动画运动规律项目二动画运动的基本原理

《动画运动规律》授课教师：xxx全课目录01动画概述02动画运动的基本原理03物体的运动规律04人物的运动规律05动物的运动规律06自然现象的运动规律动画运动的基本原理02动画大师格里穆·乃特维克曾说：“动画的一切皆在于时间点和空间幅度。”为了弄清楚动画运动的基本原理，本项目：首先学习动画最基本的时间单位——帧，并了解关键帧和中间帧，掌握其各自的作用和绘制方法；然后学习分解和还原的原理，掌握将真实运动规律运用到动画角色上的方法；最后学习速度和节奏、移动和变形，进一步加深对动画运动原理的理解。项目导读项目目标熟悉帧和帧率、关键帧和中间帧的相关知识。掌握分解和还原的相关知识。掌握速度和节奏在动画中的应用方式。掌握移动和变形在动画中的应用方式。知识目标能为起身动作绘制关键帧和中间帧。能利用分解和还原绘制角色动作。能完成篮球滚动动画的绘制。能完成变形动画的绘制。技能目标学会从动画视角解析真实运动，提升专业素养。锻炼自主取材的能力，激发探索精神。素质目标目录CONTENTS01认知动画的关键要素02掌握分解和还原03掌握速度和节奏04熟知移动和变形任务一

认知动画的关键要素视频导入当我们观看《哪吒之魔童降世》中哪吒踢毽子逗笑敖丙的场景时，明明是一张张静止的画面连续播放，为何我们会觉得角色的动作流畅、充满生命力？这背后依赖动画的哪个最基础却最核心的“魔法”？视频导入帧是动画中记录和呈现视觉信息的最小、最基本的单位。其概念源于电影制作，在电影中，一格镜头相当于一帧，在动画中一帧表现为一幅静止的画面。在动画中，帧等同于时间，帧代表时间轴上的一个小瞬间或一小段时间，每一帧都包含了特定的画面或状态，多帧画面按时间顺序排列就形成了动画。一、帧和帧率（一）帧动画档案时间轴时间轴是一种用于组织和管理帧、图层和时间的工具。在制作动画时，利用时间轴能设定元素（如人物、背景、特效和音效等）的开始时间和结束时间，也能将各元素分层处理，渲染并导出。一、帧和帧率（二）帧率1．帧率是什么帧率是指每秒播放的画面帧数，通常用fps表示。根据动画类型的不同，帧率的使用标准也不同，如院线动画的帧率为24fps，游戏动画的帧率一般为30～60fps。一、帧和帧率（二）帧率2．帧率和流畅度影响动画流畅度的因素帧率动画制作方式帧率越高，即每秒播放画面越多，动画流畅度越高。帧率越低，动画流畅度越低。一拍一是指每一帧都绘制一张独立的画面，在24fps动画中，每秒须绘制24张画面，这种制作方式成本较高，一般只有制作周期长、资金充足的动画会采用。一拍二是指每张画面连续占用两帧，在24fps动画中，每秒仅须绘制12张画面。一、帧和帧率（二）帧率2．帧率和流畅度以手翻书为例（见左图），若每秒翻看24张画面，则帧率为24fps，相当于一拍一；用两秒翻看完时，帧率为12fps（一拍二）。在绘制画面张数相同的情况下，一拍二的视频时长是一拍一的两倍，如右图所示。手翻书一拍一一拍二一拍一和一拍二的时长对比一、帧和帧率（二）帧率2．帧率和流畅度一部动画的帧率往往是固定的，但也有不同帧率混合使用的情况。例如，在《蜘蛛侠：平行宇宙》中，动画师利用变换帧率的方式刻画角色性格：在动画初期，为体现主角的初出茅庐和笨手笨脚，其角色动画的帧率是一拍二；在动画后期，主角成长为内心坚定、身手灵活的英雄，此时其角色动画的帧率变成了一拍一。由此可见，变换帧率不仅有节省成本和增强动态效果的作用，还有塑造人物性格的作用。一、帧和帧率（二）帧率2．帧率和流畅度动画技巧在实际应用中，可根据需求使用多种帧率混搭的方式。例如，第1张画面用于第1～2帧，占用2帧；第2张画面用于第3～5帧，占用3帧；第3张画面单独占用第6帧。采用这种方式制作动画，可突出关键动作，增加画面张力，也可降低成本。在动画工业化的制作流程中，帧主要分为关键帧和中间帧两种类型，如下图所示。二、关键帧和中间帧关键帧中间帧关键帧中间帧关键帧中间帧关键帧关键帧和中间帧二、关键帧和中间帧（一）关键帧关键帧是用于记录物体（或场景）重要状态或变化的帧。关键帧所在的位置一般是动作的转折点，能直接决定动作的运动趋势、节奏和表现力。一组完整动作至少包含开始和结束两个关键帧。如下图所示，一组完整的扭头动作包括开始扭头和结束扭头两个关键帧；一组出拳动作包括准备和出拳两个关键帧。扭头动作出拳动作开始关键帧结束关键帧开始关键帧结束关键帧两组动作的关键帧二、关键帧和中间帧（一）关键帧关键帧的核心作用是什么？课堂互动二、关键帧和中间帧（二）中间帧中间帧是指除关键帧外，其余所有过渡帧的总称。其作用是连接关键帧，让动画从一个状态平滑过渡到另一个状态，避免动作生硬或跳跃。中间帧主要包括小原画和中间画两种类型。关键帧

中间画

小原画

中间画

关键帧二、关键帧和中间帧（二）中间帧1．小原画小原画位于两个关键帧之间，是连接两个关键帧的重要中间帧，它决定了动作的流畅度与真实感（通过动作体现）。绘制小原画时，可先在两个关键帧之间绘制运动轨迹线，并在运动轨迹线上确定小原画的位置，然后构思小原画的动作，最后进行绘制。运动轨迹如下图示，小原画的位置一般位于运动轨迹线的正中间。二、关键帧和中间帧（二）中间帧1．小原画动画技巧小原画的位置一般可以决定运动的节奏。当小原画位于运动轨迹线的正中间，或靠近开始关键帧，或靠近结束关键帧这3个不同位置时，运动的速度可能会分别呈现匀速、加速、减速这3种不同状态。二、关键帧和中间帧（二）中间帧1．小原画不同的小原画能赋予角色不同的动作和情感，独特的小原画设计能为角色动作添加趣味性。以上述扭头动作为例，在关键帧中间插入不同动作的小原画，一方面能使角色的面部表情更丰富，提高动画的观赏性，另一方面有助于塑造角色性格，为观众传递特定的情绪，如下图所示。关键帧

小原画

关键帧不同动作的小原画二、关键帧和中间帧（二）中间帧2．中间画中间画是补充关键帧和小原画之间空白画面的中间帧，一般用于调整画面的流畅度和节奏感，如下图所示。通常情况下，中间画越多画面越流畅，反之，画面则可能出现卡顿。关键帧

中间画

小原画

中间画

关键帧二、关键帧和中间帧（二）中间帧2．中间画中间画的画法有一定的技巧：假设图中（见下图）的圆形和方形是两张小原画，在两张小原画的对应位置标记若干个点，然后将标记的点连成线段，再标记每条线段的中点，最后连接这些中点，并根据两张小原画的线条弧度绘制中间画。绘制中间画的过程二、关键帧和中间帧（二）中间帧2．中间画动画技巧在运动的过程中，中间帧的形状通常会有所改变。例如，速度较快的动作，中间帧一般会产生形变（见下图），这些形变通常表现为重叠、挤压或拉伸等。中间帧的形变课堂小结认知动画的关键要素帧和帧率帧帧率帧率是什么帧率和流畅度关键帧和中间帧关键帧中间帧小原画中间画任务实施——为起身动作绘制关键帧和中间帧学会绘制动作的关键帧和中间帧，是绘制动画的第一步。下面先来观察一组起身动作，找到该动作的关键帧和中间帧，然后绘制出来。起身动作任务实施——为起身动作绘制关键帧和中间帧步骤

1打开“起身动作.mp4”，观察素材（见下图），这是一组从睡醒到坐起身的动作。起身动作素材具体步骤任务实施——为起身动作绘制关键帧和中间帧步骤

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观察并分析该动作，然后将关键帧和中间帧截取下来，拼贴在一张图片上，如下图所示。可以看出，该动作的关键帧分别是趴在桌上和坐起身这两个画面，中间帧是介于两个关键帧之间的过渡画面。具体步骤关键帧和中间帧任务实施——为起身动作绘制关键帧和中间帧步骤

3将拼贴好的图片导入Photoshop，然后在原图上方新建空白图层，用转描的方式分别绘制两张关键帧，如下图所示。具体步骤关键帧和中间帧任务实施——为起身动作绘制关键帧和中间帧步骤

4该动作的持续时间是1秒，这里采用一拍三的方式将该动作拆分成7帧，两个关键帧分别位于第1帧和第7帧，故在第4帧的位置绘制中间帧，如下图所示。至此，关键帧和中间帧绘制完成。具体步骤绘制中间帧①④⑦⑦④①任务二

掌握分解和还原弹跳的皮球中蕴含哪些物理法则？问题导入一、分解拆解分析提炼分解就是将一段连续且复杂的动作提炼成运动规律的过程，是实现将参考素材应用于动画的关键步骤。想要对物体的运动进行准确分解，一般须经过拆解、分析和提炼3个环节。一、分解（一）拆解拆解是将一段物体运动的素材，以帧的形式拆分成一张张静态画面的环节。拆解环节可通过人眼或工具任意一种方式实现。素材的序列图动画师可先使用相机或手机录制素材，然后在视频软件中慢放或导出素材的序列图，以便能一帧帧地观察动作，如右图所示。一、分解（一）拆解动画技巧锻炼眼力的作用是让大脑形成以帧为时间单位来估算动作时间的习惯。一般可利用拆解小球弹跳运动进行训练：①准备一部相机或手机（拍摄帧率调整为24fps）；②将一个小球从不同高度（如1米、1.5米、2米）扔下；③紧盯小球，心中默数帧数；④将观察到的帧的时间与视频对照，看是否存在偏差。利用这种方法反复训练，能不断提高判断的准确性。一、分解（二）分析分析是指解析物体的各个结构在运动中的变化，即将复杂的结构简化成大的体块或线条，观察并分析其各个部位运动规律的环节。在分析的过程中，动画师能更深入地了解分析对象的结构和运动的形成原理。分析结构标记轨迹线分析环节一、分解（二）分析1．分析结构以人体为例，其运动由身体的各个部位配合而成，由于人体结构过于复杂，在分析时可将复杂结构简化成几何体，并分层处理。例如，在分析一段短跑运动时，可先将运动员的头部、躯干、四肢和连接部位等简化成几何体和线条（见右图），然后确认几个运动幅度较大的关键部位，并分析其各自的运动方向和运动距离。分析短跑运动一、分解（二）分析2．标记轨迹线轨迹线是物体重心或关键部位在空间中移动的轨迹，通常呈弧形。标记轨迹线有助于初学者更直观地分析运动的前后变化。以人体为例，其关键部位一般是移动幅度较大的部位，如腿部关节，如果将腿部关节视为一个点，那么这个点随着运动在空中划出的线就是轨迹线，如右图所示。轨迹线值得注意的是，运动中的物体通常有多条轨迹线，将其主要轨迹线标记出来，即可使该物体的运动规律可视化。一、分解（三）提炼提炼主要是提炼运动物体的动态线的环节。动态线是代表物体运动的趋势和力的传递方向的一条或几条概括性的线条，如下图所示。动态线能概括复杂的运动，降低动画师理解运动中物体动态变化的难度。动态线一、分解（三）提炼轨迹线和动态线的不同之处在于：轨迹线是将物体的某个部位视为一个点并以该点为参照物，绘制成的点的移动轨迹，主要用于体现一段时间内该部位的移动距离和移动幅度；动态线主要是绘制在单个动作上，体现的是物体每一帧动作的动势。动画技巧在绘制动画时，如果想突出物体运动速度很快，可优先关注其整体动势，运动细节可适当简化（见右图）；如果动画风格偏写实或有运动部位的特写，其运动细节也要清晰呈现。各种运动的动势二、还原还原是将分解出的动态线，应用到动画角色中，并重组动作的过程。①在动态线的基础上，根据参考素材绘制角色结构；②在不违背角色结构合理性的条件下，根据需求调整动态线的形状和角色结构，使角色动作更具张力；③在此基础上绘制最终版动画。还原过程具体步骤二、还原对运动进行分解的核心目的是什么？课堂互动二、还原在还原过程中，动态线的形状变化既要符合动作的合理性，又要能表达动画师的主观创意，这样创作出的动画才会既真实又有创意。值得注意的是，随着动画师的主观创意在动画中的占比越来越高，动态线的弧度变化越来越大，角色动作也越来越有张力，如下图所示。动态线与角色动作的变化二、还原动画技巧一般来说，作为参考的素材要与动画角色的体型和运动方式相匹配，但也有特殊情况。例如，动画角色过于卡通，而参考素材较复杂时，可简化参考素材，仅参考其主体结构（躯干）的运动规律，或仅参考其动势。例如，卡通角色借鉴真实人体运动规律时，需要先根据比例缩放真实人体的骨骼结构，再根据角色的特性（重量、弹性、体积等）绘制关键帧，如下图所示。真实人体与卡通角色结构对比图二、还原动画AI动作迁移技术动作迁移技术是指从参考素材中逐帧提取动作关键点生成动态线，并与动画角色结合，使动画角色具备与参考素材相同动作的技术。它替代了传统动捕中通过穿戴设备和光学摄像头收集动作数据的过程，使动画师能以更低的成本将动作迁移至动画中。以Runway为例，Runway中的MotionTransfer模块就是利用动作迁移技术，将参考素材中的动作迁移到动画角色上的。课堂小结掌握分解和还原分解拆解分析分析结构标记轨迹线提炼还原任务实施学会借鉴真实素材并在此基础上加入个人创意，才能制作出独树一帜的动画。本任务实施将带领大家实操一组狐狸跳跃动作的分解和还原，为后续研究不同物体的运动规律打下基础。利用分解和还原绘制角色动作角色动作图任务三掌握速度和节奏视频中角色的速度和节奏是如何变化的？为什么这样设计能让角色的动作更灵动？视频导入一、速度速度是指物体运动的快慢。在通过相同的距离时，物体用时越短，速度越快；物体用时越长，速度越慢。在动画中物体速度快，用时短，帧数少；物体速度慢，用时长，帧数多。物体的运动

匀速运动加速运动减速运动一、速度匀速运动是物体在相同时间间隔内移动距离相等的运动，即每帧移动距离一致。以小球运动为例，从第一帧到最后一帧，帧与帧之间的距离相等，物体运动呈匀速状态，如下图所示。（一）匀速运动匀速运动速度分配常用于表现角色的非生物感（如机械运动），以及动画场景（如海洋、太空）的特殊性。一、速度加速运动是物体在相同时间间隔内移动距离逐渐增大的运动，即每帧移动距离逐渐增大。以小球运动为例，从第一帧到最后一帧，帧与帧之间的距离逐渐加大，物体运动呈加速状态，如下图所示。（二）加速运动一般用于表现力量感和冲击感，如角色快速挥拳、汽车启动等。加速运动速度分配一、速度减速运动是物体在相同时间间隔内移动距离逐渐缩短的运动，即每帧移动距离逐渐缩短。以小球运动为例，从第一帧到最后一帧，帧与帧之间的距离逐渐缩小，物体运动呈减速状态，如下图所示。（三）减速运动一般用于表现重量感和真实感，如角色从奔跑到停止、汽车刹车、羽毛飘落等。减速运动速度分配一、速度“快—慢—快”节奏的小球运动，其速度分配是什么样的？课堂互动二、节奏在动画中，节奏是画面元素的运动方式、镜头剪辑的节奏快慢和情感的起伏变化等因素所形成的一种动态韵律，能让观众产生紧张、舒缓等感官体验。节奏作为叙事、情感表达和吸引观众注意力的核心手段，通常可通过控制镜头时长、动作快慢、画面元素密度和音效等来完成。好的节奏，既能让动画符合逻辑，又能精准传递情感，是动画“活起来”的关键，也是衡量动画质量的重要标准之一。二、节奏动画中的时间单位是帧，帧的数量、间隔时间直接决定了节奏的快慢。根据帧的分配不同，可将节奏分为快节奏、慢节奏和变速节奏3种类型。（一）时间与节奏01例如，一个挥拳动作，用5帧完成比用10帧完成，动作更迅猛。快节奏：相同动作或情节中，使用的帧数越少、间隔时间越短的节奏越快。02例如，一朵鲜花绽放的动画，用100帧完成比用30帧完成，绽放动作更舒缓。慢节奏：相同动作或情节中，使用的帧数越多、间隔时间越长的节奏越慢。03例如，角色从静止到奔跑，起步用10帧，中途用5帧，奔跑起来用15帧，这种变速处理既符合真实的物理逻辑，又能让节奏更自然。变速节奏：变速节奏即一段动作或情节中，帧的数量和时间间隔不固定，以此制造节奏起伏，使动作或情节更真实、自然。二、节奏（二）空间与节奏物体运动时的移动距离和动作幅度差异，能塑造不同的节奏感指运动对象在单位时间内，从起点到终点的空间跨度。相同的时间内，不同的移动距离会传递出不同的节奏感，移动距离越长，节奏越急促、紧凑，移动距离越短，节奏越平和、舒缓。指运动对象在完成某个动作的过程中，其运动所占的空间范围。相同的动作中，动作幅度越大，节奏越紧凑、有力；幅度越小，节奏越平缓、轻柔。（1）移动距离（2）动作幅度课堂小结掌握速度和节奏速度匀速运动加速运动减速运动节奏时间与节奏空间与节奏任务实施——绘制篮球滚动动画通常情况下，篮球的滚动遵循“先加速后减速”的运动规律，其原因是受初始推力影响，篮球会从静止启动后逐步加速，再因阻力作用逐渐减速直至停止。绘制篮球滚动动画时，可先明确篮球的运动轨迹，并确定其速度变化的关键节点（如加速阶段的起点、减速阶段的终点等），再细化篮球表面纹理等细节。步骤

1绘制篮球的运动轨迹，并在轨迹上标记关键帧的位置，如下图所示。注意：篮球滚动的运动方式是从静止到加速，再由加速到减速，直至停止的过程。标记篮球的关键帧位置时，可结合前面加速运动和减速运动的速度分配图。运动轨迹任务实施——绘制篮球滚动动画步骤

2在关键帧的位置绘制篮球的外轮廓，如下图所示。绘制篮球的外轮廓任务实施——绘制篮球滚动动画步骤

3绘制篮球上的纹路，使篮球更立体，最终效果如下图所示。至此，篮球滚动动画绘制完成。绘制篮球的外轮廓任务四熟知移动和变形弹跳的皮球形状发生了怎样的变化？这种“移动”与“变形”的结合，为什么能让弹性效果更真实？问题导入一、移动移动是物体在空间中变换位置和角度的过程。移动又可分为位移和旋转两种。位移是指物体从一个点移动到另一个点，仅改变位置，不改变自身的角度和方向（见左图）；旋转是指物体围绕一个固定的点（或轴）进行圆周运动，以此改变自身的角度和方向，一般位置不变，或仅在小范围内产生微小变化，如右图所示。位移旋转一、移动动画技巧在制作位移动画时，为了防止角色与背景脱节，通常会采用不同的动画制作方式进行制作，即角色动画使用一拍二，背景动画使用一拍一。二、变形变形是指物体的形状、大小、结构等物理属性发生变化的过程，主要包括破碎、液化、膨胀、收缩、形态融合等形式。下图为两组变形效果图。变形效果图二、变形外力是导致物体变形的直接因素，常见的外力包括重力、推力、摩擦力等。指外力作用超出物体的承受极限，当外力消失后，物体不能恢复原状，会产生永久性形变的变形类