計算機圖形學(xué)13計算機動畫的知識

第十一講：計算機動畫ComputerGraphics主要內(nèi)容基本概念二維與三維動畫的制作過程計算機動畫的主要技術(shù)與方法二維動畫軟件三維動畫軟件1基本概念在過去幾十年里，計算機動畫一直是人們研究的熱點。在全球的圖形學(xué)盛會Siggraph上，幾乎每年都有計算機動畫的論文和專題。隨著計算機圖形學(xué)和硬件技術(shù)的高速發(fā)展，可以用計算機生成高質(zhì)量的圖像，促使計算機動畫技術(shù)飛速地發(fā)展起來。計算機動畫的應(yīng)用領(lǐng)域影視作品制作科學(xué)研究視覺模擬電子游戲工業(yè)設(shè)計教學(xué)訓(xùn)練軍事仿真過程控制平面繪畫建筑設(shè)計...●早期的動畫動畫原理觀看動畫的機器-1906●

視覺效果教學(xué)進程中國的皮影戲中國的皮影藝術(shù)幾乎集中了所有的中國造型藝術(shù)(如剪紙、窗花、門畫、工藝美術(shù)、雕刻)和傳統(tǒng)表演藝術(shù)(如地方戲、相聲、口技等)。皮影戲是我國出現(xiàn)最早的戲曲劇種之一。產(chǎn)生于漢代。千百年來，深受廣大民眾的喜愛，流傳甚廣。此外，它還對國內(nèi)外文化藝術(shù)的發(fā)展以及對近代電影的發(fā)明和現(xiàn)代電影美術(shù)片（動漫）的發(fā)展也都起過先導(dǎo)作用。西洋鏡一種民間的游戲器具，匣子里面裝著畫片兒，匣子上放有放大鏡，可以看放大的畫面。因為最初畫片多是西洋畫，所以叫西洋鏡。因為西洋鏡根據(jù)光學(xué)原理要暗箱操作，所以顯的有些神秘，而一旦打開后，里面不過是幾張圖片而已，也就一點不稀奇了。舊上海的弄堂口，經(jīng)常有放西洋鏡人的身影。小孩們圍著一個大箱子，箱子的一邊有幾個小洞，供眼睛湊上去看。這玩意比電影更早流入中國，而里邊又都是些外國的風(fēng)俗人情，上海人就稱之為西洋鏡，在北方叫拉洋片，又稱西洋景。動畫發(fā)展的歷史

我國民間的走馬燈和皮影戲，可以說是動畫的一種古老形式。1831年，法國人JosephAntoinePlateau把畫好的圖片按照順序放在一部機器的圓盤上，圓盤可以在機器的帶動下轉(zhuǎn)動。這部機器還有一個觀察窗，用來觀看活動圖片效果。在機器的帶動下，圓盤低速旋轉(zhuǎn)。圓盤上的圖片也隨著圓盤旋轉(zhuǎn)。從觀察窗看過去，圖片似乎動了起來，形成動的畫面，這就是原始動畫的雛形。

1906年，美國人JSteward制作出一部接近現(xiàn)代動畫概念的影片，片名叫“滑稽面孔的幽默形象”（HumorousPhaseofaFunnyFace）。他經(jīng)過反復(fù)地琢磨和推敲，不斷修改畫稿，終于完成這部接近動畫的短片。1908年法國人EmileCohl首創(chuàng)用負片制作動畫影片。所謂負片，是影象與實際色彩恰好相反的膠片，如同今天的普通膠卷底片。采用負片制作動畫，從概念上解決了影片載體的問題，為今后動畫片的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1909年，美國人WinsorMccay用一萬張圖片表現(xiàn)一段動畫故事，這是迄今為止世界上公認的第一部象樣的動畫短片。從此以后，動畫片的創(chuàng)作和制作水平日趨成熟，人們已經(jīng)開始有意識的制作表現(xiàn)各種內(nèi)容的動畫片1915年，美國人EerlHurd創(chuàng)造了新的動畫制作工藝，他先在塑料膠片上畫動畫片，然后再把畫在塑料膠片上的一幅幅圖片拍攝成動畫電影。多少年來，這種動畫制作工藝一直被沿用著。從1928年開始，世人皆知的WaltDisney逐漸把動畫影片推向了顛峰。他在完善動畫體系和制作工藝的同時，把動畫片的制作與商業(yè)價值聯(lián)系了起來，被人們譽為商業(yè)動畫之父。直到如今，他創(chuàng)辦的迪斯尼公司還在為全世界的人們創(chuàng)造出豐富多彩的動畫片?！暗纤鼓帷?---20世紀最偉大的動畫公司。計算機動畫的發(fā)展計算機動畫是指用計算機技術(shù)輔助制作影視動畫片它的發(fā)展過程大體上可分為三個階段。60年代美國的Bell實驗室和一些研究機構(gòu)就開始研究用計算機實現(xiàn)動畫片中間畫面的制作和自動上色。這些早期的計算機動畫系統(tǒng)基本上是二維輔助動畫系統(tǒng)（ComputerAssistedAnimation），也稱為二維動畫。1963年美國貝爾實驗室語言編寫了一個稱為BEFLIX的二維動畫制作系統(tǒng)，這個軟件系統(tǒng)在計算機輔助制作動畫的發(fā)展歷程上具有里程碑的意義。第二個階段是從20世紀70－80年代中期，計算機圖形、圖像技術(shù)的軟、硬件都取得了顯著的發(fā)展，使計算機動畫技術(shù)日趨成熟，三維輔助動畫系統(tǒng)也開始研制并投入使用。三維動畫也稱為計算機生成動畫（ComputerGeneratedAnimation），其動畫的對象不是簡單地由外部輸入，而是根據(jù)三維數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部生成的。1982年迪士尼（Disney）推出第一部電腦動畫的電影，就是Tron（中文片譯“電子爭霸戰(zhàn)”），使計算機動畫成為計算應(yīng)用的新領(lǐng)域。1982至1983年間，麻省理工學(xué)院（MIT）及紐約技術(shù)學(xué)院同時利用光學(xué)追蹤（OpticalTracking）技術(shù)記錄人體動作；演員穿戴發(fā)光物體于身體各部份，在指定之拍攝范圍內(nèi)移動，同時有數(shù)部攝影機拍攝其動作，然后經(jīng)電腦系統(tǒng)分析光點的運動再產(chǎn)生立體活動影像。第三個階段是從1985年到目前為止的飛速發(fā)展時期，是計算機輔助制作三維動畫的實用化和向更高層次發(fā)展的階段。在這個階段中，首先是由美國的猶他大學(xué)開發(fā)出世界上第一個完整的且具有實用意義的三維動畫片。在隨后的十年內(nèi)，計算機輔助三維動畫的制作技術(shù)有了質(zhì)的變化，已經(jīng)綜合集成了現(xiàn)代數(shù)學(xué)、控制論、圖形圖像學(xué)、人工智能、計算機軟件和藝術(shù)的最新成果。以致于有人說：“如果想了解信息技術(shù)的發(fā)展成就，就請看計算機三維動畫制作的最新作品吧！”目前計算機動畫已經(jīng)發(fā)展成一個多種學(xué)科和技術(shù)的綜合領(lǐng)域，以計算機圖形學(xué)，特別是實體造型和真實感顯示技術(shù)（消隱、光照模型、表面質(zhì)感等）為基礎(chǔ)，涉及到圖像處理技術(shù)、運動控制原理、視頻技術(shù)、藝術(shù)甚至于視覺心理學(xué)、生物學(xué)、機器人學(xué)、人工智能等領(lǐng)域，它以其自身的特點而逐漸成為一門獨立的學(xué)科。

什么是動畫

動畫是通過連續(xù)播放一系列畫面，給視覺造成連續(xù)變化的圖畫。基本原理與電影、電視一樣，都是視覺原理。醫(yī)學(xué)已證明，人類具有“視覺暫留”的特性，就是說人的眼睛看到一幅畫或一個物體后，在1/24秒內(nèi)不會消失。利用這一原理，在一幅畫還沒有消失前播放出下一幅畫，就會給人造成一種流暢的視覺變化效果。電影采用了每秒24幅畫面的速度拍攝播放，電視采用了每秒25幅（PAL制）或30幅（NSTC制）畫面的速度拍攝播放。如果以每秒低于24幅畫面的速度拍攝播放，就會出現(xiàn)停頓現(xiàn)象。

計算機動畫的特點動畫是指把一些原本沒有生命（不活動）的東西，經(jīng)過制作成影片（或電視）并放映后,成為有生命的東西。因此，廣義的動畫包含了“剪紙片”木偶片”等藝術(shù)形式。在中國它們也被稱為“美術(shù)片”或“卡通片”。它們有兩個最重要的特征：它們的影像是用電影膠片或錄影帶以逐格記錄的方式制作出來的。

這些影像的“動作”是利用設(shè)計者的想像和虛幻創(chuàng)造出來的，而不是原本就存在再被攝影機記錄下來的景物。計算機動畫的原理與傳統(tǒng)動畫基本相同，只是在傳統(tǒng)動畫的基礎(chǔ)上把計算機技術(shù)用于動畫的處理和應(yīng)用。計算機動畫是指采用圖形與圖像的數(shù)字處理技術(shù)，借助于編程或動畫制作軟件生成一系列的景物畫面，其中當(dāng)前幀畫面是對前一幀的部分修改。運動是動畫的要素，計算機動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生景物運動的效果。這里所講的運動不僅指景物的運動，還包括虛擬攝像機的運動、紋理、色彩的變化等，輸出方式也多種多樣。所以，計算機動畫中的運動泛指使畫面發(fā)生改變的動作。計算機動畫所生成的是一個虛擬的世界，畫面中的物體并不需真正去建造，物體、虛擬攝像機的運動也不會受到什么限制，動畫師幾乎可以隨心所欲地編織他的虛幻世界。由多幀連續(xù)圖像組成的動畫效果

視頻與動畫的區(qū)別計算機動畫和視頻的主要差別類似圖形與圖像的區(qū)別，即幀圖像畫面的產(chǎn)生方式有所不同。計算機動畫是用計算機產(chǎn)生表現(xiàn)真實對象和模擬對象隨時間變化的行為和動作，是利用計算機圖形技術(shù)繪制出的連續(xù)畫面，是計算機圖形學(xué)的一個重要的分支；數(shù)字視頻主要指經(jīng)過模擬信號源經(jīng)過數(shù)字化后的圖像和同步聲音的混合體。目前，在多媒體應(yīng)用中有將計算機動畫和數(shù)字視頻混同的趨勢?！駝赢嫷谋举|(zhì)動作的變化是動畫的本質(zhì)

——英國動畫大師JohnHalas●傳統(tǒng)動畫分類(1)全動畫——為追求畫面完美和動作流暢，按照24幀／s制作動畫(2)半動畫——又名“有限動畫”。為追求經(jīng)濟效益，6幀／s的動畫●傳統(tǒng)動畫的性質(zhì)——由多幅畫面構(gòu)成，稱為“幀動畫”Frame1Frame2Frame3Frame4Frame5Frame6Frame7動畫的分類從制作技術(shù)和手段看，動畫可分為以手工繪制為主的傳統(tǒng)動畫和以計算機為主的電腦動畫。按動作的的表現(xiàn)形式來區(qū)分，動畫大致分為接近自然動作的“完善動畫”（動畫電視）和采用簡化、夸張的“局限動畫”（幻燈片動畫）。從空間的視覺效果上，可分為平面動畫（《小虎還鄉(xiāng)》）和三維動畫（《最終幻想》）。從播放效果上，可以分為順序動畫（連續(xù)動作）和交互式動畫（反復(fù)動作）。從每秒放的幅數(shù)來講，有全動畫（每秒24幅）（迪斯尼動畫）和半動畫（少于24幅）（三流動畫）之分，中國的動畫公司為了節(jié)省資金往往用半動畫做電視片。動畫的變化動作的變化物體位置的變化物體形態(tài)的變化顏色的變化材料質(zhì)地的變化光線強弱的變化傳統(tǒng)動畫的制作過程制作聲音對白和背景音樂(2)制作關(guān)鍵畫面(3)繪制動畫畫面(4)復(fù)制到膠片上(5)上色(6)核實檢查動畫畫稿(7)拍攝電影膠片(8)后期制作傳統(tǒng)動畫的制作過程

總體設(shè)計階段劇本、故事板（分鏡頭繪圖劇本）、制作進度表。設(shè)計制作階段設(shè)計（各背景、前景、道具、人物等）、音響具體創(chuàng)作階段

原畫創(chuàng)作、中間插畫制作、描線、著色。拍攝制作階段檢查、拍攝、編輯、錄音●

電腦動畫的種類●幀動畫——模擬以幀為基本單位的傳統(tǒng)動畫，占動畫產(chǎn)品的98%●平面動畫——以傳統(tǒng)平面繪畫為基礎(chǔ)的動畫●顏色動畫——形成顏色流動效果的動畫●變形動畫——主體變形效果的動畫●矢量動畫——經(jīng)過電腦運算而確定的運行軌跡和形狀的動畫●空間動畫——形成三維造型并進行空間運動的動畫●

提供關(guān)鍵幀創(chuàng)作工具●中間插畫自動生成電腦動畫●電腦動畫的特點●

動畫過程經(jīng)過電腦的運算和處理●

電腦動畫以文件形式保存。關(guān)鍵幀（原畫）的產(chǎn)生

關(guān)鍵幀以及背景畫面，可以用攝象機、掃描儀、數(shù)字化儀實現(xiàn)數(shù)字化輸入，用掃描儀輸入鉛筆原畫，再用電腦生產(chǎn)流水線后期制作，也可以用相應(yīng)軟件直接繪制。動畫軟件都會提供各種工具、方便繪圖。這大大改進了傳統(tǒng)動畫畫面的制作過程，可以隨時存儲、檢索、修改和刪除任意畫面。傳統(tǒng)動畫制作中的角色設(shè)計及原畫創(chuàng)作等幾個步驟，一步就完成了。中間畫面的生成

利用電腦對兩幅關(guān)鍵幀進行插值計算，自動生成中間畫面，這是電腦輔助動畫的主要優(yōu)點之一。這不僅精確、流暢，而且將動畫制作人員從煩瑣的勞動中解放出來。關(guān)鍵幀的插值技術(shù)可生成中間畫面

三維動畫的制作過程在動畫技術(shù)當(dāng)中，最有魅力并應(yīng)用最廣的當(dāng)然是三維動畫。因為我們的世界是立體的，只有三維才讓我們感到更真實。二維動畫可以看成三維動畫的一個分支，它的制作難度及對電腦性能的要求都遠遠低于三維動畫。三維動畫之所以被稱作計算機生成動畫，是因為參加動畫的對象不是簡單地由外部輸入的，而是根據(jù)三維數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部生成的，運動軌跡和動作的設(shè)計也是在三維空間中考慮的。計算機3D動畫的制作過程主要有建模、編輯質(zhì)材、貼圖、燈光、動畫編輯和渲染幾個步驟。建模

建模就是利用三維軟件創(chuàng)建物體和背景的三維模型。如：人體模型、飛機模型、建筑模型等。一般來說，先要繪出基本的幾何形體，再將它們變成需要的形狀，然后通過不同的方法將它們組合在一起，從而建立復(fù)雜的形體。編輯材質(zhì)

就是對模型的光滑度、反光度、透明度的編輯。如玻璃的光滑和透明、木料的低反光度和不透明等都是在這一步實現(xiàn)的。如果經(jīng)過這一步就直接渲染，我們就可以得到一些漂亮的單色物體如玻璃器皿和金屬物體。貼圖

我們現(xiàn)實生活中的物體并不都是單色的物體，人的皮膚色，衣著，無不存在著各種絢爛的各種圖案。在3D動畫中要做得逼真，也要將這些元素做出來。如果直接在3D的模型上做出這種效果是難以實現(xiàn)的。所以一般都是將一幅或幾幅平面的圖像象貼紙一樣貼到模型上，這就是貼圖。

三維動畫的建模

三維動畫的貼圖

燈光

要在做好的場景中不同位置放上幾盞燈,從不同的角度用燈光照射物體，烘托出不同的光照效果。燈光有主光和輔光之分，主光的任務(wù)是表現(xiàn)場景中的某些物體的照明效果，一般需給物體投影，輔光主要是輔助主光在場景中進行照明，一般不開陰影。

動畫編輯

以上做出來的模型是靜態(tài)的物體，要使其運動起來就要經(jīng)過動畫編輯。動畫就是使各種造型運動起來，由于電腦有非常強的運算能力，制作人員所要做的是定義關(guān)鍵幀，中間幀交給計算機去完成，這就使人們可做出與現(xiàn)實世界非常一致的動畫。渲染

3D建模和動畫往往僅占全部動畫制作過程中的一部分，大部分時間都花費在繁重的渲染工作中。渲染工作對處理器的處理性能有極強的依賴性。因此，為了獲得更高的渲染性能，用戶必須盡可能的使用更高性能和更多數(shù)量的處理器。

制作三維動畫涉及范圍很廣，從某種角度來說，三維動畫的創(chuàng)作有點類似于雕刻、攝影、布景設(shè)計及舞臺燈光的使用，動畫設(shè)計者可以在三維環(huán)境中控制各種組合，調(diào)用光線和三維對象。設(shè)計者需要的除基本技能外，還要更多的創(chuàng)造力?！?/p>

動畫文件的種類與格式記錄動畫的文件●

FLC格式——AnimatorPro生成的文件格式每幀256色，畫面分辨率320×200~1600×1280

代碼效率高、通用性好，大量用在多媒體產(chǎn)品中●

AVI格式——視頻文件格式，動態(tài)圖像和聲音同步播放受視頻標準制約，畫面分辨率不高●

GIF格式——用于網(wǎng)頁的幀動畫文件格式

(1)單畫面圖像，256色，分辨率96dpi(2)多畫面圖像(動畫)，256色，96dpi●

SWF格式——Flash制作的動畫文件格式主要在網(wǎng)絡(luò)上演播，特點：數(shù)據(jù)量小，動畫流暢計算機動畫的主要技術(shù)與方法關(guān)鍵幀動畫路徑動畫變形動畫過程動畫粒子動畫群體動畫人物動畫運動捕捉三維掃描技術(shù)關(guān)鍵幀動畫關(guān)鍵幀技術(shù)是計算機動畫中最基本并且運用最廣泛的方法。關(guān)鍵幀技術(shù)來源于傳統(tǒng)的動畫制作。出現(xiàn)在動畫片中的一段連續(xù)畫面實際上是由一系列靜止的畫面來表現(xiàn)的，制作過程中并不需要逐幀繪制，只需從這些靜止畫面中選出少數(shù)幾幀加以繪制。被選出的畫面一般都出現(xiàn)在動作變化的轉(zhuǎn)折點處，對這段連續(xù)動作起著關(guān)鍵的控制作用，因此稱為關(guān)鍵幀(KeyFrame)。繪制出關(guān)鍵幀之后，再根據(jù)關(guān)鍵幀插入中間畫面，就完成了動畫制作。早期計算機動畫模仿傳統(tǒng)的動畫生成方法，由計算機對關(guān)鍵幀進行插值，因此稱作關(guān)鍵幀動畫。

第1幀和第8幀是關(guān)鍵幀，其余各幀(2-7幀)可由插值算法生成

在二維、三維計算機動畫中，中間幀的生成由計算機來完成，插值代替了設(shè)計中間幀的動畫師。所有影響畫面圖像的參數(shù)都可成為關(guān)鍵幀的參數(shù)，如位置、旋轉(zhuǎn)角、紋理的參數(shù)等。關(guān)鍵幀技術(shù)通過對運動參數(shù)插值實現(xiàn)對動畫的運動控制，如物體的位置、方向、顏色等的變化，也可以對多個運動參數(shù)進行組合插值。計算機插值有兩種方式：線性插值和非線性插值。從原理上講，關(guān)鍵幀插值問題可歸結(jié)為參數(shù)插值問題，傳統(tǒng)的插值方法都可應(yīng)用到關(guān)鍵幀方法中。但關(guān)鍵幀插值又與純數(shù)學(xué)的插值不同，有其特殊性。一個好的關(guān)鍵幀插值方法必須能夠產(chǎn)生逼真的運動效果并能給用戶提供方便有效的控制手段。一個特定的運動從空間軌跡來看可能是正確的，但從運動學(xué)或動畫設(shè)計來看可能是錯誤的或者不合適的。用戶必須能夠控制運動的運動學(xué)特性，即通過調(diào)整插值函數(shù)來改變運動的速度和加速度。路徑動畫路徑動畫就是由用戶根據(jù)需要設(shè)定好一個路徑后，使場景中對象沿著路徑進行運動。運動路徑是用戶畫出的動畫對象運動的曲線，由關(guān)鍵點控制。比如模擬飛機的飛行，魚的游動都可以使用路徑動畫來制作。

二維動畫中的運動路徑設(shè)計

變形動畫計算機動畫中另一類重要的運動控制方式是變形技術(shù)。變形可以是二維或三維的。基于圖像的Morph(變形)是一種常用的二維動畫技術(shù)。圖像之間的插值變形稱為Morph，圖像本身的變形稱為Warp。對圖像作Warp，首先需要定義圖像的特征結(jié)構(gòu)，然后按特征結(jié)構(gòu)變形圖像。兩幅圖像間的Morph方法是首先分別按特征結(jié)構(gòu)對兩幅原圖像Warp操作，然后從不同的方向漸隱漸顯地得到兩個圖像系列，最后合成得到Morph結(jié)果。圖像的特征結(jié)構(gòu)是指由點或結(jié)構(gòu)矢量構(gòu)成的對圖像的框架描述結(jié)構(gòu)，如在兩個畫面之間建立起對應(yīng)點關(guān)系。Morph技術(shù)在電影特技處理方面得到了廣泛的應(yīng)用。變形動畫示例

三維Morph變形是指任意兩個三維物體之間的插值轉(zhuǎn)換漸變，主要內(nèi)容是對三維物體進行處理以建立兩者之間的對應(yīng)關(guān)系，并構(gòu)造三維Morph的插值路徑。三維Morph處理的對象是三維幾何體，也可以附加物體的物理特性描述。三維物體的變形分兩類：拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的變形及拓撲結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的變形。當(dāng)對應(yīng)的兩個物體很容易造型且對應(yīng)關(guān)系容易建立時，三維形體漸變是一種可行的方法。但由于三維漸變技術(shù)往往對物體中多邊形的個數(shù)、拓撲結(jié)構(gòu)和頂點之間的對應(yīng)關(guān)系附加苛刻的限制，再加上許多時候需漸變的物體很復(fù)雜，比如兩個動物之間、兩個人之間的漸變等，這就大大縮小了三維漸變的適用范圍，用圖像處理技術(shù)反而方便得多。

過程動畫過程動畫指的是動畫中物體的運動或變形用一個過程來描述。在柔性物體的動畫中，物體的形變是任意的，可由動畫師任意控制；在過程動畫中，物體的變形則基于一定的數(shù)學(xué)模型或物理規(guī)律。最簡單的過程動畫是用一個數(shù)學(xué)模型去控制物體的幾何形狀和運動，如水波的運動；較復(fù)雜的如包括物體的變形、彈性理論、動力學(xué)、碰撞檢測在內(nèi)的物體的運動。過程動畫模擬的水波效果

粒子動畫一些電腦場景的隨機景物，如火焰、氣流、瀑布等，在對其進行描述時，可采用粒子系統(tǒng)的原理，將隨機景物想象成由大量的具有一定屬性的粒子構(gòu)成。每個粒子都有自己的粒子參數(shù)，包括初速度、加速度、運動軌跡和生命周期等。這些參數(shù)決定了隨機景物的變化，使用粒子系統(tǒng)可以產(chǎn)生很逼真的隨機景物。粒子動畫創(chuàng)作的真實感云層

群體動畫在生物界，許多動物如鳥、魚等以某種群體的方式運動。這種運動既有隨機性，又有一定的規(guī)律性。群體的行為包含兩個對立的因素，即既要相互靠近又要避免碰撞?？刂迫后w的行為的三條按優(yōu)先級遞減的原則：碰撞避免原則，即避免與相鄰的群體成員相碰；

速度匹配原則，即盡量匹配相鄰群體成員的速度；

群體合群原則，即群體成員之間盡量靠近。

人物動畫技術(shù)在計算機圖形學(xué)中，人體的造型與動作模擬一直是最困難、最具挑戰(zhàn)性的問題。這是因為，常規(guī)的數(shù)學(xué)與幾何模型不適合表現(xiàn)人體形態(tài)，人的關(guān)節(jié)運動特別是引起關(guān)節(jié)運動的肌肉運動也十分難以模擬。一種經(jīng)常用于電影及游戲制作的簡便方法是利用傳感器記錄真人的實際運動，從而模擬出真實人體運動。人臉的真實動畫也一直是計算機圖形學(xué)中的一個難題。要制作具有自然觀感的皮膚的人臉圖像十分困難，這使得所生成的動畫效果真實性不足。傳統(tǒng)的方法是將三維計算機模型與圖像處理技術(shù)結(jié)合，運動模式非常復(fù)雜，例如三維框架系統(tǒng)、模擬面部內(nèi)在結(jié)構(gòu)的模型、基于B樣條曲線的方法和模擬肌肉運動的方法等。幾何建模器(geometricmodelers)是最傳統(tǒng)的面部造型工具。通過標準的計算機圖形技術(shù)可以進行人臉面部大多數(shù)器官的幾何建模，并且可以設(shè)計任意的面部模型。但由于面部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，該設(shè)計過程需要較多的時間和設(shè)計技巧。

近年來對人臉(特別是是面部表情)的模擬技術(shù)取得了一系列的重要進展。Guenter方法的基礎(chǔ)是一種掃描系統(tǒng)，可以同時獲得人臉在特定表情下的三維幾何信息和色彩、明暗信息，利用這些信息可以重構(gòu)出被捕捉表情的真實三維動畫效果。這種方法使用大量的采樣點來跟蹤面部的三維變形，同時獲得的多幀視頻圖像可以用來生成一個紋理序列，并被映射到三維網(wǎng)格的人臉模型上。使用三維掃描儀（3Dscanner）和編碼光距離傳感器（codedlightrangesensor）是獲得人臉幾何形狀最直接的方法，這兩種方法都是依據(jù)三角測量學(xué)原理。

美國哥倫比亞電影公司聯(lián)合制作的全計算機動畫電影《FinalFantasy：TheSpiritsWithin》。其中的女主人公的面部是用計算機動畫技術(shù)制作的，其生動的3D面部表情足以亂真

運動捕捉近年來，計算機在視覺領(lǐng)域和圖形學(xué)領(lǐng)域進行許多研究，取得了豐碩的成果，計算機人體動畫生成技術(shù)在電影和游戲中取得了廣泛的應(yīng)用。為了使人體運動更加逼