效果.,3DSMAX中茶壶的渲染效果,后期制作与合成,在后期制作与合成阶段，就是将制作好的作品素材收集在一起，包括最后场景所需的各种资料（动态的图像、静止的图片、文字等），通过非线性编辑软件的编辑，按照分镜头剧本的设计，将动画素材进行合成，根据需要加入各种字幕、音乐（配音）、影片的过渡和特效等，最后完成作品。,后期制作与合成,三维动画制作制作软件-3DSMAX,利用Maya制作的