计算机动画的发展
动画技术的发展和应用前景
动画技术的发展和应用前景近年来，随着技术的不断进步和人们消费观念的改变，动画已经不仅仅是一个娱乐产业，而是成为了一个稳定的文化和商业产业。
而在这个产业里，动画技术又成为了一个重要的核心竞争力，它不仅能够影响动画的视听效果和体验，更能够推动整个行业的改变和发展。
一、动画技术的发展历程从18世纪初，法国电影制片人让·乔尔姆·梅利斯融合了视觉特效和摄影来制作魔术电影，到现在一系列数字化技术的诞生，动画技术已经历经了一个漫长而又迅猛的发展历程。
到19世纪末，开始出现在带有动画元素的拍摄片段，在20世纪，科学技术的不断进步，开始催生大批用机械、光学等技术制作的短片和长片动画，如《灰姑娘》和《白雪公主和七个小矮人》等经典动画电影。
20世纪70年代以后，随着计算机技术的快速发展，动画技术开始进入了数字时代，出现了第一个计算机动画电影<星际迷航>。
随后，Pixar公司陆续推出一系列计算机生成的动画作品，如《玩具总动员》和《瓢虫女孩》等。
其中，Pixar公司的第一部全数字化电影《玩具总动员》的上映，标志着全球数字动画产业的起步。
二、动画技术的应用前景作为一种艺术形式，动画技术的发展，有助于为观众营造身临其境的画面效果，并提高作品的观赏体验和传播效力。
因此，在当代的文化和商业市场，动画技术已经成为了不可或缺的工具，广泛应用于电影、电视剧、游戏、广告等多种领域，深受人们的青睐。
首先，电影是动画技术的重要应用之一，是全球动画产业的主要领域之一。
无论是好莱坞大片还是世界各地的动画电影，都在不断使用最先进的技术来推动电影的制作和视觉效果的提升。
通过动画技术带来的视觉效果，电影能够吸引观众到电影院，为电影制造出更好的销售局面。
如迪士尼的《狮子王》、皮克斯的《海底总动员》、漫威电影宇宙的全系列电影、新海诚的《你的名字》等众多动画电影深受全球观众喜爱。
其次，在游戏领域，动画技术的应用也非常广泛，游戏与动画的结合是一个十分有前途的发展方向。
第六章_计算机动画
左图显示一个被贴了标示物（白色小球）的演员在 场地中跑步，右图是Vicon370系统所采用的特殊红 外照相机，只捕捉白色标示物。
3、二维动画软件
Animator Studio Flash Ulead Gif Animator
Animation Stand二维卡通软件
Animation Stand是一个流行的非常二维卡通 软件，全球最大卡通动画公司如沃尔特、华纳 兄弟、迪斯尼和Nckelodeon，皆曾采用 Animation Stand作为二维卡通动画软件，用 于生产最原本的图样、独创的和完全动画化的 系列片，为娱乐业的商业应用。
2、二维动画的制作过程
(1) 制作声音对白和背景音乐 (2) 制作关键画面 (3) 绘制动画画面 (4) 复制到胶片上 (5) 上色 (6) 核实检查动画画稿 (7) 拍摄电影胶片 (8) 后期制作
三维动画的制作过程
在动画技术当中，最有魅力并应用最广的当然是三 维动画。因为我们的世界是立体的，只有三维才让 我们感到更真实。二维动画可以看成三维动画的一 个分支，它的制作难度及对电脑性能的要求都远远 低于三维动画。 三维动画之所以被称作计算机生成动画，是因为参 加动画的对象不是简单地由外部输入的，而是根据 三维数据在计算机内部生成的，运动轨迹和动作的 设计也是在三维空间中考虑的。 计算机3D动画的制作过程主要有建模、编辑质材、 贴图、灯光、动画编辑和渲染几个步骤。
动画原理
● 早期的动画 ● 视觉效果
观看动画的机器1906
教学进程
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。 基本原理与电影、电视一样，都是视觉原理。医学已证 明，人类具有“视觉暂留”的特性，就是说人的眼睛看到 一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失。利用这一 原理，在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给 人造成一种流畅的视觉变化效果。 电影采用了每秒24幅画面的速度拍摄播放，电视采用了 每秒25幅（PAL制）或30幅（NSTC制）画面的速度拍摄 播放。如果以每秒低于24幅画面的速度拍摄播放，就会 出现停顿现象。
电脑动画发展历程简述
电脑动画发展历程简述
电脑动画发展历程可以追溯到20世纪60年代。
当时，科技和计算机的发展为电脑动画的出现提供了基础。
通过使用计算机生成的图形和动画，人们能够创造出更加逼真和令人惊叹的效果。
在20世纪60年代和70年代，许多研究人员和艺术家开始探
索使用计算机生成图形来创建动画。
然而，由于当时计算机处理能力有限，生成的图形和动画相对简单，且需要耗费大量的时间和精力。
随着计算机处理速度的提高和图形技术的发展，80年代是电
脑动画的重要阶段。
可以通过计算机生成比较复杂的图形和动画，例如《星战》和《特技飞车》等电影中所使用的特效。
这种技术的突破使得电影制作变得更加创新和多样化。
到了90年代，计算机图形和动画技术得到了进一步的改进和
应用。
计算机生成的图形变得更加真实、细致和合理。
《玩具总动员》等电影成功地利用了计算机动画技术来创造出逼真和生动的角色形象。
随着21世纪的到来，电脑动画继续创新和发展。
计算机技术
的快速进步使得图形和动画的创作变得更加高效和便捷。
此外，虚拟现实和增强现实技术的出现，使得人们能够更好地融入电脑动画的世界，增加了观众的互动性和参与感。
总的来说，电脑动画的发展历程经历了从简单到复杂，从低分
辨率到高分辨率的过程。
通过持续的技术革新和创新实践，电脑动画已经成为电影、电视、游戏和虚拟现实等领域的重要组成部分，为人们带来了更加丰富多样的视觉体验。
电脑动画发展史
为动画插上翅膀——电脑动画发展史电脑动画是计算机图形学和艺术相结合的产物,它给人们提供了一个充分展示个人想像力和艺术才能的新天地。
目前, 电脑动画已经广泛应用于影视特技、商业广告、游戏、计算机辅助教育等领域。
美国是最早发展电脑动画的地方，在上个世纪七十年代末便利用电脑模拟人物活动。
1982年，迪斯尼（Disney）推出第一套电脑动画的电影—Tron（中文片译《电脑争霸》）。
传统的动画是由画师先在画纸上手绘真人的动作，然后再复制于卡通人物之上。
直至20世纪70年代后期，电脑技术发展迅速的纽约技术学院的电脑绘图实验室导师丽蓓卡亚·伦女士将录像带上的舞蹈员影家投射在电脑显示器上，然后利用电脑绘图记录影像的动作，然后描摹轮廓。
1982年左右，美国麻省理工学院及纽约技术学院同时利用光学追踪技术记录人体动作:演员身体的各部份都被安上发光物体，在指定的拍摄范围内移动，同时有数部摄影机拍摄其动作，然后经电脑系统分析光点的运动，再产生立体的活动影像。
世界电影史上花费最大、最成功的电影之一—《泰坦尼克号》的成功很大程度上得益于它对电脑动画的大量应用。
世界著名的数字工作室Digital Domain公司用了一年半的时间，动用了300多台SGI超级工作站，并派出50多个特技师一天24小时轮流地制作《泰坦尼克号》中的电脑特技。
1983年，麻省理工的Ginsberg和Maxwell发展了一套系统（Graphica Marionette），利用计算机语言控制卡通的动作。
但受到当时计算机硬件速度的限制，一个简单的电脑动画往往需要花费很长的时间。
随着计算机硬件及动画软件的迅速发展，以及越来越多的研究机构及商业机构加入到电脑动画领域，电脑动画的制作水平也随之日新月异。
动画日益形成一个重要的产业，在美国、日本、英国和荷兰这些动画片的制作强国，动画产业在国民生产总值中占有非常重要的地位，日本的动画产业更是国民经济六大支柱产业之一。
十五讲计算机动画技术简介ppt课件
putimage(x,y,*bitmap,op)：将内存区域的图形 重新送回屏幕
多重屏幕页
• 使用多重屏幕存储页是另一种产生快速动画效果 的技术，其基本思想是预先建立多个全屏幕图像 并将每幅图像存入单独的页缓冲区中，然后程序 将这些图形页以适当的顺序依次显示以产生动画。 图像可以占满整个图形页并且预先生成图像的时 间不受限制，这种方法对于复杂的、全投影的三 维实体模型最适用。
• 80年代：人们的主要任务是优化70年代出现的模型和阴影等 技术，随之产生了像物分级动画与逆向运动技术，人物动画与 嘴唇同步技术，气泡表面模型技术等新型技术，使得模型更加 真实。
• 90年代中期：计算机动画逐步走向成熟，动力学仿真技术、 三维仿真演员系统也逐步投入日常生产实践，值得一提的是像 玩具总动员、美女与野兽这样的电影不仅给观众以震撼，同时 也促进了计算机动画行业的进一步发展。
分）。剧本是动作的轮廓，它将动画序列定义为一组要发生的基本事件。 根据要生成的动画种类，剧本可能包含一组粗略的草图或运动的一系列 基本思路。 (2) 预处理：扫描外部图像，输入外部资料。 (3) 场景造型（对象定义）：为每一个动作给出对象定义，对象利用如多边 形或者样条曲线这样的基本形体进行定义。 (4) 设定材质和光源。 (5) 设置动画（关键帧描述）：关键帧是在动画序列中特定时刻的一个场 景的具体图示。在每一个关键帧中，每个对象的位置依赖于该帧所处的 时刻。选择其中的某些关键帧作为行动的极端位置，剩下的关键帧则以 短的时间间隔安排位置。 (6) 运动图像的绘制（插值帧的生成）：插值帧是关键帧之间过渡的帧， 其数目取决于显示动画的介质。比如电影胶片要求24帧/秒，而图形显 示器则按3060帧/秒刷新。通常，运动的时间间隔设定为每一对关键 帧之间有35个插值帧，主要依赖于动画速度。现在生成一般动画的许 多功能都是由计算机自动完成。 (7) 动画播放。 (8) 后处理，根据动画的播放效果进行一些细节上的调整及完善。 (9) 动画的录制。 (10• 动画播放 ：是一种简单的动画实现技术。 其方法是：先确定动画对象的起始和结 束坐标，然后再从对象开始状态逐步演 变成最终状态的过程中，进行计算，并 显示中间帧图形。
三维动画发展现状
三维动画发展现状
三维动画是指使用计算机技术创造出逼真且具有立体感的动画作品。
随着计算机技术的不断发展，三维动画在过去几十年间取得了显著进展。
首先，三维动画在电影、电视和游戏产业中得到了广泛应用。
通过使用三维建模、动画渲染和特效技术，制作人员能够创造出栩栩如生的角色、场景和特效。
这使得电影和游戏能够呈现出更加逼真和震撼的视觉效果，吸引了大量的观众和玩家。
其次，三维动画也在教育和培训领域得到了广泛应用。
通过三维动画，教师和培训师可以向学生和员工展示复杂的概念和过程，并使其更易于理解和消化。
例如，三维动画可以用来演示分子结构、地理地貌或机械工程原理，为学习者提供更直观和生动的学习体验。
此外，随着虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的迅速发展，三维动画也被广泛应用于这些领域。
通过将三维动画与VR和AR技术相结合，用户可以沉浸在逼真的虚拟环境中，并与虚拟对象进行交互。
这为各种领域的用户提供了全新的体验和应用场景，如虚拟旅游、产品展示和培训模拟。
最后，三维动画在建筑和设计领域也发挥了重要作用。
建筑师和设计师可以使用三维动画来可视化和展示他们的设计概念。
通过创建逼真的三维场景和演示动态效果，这些专业人员可以更好地与客户沟通，并使其更好地理解设计方案。
总之，三维动画在各个领域的应用不断扩大和深化。
随着计算机技术和硬件设备的不断进步，我们可以期待三维动画在未来会有更加广阔的发展前景。
计算机动画
Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7 Frame8
●
传统动画
● 传统动画是怎样制成的
1) 制作声音对白和背景音乐 2) 根据声音计算动画格数 3) 设计人员绘制动画关键画面 4) 绘制人员描画关键画面之间的插画 5) 把纸上的动画轮廓复制到赛珞璐片上 6) 上色人员为赛珞璐片上色
创意技巧 创意不会凭空而来，需要各方面知识的积累。 技巧：
拟人 反向 夸张
判断标准：
创意独特、立意新颖 主题突出、构思完整 情节合理、定位准确
二、动作的设计与创意
1.动画时间分配的技巧
动画的时间：动作需要多少帧完成（放映速度固定）
飘动的旗帜：6帧 雪花：3种，两秒 急速跑步：4帧 快跑动作：8帧 慢跑：12帧 大象：1-1.5秒 猫：0.5 秒 老鹰：9帧 小麻雀：2帧
电影中动画的播放速度是24帧/秒，画面
中的情景是连续和流畅的。但仔细观看电影 胶片会发现画面并不连续。只有以一定的速 率把胶片投影到银幕上才有运动的效果，这 种现象可由视觉滞留原理来解释，即人眼所
看到的影像会在视网膜上滞留十分之一秒。
这是动画制作的主要理论基础。
计算机动画 按动画制作原理分为二维和三维动画： 二维动画(计算机辅助动画)：用来实现中间帧生成， 即根据两个关键帧生成所需的中间帧(插补技术)。从功能 上看，属于第二等级。 三维动画(计算机生成动画)：是采用计算机技术来模 拟真实的三维空间，从功能上看，属于第三、四等级。 计算机动画真正具有生命力是由于三维动画的出现， 它与二维动画相比有一定的真实性，同时与真实物体相比 又具有虚拟性，二者构成了三维动画所特有的性质，即虚 拟真实性。
3D动漫历史
3D动漫历史电脑动画是计算机图形学和艺术相结合的产物,它给人们提供了一个充分展示个人想像力和艺术才能的新天地。
目前, 电脑动画已经广泛应用于影视特技、商业广告、游戏、计算机辅助教育等领域。
美国是最早发展电脑动画的地方，在上个世纪七十年代末便利用电脑模拟人物活动。
1982年，迪斯尼（Disney）推出第一套电脑动画的电影—Tron（中文片译《电脑争霸》）。
传统的动画是由画师先在画纸上手绘真人的动作，然后再复制于卡通人物之上。
直至20世纪70年代后期，电脑技术发展迅速的纽约技术学院的电脑绘图实验室导师丽蓓卡亚·伦女士将录像带上的舞蹈员影家投射在电脑显示器上，然后利用电脑绘图记录影像的动作，然后描摹轮廓。
1982年左右，美国麻省理工学院及纽约技术学院同时利用光学追踪技术记录人体动作:演员身体的各部份都被安上发光物体，在指定的拍摄范围内移动，同时有数部摄影机拍摄其动作，然后经电脑系统分析光点的运动，再产生立体的活动影像。
世界电影史上花费最大、最成功的电影之一—《泰坦尼克号》的成功很大程度上得益于它对电脑动画的大量应用。
世界著名的数字工作室Digital Domain公司用了一年半的时间，动用了300多台SGI超级工作站，并派出50多个特技师一天24小时轮流地制作《泰坦尼克号》中的电脑特技。
1983年，麻省理工的Ginsberg和Maxwell发展了一套系统（Graphica Marionette），利用计算机语言控制卡通的动作。
但受到当时计算机硬件速度的限制，一个简单的电脑动画往往需要花费很长的时间。
随着计算机硬件及动画软件的迅速发展，以及越来越多的研究机构及商业机构加入到电脑动画领域，电脑动画的制作水平也随之日新月异。
动画日益形成一个重要的产业，在美国、日本、英国和荷兰这些动画片的制作强国，动画产业在国民生产总值中占有非常重要的地位，日本的动画产业更是国民经济六大支柱产业之一。
技术的真相我国的52集动画连续剧《西游记》绘制了100万张原画、近2万张背景，共耗纸30吨、耗时整整5年。
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4计算机动画的发展
目前我们计算机动画定义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。
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。
计算机的动画效果相对于手工绘制的动画有着十分明显的优越行，相比手工动画，它具有简便，易保存，准确等特点，加之运用计算机可以对图片进行粘贴，复制，放大缩小以及对关键帧进行中间帧计算，这些使得动画的制作周期大大缩短，加之其强大的模拟现实功能，就能制作出极其逼真的画面了，从而令人感到真实。
计算机动画的起源是由动画发展起来的，1831年，法国人J.A.Plateau发明了传统动画。
1909年，美国W.McCay制作了世界第一部卡通动画片《恐龙专家格尔梯》，此片虽然时间很短，但McCay却用了大约一万幅画面。
1915年，美国人Eerl Hurd创造了新的动画制作工艺，他先在塑料胶片上画动画片，然后再把画在塑料胶片上的一幅幅图片拍摄成动画电影，多少年来，这种动画制作工艺一直被沿用着。
在此期间，美国卡通系列动画片以由P.Sullivan制作的《小猫菲利斯》最为著名。
从1928年开始，世人皆知的Walt Disney逐渐把动画影片推向巅峰。
他在完善动画体系和制作工艺的同时，把动画片的制作与商业价值联系了起来，被人们誉为“商业动画之父”。
1928年制作的第一部具有同步音响效果的影片《唐老鸭》。
计算机动画发展大概分为三个阶段。
计算机动画的研究始于20世纪60年代初。
60年代美国的bell实验室和一些研究机构开始研究用计算机实践动画片中间画面的制作和上色。
这些早期计算机动画系统基本上是二维辅助动画系统(Computer Assisted Animation)，也称为二维动画。
1963年美国贝尔实验室语言编写了一个称为BEFLIX的二维动画制作系统，这个软件系统在计算机辅助制作动画的发展历程上具有里程碑的意义。
二维动画是指平面上的画面。
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空三维空间效果
目前常用的二维软件有：
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
第二阶段是从20世纪70-80年代中期，计算机图形、图像技术的软、硬件都取得了显著的发展，使计算机动画技术日趋成熟，三维辅助动画系统也开始研制并投入使用。
三维动画也称为计算机生产动画（Computer Generated Animation），其动画的对象不是简单得由外部输入，而是根据三维数据在计算机内部生成的。
1982年迪士尼推出第一部电脑动画的电影，就是Tron，使计算机动画称为计算机应用的新领域。
1982-1983年之间，麻省理工学院及纽约技术学院同时利用光学追踪技术记录人体动作；演员穿戴发光物体于身体各部分，在制定拍摄范围内移动，同时有数部摄影机拍摄其动作，然后经电脑系统分析光点的运动再产生立体活动影像。
第三阶段是从1985年到目前为止的飞速发展时期，是计算机辅助制作三维动画的实用化和向更高层次发展的阶段。
在这个阶段中，首先是由美国的犹他大学开发出世界上第一个完整的且具有使用意义的三维动画片。
在随后的十年内，计算机辅助三维动画的制作技术有了质的变化，已经综合集成了现代数学、控制论、图形图像学、人工智能、计算机软件和艺术的最新成果。
以致有人说：“如果想了解信息技术的发展成就，就请看计算机三维动画制作的最新作品”。
二十世纪90年代，计算机动画在好莱坞掀起了一场电影技术的风暴。
1996年，《玩具总动员》，它完全用计算机动画制作，一3000万美元的投资换来了破纪录的3.5一美元的票房收人，还获得了奥斯卡最佳影片奖的提名，虽未得奖但它给电影制作开辟了全新的道路。
目前常用的三维维软件有：
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。
计算机动画发展到今天，无论在理论上还是在应用上都已取得了巨大的成功，但离人们的期望还有一定的距离，采用计算机动画模拟许多自然界的现象还有困难……
从最近几年发表的论文和取得的成果看，个人认为下面几个研究方向值得我们注意：
1．复杂拓扑曲面的造型和动画研究
动画追求的新奇性和创新性推动了这一方向的发展。
物体的造型与动画通常有密切的联系，造型的某些新方法往往同时提供了新的动画控制方法。
由于NURBS曲面在表示复杂拓扑物体方面存在着许多困难，由Catmull和Clark提出的根据任意拓扑控制网格生成B样条曲面的细分曲面方法近几年来在计算机动画中越来越受到人们的重视，相关的论文不少。
在1998～2000年的siggraph 中，有近10篇与Catmull-Clark细分曲面有关的论文，其中Pixar公司的DeRose 等人把细分曲面引入到角色动画中，取得了非常好的效果。
在动画软件maya中，基于Catmull-Clark细分曲面的造型和动画已经成为其重要手段。
隐式曲面的造型和动画研究也令人关注。
2．运动捕获动画数据的处理
运动捕获技术在电影《泰坦尼克》中取得了非常大的成功，该片中乘客从船上落入水中的许多惊险镜头都是由动画特技来完成的。
实际上，运动捕获已成为
现代高科技电影不可缺少的工具。
运动捕获的动画数据包括关节运动数据和脸部表情动画数据。
怎样把运动捕获动画数据重用和重置目标值得进一步研究。
3．基于物理的动力学动画
影视特技要求虚拟的动作画面能以假乱真，基于物理的动力学动画能较好地满足这一要求。
这一方面的研究包括怎样建立更具普遍性的数学模型、怎样减少计算量和怎样有效控制动画过程等。