第9章计算机动画.优秀PPT.ppt

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1、第9章计算机动画 9.1 9.1 动画技术的起源、发展与应用动画技术的起源、发展与应用 9.2 9.2 传统动画传统动画 9.3 9.3 计算机动画计算机动画 9.4 9.4 计算机动画中常用技术简介计算机动画中常用技术简介 9.5 9.5 常用的动画软件常用的动画软件1 19.1动画技术的起源、发展与应用是计算机图形学和艺术相结合的产物是计算机图形学和艺术相结合的产物综合利用计算机科学、艺术、数学、物理学、综合利用计算机科学、艺术、数学、物理学、生物学和其它相关学科的学问生物学和其它相关学科的学问 2 2动画技术的起源、发展l18311831年，法国人年，法国人年，法国人年，法国人J.A.P

2、lateauJ.A.Plateau独创独创独创独创 l传统的图片动画传统的图片动画传统的图片动画传统的图片动画lPhenakistoscopePhenakistoscope机器机器机器机器 l恐龙专家格尔梯恐龙专家格尔梯恐龙专家格尔梯恐龙专家格尔梯l19091909年，美国人年，美国人年，美国人年，美国人W.McCayW.McCay制作制作制作制作l世界第一部卡通动画片世界第一部卡通动画片世界第一部卡通动画片世界第一部卡通动画片l虽然片子时间很短，但虽然片子时间很短，但虽然片子时间很短，但虽然片子时间很短，但McCayMcCay却用了大约一万幅画却用了大约一万幅画却用了大约一万幅画却用了大约一

3、万幅画面。面。面。面。3 3动画技术的起源、发展l19131913至至至至19171917年间，美国卡通系列动画片年间，美国卡通系列动画片年间，美国卡通系列动画片年间，美国卡通系列动画片l以由以由以由以由P.SullivanP.Sullivan制作的小猫菲利斯最为著制作的小猫菲利斯最为著制作的小猫菲利斯最为著制作的小猫菲利斯最为著名。名。名。名。l19281928至至至至19381938年间，年间，年间，年间，米老鼠和唐老鸭米老鼠和唐老鸭米老鼠和唐老鸭米老鼠和唐老鸭等系列动等系列动等系列动等系列动画片画片画片画片n n美国人美国人美国人美国人Walt DisneyWalt Disney制作制作

4、制作制作l19281928年制作的第一个年制作的第一个年制作的第一个年制作的第一个米老鼠米老鼠米老鼠米老鼠短片短片短片短片n n第一部具有同步音响效果的影片第一部具有同步音响效果的影片第一部具有同步音响效果的影片第一部具有同步音响效果的影片 4 4动画技术的起源、发展计算机动画计算机动画是二十世纪是二十世纪60年头中期发展起来的年头中期发展起来的 Peter Foldes以他的计算机动画片饥饿以他的计算机动画片饥饿 1974年，在法国嘎纳电影节上，获得评委会年，在法国嘎纳电影节上，获得评委会奖奖5 5动画技术的起源、发展l二十世纪二十世纪二十世纪二十世纪9090年头，计算机动画在好莱坞掀起了年

5、头，计算机动画在好莱坞掀起了年头，计算机动画在好莱坞掀起了年头，计算机动画在好莱坞掀起了一场电影技术的风暴一场电影技术的风暴一场电影技术的风暴一场电影技术的风暴 l詹姆斯詹姆斯詹姆斯詹姆斯.卡麦隆导演终结者卡麦隆导演终结者卡麦隆导演终结者卡麦隆导演终结者l创下了全球创下了全球创下了全球创下了全球5.145.14亿美元的非凡票房收入亿美元的非凡票房收入亿美元的非凡票房收入亿美元的非凡票房收入 l追逐主角的穷凶狠极的液态金属机器人可以从追逐主角的穷凶狠极的液态金属机器人可以从追逐主角的穷凶狠极的液态金属机器人可以从追逐主角的穷凶狠极的液态金属机器人可以从一种形态奇妙地变更成另外一种形态一种形态奇妙

6、地变更成另外一种形态一种形态奇妙地变更成另外一种形态一种形态奇妙地变更成另外一种形态 6 6动画技术的起源、发展l1993年，导演斯皮尔伯格起先制作影片年，导演斯皮尔伯格起先制作影片侏罗纪公园侏罗纪公园l lILM（Industrial Light&Magic）试验室）试验室制作的恐龙片断制作的恐龙片断 l荣膺该年度的奥斯卡最佳视觉效果奖荣膺该年度的奥斯卡最佳视觉效果奖 7 7动画技术的起源、发展l19961996年，年，年，年，玩具总动员玩具总动员玩具总动员玩具总动员 l世界上第一部世界上第一部世界上第一部世界上第一部完全用计算机动画制作完全用计算机动画制作完全用计算机动画制作完全用计算机动

7、画制作的电影的电影的电影的电影l30003000万美元的投资万美元的投资万美元的投资万美元的投资 l获得了破记录的获得了破记录的获得了破记录的获得了破记录的3.53.5亿美元的票房收入亿美元的票房收入亿美元的票房收入亿美元的票房收入l还获得奥斯卡最佳剧本奖的提名还获得奥斯卡最佳剧本奖的提名还获得奥斯卡最佳剧本奖的提名还获得奥斯卡最佳剧本奖的提名l其意义在于：给电影制作开拓了全新道路其意义在于：给电影制作开拓了全新道路其意义在于：给电影制作开拓了全新道路其意义在于：给电影制作开拓了全新道路 8 8国内作品里程碑电影相像电影相像电影相像电影相像 92 92年，北方工大年，北方工大年，北方工大年，北

8、方工大CADCAD中心，中心，中心，中心，SGISGI工作站，用工作站，用工作站，用工作站，用C C语言编写语言编写语言编写语言编写9393年北京科教厂优秀电影特殊奖年北京科教厂优秀电影特殊奖年北京科教厂优秀电影特殊奖年北京科教厂优秀电影特殊奖9393年广电部科技进步二等奖年广电部科技进步二等奖年广电部科技进步二等奖年广电部科技进步二等奖儿童寓言电视片咪咪钓鱼儿童寓言电视片咪咪钓鱼儿童寓言电视片咪咪钓鱼儿童寓言电视片咪咪钓鱼386386上，上，上，上，C C语言编写，语言编写，语言编写，语言编写，1010分钟，分钟，分钟，分钟，5 5人人人人1010个月个月个月个月浙江高校，中科院计算所，数学

9、所等浙江高校，中科院计算所，数学所等浙江高校，中科院计算所，数学所等浙江高校，中科院计算所，数学所等9 9计算机动画的应用计算机动画的应用商业广告制作商业广告制作建筑装潢设计建筑装潢设计随着随着VRVR技术的发展，照片式效果图技术的发展，照片式效果图将会被三维漫游动画录象所替代将会被三维漫游动画录象所替代 电脑游戏制作电脑游戏制作影视绝技制作影视绝技制作国防军事、工业制造、医国防军事、工业制造、医 疗卫生、法疗卫生、法律（如事故分析）、消遣、律（如事故分析）、消遣、可视化教学可视化教学、飞行模拟、生物工程、艺术等、飞行模拟、生物工程、艺术等1010计算机动画的将来最令人激烈不已的当属影视制作方

10、面最令人激烈不已的当属影视制作方面展望展望1虚拟演员虚拟演员美国沃尔特美国沃尔特迪斯尼公司就曾预言迪斯尼公司就曾预言:21世纪的明星将是一个听话的计算机程序，世纪的明星将是一个听话的计算机程序，它们不再要求成百上千万美元的酬劳或头牌它们不再要求成百上千万美元的酬劳或头牌位置位置 1111计算机动画的将来“听话的计算机程序听话的计算机程序”就是虚拟角色，就是虚拟角色，也称为虚拟演员也称为虚拟演员(Virtual Actor)广义上它包含两层含义：广义上它包含两层含义：用电脑处理手法使已故的著名影星用电脑处理手法使已故的著名影星“起起死回生死回生”完全由电脑塑造出来的电影明星完全由电脑塑造出来的电

11、影明星如蚁哥正传中的蚁哥如蚁哥正传中的蚁哥 最终幻想中的艾琪最终幻想中的艾琪1212计算机动画的将来展望展望2交互式电影交互式电影(Interactive Movie)VR是实现途径是实现途径由观众亲涉其间，限制角色的举动，从而由观众亲涉其间，限制角色的举动，从而对场景产生互动后果对场景产生互动后果 1313计算机动画的将来展望展望3以前以前接受程序设计语言编程制作接受程序设计语言编程制作 今后今后面对动画师的界面良好的交互式系统面对动画师的界面良好的交互式系统 基于人工智能理论的面对用户的动画系统基于人工智能理论的面对用户的动画系统基于自然语言描述的脚本基于自然语言描述的脚本用计算机自动产生

12、动画用计算机自动产生动画 1414第9章 计算机动画 9.1 9.1 动画技术的起源、发展与应用动画技术的起源、发展与应用 9.2 9.2 传统动画传统动画 9.3 9.3 计算机动画计算机动画 9.4 9.4 计算机动画中常用技术简介计算机动画中常用技术简介 9.5 9.5 常用的动画软件常用的动画软件15159.2 传统动画传统动画 什么是动画？什么是动画？世界著名的动画大师世界著名的动画大师John Halas曾经说过：曾经说过：“动画的本质在于运动动画的本质在于运动”动画是指将一系列静止、独立而又存在确定内动画是指将一系列静止、独立而又存在确定内在联系的画面（在联系的画面（Frame）

13、连续拍摄到电影胶）连续拍摄到电影胶片上再以确定的速度（一般不低于片上再以确定的速度（一般不低于24帧帧/秒）秒）放映来获得画面上人物运动的视觉效果。放映来获得画面上人物运动的视觉效果。动画就是动态的产生一系列景物画面的技术，动画就是动态的产生一系列景物画面的技术，其中当前画面是对前一幅画面某些部分作的其中当前画面是对前一幅画面某些部分作的修改修改1616 随着计算机动画技术的发展，尤其是以实随着计算机动画技术的发展，尤其是以实时动画为基础的时动画为基础的Vidio game的出现，动画的出现，动画不只是产生运动的效果不只是产生运动的效果,还包括变形、变色、还包括变形、变色、变光等。变光等。17

14、17每秒每秒每秒每秒24-3024-3024-3024-30帧，帧，帧，帧，18181818帧帧帧帧1.1.1.1.创意（描述故事：故事梗概、脚本、故事版）创意（描述故事：故事梗概、脚本、故事版）创意（描述故事：故事梗概、脚本、故事版）创意（描述故事：故事梗概、脚本、故事版）制作动画的传统方法梗概脚本 故事版 序列 场景1镜头n镜头1镜头1镜头m场景2传统动画主要是生产传统动画主要是生产二维卡通动画片二维卡通动画片 1818制作动画的传统方法2.2.设计：具体场景及演员动作、音乐、布景，背景图，设计：具体场景及演员动作、音乐、布景，背景图，设计：具体场景及演员动作、音乐、布景，背景图，设计：具

15、体场景及演员动作、音乐、布景，背景图，3.3.音轨音轨音轨音轨:动画制作前录音，对话，音乐与动作保持同步动画制作前录音，对话，音乐与动作保持同步动画制作前录音，对话，音乐与动作保持同步动画制作前录音，对话，音乐与动作保持同步4.4.动画制作动画制作动画制作动画制作5.5.中间帧中间帧中间帧中间帧6.6.静电复制和墨水加描：草图转移到醋酸纤维胶片上静电复制和墨水加描：草图转移到醋酸纤维胶片上静电复制和墨水加描：草图转移到醋酸纤维胶片上静电复制和墨水加描：草图转移到醋酸纤维胶片上7.7.绘制（渲染），着色绘制（渲染），着色绘制（渲染），着色绘制（渲染），着色8.8.检查检查检查检查9.9.拍摄拍摄

16、拍摄拍摄10.10.剪辑剪辑剪辑剪辑1919第9章 计算机动画 9.1 9.1 动画技术的起源、发展与应用动画技术的起源、发展与应用 9.2 9.2 传统动画传统动画 9.3 9.3 计算机动画计算机动画 9.4 9.4 计算机动画中常用技术简介计算机动画中常用技术简介 9.5 9.5 常用的动画软件常用的动画软件2020计算机在动画中所起的作用 早期：早期：主要表现在帧的制作上主要表现在帧的制作上关键帧通过数字化采集方式得到，或者用关键帧通过数字化采集方式得到，或者用交互式图形编辑器生成，对于困难的形体交互式图形编辑器生成，对于困难的形体还可以通过编程来生成还可以通过编程来生成插补帧不再由助

17、理动画师和插补员来完成，插补帧不再由助理动画师和插补员来完成，而是利用计算机进行自动完成插补帧的制而是利用计算机进行自动完成插补帧的制作，包括困难的运动也由计算机干脆完成。作，包括困难的运动也由计算机干脆完成。2121计算机在动画中所起的作用 随着三维造型技术和计算机动画技术的发展随着三维造型技术和计算机动画技术的发展随着三维造型技术和计算机动画技术的发展随着三维造型技术和计算机动画技术的发展 在着色方面，画面图像通过交互式计算机系统由用在着色方面，画面图像通过交互式计算机系统由用在着色方面，画面图像通过交互式计算机系统由用在着色方面，画面图像通过交互式计算机系统由用户选择颜色，指定着色区域，

18、并由计算机完成着色户选择颜色，指定着色区域，并由计算机完成着色户选择颜色，指定着色区域，并由计算机完成着色户选择颜色，指定着色区域，并由计算机完成着色工作工作工作工作在拍摄方面，用计算机限制摄像机的运动，也可用在拍摄方面，用计算机限制摄像机的运动，也可用在拍摄方面，用计算机限制摄像机的运动，也可用在拍摄方面，用计算机限制摄像机的运动，也可用编程的方法形成虚拟摄像机模拟摄像机的运动编程的方法形成虚拟摄像机模拟摄像机的运动编程的方法形成虚拟摄像机模拟摄像机的运动编程的方法形成虚拟摄像机模拟摄像机的运动在后期制作阶段，用计算机完成编辑和声音合成在后期制作阶段，用计算机完成编辑和声音合成在后期制作阶段

19、，用计算机完成编辑和声音合成在后期制作阶段，用计算机完成编辑和声音合成2222计算机动画系统的分类依据系统的功能分五级依据系统的功能分五级依据系统的功能分五级依据系统的功能分五级五级五级四级四级一级一级二级二级三级三级交互式造型、着色，相交互式造型、着色，相交互式造型、着色，相交互式造型、着色，相当于一个图形编辑器当于一个图形编辑器当于一个图形编辑器当于一个图形编辑器计算并生成插补帧，代计算并生成插补帧，代计算并生成插补帧，代计算并生成插补帧，代替插补员的工作替插补员的工作替插补员的工作替插补员的工作模拟虚拟摄像机操作模拟虚拟摄像机操作模拟虚拟摄像机操作模拟虚拟摄像机操作定义角色，动画形体定义

20、角色，动画形体定义角色，动画形体定义角色，动画形体具有学习实力，有待于具有学习实力，有待于具有学习实力，有待于具有学习实力，有待于人工智能技术的发展人工智能技术的发展人工智能技术的发展人工智能技术的发展 2323计算机协助二维动画1.设计脚本设计脚本设计脚本设计脚本 2.绘制关键画面绘制关键画面绘制关键画面绘制关键画面3.加层限制加层限制加层限制加层限制4.中间画面实时预演中间画面实时预演中间画面实时预演中间画面实时预演5.着色渲染着色渲染着色渲染着色渲染6.生成文件进行编辑生成文件进行编辑生成文件进行编辑生成文件进行编辑7.输出到录像带输出到录像带输出到录像带输出到录像带计算机协助制作动画的

21、系统与动画师的关系计算机协助制作动画的系统与动画师的关系就像文字处理机与文字作家的关系一样就像文字处理机与文字作家的关系一样2424计算机协助三维动画二维动画：二维动画：仍旧基于人的手在平面上绘制仍旧基于人的手在平面上绘制画面效果在很大程度上取决于人的绘画画面效果在很大程度上取决于人的绘画水平水平绘画过程只是在平面中表现，表现力受绘画过程只是在平面中表现，表现力受限限三维动画：三维动画：三维动画模拟一个真实的摄影舞台三维动画模拟一个真实的摄影舞台这个舞台上既包括拍摄的主体对象这个舞台上既包括拍摄的主体对象还包括灯光、背景、摄像机等还包括灯光、背景、摄像机等 2525计算机协助三维动画1.进行创

22、意，形成动画制作的脚本进行创意，形成动画制作的脚本进行创意，形成动画制作的脚本进行创意，形成动画制作的脚本 2.建立画面中各种物体的三维线框模型建立画面中各种物体的三维线框模型建立画面中各种物体的三维线框模型建立画面中各种物体的三维线框模型 3.确定并调整物体的颜色、材质、纹理等属性确定并调整物体的颜色、材质、纹理等属性确定并调整物体的颜色、材质、纹理等属性确定并调整物体的颜色、材质、纹理等属性 4.调整灯光，确定背景、环境调整灯光，确定背景、环境调整灯光，确定背景、环境调整灯光，确定背景、环境 5.模拟虚拟摄像机的运动，让目标运动起来模拟虚拟摄像机的运动，让目标运动起来模拟虚拟摄像机的运动，

23、让目标运动起来模拟虚拟摄像机的运动，让目标运动起来 6.对动画进行预演对动画进行预演对动画进行预演对动画进行预演 7.加工处理加工处理加工处理加工处理 8.将存储在计算机中的图像序列录制到录像带将存储在计算机中的图像序列录制到录像带将存储在计算机中的图像序列录制到录像带将存储在计算机中的图像序列录制到录像带 2626实时动画和逐帧动画逐帧动画：逐帧动画：制作一帧须要几分钟甚至更长的时间，制作一帧须要几分钟甚至更长的时间，这些帧录制好后，以每秒这些帧录制好后，以每秒24帧的速度放帧的速度放映映实时动画：实时动画：动画的生成是干脆的，用户可以用交互动画的生成是干脆的，用户可以用交互式的方式让画面中

24、的形体快速移动式的方式让画面中的形体快速移动用户现场选择的时刻就是实现的时刻，用户现场选择的时刻就是实现的时刻，结果干脆反映到计算机屏幕上结果干脆反映到计算机屏幕上 2727电影拍摄与电视拍摄基本原理相同，不同之处主要表现在：基本原理相同，不同之处主要表现在：n n存储介质不同存储介质不同存储介质不同存储介质不同 n n播放速度不同播放速度不同播放速度不同播放速度不同 电影电影n n每秒每秒每秒每秒2424帧帧帧帧电视：电视：n nPALPAL制：每秒制：每秒制：每秒制：每秒2525帧帧帧帧n nNTSCNTSC制：每秒制：每秒制：每秒制：每秒3030帧帧帧帧 2828特殊效果慢动作慢动作n

25、n高速拍摄、正常播放高速拍摄、正常播放高速拍摄、正常播放高速拍摄、正常播放快动作快动作n n低速拍摄、正常播放低速拍摄、正常播放低速拍摄、正常播放低速拍摄、正常播放2929运动序列中画面的切换运动序列中画面的切换干脆切换干脆切换推拉（推拉（zoom）摇移（摇移（pan）俯仰（俯仰（Tilt）淡入淡入/淡出淡出(fade in/fade out)特殊效果3030第9章 计算机动画 9.1 9.1 动画技术的起源、发展与应用动画技术的起源、发展与应用 9.2 9.2 传统动画传统动画 9.3 9.3 计算机动画计算机动画 9.4 9.4 计算机动画中常用技术简介计算机动画中常用技术简介 9.5 9

26、.5 常用的动画软件常用的动画软件3131主要的动画技术参数参数参数参数关键关键关键关键帧技术帧技术帧技术帧技术样条驱动技术样条驱动技术样条驱动技术样条驱动技术变形技术变形技术变形技术变形技术过程动画技术过程动画技术过程动画技术过程动画技术关节动画与人体动画技术关节动画与人体动画技术关节动画与人体动画技术关节动画与人体动画技术基于物理模型的动画技术基于物理模型的动画技术基于物理模型的动画技术基于物理模型的动画技术行为动画技术行为动画技术行为动画技术行为动画技术运动捕获技术运动捕获技术运动捕获技术运动捕获技术3232参数参数关键关键帧技术帧技术给出两幅关键帧，计算机生成中间画面给出两幅关键帧，计

27、算机生成中间画面适合刚体运动模拟适合刚体运动模拟早期早期仅仅用来插值帧与帧之间卡通画的形态仅仅用来插值帧与帧之间卡通画的形态后来后来对运动参数插值，实现对动画的运动限对运动参数插值，实现对动画的运动限制制3333参数参数关键关键帧技术帧技术l可归结为关键参数的插值问题可归结为关键参数的插值问题可归结为关键参数的插值问题可归结为关键参数的插值问题l位置、方向、大小位置、方向、大小位置、方向、大小位置、方向、大小l9 9个运动参数确定个运动参数确定个运动参数确定个运动参数确定l位置参数：位置参数：位置参数：位置参数：Tx,Ty,Tz,Tx,Ty,Tz,l方向参数：方向参数：方向参数：方向参数：Rx

28、,Ry,Rz,Rx,Ry,Rz,l比例参数：比例参数：比例参数：比例参数：Sx,Sy,SzSx,Sy,Sz3434参数参数关键关键帧技术帧技术与纯数学插值问题不同：与纯数学插值问题不同：与纯数学插值问题不同：与纯数学插值问题不同：一个特定的运动从空间轨迹来看可能是正确的一个特定的运动从空间轨迹来看可能是正确的一个特定的运动从空间轨迹来看可能是正确的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角度看，则可能是错误的但从运动学或动画设计角度看，则可能是错误的但从运动学或动画设计角度看，则可能是错误的但从运动学或动画设计角度看，则可能是错误的关键帧插值要求：关键帧插值要求：关键帧插值

29、要求：关键帧插值要求：能产生逼真的运动效果能产生逼真的运动效果能产生逼真的运动效果能产生逼真的运动效果用户能便利有效地限制运动的运动学特性用户能便利有效地限制运动的运动学特性用户能便利有效地限制运动的运动学特性用户能便利有效地限制运动的运动学特性例如，通过调整插值函数变更运动的速度和加速例如，通过调整插值函数变更运动的速度和加速例如，通过调整插值函数变更运动的速度和加速例如，通过调整插值函数变更运动的速度和加速度度度度3535匀速运动的模拟匀速运动的模拟 假定需在时间段假定需在时间段t1t1与与t2t2之间插入之间插入n(n=5)n(n=5)帧帧 终始关键帧之间的时间段被分为终始关键帧之间的时

30、间段被分为n+1n+1个子段个子段 其时间间隔为其时间间隔为:t=(t2 t1)/(n+1)则任一插值帧的时刻为则任一插值帧的时刻为:j=1,2,n 参数参数关键关键帧技术帧技术tt1t23636加速运动的模拟加速运动的模拟 为使帧间的时间间隔增加为使帧间的时间间隔增加 可运用下列三角加速函数来得到增加的间隔：可运用下列三角加速函数来得到增加的间隔：1-cos,0 /2 1-cos,0 /2 对于插值帧来说，第对于插值帧来说，第j j个插值帧的时刻可由下式得个插值帧的时刻可由下式得到到:j=1,2,n j=1,2,n参数参数关键关键帧技术帧技术1-coscost1t23737减速运动的模拟减速

31、运动的模拟 运用下列三角减速函数来得到削减的间隔：运用下列三角减速函数来得到削减的间隔：sin,0 /2,则第则第j个插值帧的时间位置被定义成：个插值帧的时间位置被定义成：j=1,2,n参数参数关键关键帧技术帧技术sint1t23838混合增减速度的模拟混合增减速度的模拟 先增加插值时间间间隔后削减时间间隔先增加插值时间间间隔后削减时间间隔所运用的时间变更函数是所运用的时间变更函数是:1/2(1 cos)1/2(1 cos)0 0 得到第得到第j j个插值帧的时刻为个插值帧的时刻为:j=j=1,2,n1,2,n参数参数关键关键帧技术帧技术(1-cos)/2cost1t23939参数参数关键关键

32、帧技术帧技术l关键帧动画存在的主要问题关键帧动画存在的主要问题关键帧动画存在的主要问题关键帧动画存在的主要问题 n n交互响应慢交互响应慢交互响应慢交互响应慢n n物体运动的物理正确性和自然真实性难以保证物体运动的物理正确性和自然真实性难以保证物体运动的物理正确性和自然真实性难以保证物体运动的物理正确性和自然真实性难以保证4040样条驱动技术样条驱动技术n n基于运动学描述基于运动学描述基于运动学描述基于运动学描述n n用户事先指定一条物体运动的轨迹用户事先指定一条物体运动的轨迹用户事先指定一条物体运动的轨迹用户事先指定一条物体运动的轨迹l l通常用三次参数样条表示通常用三次参数样条表示通常用

33、三次参数样条表示通常用三次参数样条表示n n指定物体沿该轨迹运动指定物体沿该轨迹运动指定物体沿该轨迹运动指定物体沿该轨迹运动 n n也称也称也称也称运动轨迹法运动轨迹法运动轨迹法运动轨迹法l所要解决的基本问题所要解决的基本问题所要解决的基本问题所要解决的基本问题n n通过对样条曲线等间隔采样通过对样条曲线等间隔采样通过对样条曲线等间隔采样通过对样条曲线等间隔采样n n求出物体在某一帧的位置求出物体在某一帧的位置求出物体在某一帧的位置求出物体在某一帧的位置n n从而生成整个动画序列从而生成整个动画序列从而生成整个动画序列从而生成整个动画序列 4141样条驱动技术样条驱动技术假如干脆对参数空间进行

34、等间隔采样，势假如干脆对参数空间进行等间隔采样，势必带来运动的不匀整性必带来运动的不匀整性匀速运动时，须要对样条进行弧长参数化匀速运动时，须要对样条进行弧长参数化4242样条驱动技术样条驱动技术为解决插值的时间限制问题为解决插值的时间限制问题Steketee提出用双插值方法提出用双插值方法位置样条位置样条空间轨迹曲线空间轨迹曲线 物体位置对关键帧的函数物体位置对关键帧的函数运动样条运动样条速度曲线速度曲线 关键帧对时间的函数关键帧对时间的函数4343变形技术变形技术柔性物体（柔性物体（soft object）动画技术）动画技术很多商用动画软件都供应变形工具很多商用动画软件都供应变形工具Soft

35、image、Alias、Maya、3DS MAX 4444变形技术变形技术lMorphingMorphing技术技术技术技术l指将一个给定的数字图像或者几何形态指将一个给定的数字图像或者几何形态指将一个给定的数字图像或者几何形态指将一个给定的数字图像或者几何形态S S以一种以一种以一种以一种自然流畅的、光滑连续的方式渐变为另一个数字自然流畅的、光滑连续的方式渐变为另一个数字自然流畅的、光滑连续的方式渐变为另一个数字自然流畅的、光滑连续的方式渐变为另一个数字图像或者几何形态图像或者几何形态图像或者几何形态图像或者几何形态T T。4545变形技术变形技术基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：移动

36、顶点，通过顶点变更，达到变形移动顶点，通过顶点变更，达到变形移动顶点，通过顶点变更，达到变形移动顶点，通过顶点变更，达到变形给出物体形变的几个状态给出物体形变的几个状态给出物体形变的几个状态给出物体形变的几个状态如两个物体或两幅画面之间如两个物体或两幅画面之间如两个物体或两幅画面之间如两个物体或两幅画面之间特征的对应关系以及相应的时间限制关系特征的对应关系以及相应的时间限制关系特征的对应关系以及相应的时间限制关系特征的对应关系以及相应的时间限制关系物体沿给定的插值路径进行线性或非线性的形变物体沿给定的插值路径进行线性或非线性的形变物体沿给定的插值路径进行线性或非线性的形变物体沿给定的插值路径进

37、行线性或非线性的形变基于物体表示的变形技术基于物体表示的变形技术基于物体表示的变形技术基于物体表示的变形技术适用于物体拓扑结构不发生变更的变形操作适用于物体拓扑结构不发生变更的变形操作适用于物体拓扑结构不发生变更的变形操作适用于物体拓扑结构不发生变更的变形操作4646变形技术变形技术l自由变形技术（自由变形技术（自由变形技术（自由变形技术（FFDFFD）lFree Form DeformationFree Form DeformationlSederbergSederberg和和和和ParryParryl19861986年提出年提出年提出年提出l基本思想基本思想基本思想基本思想l不对物体干脆进

38、行变形不对物体干脆进行变形不对物体干脆进行变形不对物体干脆进行变形l而是对物体所嵌入的空间进行变形而是对物体所嵌入的空间进行变形而是对物体所嵌入的空间进行变形而是对物体所嵌入的空间进行变形l引入一种基于三变量引入一种基于三变量引入一种基于三变量引入一种基于三变量B B样条体的变形工具样条体的变形工具样条体的变形工具样条体的变形工具latticelattice4747变形技术变形技术优点：优点：最好用，适用面最广最好用，适用面最广间接的与物体表示无关的变形方法间接的与物体表示无关的变形方法物体的变形是随意的，可由动画师随意限物体的变形是随意的，可由动画师随意限制制对变形的可控性更强对变形的可控性

39、更强缺点：缺点：缺乏对变形的微小限制，如人脸表情缺乏对变形的微小限制，如人脸表情4848过程动画技术过程动画技术Procedural Animation或或Random Animation物体的运动和变形可由一个过程来限制物体的运动和变形可由一个过程来限制物体的变形不是随意的物体的变形不是随意的遵循确定的数学模型或物理规律遵循确定的数学模型或物理规律水波运动，三维森林、草叶随风飘动，火光、水波运动，三维森林、草叶随风飘动，火光、烟雾等特殊光效烟雾等特殊光效 4949关节动画与人体动画技术关节动画与人体动画技术n n运动学、动力学方法运动学、动力学方法运动学、动力学方法运动学、动力学方法n n用

40、球体作为基本体素来构造人体用球体作为基本体素来构造人体用球体作为基本体素来构造人体用球体作为基本体素来构造人体5050基于物理模型的动画技术基于物理模型的动画技术n n考虑了物体在真实世界中的属性考虑了物体在真实世界中的属性考虑了物体在真实世界中的属性考虑了物体在真实世界中的属性n n基于动力学原理来自动产生物体的运动基于动力学原理来自动产生物体的运动基于动力学原理来自动产生物体的运动基于动力学原理来自动产生物体的运动n n特殊适合于对自然物理现象的模拟特殊适合于对自然物理现象的模拟特殊适合于对自然物理现象的模拟特殊适合于对自然物理现象的模拟n n如刚体运动模拟、塑性物体变形运动以及流体如刚体

41、运动模拟、塑性物体变形运动以及流体如刚体运动模拟、塑性物体变形运动以及流体如刚体运动模拟、塑性物体变形运动以及流体运动模拟等运动模拟等运动模拟等运动模拟等5151行为动画行为动画n nBehavioral AnimationBehavioral Animationn n要求实时性、要求实时性、要求实时性、要求实时性、VRVR处于初级阶段，文章少处于初级阶段，文章少5252运动捕获技术运动捕获技术lMotion CaptureMotion Capturel运动捕获的过程：运动捕获的过程：运动捕获的过程：运动捕获的过程：n n真实演员按导演的要求做动作真实演员按导演的要求做动作n n动作被转换为数

42、字信息，通过感应器记录到计算机中动作被转换为数字信息，通过感应器记录到计算机中n n计算机搜集这些数据后将信息传递到工作室，然后结计算机搜集这些数据后将信息传递到工作室，然后结果被果被3D3D化，在计算机中以线条形式表现出来，形成电化，在计算机中以线条形式表现出来，形成电影中角色的基础影中角色的基础n n增加皮肤和外壳之后，那些线条就成为了虚拟角色增加皮肤和外壳之后，那些线条就成为了虚拟角色5353运动捕获技术运动捕获技术好莱坞的好莱坞的好莱坞的好莱坞的CGCG人体动作一般都会接受人体动作一般都会接受人体动作一般都会接受人体动作一般都会接受昂贵的动作捕获系统录制完成昂贵的动作捕获系统录制完成昂

43、贵的动作捕获系统录制完成昂贵的动作捕获系统录制完成 19981998年获奥斯卡视觉效果成就奖的年获奥斯卡视觉效果成就奖的年获奥斯卡视觉效果成就奖的年获奥斯卡视觉效果成就奖的泰坦尼克泰坦尼克泰坦尼克泰坦尼克沉船时乘客落水的镜头沉船时乘客落水的镜头沉船时乘客落水的镜头沉船时乘客落水的镜头全三维全三维全三维全三维CGCG影片最终幻想影片最终幻想影片最终幻想影片最终幻想人类面部表情人类面部表情人类面部表情人类面部表情 5454运动捕获技术运动捕获技术应用：应用：电影特效电影特效医学康复动作分析医学康复动作分析运动员的动作训练运动员的动作训练商业广告商业广告电子游戏消遣事业电子游戏消遣事业5555第9章

44、计算机动画 9.1 9.1 动画技术的起源、发展与应用动画技术的起源、发展与应用 9.2 9.2 传统动画传统动画 9.3 9.3 计算机动画计算机动画 9.4 9.4 计算机动画中常用技术简介计算机动画中常用技术简介 9.5 9.5 常用的动画软件常用的动画软件5656微机上的二维动画软件lMacromedia公司出品的Flash l接受流式播放技术l被广泛用于制作网页动画 lAnimator StudiolFirework等5757常用的三维动画软件l3D Studio与3DS MAXn n美国美国AutodeskAutodesk公司公司 (a)在3DS Max中赋材质加灯光渲染后的建筑图

45、(b)在Photoshop中加完配景后的建筑图5858常用的三维动画软件lSoftimage 3D n nMicrosoftMicrosoft收购加拿大收购加拿大SoftimageSoftimage后，将工作站上后，将工作站上的的SoftimageSoftimage移植到了移植到了Windows NTWindows NT下下5959常用的三维动画软件Maya 3D Maya 3D 美国的美国的美国的美国的WavefrontWavefront公司兼并法国的公司兼并法国的公司兼并法国的公司兼并法国的TDITDI公司，美公司，美公司，美公司，美国的国的国的国的SGISGI公司兼并加拿大的公司兼并加拿

46、大的公司兼并加拿大的公司兼并加拿大的AliasAlias公司，其后是公司，其后是公司，其后是公司，其后是AliasAlias兼并兼并兼并兼并WavefrontWavefront改名成为改名成为改名成为改名成为SGISGI属下的加拿大属下的加拿大属下的加拿大属下的加拿大Alias/WavefrontAlias/Wavefront公司公司公司公司 19981998年推出超强级三维动画软件年推出超强级三维动画软件年推出超强级三维动画软件年推出超强级三维动画软件Maya Maya 优点：优点：优点：优点：交互便利交互便利交互便利交互便利图形绘制效率高图形绘制效率高图形绘制效率高图形绘制效率高引进了很多

47、新的动画工具，如引进了很多新的动画工具，如引进了很多新的动画工具，如引进了很多新的动画工具，如FFDFFD技术等技术等技术等技术等 强大的粒子系统强大的粒子系统强大的粒子系统强大的粒子系统 其发展大有超过其发展大有超过其发展大有超过其发展大有超过Softimage 3DSoftimage 3D之势之势之势之势 6060常用的三维动画软件 LIGHTWAVE 3D 价格低廉，品质精彩全球唯一支持大多数工作平台的3D系统在Intel(Windows NT/95/98)、SGI、Sun MicroSystem、PowerMac、DEC Alpha等各种平台上都有一样的操作界面影视制作的首选软件运用比例大大高于其它软件连Softimage 3D也甘拜下风6161动画的后期处理动画的后期处理动画的后期处理影视片段剪辑与绝技处理影视片段剪辑与绝技处理包括合成、图像包括合成、图像Morphing、特殊光效等、特殊光效等软件主要有：软件主要有：Discreet Logic公司的公司的FlintSoftimage公司的公司的EddieAlias公司的公司的ComposerAdobe公司的公司的After Effects、Premier 6262作业(1)P311,题2(2)P311,题46363