第一章 動(dòng)畫綜述課件

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫原理與技術(shù)（2008）第一章動(dòng)畫綜述第一章動(dòng)畫綜述

1.1

動(dòng)畫的基本原理

1.2

傳統(tǒng)動(dòng)畫與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫

1.3

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)的組成

1.4

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本類型

1.5

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)概述第一章動(dòng)畫綜述1.1動(dòng)畫的基本原理和基本概念

動(dòng)畫和動(dòng)畫片是兩個(gè)不同的概念，動(dòng)畫涵蓋了一個(gè)非常廣泛的領(lǐng)域，包括影視動(dòng)畫片、影視特技動(dòng)畫、廣告動(dòng)畫、游戲動(dòng)畫、軍事演習(xí)模擬、科學(xué)可視化、醫(yī)學(xué)、教育等。

第一章動(dòng)畫綜述

動(dòng)畫片動(dòng)畫片是動(dòng)畫的一種，也是影片的一種。影片按制作方式可分為如下三種：（1）主要通過(guò)對(duì)人或動(dòng)物等真實(shí)物體或場(chǎng)景拍攝而得的影片稱為電影。（2）主要采用木偶拍攝而得的影片稱為木偶片。（3）主要通過(guò)繪制畫面而得的影片稱為動(dòng)畫片。

第一章動(dòng)畫綜述

動(dòng)畫的基本原理

無(wú)論何種動(dòng)畫，都是利用人類眼睛的“視覺滯留效應(yīng)”產(chǎn)生動(dòng)感，多幅畫面快速連續(xù)的更換，使人們看到連續(xù)活動(dòng)的圖像，這就是動(dòng)畫的基本原理。第一章動(dòng)畫綜述“視覺滯留效應(yīng)”

是指人在看物體時(shí)，物體的影像短暫地殘留在人腦視覺神經(jīng)中，殘留時(shí)間約為1/24s。如果每1/24s更替一個(gè)畫面，人們的大腦在前一個(gè)畫面影像沒有消失前，又接受到下一個(gè)畫面的新影像，連續(xù)的大腦感受使人們感覺到連續(xù)的影像變化。第一章動(dòng)畫綜述

下頁(yè)展示的是一組傳統(tǒng)動(dòng)畫的畫面，表現(xiàn)小鳥飛翔的主題．各幀畫面的小鳥形態(tài)都有所變化，將這組畫面快速連續(xù)播放，即呈現(xiàn)出小鳥飛翔的優(yōu)美動(dòng)感。動(dòng)畫基本原理示例：第一章動(dòng)畫綜述

圖1-1表現(xiàn)小鳥飛翔的傳統(tǒng)動(dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述

連續(xù)播放小鳥飛翔畫面（24幀/秒）第一章動(dòng)畫綜述計(jì)算機(jī)動(dòng)畫是在傳統(tǒng)動(dòng)畫的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)而迅速發(fā)展起來(lái)的一門高新技術(shù)。所以說(shuō)，要想掌握計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的相關(guān)技術(shù)，就應(yīng)該對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)畫有所了解。

1.2傳統(tǒng)動(dòng)畫與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作方法

傳統(tǒng)動(dòng)畫以畫面為基礎(chǔ)，所有的動(dòng)畫構(gòu)想、動(dòng)作發(fā)展、表現(xiàn)手法等，都通過(guò)手工繪制畫面表現(xiàn)出來(lái)。這些內(nèi)容連續(xù)但各不相同的畫面，由于每幅畫面中的物體位置和形態(tài)的不同，在連續(xù)觀看畫面時(shí)，給人以活動(dòng)的感覺。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作流程(1)腳本及動(dòng)畫設(shè)計(jì)

腳本是敘述一個(gè)故事的文字提要及詳細(xì)的文學(xué)劇本，根據(jù)該劇本要設(shè)計(jì)出反映動(dòng)畫片大致概貌的各個(gè)片斷，也即分鏡頭劇本。然后，對(duì)動(dòng)畫片中出現(xiàn)的各種角色的造型、動(dòng)作、色彩等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)分鏡頭劇本將場(chǎng)景的前景和背景統(tǒng)一考慮，設(shè)計(jì)出手稿圖及相應(yīng)的對(duì)話和聲音。

第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作流程(2)關(guān)鍵幀的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵幀也稱為原畫，它一般表達(dá)某動(dòng)作的極限位置、一個(gè)角色的特征或其它的重要內(nèi)容，這是動(dòng)畫的創(chuàng)作過(guò)程。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作流程(3)中間幀生成

中間幀是位于關(guān)鍵幀之間的過(guò)渡畫，可能有若干張。在關(guān)鍵幀之間可能還會(huì)插入一些更詳細(xì)的動(dòng)作幅度較小的關(guān)鍵幀，稱為小原畫，以便于中間幀的生成。有了中間畫，動(dòng)作就流暢自然多了。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作流程(4)描線上色

動(dòng)畫初稿通常都是鉛筆稿圖，將這些稿圖進(jìn)行測(cè)試檢查以后就要用手工將其輪廓描在透明膠片上，并仔細(xì)地描上墨、涂上顏料。動(dòng)畫片中的每一幀畫面通常都是由許多張透明膠片疊合而成的，每張膠片上都有一些不同對(duì)象或?qū)ο蟮哪骋徊糠?，相?dāng)于一張靜態(tài)圖像中的不同圖層。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作流程(5)檢查、拍攝

在拍攝前將各鏡頭的動(dòng)作質(zhì)量再檢查一遍，然后動(dòng)畫攝影師把動(dòng)畫系列依次拍攝記錄到電影膠片上。十分鐘的電影動(dòng)畫片，大約需要一萬(wàn)張圖畫。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作流程(6)后期制作

有了拍攝好的動(dòng)畫膠片以后，還要對(duì)其進(jìn)行編輯、剪接、配音、字幕等后期制作，才能最后完成一部動(dòng)畫片。

第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的特點(diǎn)◎很長(zhǎng)時(shí)間的不斷完善，傳統(tǒng)動(dòng)畫已形成了一套完整的體系，包括制作流程，分工，市場(chǎng)運(yùn)作，甚至電視播出的動(dòng)畫系列片長(zhǎng)度和集數(shù)都已經(jīng)規(guī)范?！蛩梢酝瓿稍S多復(fù)雜的高難度的動(dòng)畫效果，幾乎人們可以想象到的他都可以完成?！蛎佬g(shù)效果也是如此，傳統(tǒng)動(dòng)畫可以制作風(fēng)格多樣的美術(shù)風(fēng)格，特別是大場(chǎng)面，大制作的片子，用傳統(tǒng)動(dòng)畫可以塑造出恢弘的畫面及其細(xì)膩的美術(shù)效果。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的特點(diǎn)◎傳統(tǒng)動(dòng)畫的制作費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)力，繪制任務(wù)繁重而復(fù)雜的?！蛴脗鹘y(tǒng)方法制作動(dòng)畫時(shí)走形一直是個(gè)令人頭疼的問題.…?！蛘瓶貏?dòng)畫片質(zhì)量是一個(gè)在傳統(tǒng)動(dòng)畫中比較難解決的問題。第一章動(dòng)畫綜述傳統(tǒng)動(dòng)畫的特點(diǎn)由此我們可以看出，傳統(tǒng)動(dòng)畫的設(shè)計(jì)制作過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。其消耗的人力、物力、財(cái)力以及時(shí)間都是巨大的。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)以后，人們開始嘗試用計(jì)算機(jī)進(jìn)行動(dòng)畫創(chuàng)作。第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用第一階段用計(jì)算機(jī)畫出簡(jiǎn)單的線條和幾何圖形，計(jì)算機(jī)把繪畫過(guò)程記錄下來(lái)。在需要時(shí)，由計(jì)算機(jī)重復(fù)繪畫過(guò)程，使人們看到活動(dòng)的畫面。

第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用第二階段

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中活動(dòng)的主體從簡(jiǎn)單的線條、幾何圖形過(guò)渡到比較復(fù)雜的圖形。畫面上的變化模式和多種顏色的運(yùn)用使這一階段的動(dòng)畫具有良好的視覺效果，開始體現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的風(fēng)格。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)漸趨成熟，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫軟件出現(xiàn)。第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用第三階段以先進(jìn)的軟件和硬件作為條件，逼真地模擬手工動(dòng)畫，并進(jìn)一步制作手工動(dòng)畫難以表現(xiàn)的題材。動(dòng)畫主體從圖形過(guò)渡到圖像，并能生成數(shù)字化的主體模型，進(jìn)而產(chǎn)生全計(jì)算機(jī)動(dòng)畫。3D動(dòng)畫軟件日趨成熟。第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的產(chǎn)生綜上所述，傳統(tǒng)的動(dòng)畫制作工藝隨著計(jì)算機(jī)的介入，發(fā)生了變化。人們?cè)诒Ａ魝鹘y(tǒng)動(dòng)畫制作風(fēng)格的基礎(chǔ)上，直接使用計(jì)算機(jī)繪制和生成動(dòng)畫，不再使用紙張。這種由計(jì)算機(jī)輔助的動(dòng)畫制作周期短、成本低、色彩一致性好。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)和3D技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)巳得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的本質(zhì)

“動(dòng)作的變化是動(dòng)畫的本質(zhì)”這一說(shuō)法已不全面。計(jì)算機(jī)能夠按照人們的意圖自動(dòng)生成有特殊效果的動(dòng)畫，例如顏色動(dòng)畫、變形動(dòng)畫、材質(zhì)動(dòng)畫，以及透視效果動(dòng)畫等等。第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作流程①創(chuàng)意（腳本制作）．②預(yù)處理（輸入外部資料）③場(chǎng)景造型。④設(shè)定材質(zhì)和光源。⑤設(shè)置動(dòng)畫。第一章動(dòng)畫綜述

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作流程⑥

運(yùn)動(dòng)圖像的繪制（渲染）。⑦動(dòng)畫播放．⑧后處理。⑨動(dòng)畫的錄制。⑩配音(背景和臺(tái)詞）。第一章動(dòng)畫綜述計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)動(dòng)畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生景物運(yùn)動(dòng)的效果，即使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生圖形、圖像運(yùn)動(dòng)的技術(shù)?！蛴?jì)算機(jī)動(dòng)畫與傳統(tǒng)動(dòng)畫都遵循同樣的視覺原理。◎計(jì)算機(jī)動(dòng)畫由于采用數(shù)字處理方式，動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)效果、畫面色調(diào)、紋理、光影效果等可以不斷改變，輸出方式也多種多樣。

第一章動(dòng)畫綜述計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的特點(diǎn)◎計(jì)算機(jī)3D模型可以保存并重復(fù)使用，克服了傳統(tǒng)動(dòng)畫的易走形的毛病?！蛴?jì)算機(jī)3D軟件集多種功能(造型、修改、燈光、色彩、渲染等)于一身，動(dòng)畫的制作質(zhì)量易控制。

第一章動(dòng)畫綜述主要部分：（1）管理子系統(tǒng)（交互界面）（2）造型子系統(tǒng)（建模工具）（3）動(dòng)畫子系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)控制器）（4）繪制子系統(tǒng)(渲染工具)

1.3計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)的組成第一章動(dòng)畫綜述(1)管理子系統(tǒng)的組成第一章動(dòng)畫綜述(2)造型子系統(tǒng)的組成第一章動(dòng)畫綜述(3)動(dòng)畫子系統(tǒng)的組成第一章動(dòng)畫綜述(4)繪制子系統(tǒng)的組成第一章動(dòng)畫綜述

三維動(dòng)畫軟件簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的成熟推動(dòng)了三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫軟件的發(fā)展，其中影響較大的商品化動(dòng)畫軟件有：＊加拿大的Alias｜Wavefront（85年）＊美國(guó)的Maya(Alias公司98年)

＊加拿大的Softimage3D（88年）＊Discreet(Autodesk)3dsMax（91年）第一章動(dòng)畫綜述▲

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫就動(dòng)畫性質(zhì)而言，可分為兩大類，即幀動(dòng)畫和矢量動(dòng)畫?！?/p>

根據(jù)視覺空間的不同，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫又有二維動(dòng)畫與三維動(dòng)畫之分。▲按照計(jì)算機(jī)動(dòng)畫對(duì)時(shí)間性能的要求，可以分為實(shí)時(shí)動(dòng)畫和非實(shí)時(shí)動(dòng)畫。

1.3計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本類型第一章動(dòng)畫綜述

實(shí)時(shí)動(dòng)畫是按動(dòng)畫播放的速度快速生成動(dòng)畫的每一幀，即動(dòng)畫幀的生成和播放是同步的。非實(shí)時(shí)動(dòng)畫通常需要較長(zhǎng)時(shí)間生成動(dòng)畫的每一幀，因此，后者先生成并保存組成動(dòng)畫的每一幀，然后播放，即動(dòng)畫幀的生成和播放是異步的?！?/p>

實(shí)時(shí)動(dòng)畫和非實(shí)時(shí)動(dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述

使用一幅畫面，所有的表現(xiàn)內(nèi)容經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)程序的快速計(jì)算，在同一幅畫面上生成變換的圖形、線條和文字。變換的方向和模式屬于矢量變換方式，具有極強(qiáng)的規(guī)律性。矢量動(dòng)畫通常通過(guò)編程方式制作，也有用于制作矢量動(dòng)畫的工具軟件，如Flash、Illustrator。▲矢量動(dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述幀動(dòng)畫模擬傳統(tǒng)動(dòng)畫的方式，它采用多畫面表現(xiàn)動(dòng)畫。動(dòng)畫的每一個(gè)動(dòng)作被記錄在一幅幅畫中，多幅連續(xù)的畫面構(gòu)成了動(dòng)畫。電腦的作用只是把眾多的畫面內(nèi)容有序地進(jìn)行保存，并把這組畫面連續(xù)不斷地演播出來(lái)?！鴰瑒?dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述

二維動(dòng)畫又叫“平面動(dòng)畫”，具有非常靈活的表現(xiàn)手段、強(qiáng)烈的表現(xiàn)力和良好的視覺效果。

二維動(dòng)畫運(yùn)用傳統(tǒng)動(dòng)畫的基本概念，在平面上構(gòu)成動(dòng)畫的基本動(dòng)作。并且在保持傳統(tǒng)動(dòng)畫的表現(xiàn)力和視覺效果的基礎(chǔ)上，盡量發(fā)揮計(jì)算機(jī)處理的高效率、低成本等特點(diǎn)?！S動(dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述三維動(dòng)畫又叫“空間動(dòng)畫”。動(dòng)畫主體的三維造型是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)得到的，然后為其賦予“材質(zhì)”，布置好“燈光”、放好“攝影機(jī)”，規(guī)定好運(yùn)動(dòng)的方式，就制作好了三維動(dòng)畫?！S動(dòng)畫第一章動(dòng)畫綜述1.5計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)

在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)中應(yīng)用的主要?jiǎng)赢嫾夹g(shù)有：

(1)參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)。

(2)軌跡驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

(3)變形動(dòng)畫技術(shù)。

(4)關(guān)節(jié)動(dòng)畫技術(shù)

(5)過(guò)程動(dòng)畫技術(shù)

(6)基于物理的動(dòng)畫技術(shù)。

(7)行為動(dòng)畫技術(shù)。第一章動(dòng)畫綜述關(guān)鍵幀技術(shù)最初僅僅用來(lái)插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來(lái)該技術(shù)馬上發(fā)展成為可以用來(lái)插值影響運(yùn)動(dòng)的任何參數(shù)(例如，一個(gè)物體的平移、比例變換、旋轉(zhuǎn)、材料、紋理、形狀、可見性參數(shù)等都可作為關(guān)鍵幀參數(shù)，另外，攝象機(jī)和燈光的大部分參數(shù)也可作為關(guān)鍵幀參數(shù))。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵參數(shù)(Keyparameter)比關(guān)鍵幀(Keyframe)更確切些。

(實(shí)例操作舉例)(1)參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)第一章動(dòng)畫綜述①選擇合適的插值參數(shù)，

②確定準(zhǔn)確的型值點(diǎn)③選擇合適的插值函數(shù)④求得所插中間幀的參數(shù)主要內(nèi)容：第一章動(dòng)畫綜述

軌跡驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫，是指先設(shè)計(jì)好物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后指定物體沿該軌跡運(yùn)動(dòng)。通常，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡為三次樣條曲線（也稱為樣條驅(qū)動(dòng)），并且由用戶交互給出。(2)軌跡驅(qū)動(dòng)(pathdriven)技術(shù)第一章動(dòng)畫綜述

軌跡動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述

軌跡動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述

軌跡動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述①運(yùn)動(dòng)軌跡的空間參數(shù)曲線Q(u)的重新參數(shù)化，以獲得等間隔采樣的動(dòng)畫序列，即物體在每一幀的位置。②利用不同的速度曲線對(duì)應(yīng)相同的空間曲線，生成不同的運(yùn)動(dòng)效果。主要內(nèi)容：第一章動(dòng)畫綜述變形動(dòng)畫技術(shù)主要是為了制作一種形態(tài)變形的動(dòng)畫，即將物體外觀上發(fā)生變化的過(guò)程記錄下來(lái)，生成一個(gè)形態(tài)連續(xù)變化的動(dòng)畫序列。變形動(dòng)畫在影視娛樂業(yè)已得到大量運(yùn)用。

(3)變形動(dòng)畫技術(shù)第一章動(dòng)畫綜述變形動(dòng)畫技術(shù)分為Morphing和空間變形(deformation)，二者都牽涉到使處理對(duì)象作某種變形，但含義不完全一樣。Morphing是指將一給定的源數(shù)字圖像或幾何對(duì)象S光滑連續(xù)地變換到目標(biāo)數(shù)字圖像或幾何對(duì)象T；deformation是指將單個(gè)幾何對(duì)象的形狀作某種扭曲、變形，使它變換到動(dòng)畫師所需的形狀。

變形動(dòng)畫技術(shù)分類第一章動(dòng)畫綜述

圖像Morphing動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述

圖像Morphing動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述

三維Morphing動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述

FFD變形動(dòng)畫實(shí)例

第一章動(dòng)畫綜述＊2維圖像Morphing＊3維Morphing＊整體和局部變形方法＊FFD變形方法主要內(nèi)容第一章動(dòng)畫綜述過(guò)程動(dòng)畫是指物體的運(yùn)動(dòng)或變形可由一個(gè)過(guò)程來(lái)描述。最簡(jiǎn)單的過(guò)程動(dòng)畫是用一個(gè)數(shù)學(xué)模型去控制物體的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)，較復(fù)雜的過(guò)程動(dòng)畫則是包括物體的變形、彈性理論、動(dòng)力學(xué)、碰撞檢測(cè)在內(nèi)的物體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

(4)過(guò)程動(dòng)畫技術(shù)第一章動(dòng)畫綜述

粒子動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫－噴水壺

第一章動(dòng)畫綜述

粒子動(dòng)畫實(shí)例－星球爆炸

第一章動(dòng)畫綜述

粒子動(dòng)畫實(shí)例－冰雪融化

第一章動(dòng)畫綜述

過(guò)程動(dòng)畫實(shí)例－布料動(dòng)畫

第一章動(dòng)畫綜述①粒子系統(tǒng)是最實(shí)用的過(guò)程動(dòng)畫技術(shù)之一。這是一種模擬不規(guī)則自然景物生成和動(dòng)畫的系統(tǒng)，也就是所謂的粒子系統(tǒng)。②水波動(dòng)畫(正弦波、平行波)

③布料動(dòng)畫（基于幾何、基于動(dòng)力學(xué)）

過(guò)程動(dòng)畫的主要內(nèi)容第一章動(dòng)畫綜述關(guān)節(jié)動(dòng)畫是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中最具挑戰(zhàn)性的課題之一，它的主要目的是模擬骨架動(dòng)物(尤其是人體)的運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)動(dòng)畫的發(fā)展不僅促進(jìn)了機(jī)器人等學(xué)科的發(fā)展，而且使得模擬人類自身行為、動(dòng)作