动画运动规律项目三物体的运动规律

《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物体的运动规律03现实世界中，所有物体的运动都遵循一定的规律，想要使制作出的动画更逼真、自然，必须要掌握相关的运动规律。本项目将学习曲线运动、弹性运动、惯性运动和追随运动的运动规律，并通过完成相关任务实施，加深对知识点的理解。项目导读项目目标掌握曲线运动中弧形运动、S形运动和波形运动的运动原理。掌握弹性的定义、影响弹性形变的因素，以及弹性运动在动画中的应用。掌握惯性的定义、影响惯性大小的因素，以及惯性运动在动画中的应用。掌握追随运动的定义、影响追随运动的因素，以及追随运动在动画中的应用。知识目标能完成水草摇摆动画的绘制。能完成小球弹跳动画的绘制。能完成汽车运动动画的绘制。能完成狐狸尾巴摆动动画的绘制。技能目标在掌握物体运动规律的基础上，能进行创造性地运用，赋予动画生命力和艺术感染力。能发挥自身主观能动性，不断提升创新意识和精益求精的精神。素质目标目录CONTENTS01掌握曲线运动02掌握弹性运动03掌握惯性运动04掌握追随运动任务一

掌握曲线运动动图中落叶的运动轨迹是怎样的？问题导入弧形运动是指物体的运动轨迹为弧线的运动。弧形运动主要受重力和惯性等的影响，在不受外力影响，且自身不发力的情况下，物体的弧形运动路径较为单一。生活中常见的弧形运动有投篮划出的抛物线、钟摆摆动的弧线等，如下图所示。一、弧形运动篮球划出的抛物线与钟摆摆动的运线人体的弧形运动以摆臂为例，人体的骨骼连接方式和肌肉收缩方式致使其做弧形运动，在绘制动画时，要有意识地设计和强调这些弧线，以确保人体动作符合观众的视觉预期，避免产生僵硬、机械等不自然的运动感，如下图所示。一、弧形运动S形运动是指物体在移动时，其主体或末端（如尾巴、飘带）的运动轨迹呈现连续、流畅的S形的曲线运动。二、S形运动当力作用于某一端（如尾巴根部）时，该部分会先开始运动，接着这个动作会像波一样，沿着物体逐段向末端（如尾巴尖）传递，每一段的运动都会比前一段略有延迟，使整体轨迹呈现连续的S形，如右图所示。分段传递波形运动是指物体以波状形态沿特定方向推进的运动方式。波形运动的原理与S形运动相同，均具有明显的分段传递特征；不同的是，波形运动存在多段式延迟，即物体每一段都会重复前一段的弧形波动轨迹，周期性较明显，如下图所示。三、波形运动波形运动S形运动波形运动与S形运动的对比在动画中，波形运动常用于表现物体的柔软度，或风、水等自然现象的运动规律。以旗帜飘扬为例，从旗帜的起始端（即旗帜的固定边）逐步传递到末端（即旗帜的游离边），每一段的波动都会重复前一段的弧形波动轨迹，最终形成连贯的波形运动，如下图所示。三、波形运动①②③④⑤⑥风向旗帜的波形运动物体的波动幅度从固定边到游离边会逐渐增大。三、波形运动角色的肢体摆动、飘带飞舞这类动作，该如何选择用弧形还是S形运动来表现？课堂互动课堂小结掌握曲线运动弧形运动S形运动波形运动任务实施——为起身动作绘制关键帧和中间帧小华想绘制一段水草摇摆动画。他通过观察真实水草的运动规律发现，水草的根部是固定的，主体跟随水流做曲线运动，水流是影响曲线运动的主要因素，因而在绘制水草动画前需要先确定水流运动的方向，再绘制水草的动作。绘制水草摇摆动画水草动画任务二

掌握弹性运动视频导入什么是弹力？弹力有方向吗？一、弹性是什么弹性是物体在外力的作用下发生形变（如拉伸、压缩、弯曲等），当外力消失后，物体能恢复原状的性质。从本质上来看，物体的形变是源于其内部粒子之间的相互作用力，该作用力决定了物体受外力形变后能否回弹、以及回弹的节奏与幅度。值得注意的是，当形变超出物体的弹性限度时，物体会发生不可逆的变形，如断裂、破碎等。一、弹性是什么例如，当弹簧和棉花受到手指按压产生弹性形变时，它们内部会积蓄能量，并产生与手指按压方向相反的力（即反作用力），如下图所示。在动画制作中，通过对这些弹性形变进行可视化、夸张化的处理，如挤压或拉伸，可使动画更生动，表现力更强。用手指按压弹簧与棉花一、弹性是什么动画档案运用弹性传递力量感的方法运用弹性传递力量感的方法有两种，分别是改变物体形状和调整回弹状态。1．改变物体形状物体的弹性形变越大，产生的力量感越强。根据此原理，在绘制动画时可通过控制受力物体的弹性形变程度来传递力量感。例如，用拳头捶击桌子，桌子几乎不会形变，如果想表现桌子受到较大的外力冲击，可适当地使桌子产生一些弹性形变，如下图所示。弹性形变前后的对比图一、弹性是什么动画档案2．调整回弹状态调整回弹状态通常是指调整物体回弹的时间和距离。在绘制动画时，可通过延长或缩短回弹的距离和时间来传递力量感。用时相同，运动距离越远的物体速度越快，力量感越强。例如，两个角色起跳，用时都为1秒，一个跳了2米，另一个跳了3米，明显后者速度更快，运动的力量感更强，如右图所示。两组角色跳跃对比图2米3米一、弹性是什么动画档案距离相同，用时越短的物体速度越快，力量感越强。如右图所示，对比两组小球运动的动作分解图，左侧小球的运动帧数多，变形轻微，速度较慢，力量感弱；右侧小球的运动帧数少，变形剧烈，速度较快，力量感强。两组小球运动对比图2秒1秒二、影响弹性形变的因素影响物体弹性形变的因素内因外因作用力的大小作用力的方向作用力的作用指物体自身材质和形状对弹性形变的影响指外部的作用力对弹性形变的影响二、影响弹性形变的因素（一）作用力的大小作用力的大小会直接影响物体弹性运动的幅度、速度和恢复状态。通常情况下，作用于物体的力越大，物体外形（指物体发生形变的幅度和范围）变化越大，其内部积攒的弹性能量越多，物体回弹的运动就越剧烈。两组火箭发射的对比图如右图所示，这是两组火箭发射的对比图，左侧为弱作用力下的加速运动，右侧为强作用力下的加速运动。可以看出，受弱作用力影响的火箭外形变化较小，运动较平缓；受强作用力影响的火箭外形变化较大，运动较猛烈。二、影响弹性形变的因素（二）作用力的方向作用力的方向不同，会使受力物体发生不同的形状变化。例如，一块海绵受到不同方向的作用力，海绵的形状会产生不同的变化，如下图所示。海绵

向左施压

向右施压

向下施压海绵受不同方向的作用力所产生的变化二、影响弹性形变的因素（三）作用力的作用方式作用力的作用方式不同，物体产生的形状变化也会不同。例如，一块海绵的相同位置受到如旋转、拉扯、施压等不同作用方式的作用力，会产生不同的弹性形变，如下图所示。海绵

旋转

拉扯

施压海绵受不同作用方式的作用力所产生的变化二、影响弹性形变的因素不同质感的物体（如皮球、海绵、金属球），弹性运动的变形幅度和速度节奏有何差异？课堂互动三、弹性运动在动画中的应用（一）优化动作节奏优化动作节奏是指通过挤压或拉伸物体的外形，控制其动作的发力与缓冲，避免动作僵硬，使动画更具节奏感。具体的应用方法为：当物体运动时，其形体向运动方向拉伸，模拟发力效果；当物体运动处于缓冲阶段时，形体向受力点挤压，模拟物理缓冲。通过控制挤压与拉伸的幅度和时长，可营造轻快、沉重等不同的情绪，使物体的动作节奏更符合自身属性与场景氛围。三、弹性运动在动画中的应用（一）优化动作节奏动画技巧“动画的十二法则”是早期迪士尼制订的工作指南，后来成为动画行业的通用法则。其中，在应用挤压与拉伸法则时，要重点注意以下两点。（1）挤压与拉伸的时间要短。一段运动中的挤压或拉伸时间过长，会导致动画缺少真实感，如橡皮管动画。（2）视觉上要遵循体积守恒原则，弹性运动不易变形过大。三、弹性运动在动画中的应用（一）优化动作节奏动画档案橡皮管动画橡皮管动画诞生于20世纪20年代，是美国第一个标准化的动画风格。橡皮管动画的角色线条流畅，四肢像柔软的橡皮管，身体像气球，全身无骨骼、关节，其动作无须严格遵循真实的物理规律，可任意弯曲、拉伸和打结，如下图所示。如今，橡皮管动画已逐渐退出历史舞台，仅在少部分用于表现特殊物体或角色时才会使用。橡皮管动画三、弹性运动在动画中的应用（二）模拟运动模糊模拟运动模糊是利用拉伸形体的方式，模拟摄影中的动态模糊效果，在静态画面中表现运动轨迹与速度感。操作方法：将运动中的物体沿着运动方向拉伸，在视觉上模拟“动态拖影”，让观众感知物体的运动速度，物体拉伸越长，速度感越强。以飞船飞行为例，快速飞行的飞船，其形变沿着运动轨迹延展，既可模拟运动模糊，又能制造速度感。三、弹性运动在动画中的应用（二）模拟运动模糊动画档案运动模糊动画中的运动模糊包括传统的运动模糊、速度线模拟的运动模糊和弹性形变模拟的运动模糊。传统的运动模糊的视觉效果与摄影中的虚焦类似，常用于三维动画。速度线模拟的运动模糊与弹性形变模拟的运动模糊常用于二维动画，如下图所示。速度线模拟的运动模糊

弹性形变模拟的运动模糊两种不同运动模糊的区别课堂小结掌握弹性运动弹性是什么影响弹性形变的因素作用力的大小作用力的方向作用力的作用方式弹性运动在动画中的应用优化动作节奏模拟运动模糊任务实施小球结构简单，这使得动画师在练习弹性运动时，能专注于小球的形体变化。本任务实施将聚焦小球弹跳过程中产生的弹性形变，并以此为重点绘制一段时长为3秒的小球弹跳动画。绘制小球弹跳动画小球弹跳动画任务三掌握惯性运动视频里角色急停时，身体为什么会向前倾？视频导入一、惯性是什么惯性存在于所有物体之中，是使物体保持原有运动状态的性质。具体表现为两种情形：①在不受外力时，惯性可使物体保持静止或原有运动状态；②在受到外力时，惯性通常作为阻力存在，会阻碍物体改变自身的运动状态。一、惯性是什么如下图所示：当汽车处于匀速状态时，物体A与汽车运动保持一致；当汽车突然加速向前时，物体A由于惯性会向后倾倒；当行驶中的汽车突然刹车减速时，物体A由于惯性会向前倾倒。匀速

加速

减速不同运动状态下物体A的状态二、影响惯性大小的因素惯性的大小主要由物体质量决定，与其他因素（如速度、受力大小、位置等）无关。物体的质量越大，惯性越大，越难改变自身运动状态；物体的质量越小，惯性越小。例如，卡车比自行车质量大，在刹车时，卡车需要的缓冲时间与距离更长，如下图所示。质量小的物体，因惯性小，其运动状态更易改变，如乒乓球比铅球质量小，让运动的乒乓球停下来比让运动的铅球停下更容易。3秒1秒卡车与自行车的刹车时长和距离对比拓展视频什么是惯性？静止的物体有惯性吗？二、影响惯性大小的因素不同重量的物体，惯性运动的幅度和持续时间有什么不同？课堂互动三、惯性运动在动画中的应用由于惯性的存在，物体须积攒足够多的能量才能改变其运动状态。积攒能量的过程，一般会被人为地延长或强调，就成为了预备动作，同理，缓冲动作则是释放能量的过程。（一）匀速运动在预备动作中，反向预备是最常见的预备类型。以火箭发射为例，它的预备动作是反向压缩自身形体，与人在跳跃运动中的下蹲动作相似，都是通过反向动作积攒能量，如右图所示。预备动作三、惯性运动在动画中的应用缓冲动作通常用于体现物体达到预期运动状态的过程。例如，卡车急刹车是为了停止运动，其滑行、车头下压等缓冲动作体现了卡车从高速运动状态过渡到静止状态的过程，如下图所示。（一）匀速运动缓冲动作三、惯性运动在动画中的应用惯性为所有运动赋予了缓入与缓出的特点，其具体原理如下：当物体开始加速时，惯性的存在会使物体抗拒改变原有的运动状态，从而呈现出由慢到快的速度变化；同理，当物体开始减速时，惯性的存在会使速度呈现由快到慢的变化。（二）缓入与缓出抬手动作的缓入与缓出目标位置目标位置以抬手动作为例，抬起手臂的动作存在初始位置和目标位置，手臂从初始位置出发，缓慢抬起，即将到达目标位置时缓慢停止，整个动作具有缓入与缓出的特点，如右图所示。三、惯性运动在动画中的应用（二）缓入与缓出动画档案当自然施力时，运动一般遵循缓入与缓出的运动规律。但当运动突然受外力作用时，这种规律可能会被打破。例如，角色走路时突然被打了一拳，或小球直线运动时被撞飞，这时就可省略缓入的过程，只表现缓出。课堂小结掌握惯性运动惯性是什么影响惯性大小的因素惯性运动在动画中的应用预备与缓冲缓入与缓出任务实施——绘制汽车运动动画小华想绘制一段带有加速和急刹的汽车运动动画。绘制汽车运动动画汽车运动动画任务实施——绘制汽车运动动画在绘制前，他先将汽车的结构拆分为车身和底盘（包括车轮）两部分（见左图），然后对汽车行驶过程中可能存在的惯性运动进行了分析，如起步时车头会上扬，刹车时车头会下压并弹起，如右图所示。下面根据小华的需求和分析，帮他绘制一段时长为3秒的汽车运动动画吧！汽车的结构拆分汽车起步与刹车的惯性任务四掌握追随运动观察视频中角色的肢体运动，大臂和小臂、大腿和小腿的运动有先后顺序吗？问题导入一、追随运动是什么追随运动是指物体的主体运动状态发生改变（如从运动变为静止，从匀速变为加速等）时，其附属结构（如毛发、服饰、尾巴等）因惯性等物理因素，无法与主体同步改变运动状态，从而产生追随效果的运动现象。展开来讲，追随运动的本质就是惯性的延续，其运动的产生，是主体先发力改变自身的运动状态（如角色突然停下或转身），然后附属结构因惯性延续原有的运动趋势，而非同步跟随主体改变，最终在重力、空气阻力等作用下运动幅度逐渐减弱，直至与主体保持相对静止。在该过程中，物体的主体与附属结构之间的运动常表现出明显的延迟性和重叠性。一、追随运动是什么延迟性是指附属结构在主体产生运动后，没有立即跟随，而是在一段时间后才开始运动的现象，即“主体先变，附属后变”，如下图所示。运动延迟附属结构主体一、追随运动是什么重叠性是指附属结构的运动不会等主体完全停止后才开始运动，而是在主体运动的过程中就穿插进行，即“同一物体不同部分的错位运动”。如下图所示，在这段挥拳动作的最后两帧中，身体和头部几乎停止运动，但四肢仍在朝不同方向运动，产生重叠。运动重叠一、追随运动是什么动画档案物理模拟与二维动画不同，三维动画或游戏中常采用物理模拟来实现追随运动。物理模拟是一种通过软件计算物体所受的重力、摩擦力、弹力等，再结合物体本身的质量、材质等，来模拟其运动轨迹的技术。这种技术常用于模拟毛发、衣物等物体的追随运动。一、追随运动是什么在制作追随运动动画时，可将物体的动作分为主要动作和次要动作，先从主要动作开始，再在主要动作的基础上绘制次要动作。例如，在一段人物行走动画中，其躯干和腿部的动作属于行走的主要动作，应先绘制这两个部位的动作，再添加手臂甩动等次要动作，如下图所示。主要动作和次要动作主要动作次要动作二、影响追随运动的因素质量是影响追随运动的重要因素之一。物体的质量越大，惯性越大，追随运动的追随幅度越大，持续时间越长；物体的质量越小，惯性越小，追随运动的追随幅度越小，持续时间越短。（一）物体自身属性1．质量二、影响追随运动的因素下图为两组不同质量的小球的追随运动，方块是主体结构，小球（上方的小球质量重，下方的小球质量轻）是附属结构，小球随着方块从左向右移动。上方较重的小球，运动幅度较大，运动时间较长；下方较轻的小球，运动幅度较小，运动时间较短。（一）物体自身属性不同质量的小球的追随运动1．质量二、影响追随运动的因素硬质材质（如金属、塑料、厚木板等）的弹性小，外形不易发生改变，在做追随运动时的轨迹较为单一，如下图所示。（一）物体自身属性2．材质硬质材质的追随运动二、影响追随运动的因素软质材质（如布料、丝绸、毛发等）的柔软度高，具有一定弹性，做追随运动时的轨迹变化较为丰富（多为曲线），一般还会有回弹或余摆，如下图所示。（一）物体自身属性2．材质软质材质的追随运动二、影响追随运动的因素流体（如水、果汁）和松散物质（如沙子）没有固定的形态，在做追随运动时，其运动轨迹通常呈现部分超前、部分滞后的重叠状态。例如，当杯子中的水被泼出去时，一部分会向外洒，另外一部分会滞留在原来的位置，如下图所示。（一）物体自身属性2．材质水的追随运动二、影响追随运动的因素外部作用力可影响追随运动的速度和范围。同一物体受到的外部作用力越大，其附属结构的运动越明显，运动范围也随之扩大。反之，则相反。（二）外部作用力例如，当人做快速甩头动作时，头发得到足够多的外部作用力，以头部为圆心，当第一缕头发运动到最远距离时，头发甩动的范围达到最大，如下图所示。甩头动作三、追随运动在动画中的应用（1）毛发类的追随运动。例如，当角色转头时，头发会因惯性先向前甩再回落。在这一过程中，头发的运动相较于头部的运动更剧烈，叠加在头部运动上，能起到强化角色动态，增加其动作丰富度的作用，如下图所示。（一）角色动画1．角色自身结构的追随运动头发的追随运动三、追随运动在动画中的应用（2）身体结构类的追随运动。在角色运动时，其内部各部位会因关节的联动产生追随运动。（一）角色动画1．角色自身结构的追随运动追随运动以手臂为例，手臂主要包含肩膀、手肘、手腕3个关节，当关节转动时，会以关节为圆心形成“距离关节越近，运动越先启动”的规律，带动骨骼依次做追随运动，如右图所示。三、追随运动在动画中的应用（3）身体软组织类的追随运动。常见的有肌肉的颤动、肚皮的晃动，以及肥胖角色的脂肪运动等。（一）角色动画1．角色自身结构的追随运动三、追随运动在动画中的应用角色与附属物体以手持、背负、系挂等方式进行连接，连接紧密度低于角色自身结构，其追随运动延迟效果明显，且延迟程度与连接紧密度呈正相关的特点。这类与角色连接的附属物体既可是衣物、道具等物品，也可是动物，如鹦鹉站在人身上。（一）角色动画2．角色与附属物体的追随运动三、追随运动在动画中的应用以角色手持杯子走路为例，杯子会随角色手部摆动而进行小幅上下移动。若角色快速抬起手部，杯子会先因惯性滞后于手部运动，再逐渐向上跟进；而杯中的液体因与角色手部的连接更松散，运动延迟效果会比杯子更显著，形成手部、杯子和液体的分层追随效果，如下图所示。（一）角色动画2．角色与附属物体的追随运动手部、杯子和液体的追随运动三、追随运动在动画中的应用（一）角色动画硬质附属物（如金属饰品）和软质附属物（如丝巾），追随运动的表现有哪些差异？课堂互动三、追随运动在动画中的应用尾巴的追随运动主要起到平衡身体的作用。以恐龙摆尾为例，当恐龙快速转身时，尾巴会因身体的转动而滞后摆动，以保持身体的平衡，并且随着身体转动幅度增大，尾巴摆动的幅度也会增大。（二）动物动画1．尾巴的追随运动三、追随运动在动画中的应用触须的追随运动常见于昆虫，其运动原理与头发类似。以蟋蟀的跳跃动作为例，当蟋蟀起跳时，触须由于惯性会先保持静止，再开始跟随身体运动；当蟋蟀落地时，触须会因惯性先往前摆动，再逐渐复原。（二）动