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1、 浅谈计算机动画的发展与应用 姓名：方芳 学号：092304 专业：计算机科学与技术 目录 一.什么是计算机动画.1 二计算机动画的发展史.1 三计算机动画的分类.3（一）二维动画.3（二）三维动画.4 四常用计算机动画软件介绍.6（一）二维技术软件.6（二）三维技术软件.7 五计算机动画的应用.9 六计算机动画的发展前景.10 七参考文献.10 1 一.什么是计算机动画 所谓动画，也就是使一幅图像“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
2、放映体现出来的。经实验证明，动画和电影的画面刷新率为24 帧/秒，即每秒放映 24 幅画面，那么人眼看到的就是连续的画面效果。(引用自百度百科 http:/)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。计算机动画的关键技术体现在计算机动画制作软件及硬件上。虽然目前计算机动画制作软件很多，复杂程度各异，但其基本原理是一致的。二计算机动画的发展史 计算机动画的研究始于 20 世纪 60 年代初。第一部计算机动画片诞生于 1963年美国 AT&T Bell 实验室。之后大
3、约 20 年，二维动画是计算机动画研究的重心，同时，二维动画也被应用于教学演示和辅助传统的动画片制作。当时应用的是二维计算机辅助动画系统，比如加拿大的 MSGEN 系统和美国的 CAAS 系统。70 年代初，关于三维动画的研究拉开了序幕，虽然在当时已经开发了一些动画系统，但是并不具备实时处理能力，因此三维计算机动画并没有大量投入使用，只有一小批领导三维动画与图像的公司出现，在技术上也只完成了一些三维 2 可明暗着色的系统。80 年代，优化了 70 年代出现的模型和阴影技术。直到 80 年代中后期，随着超级图形工作站的出现，计算机动画技术飞速发展，三维动画技术才终于达到实用商品化地步。1993
4、年上映的侏罗纪公园截图 90 年代初，随着动力学仿真技术和三维仿真演员系统的出现，计算机动画技术被多次应用于电影特效中，使得电影更加逼真。因为计算机动画技术的应用，1993 年上映的侏罗纪公园引起了世界范围的轰动，影片中的特效是逆向运动学与计算机图像技术的完美结合，就算放到如今来看，如此的特效也十分出色。可以说，侏罗纪公园能被人奉为最经典的科幻片得益于计算机动画技术的应用。这里不得不提到 Pixar 公司的 RenderMan系统。虽然这个系统鲜为业外人士所知，但提到这个系统所做过贡献的影片，却是人尽皆知。曾经创票房记录的 玩具总动员，91 年获得奥斯卡奖的美女与野兽，93 年获得奥斯卡奖的阿
5、拉丁，还有科幻界的经典终结者，都运用到了该系统。近年来人体动画发展成为了计算机动画的新课题。这种基于物理的造型和动 3 画的研究的兴起是因为其在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有大量需求。这种先进的集成动画系统能产生涉及人造角色在三维场景中具有人的自觉意识的行为动画，这样的系统是以多种学科的知识和技术为基础构造而成的。像如今在游戏界和动漫界最常用的 3DMAX、Z-Brush和 MAYA 都属于三维技术软件。如今，计算机动画被广泛运用与影视作品中，比如在之前引起强烈反响的 阿凡达中，由于三维动画特技制作所包含的数字模型构建、动画生成和场景合成三大环节，再加上三
6、维扫描、表演动画等新技术，魔幻般的特技效果和庞大而逼真的动画场景呈现在众人面前。而在最近热映的蓝精灵中，那些可爱的蓝精灵也是运用了计算机动画技术制作而成的，从整体形象到脸部表情细节都栩栩如生，活泼逼真，深受大众喜爱。3D 真人版蓝精灵剧照 三计算机动画的分类（一）二维动画 二维画面是平面上的画面。传统的二维动画是由水彩颜料画到赛璐璐片上，再由摄影机逐张拍摄记录而 4 连贯起来的画面。随着计算机动画技术的不断发展，二维动画也得以升华，可将事先手工制作的原动画逐帧输入计算机，由计算机帮助完成绘线上色的工作，并且由计算机控制完成纪录工作。当今的电脑制作的二维动画是对手工传统动画的一个改进。通过输入和
7、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等等。也就是说，如今的二维动画，实际上也可以被称之为计算机辅助动画。二维动画主要用来实现中间帧的生成，即根据两个关键帧生成所需的中间帧，采用了插补技术。然而，即便二维动画再精致，仍然存在一个巨大的缺陷，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实的三维空间效果，也就是说，二维动画始终都是平面上的画面，永远无法像三维一样立体起来。（二）三维动画 三维动画，又称 3D 动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界
8、，设计师在这个世界中按照要表现的对象的形状和尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。（引用自百度百科 http:/）三维动画技术模拟真实物体的方式使其成为一个有用的工具。由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。在影视广告制作方面，这项新技术能够给人耳目一新的感觉，因此受到了众多客户的欢迎。三维动画可以用于广告和电影电视剧的特效制作（如爆炸、烟雾、下雨、光效等）、特技（撞车、变形、虚幻场景或角色等）、广告产品展
9、示、5 片头飞字等等。三维动画的发展历程到目前为止可以分为 3 个阶段。第一阶段是 1995 年到2000 年，在这一阶段，三维动画初步发展。1995 年皮克斯的玩具总动员标志着动画在真正意义上进度了三维时代。事实上，皮克斯是当时三维动画影片市场上的最大也是唯一的收益者。第二阶段是 2001 年到 2003 年，在这一阶段，三维动画得到了迅猛发展，同时，三维动画影片市场也从皮克斯一家独占转变为皮克斯和梦工厂互相比拼的局势。从 2004 年开始，三维动画技术越发纯熟而先进，三维动画电影正式步入了全盛时期，多家动画制作公司纷纷加入到角逐中。三维动画的应用领域非常广泛，从静态、单个的模型展示到动态、
10、复杂的场景模拟，三维动画被广泛应用与广告、游戏、动画、电影、展示、模型、建筑等领域。所有这一切都依靠日益强大的技术实力。三维动画，可以说是计算机生成动画，即采用计算机技术模拟真实的三维空间，相比二维空间最强大的地方莫过于它能表现出的强烈的逼真感。三维动画，与二维动画不同之处，主要就在于此。运用三维动画技术制作而成的最终幻想 6 四常用计算机动画软件介绍（一）二维技术软件【Reta】RETAS PRO 是日本 Celsys 株式会社开发的一套应用于普通 PC 和苹果机的专业二维动画制作系统，它的出现，迅速填补了 PC 机和苹果机上没有专业二维动画制作系统的空白。RETAS PRO 的制作过程与传
11、统的动画制作过程十分相近，它主要由四大模块组成，替代了传统动画制作中描线、上色、制作摄影表、特效处理、拍摄合成的全部过程。同时 RETAS PRO 不仅可以制作二维动画，而且还可以合成实景以及计算机三维图象。RETAS PRO 可广泛应用于：电影、电视、游戏、光盘等多种领域。【CTP】弹坑软件公司发行的旗舰二维动画软件包 CTP 提供了与 Flash的完全兼容，对于想在网站上发表动画作品的动画师来说，这款软件成为制作动画的理想工具。最新版本的 CTP 还具备 30 种新的图像滤镜和特殊效果，除此之外，该款软件与使用其他几种二维与三维动画软件制作的图像文件格式完全兼容。【FlipBook】Fli
12、pbook 是一款非常不错的二维动画制作软件，它能帮助动画师在摄像机下扫描或是拍摄他们的制图。当开始播放镜头的时候，一个可编辑的输出率表可以让动画师随着时间的改变而播放镜头。在限制动作的镜头里，这个软件将会自动将每一桢上色使之与第一桢相匹配，这就节省了动画师或是画家用手给每一桢上色的时间，大大提高了效率。【Moho】MOHO 是一个类似于 FLASH 的矢量动画工具，操作界面简洁，动画控制功能强大。在 Moho 里没有对于每层活动元件的数量限制。它提供了“骨骼”功 7 能和“口型”功能，这为制作复杂的人物动画提供了可能。【Toon Boom Studio】Toon Boom Studio 是绝
13、对经典的二维矢量动画设计软件。当前 Flash MX 唯一直接支持的专业动画平台，制作其优点难以尽数。广泛的系统支持，唯一具有唇型对位功能的 Flash 动画平台，引入镜头观念，灵动亲切的绘画手感，输出为 SWF 网页格式与 QuickTime 播放格式。这一切都让这款软件广受好评。【Aura V2.5】这是一款不太为人熟知却被界内人士称为“二维动画的独门利器”的动画软件。软件全称是 Aura Video Paint（Aura 视频绘画系统），其主要用途是视频绘画。这款软件允许你在电脑上绘画电子赛璐珞动画，也可以用来剪辑视频或修改视频、添加特效等，你甚至可以用她来绘制单幅。Aura 最显著的功
14、能是绘制电脑动画，可以通过单单一个模块实现多种电脑动画功能。（二）三维技术软件【Maya】Maya 是 Alias|Wavefront(2003 年 7 月更名为 Alias)公司的产品，是世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya集成了 Alias|Wavefront 最先进的动画及数字效果技术，它不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还结合了最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染和运动匹配技术。Maya 功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。其售价高昂，声名显赫，是制作者梦寐以求的制作工具，掌握了 M
15、aya，会极大的提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画，渲染出电影一般的真实效果，向世界顶级动画师迈进。因为 Maya 的强大功能，许多业界人士都选择用 Maya 来制作特效和动画。比如冰河世纪、指环王、黑客帝国等著名影片都使用了 Maya。最新版本的 Maya 拥有处理最复杂模型、场景和动画数据的能力和可靠性。8 Maya 可在 Windows NI 与 SGI IRIX 操作系统上运行。【ZBrush】ZBrush 是一个数字雕刻和绘画软件，它以强大的功能和直观的工作流程彻底改变了整个三维行业。在一个简洁的界面中，ZBrush 为当代数字艺术家提供了世界上最先进的工具。ZBrush 能够
16、雕刻高达 10 亿多边形的模型，所以说限制只取决于的艺术家自身的想象力。它将三维动画中间最复杂最耗费精力的角色建模和贴图工作，变成了小朋友玩泥巴那样简单有趣。设计师可以通过手写板或者鼠标来控制ZBrush的立体笔刷工具，自由自在地随意雕刻自己头脑中的形象。在建模方面，ZBrush 可以说是一个极其高效的建模器。它进行了相当大的优化编码改革，并与一套独特的建模流程相结合，可以让你制作出令人惊讶的复杂模型。无论是从中级到高分辨率的模型，你的任何雕刻动作都可以瞬间得到回应。还可以实时的进行不断的渲染和着色。【3DS MAX】3D Studio Max，常简称为 3ds Max或 MAX，是 Auto
17、desk 公司开发的基于PC 系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于 DOS 操作系统的 3D Studio系列软件，最新版本是 2012。在 Windows NT 出现以前，工业级的 CG 制作被SGI 图形工作站所垄断。3D Studio Max+Windows NT 组合的出现一下子降低了CG 制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如 X 战警 II，最后的武士等。（引用自百度百科）拥有强大功能的 3DS MAX 被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的古墓丽影中的劳拉角色形象就是3DS MAX
18、的杰作。3DS MAX 的特点有功能强大，扩展性好；操作简单，容易上手；和其他相关软件配合流畅；制作出的效果非常逼真。9 五计算机动画的应用 计算机动画的应用领域非常广泛，有动画片制作，广告、电影特技，教学演示，训练模拟，作战演习，艺术品展示，产品模拟试验，电子游戏等。军事方面，计算机动画可以实时生成具有真实感的周围场景，还可以对军械设备进行模拟实验。建筑方面，计算机动画可以真实地模拟平面设计上的样图，从而生成三维效果的建筑场景，通过对建筑场景的漫游可以直接了解到建筑的构造和内外结构。游戏方面，几乎所有的场景、人物都是由计算机图形生成的，比如任天堂的Final Fantasy，暴雪公司的魔兽争
19、霸和魔兽世界。游戏魔兽世界中暴风城贸易区截图 影视方面，无需多提，如今几乎所有动画和电影特效都是运用的计算机动画 10 技术实现完成的。六计算机动画的发展前景 相较于已很成熟的二维动画技术来说，三维动画仍有很大的发展空间。三维动画业在目前来看是新兴行业，也可称谓 CG 行业（Computer Graphics的缩写）。三维动画作为电脑美术的一个分支，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对的独立新型的艺术形式。随着电脑的功能愈来愈强大，三维平台的趋势由高端过渡到低端，不再需要几十万的工作站，一般家庭电脑就可以做出很专业的三维作品，三维动画制作的收费也日趋合理，于是，我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技，更有不少电脑爱好者在自已的个人电脑上玩起了动画制作。相信不久的将来，三维将进入千家万户，不再是大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利。七参考文献 计算机动画发展史（百度文库 ）计算机动画的发展及运用（百度文库 ）百度百科（http:/）影视动画艺术鉴赏 作者：李建强 复旦大学出版社 浅析计算机动画技术的发展 作者：刘绍凯 电脑知识与技术2004年第 32 期 计算机图形史 主流二维动画软件介绍（豆丁网下载）11 MAYA 简介（动态网站制作指南 ）ZBrush3 高精度模型制作实战技法 作者：张盛 人民邮电出版社