三維動(dòng)畫制作技術(shù)

動(dòng)畫概論THECONCEPTIONOFANIMATIONANIMATIONSCHOOLOFCUC3D數(shù)字技術(shù)與3D動(dòng)畫3D數(shù)字技術(shù)與動(dòng)畫短片奧斯卡最佳動(dòng)畫短片獎(jiǎng)

1997年P(guān)ixar公司的短片:<<格利的游戲>>

首次使用了細(xì)分建模技術(shù)制作三維動(dòng)畫角色

1998年BlueSkyStudios的短片:《兔子》解決了毛發(fā)表現(xiàn)的難點(diǎn)3D數(shù)字動(dòng)畫3D數(shù)字動(dòng)畫已經(jīng)成為美國(guó)商業(yè)動(dòng)畫片的主流形式<<玩具總動(dòng)員>><<蟲(chóng)蟲(chóng)特工隊(duì)>><<小蟻雄兵>><<怪物史萊克>><<海底總動(dòng)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(dòng)員》是動(dòng)畫史上第一部全部以三維動(dòng)畫技術(shù)制作的影院動(dòng)畫長(zhǎng)片。在以1億9千萬(wàn)取得了美國(guó)當(dāng)年國(guó)內(nèi)票房第一的同時(shí)，也讓全世界觀眾領(lǐng)略到三維動(dòng)畫的魅力。作為三維動(dòng)畫歷史上的里程碑式作品，《玩具總動(dòng)員》標(biāo)志著三維動(dòng)畫進(jìn)入了成熟階段。3D數(shù)字動(dòng)畫的特點(diǎn)1數(shù)字技術(shù)可以大大提高動(dòng)畫制作的效率2數(shù)字技術(shù)可以獲得高度真實(shí)感的視覺(jué)效果高度真實(shí)感的視覺(jué)效果哪些是數(shù)字技術(shù)生成的圖片，哪些是實(shí)際拍攝的照片？3D動(dòng)畫制作流程計(jì)算機(jī)3D動(dòng)畫的制作過(guò)程：主要有建模、編輯質(zhì)材、貼圖、燈光、動(dòng)畫編輯和渲染幾個(gè)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(jī)模型、建筑模型等。一般來(lái)說(shuō)，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(guò)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(duì)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(shí)現(xiàn)的。如果經(jīng)過(guò)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(shí)生活中的物體并不都是單色的物體，人的皮膚色，衣著，無(wú)不存在著各種絢爛的各種圖案。在3D動(dòng)畫中要做得逼真，也要將這些元素做出來(lái)。如果直接在3D的模型上做出這種效果是難以實(shí)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(dòng)畫的建模

三維動(dòng)畫的貼圖

燈光

要在做好的場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)景中進(jìn)行照明。

動(dòng)畫編輯

以上做出來(lái)的模型是靜態(tài)的物體，要使其運(yùn)動(dòng)起來(lái)就要經(jīng)過(guò)動(dòng)畫編輯。動(dòng)畫就是使各種造型運(yùn)動(dòng)起來(lái)，由于電腦有非常強(qiáng)的運(yùn)算能力，制作人員所要做的是定義關(guān)鍵幀，中間幀交給計(jì)算機(jī)去完成，這就使人們可做出與現(xiàn)實(shí)世界非常一致的動(dòng)畫。渲染

3D建模和動(dòng)畫往往僅占全部動(dòng)畫制作過(guò)程中的一部分，大部分時(shí)間都花費(fèi)在繁重的渲染工作中。渲染工作主要是模擬真實(shí)的場(chǎng)景。渲染工作對(duì)處理器的處理性能有極強(qiáng)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(dòng)畫技術(shù)1、變形動(dòng)畫技術(shù)(Morph)將一給定的源對(duì)象S光滑地變換到目標(biāo)對(duì)象T中間對(duì)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(dòng)畫技術(shù)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(dòng)態(tài)性的最成功的一種動(dòng)畫技術(shù)景物被定義為由成千上萬(wàn)個(gè)不規(guī)則的、隨機(jī)分布的粒子所組成。每個(gè)粒子都具有一定的生命周期，不斷地改變形狀，不斷地運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫效果體現(xiàn)在景物的整體形態(tài)和特征的動(dòng)態(tài)變化，而不是各個(gè)粒子本身火焰、云彩、水、煙霧。。。3、角色動(dòng)畫技術(shù)角色動(dòng)畫

角色動(dòng)畫是指使用三維動(dòng)畫來(lái)建立虛擬的人物或動(dòng)物角色的技術(shù)。三維動(dòng)畫角色可以在三維動(dòng)畫場(chǎng)景中活動(dòng)，也可以通過(guò)后期與實(shí)拍的真實(shí)場(chǎng)景結(jié)合使用。電影《怪物史瑞克》和《最終幻想》就是角色動(dòng)畫的代表作品。關(guān)節(jié)動(dòng)畫關(guān)節(jié)動(dòng)畫－正向運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)節(jié)動(dòng)畫－逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)節(jié)動(dòng)畫－運(yùn)動(dòng)捕捉關(guān)節(jié)動(dòng)畫－運(yùn)動(dòng)捕捉左圖顯示一個(gè)被貼了標(biāo)示物（白色小球）的演員在場(chǎng)地中跑步，右圖是Vicon370系統(tǒng)所采用的特殊紅外照相機(jī)，只捕捉白色標(biāo)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(guò)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(yùn)動(dòng)，并在骨骼運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的變形布料動(dòng)畫4、基于物理模型的動(dòng)畫技術(shù)現(xiàn)實(shí)世界中，物體的運(yùn)動(dòng)變化遵守物理規(guī)律基于物理模型的流體動(dòng)畫研究通常采用納維-斯托克斯方程（Navier-StokesEquation）來(lái)描述流體現(xiàn)象，它是根據(jù)牛頓定律推導(dǎo)出來(lái)的公式5、群體動(dòng)畫技術(shù)集群是所有魚向大致相同的方向游動(dòng)的復(fù)雜行為.每條魚不斷地調(diào)整其速度和方向,以便配合魚群中其他魚的活動(dòng).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(zhǎng).人工魚群中每條魚自主地游動(dòng),通過(guò)感知和運(yùn)動(dòng)完成集群行為.群體動(dòng)畫群體運(yùn)動(dòng)雁群飛行,魚群游動(dòng)隨機(jī)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(jié)合原則群體成員盡量靠攏6、基于數(shù)字視頻的計(jì)算機(jī)輔助美術(shù)動(dòng)畫美術(shù)動(dòng)畫是一種富有感染力的藝術(shù)形式，但傳統(tǒng)的手工制作美術(shù)動(dòng)畫非常耗時(shí)且成本很高利用數(shù)字視頻生成具有特定美術(shù)風(fēng)格的動(dòng)畫視頻卡通化(VideoTooning)表演驅(qū)動(dòng)的手繪動(dòng)畫(Performance-DrivenHand-DrawnAnimation)卡通運(yùn)動(dòng)捕捉(MotionCapturingCartoons)視頻卡通化用戶需要在關(guān)鍵幀上勾畫輪廓線，并在輪廓線上標(biāo)識(shí)出一些關(guān)鍵點(diǎn)表演驅(qū)動(dòng)的手繪動(dòng)畫表情是角色情緒、愿望等信息的一種重要表達(dá)形式，但用傳統(tǒng)的方法制作角色微妙的表情變化是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的過(guò)程表演驅(qū)動(dòng)的手繪動(dòng)畫事先設(shè)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(duì)應(yīng)關(guān)系系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，由計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)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(fēng)格化渲染器通過(guò)數(shù)據(jù)插值技術(shù)和變形算法合成各種藝術(shù)風(fēng)格的人臉美術(shù)動(dòng)畫7、卡通運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)經(jīng)典的動(dòng)畫片中包含了精心設(shè)計(jì)的角色運(yùn)動(dòng)。利用數(shù)字視頻處理技術(shù)將動(dòng)畫片中的角色運(yùn)動(dòng)風(fēng)格抽取并用一定的形式表示出來(lái)，將其作用到新的角色上，可以得到具有相似運(yùn)動(dòng)風(fēng)格的新動(dòng)畫卡通運(yùn)動(dòng)捕捉8、智能動(dòng)畫技術(shù)利用傳統(tǒng)的數(shù)字動(dòng)畫技術(shù)，動(dòng)畫師可以制作出優(yōu)秀的動(dòng)畫，但動(dòng)畫師需要付出艱辛的勞動(dòng)，動(dòng)畫制作的成本很高基于已有技術(shù)的動(dòng)畫制作是一個(gè)比較困難的過(guò)程，依賴于動(dòng)畫師豐富的動(dòng)畫知識(shí)與才能將人工智能技術(shù)與數(shù)字動(dòng)畫技術(shù)相結(jié)合可以提高動(dòng)畫制作的自動(dòng)化水平第四節(jié)三維電腦動(dòng)畫生產(chǎn)流程智能動(dòng)畫技術(shù)基于知識(shí)的動(dòng)畫制作過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)

“天鵝”