计算机动画技术_1_绪论.ppt

1、计算机动画技术,第一讲 绪论,2009,北京航空航天大学计算机学院 孟宪海,2,2020/7/10,北京航空航天大学,什么是动画？,动态的产生一系列景物画面的技术； 其中当前画面是对前一幅画面某些部分作的修改； 运动是动画的本质，动画是运动的艺术；,3,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的定义,动画(Animation)： 动画艺术是指除真实动作或方法外，使用各种技术创作活动影像，亦即是以人工的方式创造动态影像。 动画技术是动画的基础；,4,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的原理,视觉假象 “视觉暂留”特性； 连续播放一系列基于时间顺序的静止画面，给视觉造成连续变化的假象；

2、和电影在本质上是一致的；,Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7,5,2020/7/10,北京航空航天大学,动画原理,心理活动 心理似动现象； 心理活动对事务认知的影响；,6,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画 古代壁画； 走马灯；,7,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1824年，彼得罗杰，移动物体的视觉暂留现象； 提出观点：“形象刺激在最初显露后，能在视网膜上停留若干时间。当多个刺激相当迅速地连续显现时，在视网膜上的刺激信号会重叠起来，形象就成为连续进行的了”； 动画制作理

3、论的基石。,8,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1825年, 幻影转盘；,9,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1834年，走马盘；,10,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1868年，手翻书；,11,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1879年，英国人爱德华麦布里； 一组马奔跑的连续照片； 最早的关于连续动作的记录；,12,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1888年，托马斯爱迪生； 发明了一部连续画片的记录仪器；,13,2020/

4、7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,早期动画： 1895年，卢米埃尔兄弟； 首次公开放映电影，标志胶片时代的到来；,14,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,胶片动画的发展 1906年，斯图亚特波拉克顿，发明了“逐格拍摄法”； 滑稽脸的幽默像，第一部动画影片；,15,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,胶片动画的发展 1914年，美国人温瑟麦凯，恐龙戈蒂； 画幅超过5000张； 每一张背景都重画；,16,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,胶片动画的发展 1915年，易尔赫德，赛璐珞胶片； 分层制作建立了胶片动画的基本拍摄方法；,1

5、7,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,胶片动画的发展 1928年11月18日，沃特迪斯尼； 首映蒸汽船威利，米老鼠；,18,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,胶片动画的发展 1937年，首部长篇动画片； 白雪公主,19,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电视动画的发展： 1956年，第一台广播用磁带录像机，开启了用磁性材料记录活动影像的时代； 胶片动画制作成本昂贵； 电视台时间需求紧，促进了探索新的动画制作技术。,20,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电视动画的发展： 灵活应变的剧本，有限动画的制作方式； 汤姆和

6、杰瑞，奥斯卡短片奖；,21,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展： 1946年，第一台计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生； 1950年，显示器在美国MIT出现； 更广阔的舞台！,ENIAC,22,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 60年代电脑动画的初创期； 1962年，MIT林肯实验室； Ivan E.Sutherland； “Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统 ” 首次使用了“Computer Graphics”术语； 标志着计算机图形学的诞生；,23,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,

7、电脑动画的发展 1964年，贝尔实验室，肯诺尔顿； BEFLIX语言； 可以利用图片生成计算机动画 ;,24,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 60年代70年代初； 计算机动画的初创期； 计算机动画十分粗糙； 其理论发展却十分迅速； 吸引许多计算机专家投入到这个新生的领域来；,25,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 70年代发展期； 1971年，宾夕法尼亚大学，Animator； 1971年，加拿大国家研究院，Burtnyk和Wein； 关键帧动画系统的模型； 1976年，提出了骨架派生图像； 1973年举行了第一届SIG

8、GRAPH展览 ；,26,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展： 1973年，电影西部世界(West World)； 第一部使用电脑特效的影片；,27,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1977年，乔治 卢卡斯； 星球大战； ILM(Industrial Light and Magic, 工业光魔)；,卢卡斯与星战模型,28,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 70年代是计算机动画技术飞速发展的时代； 跟踪球、数字化仪等工具的出现为人机交互提供了多样的输入手段； 个人计算机的发明，使更多的艺术

9、家能利用电脑进行创作； 分形，虚拟现实和图形学的一些成果在这一时期也从单纯的理论发展出具体的技术产品。,29,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 80年代成熟期； 光线跟踪技术； 1982年，迪斯尼，Tron电脑争霸； 30分钟计算机动画，高科技的摩托车赛的片段,30,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1985年，青年福尔摩 斯； 第一次出现了CG电影角色； ILM公司制作；,31,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1986年，史蒂夫乔布斯，1000万； 成立了皮克斯(Pixar)动画工作

10、室; 改进CG动画技术作为一种讲述故事的手段； 1988年，影片罐 头总动员(Tin Toy)；,第一部 奥斯卡最佳动画短片奖 计算机动画影片,32,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1988年，卢卡斯电影公司, Willow; 引入了“图象变形”技术； 1989年，詹姆斯卡麦隆，深渊(The Abyss) ILM制作了一只能模仿影片中演员的面部表情和动作的蛇状的水怪；,33,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 80年代图形图像处理技术进入了普及阶段； 逐渐提高的计算机硬件性能赋予了计算机动画人员开发新的CG软件和技巧的自由

11、；,康奈尔大学,辐射度方法,JPL实验室,运动动态技术,加利福尼亚大学,样条模型开发,多伦多大学,过程技术应用,俄亥俄州立大学,人物分级动画与逆向运动学,蒙特利尔大学,人物动画与嘴唇同步技术,东京大学,气泡表面模型技术,34,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 90年代生产期； 计算机技术与硬件的不断成熟使得任何东西都有可能实现；,35,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1991年，詹姆斯卡麦隆； 终结者2 ，Terminator 2:Judgement Day；,36,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,

12、电脑动画的发展 1991年，迪斯尼证明了CG在传统动画的应用； 美女与野兽(Beauty and the Beast) ;,37,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1993年，斯皮尔伯格，侏罗纪公园； ILM制作，利用恐龙的骨架控制运动； 利用恐龙模型的动作实时地调整CG模型 ；,38,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 1995年，Pixar，玩具总动员(Toy Story)； 一部完全由CG创作的电影； 片长81分钟，76个角色和11.4万个画面；,39,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发

13、展 90年代，图形图像技术进入实用化时期； 处理信息巨大，要求处理速度极高，实时生产高质量的图形图像是整个90年代追求的目标; 动力学仿真技术，三维仿真演员系统，自主动画（面向目标的动画）也在这个时期相继完成; 计算机动画在许多其他领域获得了广泛的应用。,40,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 新世纪，CG合成演员的出现； 最终幻想曲(Final Fantasy) ； 第一部CG合成演员的影片； 展示了未来无限的创作空间；,41,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,电脑动画的发展 计算机硬件在速度上稳步提升； 一些最有创意的人们目前正在开发

14、能让动画人员控制和处理3D模型和效果的新软件； 导演和剧本作家们可采用这种新的手段来叙述剧情； 计算机动画技术的完善赋予了他们新的构思空间； 计算机动画的未来没有止境。,42,2020/7/10,北京航空航天大学,动画的发展历史,化学活动影像,电子活动影像,数字活动影像,更广阔的创作空间,43,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画技术,计算机动画： 计算机图形学和艺术相结合的产物； 伴随着计算机硬件和图形算法高速发展起来的一门高新技术； 它以计算机图形学，特别是实体造型和真实感显示技术、消隐、光照模型、表面质感等为基础； 涉及到图像处理技术、运动控制原理、视频技术、艺术甚至于视觉心

15、理学、生物学、机器人学、人工智能等领域；,44,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,计算机动画的关键技术体现在 计算机动画制作软件； 计算机硬件； 不同的动画效果，取决于不同的计算机动画软、硬件的功能； 实现理想的三维动画特技： 需要非常强大的软件 能提供无比运算能力的硬件平台； 需要大量的专业高级技术人才,45,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,2000年，迪斯尼，恐龙 第一部全部使用三维角色动画和实际拍摄的背景合成的故事片； 摄制组选择了多种成品软件的组合；,46,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,硬件

16、平台： SGI, Silicon Graphics公司； 1982年成立，美国硅谷； 提供世界上最优秀的服务器系列以及具有超级计算能力的可视化工作站。,47,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： SOFTIMAGE-TOONZ； 二维优秀的卡通动画制作软件系统；,48,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： RETAS PRO； 1993，日本，一套专业二维动画制作系统；,49,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： US Animation； 动画师可以自由地创造传统的卡通技法无法想

17、像的效果; 轻松地组合二维动画和三维图像；,50,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： Flash，Macromedia开发，Adobe公司收购； 专门用来设计网页及多媒体动画的软件； 使用矢量运算方式； 产生出来的影片占用存储空间较小； 被大量应用于互联网网页的矢量动画文件格式。,51,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： Softimage 3D; 有超强的渲染器和超强的动画能力； 支持各种制作动画的方法，产生非常逼真的运动；,52,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： MAY

18、A，Alias/Wavefront公司出品； 三维动画软件，不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还结合了最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染和运动匹配技术；,53,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： 3D Max，Autodesk公司； 元老级三维动画软件； 丰富的建模和动画能力，出色的材质编辑系统； 使用插件来增加软件的功能，如增强的粒子系统、设计火、烟、云、制作肌肉和人面部动画等；,54,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画中的软硬件技术,常用软件： LIGHT WAVE 3D； 价格低廉、品质出色； 唯一支援大多数工作平台的3D系统；,55,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画的应用领域,计算机动画提供了一个充分展示个人想像力和艺术才能的新天地； 广泛应用于许多领域： 动画片制作、电视广播 广告、电影特技 教学演示 训练模拟 建筑场景漫游 产品模拟试验 电子游戏,56,2020/7/10,北京航空航天大学,计算机动画的应用领域,广电行业 制作栏目的片头和卡通影片； 典型的有中央台新闻联播的片头动画； 电视虚拟演播人；,57,2020/7/10,北京航空航天