哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院苏小红.ppt
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1、哈尔滨工业大学 计算机科学与技术学院 苏小红,第九章 计算机动画,2,内容提要,动画技术的起源、发展与应用 传统动画 计算机动画 计算机动画中常用技术简介 常用的动画软件,3,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 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知识,4,动画技术的起源、发展与应用,1831年,法国人J.A.Plateau发明 传统的图片动画 Phenakistoscope机器 恐龙专家格尔梯 1909年,美国人W.McCay制作 世界第一部卡通动画片 虽然片子时间很短,但McCay却用了大约一万幅画面。,5,动画技术的起源、发展与应用,1
2、913至1917年间,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。,1928至1938年间,米老鼠和唐老鸭等系列动画片 美国人Walt Disney制作 1928年制作的第一个米老鼠短片 第一部具有同步音响效果的影片,6,动画技术的起源、发展与应用,计算机动画 是二十世纪60年代中期发展起来的 Peter Foldes以他的计算机动画片饥饿 1974年,在法国嘎纳电影节上,获得评委会奖,7,动画技术的起源、发展与应用,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,詹姆斯.卡麦隆导演终结者 创下了全球5.14亿美元的非凡票房收入 追赶主角的穷凶恶极的液态
3、金属机器人可以从一种形状神奇地变化成另外一种形状,8,动画技术的起源、发展与应用,1993年,导演斯皮尔伯格开始制作影片侏罗纪公园 ILM(Industrial Light & Magic)实验室制作的恐龙片断 荣膺该年度的奥斯卡最佳视觉效果奖,9,动画技术的起源、发展与应用,1996年,玩具总动员 世界上第一部完全用计算机动画制作的电影,3000万美元的投资 获得了破记录的3.5亿美元的票房收入 还获得奥斯卡最佳剧本奖的提名 其意义在于:给电影制作开辟了全新道路,10,国内作品里程碑,电影相似 92年,北方工大CAD中心,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
4、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,11,计算机动画的应用,商业广告制作 建筑装潢设计 随着VR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 电脑游戏制作 影视特技制作 国防军事、工业制造、医 疗卫生、法律(如事故分析)、娱乐、 可视化教学、飞行模拟、生物工程、艺术等,12,计算机动画的未来(1/4),最令人激动不已的当属影视制作方面 展望1 虚拟演员 美国沃尔特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,它们不再要求成百上千万美元的报酬或头牌位置,13,计算机动画的未来(2/4)
5、,“听话的计算机程序”就是虚拟角色,也称为虚拟演员(Virtual Actor) 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“起死回生” 完全由电脑塑造出来的电影明星 如蚁哥正传中的蚁哥 最终幻想中的艾琪,14,计算机动画的未来(3/4),展望2 交互式电影(Interactive Movie) VR是实现途径 由观众亲涉其间,控制角色的举动,从而对场景产生互动后果,15,计算机动画的未来(4/4),展望3 以前 采用程序设计语言编程制作 今后 面向动画师的界面良好的交互式系统 基于人工智能理论的面向用户的动画系统 基于自然语言描述的脚本 用计算机自动产生动画,16,传统动画,什么
6、是动画? 世界著名的动画大师John Halas曾经说过:“动画的本质在于运动” 动画是指将一系列静止、独立而又存在一定内在联系的画面(Frame)连续拍摄到电影胶片上再以一定的速度(一般不低于24帧/秒)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,其中当前画面是对前一幅画面某些部分作的修改,17,计算机动画,随着计算机动画技术的发展,尤其是以实时动画为基础的Vidio game的出现 不全面,局限 动画不只是产生运动的效果 还包括变形、变色、变光等,18,每秒24-30帧,18帧 创意:描述故事:故事梗概、脚本、故事版。,制作动画的传统方法(1/2),传统动
7、画主要是生产二维卡通动画片,19,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, 音轨:动画制作前录音,对话,音乐与动作保持同步 动画制作 中间帧 静电复制和墨水加描:草图 醋酸纤维胶片 绘制(渲染),着色 检查 拍摄 剪辑,20,计算机在动画中所起的作用(1/2),早期: 主要表现在帧的制作上 关键帧通过数字化采集方式得到,或者用交互式图形编辑器生成,对于复杂的形体还可以通过编程来生成 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作,包括复杂的运动也由计算机直接完成。,21,计算机在动画中所起的作用(2/2),随着三维造型技术和计算
8、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户选择颜色,指定着色区域,并由计算机完成着色工作 在拍摄方面,用计算机控制摄像机的运动,也可用编程的方法形成虚拟摄像机模拟摄像机的运动 在后期制作阶段,用计算机完成编辑和声音合成,22,计算机动画系统的分类,根据系统的功能分五级,交互式造型、着色,相当于一个图形编辑器,计算并生成插补帧,代替插补员的工作,模拟虚拟摄像机操作,定义角色,动画形体,具有学习能力,有待于人工智能技术的发展,23,计算机辅助二维动画,设计脚本 绘制关键画面 加层控制 中间画面实时预演 着色渲染 生成文件进行编辑 输出到录像带,计算机辅助制作动画的系统与动画师
9、的关系就像文字处理机与文字作家的关系一样,24,计算机辅助三维动画(1/2),二维动画: 仍然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水平 绘画过程只是在平面中表现,表现力受限 三维动画: 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 还包括灯光、背景、摄像机等,25,计算机辅助三维动画(2/2),进行创意,形成动画制作的脚本 建立画面中各种物体的三维线框模型 确定并调整物体的颜色、材质、纹理等属性 调整灯光,确定背景、环境 模拟虚拟摄像机的运动,让目标运动起来 对动画进行预演 加工处理 将存储在计算机中的图像序列录制到录像带,26,实时动画和逐帧动画,逐帧
10、动画: 制作一帧需要几分钟甚至更长的时间,这些帧录制好后,以每秒24帧的速度放映 实时动画: 动画的生成是直接的,用户可以用交互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,结果直接反映到计算机屏幕上,27,电影拍摄与电视拍摄,基本原理相同,不同之处主要表现在: 存储介质不同 播放速度不同,电影 每秒24帧 电视: PAL制:每秒25帧 NTSC制:每秒30帧,28,特殊效果(1/2),慢动作 高速拍摄、正常播放 快动作 低速拍摄、正常播放,29,运动序列中画面的切换 直接切换 推拉(zoom) 摇移( pan ) 俯仰(Tilt) 淡入/淡出(fade in/fade o
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