精彩计算机动画综述

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：
    C 虚拟角色自动产生自然的行为
    C 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
    C 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