计算机三维动画技术绪论

1 什么是动画?

动画是通过连续播放一系列画面,给视觉造成连续变化的图画。

人类有“视觉暂留”的特性,人的眼睛看到一幅或一个物体后,在1/24秒内不会消失。利用这个原理,可以给人造成一种流畅的视觉变化效果。

2 什么是计算机动画?

计算机动画是指采用图形和图像的数字处理技术,借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面。

计算动画是采用连续播放静止图像的方法产生景物运动的效果。

3 计算机动画的特点

有两个最重要的特征:
1. 它们的影像是用电影胶片或录影带以逐格记录的方式制作出来的
2. 该影像“动作”是利用设计者的想象和虚幻创造出来的,而不会原本就存在再被摄影机记录下来的事物。

4 视频与动画的区别

4.1 相同点

  1. 由一系列的静止画面(帧)按照一定的顺序排列而成的,相邻帧略有不同。
  2. 当帧以一定速度连续播放时,由于视觉差异,就形成了动态效果。

4.2 不同点

  1. 计算机动画是用计算机产生表现真实对象和模拟对象随时间变化的行为和动作。是利用计算机图形技术绘制出的连续画面。
  2. 数字视频主要经过模拟信号源经过数字化后的图像和同步声音的混合体。

5 动画的本质

英国动画大师John Hala说:“动作的变化是动画的本质!”

5.1 分类

  1. 从制作手段上看,可以分为传统动画电脑动画。传统动画以手工绘制为主,电脑动画以计算机制作为主。
  2. 从动作的表现形式上,分为接近自然动作的“完善动画”和采用简化、夸张的“局限动画”。
  3. 从空间的视觉上,分为平面动画三维动画
  4. 从播放效果上,分为顺序动画(连续动作)和交互式动画(反复动作)。
  5. 从每秒播放的辐数看,有全动画(每秒24幅)和半动画

6 动画的变化

6.1 动画时间与节奏的掌握

动画的时间特性

  1. 动作的发展按照时间发生的顺序进行
  2. 与自然现象一致的运动节奏
  3. 遵守自然规律,有可限的夸张

动画的节奏掌控

  1. 利用各帧之间物体的位置差控制动画节奏
  2. 自然规律和有限的夸张是动作节奏的依据

7 三维动画的制作过程

  1. 建模

– 利用三维软件创建物体和背景的三维模型
– 先绘制出基本的几何形体,再讲他们变成需要的形状,然后通过不同的方法将它们组合在一起,从而建立复杂的形体
2. 编辑材质
– 对模型的光滑度、反光度、透明度进行编辑
3. 贴图
– 将一些图案贴到模型上面去
4. 灯光
– 主光和辅光之分
5. 动画编辑
– 将静止的图片变为动画
– 定义关键帧,中间帧交给计算机去完成
6. 渲染

8 动画的主要技术和方法

8.1 关键帧动画

计算机动画中最基本也是运用最广泛的方法。
制作过程中不需要逐帧绘制,只需要从静止画面中选出少数几帧加以绘制。

关键帧

被选出的画面一般都出现在动作变化的转折点处,对这段连续动作起着关键的控制作用,因此称为关键帧(Key Frame)

绘制出关键帧后,由计算机对关键帧进行插值,因此完成关键帧动画。
在这里插入图片描述
从原理上讲,关键帧插值问题可以归结为参数插值问题。

8.2 路径动画

由用户根据需要设置好一个路径后,是场景中的对象沿着路径进行运动。
在这里插入图片描述

8.3 变形动画

变形可以是二维或三维的,基于图像的Morph(变形)是一种常用的二维动画技术。

有两种形式:图像之间的插值变形(Morph)和图像本身的变形(Warp)。
下图是Morph效果:
在这里插入图片描述
三维物体的变形分为两类:拓扑结构发生变化的变形和拓扑结构不发生变化的变形。

8.4 过程动画

动画中物体的运动或变形可以用一个过程来描述。
eg:水波的运动

在过程动画中,物体的变形则基于一定的数学模型或物理规律。

8.5 粒子动画

电脑场景的随机景物,比如火焰、气流、瀑布等,可以采用粒子系统原理来描述。

8.6 群体动画

生物界中如鸟、鱼等以某种群体方式运动,具有随机性和规律性。

群体之间要满足避免碰撞、速度匹配、群体合群原则。

8.7 人物动画

人体的造型和动作模拟。
人脸的真实模拟。

8.8 运动捕捉

人体每一个关节在三维空间中的位置。

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