《计算机图形学基础》课件第9章.ppt

1、第9章动 画 技 术 第9章动 画 技 术 9.1动画简介动画简介 9.2动画开发工具动画开发工具 9.3计算机动画技术计算机动画技术 9.4三维动画设计三维动画设计 9.5视频动画的合成视频动画的合成 习题习题9 第9章动 画 技 术 9.1动画简介动画简介 目前三维软件的应用已经比较成熟，一些基础的动画技术如参数关键帧、轨迹驱动技术、变形技术以及角色动画等在创作中发挥了较好的效果。但是要想创建一个被认可的虚拟世界，对三维软件动画师的要求非常高。要使得一些动作真实，例如一个箱子从楼梯上掉下去，弹跳并翻滚着下落，直到最后静止不动，这样的动画效果，单纯靠传统建模然后手动调节动画，是很难实现的。正

2、是有了这样的要求，动画技术研究人员不断地从其他领域借鉴优秀知识来更新动画技术。例如，将物理学知识应用到动画技术中，创建基于物理的动画技术，这对于动作的真实感取得了很好的效果。第9章动 画 技 术 又如将人工智能引入动画技术中，在群体动画方面取得了突出的成绩，打破了传统靠手工调节的庞大工作量。影片狮子王里有一个万马奔腾的场景，采用当时的技术花费了几年的时间才制作出这个场景。而今群体动画大大简化了这样的过程。在影片恐龙中，技术导演运用了HOIDS群体动画工具来制作将近1000 只恐龙的兽群动画。所以我们可以说高级动画技术的发展正是“借他人之力，助自己发展”。第9章动 画 技 术 9.1.1国外影视

3、动画发展概况国外影视动画发展概况目前，影视界的巨头当属美国。美国的动画技术快速发展，不断地提升其影片的质量，使得画面越来越精美，越来越逼真。针对制作流程的技术创新及成本控制，使美国影视动画发展出本身的独特技术，如赋予电脑动画人物情感的系统工具EMO、动画事业的生产管理系统NILE；同时向外寻求技术合作，如梦工厂与惠普合作，提供动画所需的伺服器、工作站等。第9章动 画 技 术 随着三维技术的不断发展，渐渐取代了平面动画。而动画技术并不仅限于动画片的制作，其在电影、电视等多媒体中也得到了广泛的运用，特别是电脑特技的表现更使得电影得到了更多的技术支持，成为现代电影重要的一部分。电影利用电脑动画补充其

4、表现手法，而动画也吸取电影的各方面技术，使得美国的动画与电影在技术上互相渗透成为其动画特色之一，增加了其动画的附加值。第9章动 画 技 术 美国动漫产业的重中之重就是电影动画，它与其发达的电影业是联系在一起的。在20世纪90年代末，各大制片公司，如Sony Picture Entertainment、Fox、Entertainment Group、paramount Pictures、Lucasfilm、Universal Studio、MGM/UA等纷纷涉足动画界，使得美国电影动画异彩纷呈，成为了世界动漫产业的主力。第9章动 画 技 术 9.1.2国内影视动画发展现状国内影视动画发展现状我国

5、动画制作已有70多年的历史，拥有一大批经验丰富的专家和专业人士；高新技术设备也日趋完善，影视动画产量在高速增长。随着计算机技术的更新，软件的运用随之步入了动画这个行业，越来越多的企业开始采用电脑上色加工、线拍等手段来节省人力开支。同时，美国在电脑三维制作上的大胆尝试和成功，使得中国这个加工大国随着计算机技术、网络技术的发展也开始步入了传统手工向电脑加工、二维向三维转换的阶段。MAYA、3D max等计算机动画工具软件广泛应用于各个行业，数字动画应运而生，以数字媒体为基础的动画产业成为迅猛发展的朝阳产业。第9章动 画 技 术 但是，与世界发达国家相比，中国的数字媒体业还处在刚刚起步的阶段，市场的

6、需求量很大。有关机构测定，目前全国对数字媒体人才需求的缺口大约在15万人。尤其是技术和创意相融合的人才的匮乏，更是严重阻碍了中国影视动画产业的发展。第9章动 画 技 术 9.2动画开发工具动画开发工具实现电脑视觉特技是电脑软件和硬件的一大难题，因为这需要非常强大的软件和能提供高超运算能力的硬件平台。所以这项工作可以说是在高科技电影中花费最大也最费时的一项工作。在电脑影视特技的领域中，SGI可以说是无人不知，其生产的SGI超级图形工作站可算是最好的3D与视觉特技的硬件平台，它给创作人员提供了异常强大的图形工作能力，具有超级的实时反馈，可以让工作人员以最快的速度进行创作。Softimage XSI

7、、MAYA、Flint等软件在SGI平台上可以发挥最好的性能。第9章动 画 技 术 虽然现在随着计算机的发展，PC平台也已入侵视频制作的领域，许多从事图像特技的公司纷纷开始使用价格低廉的PC平台从事设计工作，但是最复杂的部分依然还需要放在SGI的工作站上来制作。光有超强的硬件平台还不够，电影电视中那些逼真的形象还是得靠各种各样的超级3D图像软件来实现。这些特技软件全世界每年的销售额在20亿美元以上。下面介绍现在国内外流行的几大三维与视觉特技软件Softimage/3D、Sumatra、MAYA、3DS max和Lightwave，这些软件都可以运行在PC平台上。第9章动 画 技 术 9.2.1

8、超强超强3D动画制作工具动画制作工具Avid Softimage XSISoftimage/3D是当今世界上一流的三维制作软件，能够生成胶片级的渲染效果，它的功能和渲染质量在各3D软件当中首屈一指。AVID于1998年并购了SOFTIMAGE以后，于1999年底推出了全新的三维动画软件XSI，由于其非线性动画的特色及大量的技术改进，使业界再次刮目相看。国际著名的影视特技制作公司ILM(Industrial Light and Magic)作为XSI的用户创作的三部新片侏罗纪公园、木乃伊归来、人工智能受到了业界的关注与好评，也使业界再次聚焦XSI。第9章动 画 技 术 三维动画的发展经历了简单图

9、形到复杂场景，再到角色动画的三个发展阶段，XSI 被业界称为代表未来走向的第三代三维动画软件。不仅因为其强大的非线性动画角色制作能力，也源于它近年来的不断推陈出新，使其在模型、渲染、粒子效果、流体、刚体、柔体动力学效果、毛发、布料仿真等效果上，综合实力优于其他第二代软件。此外，XSI创造性地推出许多前所未有的新概念，有基于Internet 的内置网络浏览器NET-VIEW，可快速通过网络与远程交换创作资料；有动画合成一体化的内置合成器，从而解决了多年来困扰制作的多动画特技层精确对位问题以及动画、拍摄色调、光线、景深匹配等问题，被誉为动画影视创作的一次革命。第9章动 画 技 术 XSI推出的起点

10、较其他软件高，而且开发力度较大，软件呈现良好研发势头。Softimage XSI的Mental Ray超级渲染器是其最知名的一部分。Mental Ray图像渲染软件由于有丰富的算法，图像质量优良，成为业界的主流。而目前只有XSI和Mental Ray是无缝集成在一起，而别的软件就算能通过接口模块转换，Preview(预调)所见却不是最终Rendering所得，只有选择XSI作为主平台才能解决此问题。Mental Ray渲染器可以着色出具有照片品质的图像，星际战队中昆虫异形就是用Mental Ray渲染的。许多插件厂商专门为Mental Ray设计的各种特殊效果，则大大扩充了Mental Ray

11、的功能，能用它制作出各种各样奇妙的效果。第9章动 画 技 术 XSI可从多个方面提高用户的创作效率。首先，它直接支持Mental Ray跨平台的分布式渲染，通过Cluster自动管理多CPU并行运算，它甚至可以支持多CPU并行运算于Mental Ray V3.0，交互式Preview(预看)；其次，它采用内置的Internet浏览器NET-VIEW，可快速便捷地进行远程数据交流与交换，目前只有 XSI NET-VIEW与NXN管理软件做到了无缝连接；再次，XSI创立的非线性动画设计一直保持着很强的优势，用XSI的智能化动画混合器来进行动作的合成、加工，大大提高了用户的创作效率。第9章动 画 技

12、 术 Softimage XSI的另一个重要特点就是超强的动画能力，它支持各种制作动画的方法，可以产生非常逼真的运动。它所独有的Functioncurve功能可以轻松地调整动画，而且具有良好的实时反馈能力，使创作人员可以快速地看到将要产生的结果。第9章动 画 技 术 9.2.2三维非线性动画创作系统三维非线性动画创作系统SumatraSumatra是业界第一个真正具有全新概念的非线性动画系统。Sumatra是Softimage公司研制的下一代三维动画系统，它是业界第一个真正的具有全新概念的非线性动画系统。它能大大提高艺术家的创作力和灵活性，从而带来快速的投资回报。Sumatra的高级直观的工具

13、包可以进行完美无缺的角色动画、非破坏性的动画混合、高质量交互式的动画生成，它革新了数字艺术家传统制作三维动画的方式，并可应用在视频、电影、广播电视、交互媒介和娱乐方面。第9章动 画 技 术 Sumatra的特性包括：(1)Real-time Continuous Surface Management(实时连续的表面管理功能)。(2)Surface meshes(表面网格)：一个新的由多个NURBS表面组成的几何形体，用于创建非常完美的、完全动画的人体和物体。(3)Non-linear Animation and Mixing(非线性的动画和混合)：非线性动画是一个灵活的高直观性的动画创作方式，

14、可将复杂的动画创作变得明朗化，它可以与不同的动画类型进行无缝地交互，如关键帧数据、表达式和约束。第9章动 画 技 术(4)Actions(Mix，blend混合，scale缩放和cycle，不受时间轴timeline的限制)：它是一个高级的不受时间阻碍的管理复杂动画的方式。(5)General Attribute Painting(GAP，通用属性绘制)：使用一个简单直接的绘制方式创建和调整物体的属性，如包皮的重量或变形。(6)Interactive Rendering(交互式动画生成)：使灯光、纹理、材质和图像生成的属性可以被任意改变，并立即显示最后生成的结果。第9章动 画 技 术(7)Re

15、nder Passes(动画生成通道)：是在三维创建和后期合成之间的一个桥梁。将三维物体放入分区中进行高光、阴影、散射、matte或任意其他通道的生成。所有数据都属于一个单一场景，改变时只需一次。(8)Workflow(UI，用户工作界面)：具有非常直观的用户工作界面和工作流程辅助。它包括一些新的选择方式，如名字和通配符的选择、图像拖拉方式选择以及多种参数编辑方式选择。(9)Customizability(用户定义功能)：建立用户定义的屏幕显示布局、热键、工具条和菜单。通过将不受限制的物体属性连接到用户定义的参数上就可以很容易地对复杂的模型进行操纵和制作动画。第9章动 画 技 术(10)Scr

16、ipting(脚本创建)：使用标准的脚本创建语言(如VBScript，JScript)容易地自动重复任务、创建宏macros，定义应用程序、与其他用于脚本创建的应用程序进行通信、记录和回放创建步骤。(11)Simulation(模拟)：为满足特技专家制作的需要，它提供了一个完整的模拟仿真工具包，包括集成的粒子、衣服、软体动力学、皮毛和三维摄像机匹配。Sumatra利用非常友好的用户工作界面和高交互的设计工具继续保持了Softimage产品的优势，而且它还提供了一个三维和二维动画集成的通道，解决了以前在三维动画和后期合成之间存在的障碍。第9章动 画 技 术 9.2.3Alias/Wavefront MAYAMAYA是Alias/Wavefront公司在1998年推出的3D软件，是3D软件中的新生儿。它一诞生便让人刮目相看，其强大的功能与顶级软件Softimage/3D难分伯仲，两者并驾齐驱，同属3D高级制作软件。MAYA的诞生确实是一个新纪元，以往人们更多地使用3DS max，这个软件也不错，只是它更多的效果制作依赖于外部插件。虽然MAYA制作一个项目要比3DS max花更多时间和步骤，