第5章动画制作技术.

第5章动画制作技术5.1动画的基本概念和原理5.2使用Flash制作动画动画概念什么是动画动画是动态生成一系列相关画面的一种方法通过在连续多个胶片上拍摄一系列单个画面,从而产生动态视觉的技术,这种视觉是通过将胶片以一定的速率放映体现出来的.没有运动也可以有动画如物体的形变、色彩变化、环境光强的变化广义的概念：任何随时间发生的视觉变化都可以归属为动画数字图形图像的运动显示效果都可以称作为动画。动画原理动画是连续播放相关的静止图像构成的动画原理视觉残留原理反射到人眼的光影要在视觉中保留一段短暂的时间才会消失。视觉残留实验两盏小灯相距1－2米远，放置在黑暗的房间内：(1)两盏小灯以缓慢的速率交替点亮和熄灭。(2)两盏小灯以25－40毫秒的时间间隔交替点亮和熄灭。下面观察效果的不同。动画原理视觉残留实验（1）两盏小灯以缓慢的速率交替点亮和熄灭。观察结果：两盏小灯分别点亮和熄灭动画原理视觉残留实验（2）以25~40ms的时间间隔交替点亮和熄灭。观察结果：一盏小灯在两个位置之间跳来跳去，而不是两盏小灯分别点亮和熄灭。原因：由于一盏灯点亮时在人的视觉中保留短暂的时间，还未消失时另一盏灯又点亮，观察者在视觉上将两盏灯混合为一盏灯，感觉到只有一盏灯跳来跳去动画原理实验证明：（1）画面刷新率为每秒24帧（画面停留40毫秒)左右，则人眼看到的是连续的运动效果。（2）电影放映的标准：每秒24帧的速率,能最有效地使运动的画面连续流畅。（3）24帧的速率画面还有闪烁，要消除画面的闪烁感，刷新率还要提高一倍。动画发展史1895年，卢米埃尔兄弟因发明电影放映机而获专利,第一个电影放映厅在纽约开始营业动画发展史1906年,第一部动画片出现1915年，EarlHurd发明了卡通动画1923年，WaltDisney公司在电影《绿野仙踪》中使用卡通形象1928年.WaltDisney公司出品第一部同步配音卡通片《米老鼠》1964年，BELL实验室的Kennowlton开始研究使用计算机技术来制作动画。传统动画片的生产过程脚本及动画设计关键帧的设计中间帧生成描线上色检查、拍摄后期制作传统动画片的生产过程脚本及动画设计设计出分镜头剧本对动画片中出现的各种角色的造型、动作、色彩等进行设计根据分镜头剧本将场景的前景和背景统一考虑，设计出手稿图及相应的对话和声音。关键帧的设计关键帧也称为原画，它一般表达某动作的极限位置、一个角色的特征或其他的重要内容中间帧生成中间画是位于关键帧之间的过渡画，可能有若干张。关键帧之间可能还会插入一些更详细的动作幅度较小的关键帧，称为小原画。（a）第一帧（b）中间帧（c）结束帧传统动画片的生产过程描线上色铅笔稿图轮廓描在透明胶片上，并描上墨、涂上颜料检查、拍摄动画系列依次拍摄记录到电影胶片上。十分钟的电影动画片，大约需要一万张图画。后期制作编辑、剪接、配音、字幕等传统动画片实例片断对象的移动实例（a）起点位置（b）中间过程（c）结束位置矢量动画通过计算机的处理，使矢量图产生运动效果形成的动画矢量图位图描述图的方式计算机指令点阵容量小大应用几何图形现实图景衍生动画矢量动画帧动画（a）起点位置（b）中间过程（c）结束位置案例2：该运动物体实际上可以用四个椭圆来描述，改变椭圆的参数就可以改变椭圆的形状、大小和颜色，但是画面的质量不会有任何影响。如果使该物体沿着某一轨迹运动的同时改变该物体的参数，就会得到不同的运动效果/5.1.1动画的分类5.1.2动画的技术参数5.1.3动画的生成方法5.1.3动画的制作环境5.1.4动画的文件格式5.1动画的基本概念和原理计算机动画如果按照动画的创作方式（或实现方式）分类，可分为两大类：帧动画和造型动画，造型动画属于矢量动画。而按动画的空间视觉效果分，则可以分为如下三大类：二维动画、三维动画和变形动画。1．帧动画与矢量动画（造型动画）帧动画由图形或图像序列组成，序列中的每幅静态图像称为一帧。因此，帧动画中构成动画的基本单位是帧，一部动画片由很多帧组成。造型动画也称为对象动画，就是利用三维软件创造三维形体。建立复杂的形体有三种造型技术：组合技术，拓展技术，放样技术。5.1.1动画的分类2．二维动画与三维动画二维动画又叫“平面动画”，具有非常灵活的表现手段、强烈的表现力和良好的视觉效果。二维动画的特点是：运用传统动画的基本概念，在平面上构成动画的基本动作。三维动画又叫“空间动画”，主要表现三维的动画主体和背景，它的图形设计强调空间概念，配上真实色彩和三维虚拟环境，动画效果会显得相当逼真。5.1.1动画的分类1.帧速度一帧就是一幅静态图像.帧速度是指一秒钟播放的画面数量，即帧的数量。一般帧速度为每秒30帧或每秒25帧。2.画面大小动画的画面尺寸一般为320×240～1280×1024像素大小范围之间。画面的大小与图像质量和数据量有直接的关系，一般情况下，画面越大、图像质量越好，则数据量越大。3.图像质量图像质量和压缩比有关，一般来说，压缩比较小时对图像质量不会有太大的影响，但当压缩比超过一定的数值后，将会看到图像质量明显下降。所以，对于图像质量和数据量要适当折衷选择。5.1.2动画的技术参数4.数据率在不计压缩的情况下，帧动画的数据率是指帧速度与每帧图像数据量的乘积。如果一幅图像为1MB，则每秒的数据容量将达到25或30MB，即数据率为25MB/s或30MB/s，经过压缩后数据率将减少几十倍。尽管如此，由于数据量太大致使计算机、显示器跟不上速度，因此，只能减少数据率和提高计算机的运算速度，可通过降低帧速度或缩小画面尺寸的方法减少数据率。5.1.2动画的技术参数1.关键帧动画出现在动画片中的一段连续画面实际上是由一系列静止的画面来表现的。制作过程并不需要逐帧绘制，只需要从这些静止画面中选出少数几帧加以绘制。被选出来的画面一般出现在动作变化的转折点处，对这段连续动作起着关键的控制作用，因此称为关键帧。绘出关键帧后，再根据关键帧插入中间画面，就完成了动画制作。中间帧的生成由计算机来完成(采用关键帧插值方法)。5.1.3动画的生成方法图5-1第1帧和第8帧是关键帧，其余各帧(2-7帧)可由插值算法生成2.调色板动画调色板动画涉及画出物体和处理调色板的颜色，或者只是处理调色板的颜色而不重画物体。例如，让一个圆形物体从屏幕的左边运动到屏幕的右边，圆形物开始向右边运动时的初始颜色为红色，随着它的运动，有规则地用不同的调色板项重新绘制它，这样在每次重画时它的颜色就会改变。某些情况下，物体并不运动，只有它的颜色被改变。例如，可以用不同的颜色段来画一个轮子。按规则的间隔每次只改变调色板中的一项，这样的颜色就会有规律地变化。5.1.3动画的生成方法3.变形动画变形动画也是帧动画的一种，它具有把物体形态从一种形态过渡到另外一种形态的特点。变形可以是二维或三维的。常见的有基于特征的图像变形（如图5-2所示），二维形状混合，轴变形方法、三维自由形体变形（如图5-3所示）等。5.1.3动画的生成方法图5-2基于特征的图像变形图5-3三维自由形体变形4.基于物理模型的动画该方法大量运用弹性力学和流体力学的方程进行计算，力求使动画过程体现出最适合真实世界的运动规律。然而要真正达到真实的运动是很难的，比如人的行走或跑步是全身的各个关节协调的结果(如图5-4)，要实现很自然的人走路的动画(如图5-5)，计算方程非常复杂和计算量极大，所以，基于物理模型的计算机动画还有许多内容需要进一步研究。5.1.3动画的生成方法图5-4人体骨架模型图5-5虚拟人体的分层表示模型5.过程动画过程动画是指动画中物体的运动或变形用一个过程来描述。在过程动画中，物体的变形是基于一定的数学模型或物理规律的。最简单的过程动画是用一个数学模型去控制物体的几何形状和运动，如水波的运动。6.运动捕捉运动捕捉技术是一种新的动画制作方法，它是通过分析人体运动序列图像来提取人体关节点的三维坐标的，从而得到人体的运动参数，进而获得完全真实的人体动画。7.三维扫描三维扫描技术又称为三维数字化技术，它能对立体的实物进行三维扫描，迅速获得物体表面各采样点的三维空间坐标和色彩信息，从而得到物体的三维彩色数字模型。5.1.3动画的生成方法1.动画制作的硬件环境制作动画的计算机应该是一台多媒体计算机，具有高主频的CPU、大容量内存和硬盘空间，能够使用和加工各种媒体文件。另外，彩色显示器对于动画制作也十分重要，应选用屏幕尺寸大、色彩还原好、点距小的彩色显示器。2.动画制作的软件环境图形界面操作系统(如Windows);不要同时运行其它应用程序，同时应关闭任务栏中当前不使用的任务项;动画制作软件。5.1.4动画的制作环境1.GIF文件格式（.gif）该文件格式最多只能处理256种色彩，不能用于存储真彩色的图像文件，但能够存储成背景透明的形式。所以该文件格式被广泛应用于网页设计中。2.SWF文件格式（.swf）是一种矢量动画格式，且容量很小，广泛应用于网页设计。3.AVI文件格式（.avi）是一种带有声音的文件格式，符合视频标准，通常叫做视频文件或电影文件。4.FLC文件格式（.fli/.flc）是一种“无声动画”格式。该格式的动画文件采用数据压缩格式，代码效率较高。FLI是最初基于320×200分辨率的动画文件格式，而FLC则是在FLI上的进一步扩展，采用更高的数据压缩技术，分辨率也扩大到320×200～1600×1280。5.1.5动画的文件格式GIF动画制作工具的功能由相同幅面图像块构成动画由不同幅面图像块构成动画创建透明的GIF文件插入文字其他增强功能:允许用户把各种图像块集成在一起，并可以单独设置各个图块的控制和显示方式，由此达到各种不同的简单动画效果。案例1：由相同幅面图像块构成的动画图像处理软件生成7幅相同尺寸的图像文件各个图像中小房子的形状、颜色和位置都一样，不同的只是烟的动态过程按烟的动态过程顺序插入各个图块,，图块无位移，调整每一图块的延时时间，则显示的效果将出现小房子烟囱里炊烟的运动过程。案例2：加入文字插入条幅文本设置进入退出效果和特殊效果分配到各帧案例3：透明的GIF文件A.不等幅面图块构成的不透明GIFB.不等幅面图块构成的透明GIFc.两个透明GIFD.两个透明GIF的叠加，并配上合适的背景色和音乐其他增强功能生成各种特殊效果的文字标语动画(banners）产生不同图块之间的过渡（transition）效果案例4：“随风飘去”的制作GIF应用实例1：HappyNewYearGIF应用实例2：光影GIF应用实例3：闪光的都是金子吗？GIF应用实例4：万古长城三维动画制作造型着色运动控制动画生成动画系统(1)造型形体：存在的物体的真实形状和不存在的物体的设计形状。造型：建立物体的形体模型。线框模型：用线条框架来描述一个形体。表面模型：用面的组合来描述形体。实体模型：用基本形体组合物体的模型就是实体模型。基本形体包括：球体、长方体、圆柱体、锥体等。(2)着色材质——材质的大部分内容用来说明物体对入射光线作出的反应。纹理——物体表面细节。颜色纹理——取决于物体表面的光学性质。几何纹理——与物体表面的微观几何形状有关。光源——光源的位置、颜色、亮度、方向等。浓淡处理——决定光照射到物体表面并形成颜色的方法。(3)运动控制（运动模拟）确定物体的位置和相互关系，建立其运动轨迹和速度。选择运动形式（平移、旋转、扭曲等）。确定物体形体的变态方式和变异速度。确定光源。调整“摄像机”镜头的位置、方向、运动轨迹及速度。(3)运动控制关键帧动画：基于形状的关键帧动画（形状插值动画）——对关键帧三维形状进行插值而得到中间各帧。参数关键帧动画（关键帧变换动画）——对物体本身模型中的参数进行计算。算法动画：用算法来描述的，用物理规律对各种参数施加作用。(4)动画生成生成一幅幅二维画面，并按一定格式记录下来的过程。(5)动画系统动画制作硬件——SGI工作站。显示系统——性能直接影响动画的效果。三维动画软件——3DStudio，Maya。地球水资源动画欣赏中国古