三維動畫制作技術

動畫概論THECONCEPTIONOFANIMATIONANIMATIONSCHOOLOFCUC3D數(shù)字技術與3D動畫3D數(shù)字技術與動畫短片奧斯卡最佳動畫短片獎

1997年Pixar公司的短片:<<格利的游戲>>

首次使用了細分建模技術制作三維動畫角色

1998年BlueSkyStudios的短片:《兔子》解決了毛發(fā)表現(xiàn)的難點3D數(shù)字動畫3D數(shù)字動畫已經(jīng)成為美國商業(yè)動畫片的主流形式<<玩具總動員>><<蟲蟲特工隊>><<小蟻雄兵>><<怪物史萊克>><<海底總動員>><<極地特快>>…1995年，由皮克斯公司制作、迪斯尼公司出品的《玩具總動員》是動畫史上第一部全部以三維動畫技術制作的影院動畫長片。在以1億9千萬取得了美國當年國內票房第一的同時，也讓全世界觀眾領略到三維動畫的魅力。作為三維動畫歷史上的里程碑式作品，《玩具總動員》標志著三維動畫進入了成熟階段。3D數(shù)字動畫的特點1數(shù)字技術可以大大提高動畫制作的效率2數(shù)字技術可以獲得高度真實感的視覺效果高度真實感的視覺效果哪些是數(shù)字技術生成的圖片，哪些是實際拍攝的照片？3D動畫制作流程計算機3D動畫的制作過程：主要有建模、編輯質材、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，從而建立復雜的形體。編輯材質

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。

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。渲染工作主要是模擬真實的場景。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。

數(shù)字動畫技術1、變形動畫技術(Morph)將一給定的源對象S光滑地變換到目標對象T中間對象既有S的特征,又有T的特征圖像變形三維變形圖像變形三維變形三維變形2、粒子動畫技術粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)是模擬不規(guī)則模糊物體的模糊性和動態(tài)性的最成功的一種動畫技術景物被定義為由成千上萬個不規(guī)則的、隨機分布的粒子所組成。每個粒子都具有一定的生命周期，不斷地改變形狀，不斷地運動動畫效果體現(xiàn)在景物的整體形態(tài)和特征的動態(tài)變化，而不是各個粒子本身火焰、云彩、水、煙霧。。。3、角色動畫技術角色動畫

角色動畫是指使用三維動畫來建立虛擬的人物或動物角色的技術。三維動畫角色可以在三維動畫場景中活動，也可以通過后期與實拍的真實場景結合使用。電影《怪物史瑞克》和《最終幻想》就是角色動畫的代表作品。關節(jié)動畫關節(jié)動畫－正向運動學關節(jié)動畫－逆向運動學關節(jié)動畫－運動捕捉關節(jié)動畫－運動捕捉左圖顯示一個被貼了標示物（白色小球）的演員在場地中跑步，右圖是Vicon370系統(tǒng)所采用的特殊紅外照相機，只捕捉白色標示物。

骨骼蒙皮將骨骼與人物的三維幾何模型綁定在一起的過程稱作蒙皮骨骼被蒙皮后，可以使人物的模型隨骨骼一起運動，并在骨骼運動時產生相應的變形布料動畫4、基于物理模型的動畫技術現(xiàn)實世界中，物體的運動變化遵守物理規(guī)律基于物理模型的流體動畫研究通常采用納維-斯托克斯方程（Navier-StokesEquation）來描述流體現(xiàn)象，它是根據(jù)牛頓定律推導出來的公式5、群體動畫技術集群是所有魚向大致相同的方向游動的復雜行為.每條魚不斷地調整其速度和方向,以便配合魚群中其他魚的活動.它們相互之間保持一定的距離,平均距離約等于一條魚的身長.人工魚群中每條魚自主地游動,通過感知和運動完成集群行為.群體動畫群體運動雁群飛行,魚群游動隨機性和規(guī)律性群體行為的控制原則碰撞避免原則避免與相鄰的群體成員的碰撞速度匹配原則盡量匹配相鄰群體成員的速度群體結合原則群體成員盡量靠攏6、基于數(shù)字視頻的計算機輔助美術動畫美術動畫是一種富有感染力的藝術形式，但傳統(tǒng)的手工制作美術動畫非常耗時且成本很高利用數(shù)字視頻生成具有特定美術風格的動畫視頻卡通化(VideoTooning)表演驅動的手繪動畫(Performance-DrivenHand-DrawnAnimation)卡通運動捕捉(MotionCapturingCartoons)視頻卡通化用戶需要在關鍵幀上勾畫輪廓線，并在輪廓線上標識出一些關鍵點表演驅動的手繪動畫表情是角色情緒、愿望等信息的一種重要表達形式，但用傳統(tǒng)的方法制作角色微妙的表情變化是一個復雜繁瑣的過程表演驅動的手繪動畫事先設定角色的一組各種表情的人臉繪畫，并手工建立手繪元素與角色人臉表情圖像的對應關系系統(tǒng)執(zhí)行時，由計算機視覺技術追蹤視頻中角色的表情變化，并用少量參數(shù)表示角色表情。根據(jù)得到的表情參數(shù)，風格化渲染器通過數(shù)據(jù)插值技術和變形算法合成各種藝術風格的人臉美術動畫7、卡通運動捕捉技術經(jīng)典的動畫片中包含了精心設計的角色運動。利用數(shù)字視頻處理技術將動畫片中的角色運動風格抽取并用一定的形式表示出來，將其作用到新的角色上，可以得到具有相似運動風格的新動畫卡通運動捕捉8、智能動畫技術利用傳統(tǒng)的數(shù)字動畫技術，動畫師可以制作出優(yōu)秀的動畫，但動畫師需要付出艱辛的勞動，動畫制作的成本很高基于已有技術的動畫制作是一個比較困難的過程，依賴于動畫師豐富的動畫知識與才能將人工智能技術與數(shù)字動畫技術相結合可以提高動畫制作的自動化水平第四節(jié)三維電腦動畫生產流程智能動畫技術基于知識的動畫制作過程自動化技術

“天鵝”