计算机动画技术基本原理与应用
计算机动画原理
计算机动画原理
计算机动画原理是利用计算机技术和数学算法来模拟和生成动态图像的技术。
它基于一系列静止图片（称为帧）的快速连续播放，通过每一帧之间微小的变化来创造出动画效果。
首先，计算机动画的基本原理是人眼的视觉暂留效应。
人眼在观看连续的快速帧图像时，会将这些静止图像视为连贯的动态画面。
这是因为当一个图像消失后，人眼的视觉留存能够持续一小段时间，直到下一个图像出现。
这个时间间隔足够短，使人眼无法察觉到图像之间的间断，从而产生了动画效果。
其次，计算机动画的原理还包括动画对象的建模和动作处理。
动画对象可以是物体、角色或其他元素，它们通过虚拟三维空间中的坐标和属性来进行建模。
这些模型可以是简单的几何图形，也可以是复杂的多边形网格。
动作处理则是对模型的位移、旋转、缩放等变换进行操作，以实现对象的运动和变化。
此外，计算机动画还涉及到插值和插帧技术。
插值是通过计算两个关键帧之间的中间帧，来平滑过渡对象的位置、颜色、形状等属性的方法。
插帧是在某些情况下，为了获得更加连贯的动画效果，插入额外的关键帧。
这些技术可以使动画效果更加自然、流畅。
最后，计算机动画的原理还涉及到渲染和光照技术。
渲染是将模型的表面属性（如纹理、颜色、光照等）计算为像素值的过程，以便在屏幕上显示。
通过光照技术，可以模拟真实世界中的光照条件，使动画对象产生阴影、反射和折射等效果，增强
了动画的真实感。
综上所述，计算机动画原理涉及到视觉暂留效应、动画对象建模和动作处理、插值和插帧技术、渲染和光照技术等多个方面，通过这些方法和技术的组合，可以创造出各种各样逼真、生动的动画效果。
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。
计算机动画技术
汇报人： 2024-01-09
目录
• 计算机动画技术概述 • 计算机动画制作流程 • 计算机动画技术原理 • 计算机动画软件与工具 • 计算机动画技术挑战与未来发
展 • 计算机动画技术案例分析
01
计算机动画技术概述
定义与特点
定义
计算机动画技术是一种利用计算 机生成连续动态图像的技术，通 过模拟物体运动轨迹和形态变化 ，生成具有真实感的动态画面。
动画制作
角色动画
根据故事情节，为角色添加动作和表情，使其生 动活泼。
镜头运动
设计镜头的运动轨迹，包括推拉、摇移和跟拍等 。
特效制作
根据需要，添加烟雾、火焰或水流等特效。
渲染与后期处理
渲染输出
通过渲染引擎，将三维场景渲染成二维图像。
后期合成
将渲染出的图像与音效、配乐等素材进行合成，形成完整的动画。
蒙皮技术则是将模型表面与骨骼系统绑定，通过骨骼的运动来影响模型表面的变形 。
骨骼动画与蒙皮技术适用于创建逼真的生物运动效果，如人物行走、奔跑和跳跃等 。
粒子系统与流体模拟
粒子系统是一种模拟大量微观 粒子的运动和相互作用的计算 机图形技术。
流体模拟则是模拟液体的流动 和变形，如水流、火焰和烟雾 等效果。
特点
计算机动画技术具有逼真度高、 制作周期短、成本低廉等优点， 广泛应用于电影、电视、游戏、 广告等领域。
计算机动画技术的应用领域
电影与电视
游戏开发
计算机动画技术在电影和电视制作中广泛 应用，用于制作特效、场景、角色等，提 升视觉效果。
计算机动画技术在游戏开发中用于创建逼 真的角色、场景和特效，提高游戏的可玩 性和沉浸感。
AI与机器学习在计算机动画中的应用
动画制作的基本原理
动画制作的基本原理一、什么是动画制作动画制作是一种通过将一系列静止的图像迅速播放来创造出运动效果的艺术形式。
动画可以以各种形式呈现，例如手绘动画、计算机动画、停格动画等。
在动画制作中，人们可以利用各种技术和工具，通过绘制、剪辑、渲染和合成等步骤将静态图像组合成连续的运动图像。
二、动画制作的基本原理二级标题1：关键帧动画关键帧动画是动画制作中的一种基本技术。
在关键帧动画中，用户需要指定一些重要的关键帧，系统会自动计算和填充中间的过渡帧。
通过这种方式，用户只需绘制一些关键帧，而不需要每一帧都绘制，可以大大提高制作效率。
关键帧动画可以应用于手绘动画、计算机动画等不同类型的动画制作。
二级标题2：帧间插值帧间插值是动画制作中的另一种重要技术。
在帧间插值中，系统会根据相邻的两帧之间的差异来生成中间的过渡帧。
这种技术使得动画更加流畅，减少了人为绘制的工作量。
帧间插值可以通过不同的插值算法实现，例如线性插值、贝塞尔曲线插值等。
通过调整插值算法的参数，可以实现不同的运动效果。
二级标题3：运动学原理在动画制作中，运动学原理起着重要的作用。
运动学原理研究物体在空间中的运动规律，通过运用这些规律可以使得动画更加真实和逼真。
例如，根据物体的质量和力的作用，可以模拟重力对物体的作用，使得物体在动画中具有重力的表现。
通过运用运动学原理，可以使得动画更加符合真实世界的物理规律。
二级标题4：色彩和光照色彩和光照是动画制作中需要考虑的重要因素。
通过合理运用色彩和光照效果，可以给动画带来更加生动和丰富的视觉效果。
例如，通过调整物体的颜色和明暗度可以使得物体在动画中具有不同的材质和质感。
通过添加光照效果，可以使得物体在动画中产生阴影和反射等现象，增强真实感。
三、动画制作的步骤二级标题1：故事板和脚本编写在动画制作前，需要先编写故事板和脚本。
故事板是一系列场景的草图，用于规划动画的整体结构。
脚本是对故事板进行详细描述的文字说明，包括情节、角色、对话等内容。
计算机动画
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。
而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。
计算机动画分：二维动画和三维动画。
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。
1.计算机动画的发展历史：随着计算机图形学的不断发展，计算机在动画制作过程中发挥的作用也越来越大，现今动画片的制作是很少能离开得计算机。
传统的动画采用连续画面技术，将一系列手工制作的单独画面拍摄在胶片上，以每秒24帧的速度播放，利用人的视觉暂留产生动作变化的效果，形成连续的动画。
计算机动画是借助计算机生成一系列动态实时演播的连续图像技术。
计算机动画的研究始于20世纪60年代初。
1963年美国A T&T Bell实验室制作了第一部计算机动画片。
在80年代之前，计算机动画主要集中于二维动画系统的研制，应用于教学演示和辅助传统的动画片制作。
三维动画的研究始于70年代初，当时开发了一些三维计算机动画系统。
直至80年代中后期，由于具有实时处理能力的超级图形工作站的出现，三维几何造型技术和真实感图形生成技术取得很大进展，促进了具有高度逼真效果的三维计算机动画技术迅速发展，并达到实用商品化地步。
到90年代初，计算机动画技术应用于电影特技取得了显著成就。
与此同时，为适应科学研究与复杂系统中的动态模拟、视觉模拟、机器人学和生物力学等领域的需求，基于物理的造型和动画的研究的开展，已成为计算机动画研究中的一个重要课题。
动画应用原理
动画应用原理动画应用原理是通过连续播放一系列静止的图像，使其呈现出一种连贯且具有动态效果的视觉表现。
这种视觉效果是利用人眼在短暂间隔内对快速变化图像的感知能力来实现的。
动画应用的基本原理是利用视觉暂留现象。
当连续的静态图像以一定的速度连续播放时，人眼会产生视觉暂留现象，即上一个图像在眼睛仍然保持对其印象时，下一个图像已经出现了。
这种连续的切换给观看者一种连贯的动态视觉感受。
动画应用通常通过两种方法来实现：帧动画和骨骼动画。
在帧动画中，每一帧都是一个静态图像，通过依次播放这些静态图像来实现动画效果。
帧动画最早是通过在胶片上绘制一系列图像帧，然后在专门的投影设备上播放。
现在随着技术的发展，帧动画已经从胶片转移到数字媒体上，可以通过计算机软件或应用程序来创建和播放。
骨骼动画则是在每一帧中只绘制角色的骨骼结构和关键节点，然后通过计算机算法来计算并绘制角色在各帧之间的过渡部分。
这种方式可以在绘制上更加节省成本并且可以实现更平滑的动画效果。
无论是帧动画还是骨骼动画，都需要通过计算机软件或硬件来实现。
在计算机中，动画可以使用基于时间轴(Timeline)的动画软件来制作和编辑。
通过在时间轴上设置关键帧(Keyframe)，控制对象的位置、形状、颜色等属性的变化，从而实现动画效果。
此外，动画应用还可以应用一些特效和过渡效果来增强动画的视觉魅力。
如补间动画(Tweening)可以实现物体的平移、旋转、缩放等运动效果；透明度渐变效果可以实现物体的淡入淡出效果等等。
总的来说，动画应用原理是基于视觉暂留现象，通过连续播放一系列静态图像或计算并绘制关键节点，使其在时间上呈现出连贯且具有动态效果的视觉表现。
《多媒体技术及应用》第7章 计算机动画制作技术
动画的类型
逐帧动画
►使用逐帧动画技术，可以为时间轴中的每个帧 指定不同的艺术作品，可创建与快速连续播放 的影片帧类似的效果。
►它最适合于图像在每一帧中都在变化而不仅是 在舞台上移动的复杂动画。
►在逐帧动画中，Flash会存储每个完整帧的值。 逐帧动画增加文件大小的速度比补间动画快得 多。
第29页
►空白关键帧本身是关键帧，但未包含任何对象，可作 为计划稍后添加的元件的占位符，或者显式将该帧保 留为空。
►属性关键帧是在补间范围中为补间目标对象显式定义 属性值的帧。Flash能补间，即自动填充属性关键帧之 间的属性值，以便生成流畅的动画。
►补间帧是作为补间动画的一部分的任何帧。 ►静态帧是不作为补间动画的一部分的任何帧。
Poser
►Metacreations公司推出的一款三维动物、人体造型和三维 人体动画制作软件。
►利用Poser进行角色创作的过程较简单，内置了丰富的模型。
Cool 3D
►Ulead公司出品的三维动画制作软件。 ►其拥有强大方便的图形和标题设计工具，丰富的动画特效，
整合的输出功能可以输出静态图像、动画、视频或Flash格 式。
绘
• “查看”区域包含在应用程序窗口内进行缩放和 平移的工具。
图
• “颜色”区域包含用于笔触颜色和填充颜色的功 能键。
工 具
• “选项”区域包含用于当前所选工具的功能键。 功能键影响工具的上色或编辑操作。
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Flash工作界面
时间轴
►Flash CS6的时间轴用于组织和控制一定时间内的图 层和帧中的文档内容。
第23页
Flash工作界面
“颜色”面板
►使用“颜色”面板可 以修改FLA的调色板 并更改笔触和填充的 颜色。
计算机的动画技术基本原理及应用
计算机的动画技术基本原理及应用1. 介绍动画是指通过连续播放一系列静态图像或物体的变化来产生视觉效果的技术。
计算机的动画技术可以在电影、电视、游戏、广告和虚拟现实等领域中应用，为用户带来更加生动和真实的视觉体验。
2. 动画的基本原理动画的显示实际上是连续播放静态图像的过程，计算机通过一系列图像的快速切换来产生动画效果。
动画的基本原理包括帧率、插值和渲染。
2.1 帧率帧率是指每秒播放的图像帧数。
常见的帧率有24FPS（电影标准帧率）、30FPS和60FPS。
帧率越高，动画的流畅度就越好。
计算机在播放动画时需要保持稳定的帧率，以避免卡顿和画面撕裂等问题。
2.2 插值插值是指根据已知的关键帧之间的差异来计算中间帧的过程。
在动画中，通常只有少数帧是关键帧，计算机根据这些关键帧自动生成中间帧。
插值可以使动画更加平滑，减少关键帧的数量，提高动画制作的效率。
2.3 渲染渲染是将计算机生成的图像显示在屏幕上的过程。
计算机通过渲染技术将动画的每一帧绘制在屏幕上，并根据场景的光照、材质和相机参数等进行实时渲染。
渲染技术的发展使得动画的画面质量越来越逼真。
3. 动画的应用领域3.1 电影和电视动画在电影和电视中的应用非常广泛。
通过计算机生成的动画片段可以与真人演员的镜头无缝衔接，制作出令人惊叹的视觉效果。
许多大片和动画片都采用了计算机动画技术，如《阿凡达》、《冰雪奇缘》等。
3.2 游戏计算机游戏是动画技术的另一个重要应用领域。
游戏中的角色动画、特效和场景渲染都离不开计算机动画技术。
随着游戏硬件的不断升级，游戏的画面质量和动画效果也越来越出色，给玩家带来更加身临其境的游戏体验。
3.3 广告和营销动画在广告和营销中的应用也越来越多。
通过计算机动画制作的广告可以吸引消费者的注意力，增强产品的宣传效果。
计算机动画技术可以实现想象力丰富的创意，呈现出各种吸引人的图像和效果。
3.4 虚拟现实虚拟现实是一种模拟真实场景的技术，计算机动画在虚拟现实中起到关键作用。
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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。
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三维动画的建模
三维动画的贴图
(1) 全动画 ——为追求画面完美和动作流畅，按照24帧／s制作动画 (2) 半动画 ——又名“有限动画”。为追求经济效益，6帧／s的动画
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3
计算机动画及其发展
计算机动画概念：
使用计算机产生图形、图像运动的技术 和艺术
其原理与传统动画基本相同，并在此基 础上把计算机技术用于动画的处理。 达到传统动画所达不到的效果。
第四章
4.2 计算机动画技术基本原理与应用
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1
动画的特点
动画是指把一些原本没有生命（不活动）的东西， 经过制作成影片（或电视）并放映后,成为有生命的 东西。因此.广义的动画包含了“剪纸片”木偶片” 等艺术形式。在中国它们也被称为“美术片”或 “卡通片”。它们有两个最重要的特征：
➢ 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。
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4
计算机动画及其发展
60年代：
美国的Bell实验室和一些研究机构开始研 究用计算机实现动画片中间画面的制作和 自动上色。
二维动画：二维辅助动画系统computer assisted animation
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5
计算机动画及其发展
70－80年代：
三维辅助动画系统开始研制并投入使用。 三维动画：计算机生成动画computer generated animation。 动画的对象不是简单地由外部输入，而 是根据三维数据在计算机内部生成。
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9
计算机动画的分类
从制作技术和手段看，动画可分为以手工绘制为主 的传统动画和以计算机为主的电脑动画。
按动作的的表现形式来区分，动画大致分为接近自 然动作的“完善动画”（动画电视）和采用简化、 夸张的“局限动画”（幻灯片动画）。
从空间的视觉效果上，可分为二维动画（《小虎还 乡》）和三维动画（《最终幻想》）。
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6
计算机动画及其发展
90年代：一个多种学科和技术的综合领域
计算机图形学( 实体造型和真实感显示,如消隐、光 照模型、表面质感等） 图像处理技术、 运动控制原理、视频技术、 艺术、视觉心理学、 生物学、机器人学、人工智能等
计算机动画以其自身的特点而逐渐成为一门独立
的学科。
案例：鼠老弟；Mikes New Car
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美国哥伦比亚电影公司联合制作的全rits Within》【最终幻想：灵
魂深处】。其中的女主人公的面部是用计算机动画技
术制作的，其生动的可3D编面辑p部pt 表情足以乱真
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二维动画软件
Animator Studio Flash Ulead Gif Animator
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对象的移动(实例)
（a）起点位置
（b）中间过程
（c）结束位置
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二维动画的关键技术
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 交互式给画面上色 产生一些特技效果 实现画面与声音的同步 控制运动系列的记录
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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。
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Flash
现在，我们在浏览网页时，经常会看到引人入 胜的动画效果，制作这种效果的工具就是 Flash。在二维动画的软件中，Flash可以说是 后起之秀，它已无可争议地成为最优秀交互动 画的制作工具，并迅速流行起来。Flash的动 画效果不再是单纯的反复运动，而是可以在画 面里进行菜单选择和操作以及播放声音文件。 Flash的出现，立即受到用户的欢迎，并迅速 被应用到网络与多媒体课件设计中去。
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7
计算机动画的特点
• 动画软件的应用： 通过交互式操作实现预定的各种动画效果
• 动画创作：软件功能与艺术创意的结合 ** 高技术、高智力和高艺术的创造性工作
** 计算机图像CG,动画，数字视频DV等， 不同的术语间没有严格的界限
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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
从播放效果上，可以分为顺序动画（连续动作）和 交互式动画（反复动作）。
从图形、图像的生成方式来看，可分为实时动画和 逐帧动画。
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逐帧动画与实时动画对比表
类别
特点 生成方式
实时动画
采用算法实现
是否记录 无需记录
逐帧动画
产生所需的每一 帧画面。
需要记录
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二维动画
二维画面是平面上的画面，是在二维空间 上模拟真实的三维空间效果。
➢ 这些影像的“动作”是利用设计者的想像和虚幻创造出来 的，而不是原本就存在再被摄影机记录下来的景物。
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2
● 动画的本质
● 传统动画的性质 —— 由多幅画面构成，称为“帧动画”
Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7
● 传统动画分类
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二维动画的特点
计算机辅助动画：
将事先手工制作的原动画逐帧输入计算机，由 计算机帮助完成描线上色的工作，并且用计算 机控制完成记录工作。
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最简单的实时动画。
屏幕上一个元素（对象）在二维平面 上沿着某一固定轨迹作步进运动。对象 或物体本身在运动时的大小、形状、色 彩等效果不变。
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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。