特技动画与计算机动画 - 达人(庄子)

2005/06/25 | 特技动画与计算机动画
类别(电视节目编导与制作TV ) | 评论(0) | 阅读(397) | 发表于 14:47: 资料来源:
www.smmu.edu.cn/zykj/~etc/e8-8-3.htm
comic.poptang.com/News/YL/9249_2.shtml
#特技动画

　　特技动画是借助于电视系统特技发生器的划变、淡变、叠化、遮挡、键控等功能，进行画面技巧处理，使之产生动画效果。特技动画能起到电影马斯克的作用，使动画的表现手段更加丰富多彩。下面介绍几种动画常用的特技功能：
1．划变　将一个画面从不同位置、不同形状的变化方式逐渐被另一个图像所取代。划变可划入、划出，在动画制作中可使一个画面转换到另一个画面。
2．遮挡　将画面的某一部分用各种不同的图形和颜色遮盖起来。可用来遮挡画面不需要的部分，以突出主体部分。
3．闪烁　通过色块的时隐时现，使画面某处的内容出现闪动的感觉。运用这一方法，可引起学生对所要强调部分的注意。
4．键控　是利用特技的混合方式，将一个画面的图像嵌入到另一个画面的某一部位中去。键控在动画中的作用很大，可用于整体画面与局部画面的组合，还可将动画与实景合成在一起，形成一种特殊的效果，以满足教学内容上的特殊要求。键控有彩色键控，还有黑白键控。
5．叠化　叠化也是特技动画常用的一个重要的功能，其功能及作用在技巧动画中已提到，因此在这里就不再介绍了。
　　技巧动画主要依靠电视的特技设备来实现的，所以动画设计人员应该了解和熟悉电视特技设备的各种特技功能，才能在动画设计中运用自如，使各种特技功能在动画制作中充分发挥应有的作用。
##计算机动画

　　三维电脑动画系统，是目前最为理想的现代动画制作系统，它具有很强的立体感，且制作功能全、效率高、色彩丰富鲜明、动态流畅自如，为电视动画设计者提供了一个任其发挥想象的创作环境。目前，三维电脑动画计算机系统已相当普及，代表着电视教材动画发展的一个方向。
计算机动画与仿真综述一
2005年05月22日 12:19 来源:
　　正如1998年ACM Siggraph计算机图形杰出奖获得者Michael F. Cohen在今年Siggraph论文前言所述，在Siggraph过去的25年历史里，我们的世界发生了翻天覆地的变化。在电影屏幕上，当恐龙以不可思议的真实朝我们走来时，很少人会表示惊讶。对穿梭于电视屏幕上闪闪发光的三维标志人们已经习以为常。这充分说明，计算机动画已经渗透进人们的生活。在过去几十年里，计算机动画一直是人们研究的热点。在全球的图形学盛会Siggraph上，几乎每年都有计算机动画的论文和专题。如在今年的Siggraph年会上，就有两个计算机动画的专题：一个为动画和仿真；另一个为脸部造型和动画。甚至论文集封面和封底上的图形也与动画有关：一幅为衣服动画的图形，另一幅为脸部表情的图形。计算机动画每年一度的学术会议Computer Animation和学术期刊《Journal of Visualization and Computer Animation》为专业人士观摩和交流这方面的研究成果提供了进一步的机会。推动计算机动画发展的一个重要原因是电影电视特技的需要。目前，计算机动画已形成一个巨大的产业，并有进一步壮大的趋势。随着计算机硬件性能价格比的快速提高，商用动画软件公司及时地推出了动画软件的微机版本。如原来运行于工作站上价格昂贵的动画软件Softimage和Maya现在都已有NT版本，当然还有许多原来运行于Windows/NT上的动画软件3DS、3DMAX、LightWave等。

　　计算机动画是计算机图形学和艺术相结合的产物，它是伴随着计算机硬件和图形算法高速发展起来的一门高新技术，它综合利用计算机科学、艺术、数学、物理学和其它相关学科的知识在计算机上生成绚丽多彩的连续的虚拟真实画面，给人们提供了一个充分展示个人想象力和艺术才能的新天地。在《侏罗纪公园》、《失落的世界》和《魔鬼终结者》等优秀电影中，我们可以充分领略到计算机动画的高超魅力。计算机动画不仅可应用于电影特技、商业广告、电视片头、动画片、游艺场所，还可应用于计算机辅助教育、军事、飞行模拟，甚至于法院的审理。

　　简单地讲，计算机动画是指用绘制程序生成一系列的景物画面，其中当前帧画面是对前一帧画面的部分修改。动画是运动中的艺术，正如动画大师John Halas所讲的，运动是动画的要素。计算机动画所生成的是一个虚拟的世界，画面中的物体并不需要真正去建造，物体、虚拟摄像机的运动也不会受到什么限制，动画师可以随心所欲地创造他的虚幻世界。在本文中，我们将从关键帧动画、变形物体动画、过程动画、关节动画和人体动画、基于物理的动画几个方面对计算机动画作一个较全面的综述。

关键帧动画

　　关键帧的概念来源于传统的卡通片制作。在早期Walt Disney的制作室，熟练的动画师设计卡通片中的关键画面，也即所谓的关键帧，然后由一般的动画师设计中间帧。在三维计算机动画中，中间帧的生成由计算机来完成，插值代替了设计中间帧的动画师。所有影响画面图象的参数都可成为关键帧的参数，如位置、旋转角、纹理的参数等。关键帧技术是计算机动画中最基本并且运用最广泛的方法。另外一种动画设置方法是样条驱动动画。在这种方法中，用户采用交互方式指定物体运动的轨迹样条。几乎所有的动画软件如Alias、Softimage、Wavefront、TDI、3DS等都提供这两种基本的动画设置方法。
无论是样条驱动动画还是关键帧插值方法，都会碰到这个问题：给定物体运动的轨迹，求物体在某一帧画面中的位置。物体运动的轨迹一般由参数样条来表示。如果直接将参数和帧频联系起来，对参数空间进行等间隔采样，有可能带来运动的不均匀性。为了使物体沿一样条匀速运动，必须建立弧长与样条参数的一一对应关系。Guenter等提出用Gauss型数值积分方法计算弧长，用Newton-Raphason迭代来确定给定弧长点在曲线上的位置，并采用查找表法记录参数点弧长值的方法来加速计算。在动画设计中，动画师经常需调整物体运动的轨迹来观察物体运动的效果，交互的速度是一个很重要的因素。Watt等提出了用向前差分加查找表的方法来提高交互的速度。在精度要求不是很高的情况下，他们的方法非常有效。

　　从原理上讲，关键帧插值问题可归结为参数插值问题，传统的插值方法都可应用到关键帧方法中。但关键帧插值又与纯数学的插值不同，它有其特殊性。一个好的关键帧插值方法必须能够产生逼真的运动效果并能给用户提供方便有效的控制手段。一个特定的运动从空间轨迹来看可能是正确的，但从运动学或动画设计来看可能是错误的或者不合适的。用户必须能够控制运动的运动学特性，即通过调整插值函数来改变运动的速度和加速度。为了很好地解决插值过程中的时间控制问题，Steketee等提出了用双插值的方法来控制运动参数。其中之一为位置样条，它是位置对关键帧的函数；另一条为运动样条，它是关键帧对时间的函数。Kochanek等提出了一类适合于keyframe系统的三次插值样条，他们把关键帧处的切矢量分成入矢量和出矢量两部分，并引入三个参数:张量t、连续量c和偏移量b对样条进行控制。该方法已在许多动画系统中得到了应用。

　　关键帧插值系统中要解决的另一个问题是物体朝向的插值问题。物体的朝向一般可由Euler角来表示，因此朝向的插值问题可简单地转化为三个欧拉角的插值问题。但欧拉角表示又有它的局限性。因为旋转矩阵是不可交换的，基于欧拉角的旋转一定要按某个特定的次序进行；此外，等量的欧拉角变化不一定引起等量的旋转变化，从而导致旋转的不均匀；欧拉角还有可能导致自由度的丧失，即所谓的“gimble lock”现象。Shoemake为了解决因采用欧拉角表示引起的缺陷，最早把四元数引入到动画中，并提出了用单位四元数空间上的Bezier样条来插值四元数。Barr等人提出了一个采用四元数对带有角速度约束的景物的朝向进行光滑插值方法，他们的方法允许用户对轨迹端点处的角速度进行约束。Kim通过构造一组新的基，提出了把空间曲线变化到单位四元数空间曲线的一般性方法。
www.cgtimes.com.cn/show.aspx?id=4518&cid=131
计算机动画综述

什么是计算机动画

所谓动画也就使一幅图像“活”起来的过程。使用动画可以清楚的表现出一个事件的过程，或是展现一个活灵活现的画面。动画是一门通过在连续多格的胶片上拍摄一系列单个画面,从而产生动态视觉的技术和艺术,这种视觉是通过将胶片以一定的数率放映体现出来的.
实验证明:动画和电影的画面刷新率为24帧/s,即每秒放映24幅画面,则人眼看到的是连续的画面效果.
计算机动画是指采用图形与图像的处理技术,借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面,其中当前帧是前一帧的部分修改。
计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。
如今电脑动画的应用十分广泛，无论是让应用程序更加生动，增添多媒体的感官效果；还应用于游戏的开发，电视动画制作，创作吸引人的广告，电影特技制作，生产过程及科研的模拟等等。
计算机动画的关键技术体现在计算机动画制作软件及硬件上。
计算机动画制作软件目前很多，不同的动画效果，取决于不同的计算机动画软、硬件的功能。虽然制作的复杂程度不同，但动画的基本原理是一致的。
动画创作本身是一种艺术实践。
计算机动画分：二维动画和三维动画。

计算机动画的二维与三维

二维动画：
平面上的画面。纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实三维空间效果。
三维动画：
画中的景物有正面、侧面和反面，调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。

二维动画中计算机的作用:
输入和编辑关键帧，计算和生成中间帧，定义和显示运动路径，交互给画面上色，产生特技效果，实现画面与声音同步，控制运动系列的记录等。
常用二维动画软件：
Animator Studio-----基于Windows系统下的一种集动画制作，图像处理，音乐编辑，音乐合成等多种功能为一体的二维动画制作软件。
Flash----交互动画制作工具，在网页制作及多媒体课程中应用。
Retas——日本生产的一种计算机二维动画软件
Pegs——法国生产的一种计算机二维动画软件

三维动画的制作：
计算机三维动画是根据数据在计算机内部生成的，而不是简单的外部输入。
制作三维动画首先要创建物体模型，然后让这些物体在空间动起来，如移动、旋转、变形、变色。再通过打灯光等生成栩栩如生的画面。
创作一个三维动画的过程：造型、动画、绘图。

常用三维动画软件：
1.群雄争霸：法国TDI、加拿大Alias、美国Wavefront(NURBS)
2.异军突起：
AutoDesk,3DS->3DSMAX->3DSMAX2.0->3DSMAX2.5
3.天下大乱：Wavefront吞并TDI,Alias投靠SGI，Wavefront
只能投靠SGI，最后出现Alias|Wavefront
各路好手涌现。softimage(投奔MS)、Animation Master等
4.战场转移：PC性能不断提高。便宜3D软件占领市场。
TrueSpace、Lightscape、lightwave3D
5.maya出山：SGI统一TDI、ALIAS、WAVEFRONT，形成maya。
maya 1998年6月推出PC版。

计算机动画使用的硬件

SGI，Silicon Graphics Inc. Indy ,Indigo2。
WaveFront、Alias、softimage都在SGI上运行
PC， AutoDesk 。
3D Studio、3DS Max、Animator Studio、PhotoShop
Macintosh， Apple 。
Elastic Reality 、Alias Sketch
Amiga， Commodore。

计算机动画的应用领域

动画片制作;
广告、电影特技;
教学演示;
训练模拟;
作战演习;
产品模拟试验;
电子游戏

发展趋势

是图形学的一个研究热点。
相关学科：物理学，机器人学，生物学，心理学，人工智能，多媒体技术，虚拟现实，……
开发具有人的意识的虚拟角色的动画系统，系统应具备的能力：
– 虚拟角色自动产生自然的行为
– 提高运动的复杂性和真实性：关节运动真实性，虚拟角色、收、面部等身体各部分行为的真实性
– 减少运动描述的复杂性。人物级上运动描述
大型化、网络化、标准化。
最终目标：从自然语言描述的脚本开始有计算机自动产生动画。（智能）

面临的问题

真实性和实时性
功能更强、速度更快、效果更好、使用更方便
真实运动生成
物体造型，人体动画；
绘制（渲染）
只考虑了动画算法和局部动画的控制，大型动画片的设计制作局部求精过程

计算机动画发展里程碑

60年代: 二维计算机辅助动画系统
( MSGEN系统(加拿大),CAAS系统(美国)）
70年代: 三维图形与动画的基本技术的开发;
一小批领导三维动画与图像的公司的出现;
一些三维可明暗着色的系统的完成;
80年代: 优化70年代出现的模型和阴影技术;
康奈尔大学（辐射度方法），JPL实验室(运动动态),
加利福利亚大学(样条模型), 多伦多大学(过程技术),
俄亥俄洲立大学(人物分级动画与逆向运动学),
蒙特利尔大学(人物动画与嘴唇同步),
东京大学(气泡表面模型技术),广岛大学(辐射度与灯光)
Alias Animator(加拿大), softimage(美国)
Wavefront(美国), Explore/TDImage(法)
90年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统
自主动画(面向目标的动画)

值得一提的

Pixar公司 RenderMan系统：
玩具总动员（创票房记录），美女与野兽(91 Oscar)，阿拉丁(93 Oscar)，蝙蝠侠回归，终结者Ⅱ，……
Geri’s game(Oscar最佳短片奖)

作品里程碑（国内）

92年，北方工大CAD中心，电影《相似》（SGI工作站，用C语言编写），93年北京科教厂优秀电影特别奖，93年广电部科技进步二等奖
儿童寓言电视片《咪咪钓鱼》（386上，C语言编写），10分钟，5人10个月
浙江大学，中科院计算所，数学所等
电视片头

作品里程碑（国外）

“Mr. Computer Image ABC”, (计算机产生的人物动画,1962)
“旅行者二号”, (JPL实验室,70年代后期)
“TRON” , (Disney公司, 1982)
“星舰速舰记Ⅱ”, (过程模型的动画, 1983-84)
“Bio-Sensor”, (大阪大学与Toyo Links公司, 1984) (早期的形体和带细粒状表面模型)
“Growth”, （过程技术与水下生物的生成， 85-86）
“暴风雨数字模型的研究”，（模拟自然现象，1989，美）
“Don’t Touch”, (运用运动捕获技术的人物动画,1989, 美)
“终结者Ⅱ”, (杰出变形效果与逼真自然人运动模拟,1991,美)
“蝙蝠侠回归”, (群组动画, 1992, 美)
“侏罗纪公园”, (逆向运动学与计算机图像技术的完美结合) ILM(Industrial Light & Magic)实验室
刚果（Congo）:6000万美元，主角大猩猩埃美，演员模仿，拍摄后处理，更逼真。
《阿甘正传》，反越战大规模示威，成千上万人；与美国总统握手
《狮子王》，角马奔窜惊逃，两分半钟，五人小组两年半时间：模仿角马的行为；角马运动。用SGI，softimage,粒子系统。
《玩具总动员》，77分钟; 0

http://zhuanghy1.5d.cn/

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