第3章 动画获取与处理

3.1 动画基本概念
英国动画大师约翰•海勒斯（John Halas）对动画有一个精辟的描述：“动作的变化是动画的本质”。动 画由很多内容连续但各不相同的画面组成。由于每幅画面中的物体位置和形态不同，在连续观看时，给人 以活动的感觉。
3.1.1
动画的发展
动画（Animation）的发明早于电影。从 1820 年英国人发明的第一个动画装置，到 20 世纪 30 年代 华特•迪斯尼（Walt Disney）电影制片厂生产的著名的米老鼠和唐老鸭，动画技术从幼稚走向了成熟。卡 通（Cartoon）的意思就是漫画和夸张，动画采用夸张拟人的手法将一个个可爱的卡通形象搬上银幕，因 而动画片也称为卡通片。 1831 年，法国人约瑟夫•安东尼•普拉特奥（Joseph Antoine Plateau）把画好的图片按照顺序放在一 部机器的圆盘上，圆盘可以在机器的带动下转动。这部机器还有一个观察窗，用来观看活动图片效果。在 机器的带动下，圆盘低速旋转。圆盘上的图片也随着圆盘旋转。从观察窗看过去，图片似乎动了起来，形 成动的画面，这就是原始动画的雏形。 1906 年，美国人户斯泰瓦德（J•SteWard）制作出一部很接近现代动画概念的影片，片名叫“滑稽面 孔的幽默形象”（Houmoious Phaseofa Funny Face）。他经过反复地琢磨和推敲，不断修改画稿，终于 完成这部接近动画的短片。 1908 年，法国人 Endle Cohl 首创用负片制作动画影片。所谓负片就是影像颜色与实际颜色恰好相反
3.2 计算机动画
随着计算机图形学和计算机硬件的不断发展，以及超级个人计算机和大容量数据存储器的出现，传统
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动画的制作工艺也发生了变化。有些人在完成动画画面的绘制工作以后，不再复制赛珞璐片，而是采用图 像扫描仪把画稿转换成数字图像，然后在计算机中进行上色、编辑和其他处理，最后再利用专门设备把数 字图像转换成录像带，供电视播放用。计算机的出现，使传统动画在经历了几代人不断探索、艰辛劳动和 不断创新之后，被注入了新的活力。
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第三个阶段：以先进的计算机软件和硬件为条件，逼真地模拟手工动画，并进一步制作手工动画难以 表现的题材。动画主体从图形过渡到图像，并能够生成数字化的主体模型，进而产生纯计算机动画。 目前，计算机动画已经发展成一个多种学科和技术的综合领域，它以计算机图形学，特别是实体造型 和真实感显示技术（消隐、光照模型、表面质感等）为基础，涉及到图像处理技术、运动控制原理、视频 技术、艺术甚至于视觉心理学、生物学、机器人学、人工智能等领域，它以其自身的特点而逐渐成为一门 独立的学科。 从计算机动画的发展来看，计算机从记录动画开始，随后模拟传统动画，直到现在形成了独特风格的 计算机动画。可以看出，计算机在动画制作中扮演的角色，已经从纯粹的制作工具，发展到了处理工具和 设计工具。 2. 计算机动画的特点 从制作的角度看，计算机动画可能相对比较简单，比如一行字幕从屏幕的左边移入，然后从屏幕的右 边移出，这一功能通过简单的编程就能实现。计算机动画也可能相当复杂，比如动画片“侏罗纪公园”。 在“侏罗纪公园”中，影片将 14000 万年前的恐龙复活，并同现代人的情景完美地组合在一起，构成了 活生生童话般的画面。在这部影片里，出现了七种不同的恐龙，这些恐龙一部分是用模型、一部分是用三 维动画制作而成的，且动画可以达到模型所达不到的效果。例如，一群恐龙在草原上奔跑，从远而近地追 逐着惊恐而逃的博士。又如，在一个暴风雨的夜晚，高压电围网断电，恐龙破网而出，在公路上袭击两部 汽车。所有的特技效果都是用传感模型和其他技术所难以实现的，当然，其动画的制作成本也相当高。这 部电影中最激动人心的镜头是 6 分钟的动画，为制作这 6 分钟的动画，制作公司使用了多台图形工作站以 及多种动画制作软件。比如用一种软件建立恐龙的线框模型；用另一种软件将恐龙的线框模型以适当的姿 态动作起来；再用一种软件为恐龙的框架模型蒙上表皮，打上灯光，制作阴影等，并插入镜头中。 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。动画制作软件是由计算机专业人员开发 的制作动画的工具，使用这一工具不需要用户编程，通过相当简单的交互式操作就能实现计算机的各种动 画功能。不同的动画效果，取决于不同的计算机动画软件及硬件的功能。虽然制作的复杂程度不同，但动 画的基本原理是一致的。从另一方面看，动画的创作本身是一种艺术实践，动画编剧、角色造型、整体构 图、五彩颜色等的设计都需要高素质的美术专业人员才能较好地完成。总之，计算机动画制作是一种高技 术、高智力和高艺术的创造性工作。 计算机动画和计算机图形、图像的区别是：动画使静态图形、图像产生了运动效果。计算机动画的应 用小到一个多媒体软件中某个对象、物体或字幕运动，大到一段动画演示、光盘出版物片头片尾的设计制 作，甚至到电视片的片头片尾、电视广告，直至计算机动画片。
3.1.4
动画的分类
动画分类没有一定之规。如果从制作技术和手段来划分，则可以分为以手工绘制为主的传统动画和以 计算机为主的计算机动画。如果从动作的表现形式来划分，则可以分为接近自然动作的“完善动画”（动画 电视）和采用简化及夸张的“局限动画”（幻灯片动画） 。如果从空间的视觉效果来划分，则可以分为二维动 画（卡通片）和三维动画（木偶） 。如果从播放的效果上来划分，则可以分为顺序动画（连续动作）和交 互式动画 （反复动作） 。 如果从每秒播放的画面幅数来划分， 则可以分为全动画 （每秒 24 幅） 和半动画 （每 秒少于 24 幅） 。 1. 传统动画
(a)
(b) 图 3-1
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
构成“小鸟飞翔”动画的七幅画面
2. 动画表现手法 (1) 在严格遵循运动规律的前提下，可以进行适度地夸张和发展。 (2) 动画节奏的掌握以符合自然规律为主要标准。要求夸张表现时，可以适度调整节奏的快慢。适度 的节奏靠最终播放效果来检验，如果违背了自然规律，则制作出的动画会怪诞和不可信。 (3) 动画的节奏通过画面之间物体相对位移量进行控制。相对位移量越大，物体移动距离越长，视觉 速度越快，节奏也就越快；相对位移量越小，节奏就越慢。
3.2.1
计算机动画的概念
早期的计算机动画灵感来源于传统卡通片，在生成几幅被称做“关键帧”的画面后，由计算机对两幅关 键帧进行插值生成若干“中间帧”，其中当前帧是前一帧的部分修改，连续播放时两个关键帧就被有机地结 合起来了。计算机动画内容丰富多彩，生成动画的方法也多种多样，比如图 3-2 所示的基于特征的图像变 形。因此，计算机动画基于计算机图形图像技术，可以达到传统动画所达不到的效果。
3.1.2
动画的原理
动画的英文 Animation 源自于拉丁文字根的 anima，意思为灵魂，动词 animare 是赋予生命，引申为 使某物活起来的意思，所以 animation 可以解释为经由创作者的安排，使原本不具生命的东西像获得生命 一般地活动。广义而言，把一些原先不活动的东西，经过影片制作与放映，变成会活动的影像，即为动画。 动画是通过连续播放一系列画面，给视觉造成连续变化的图画。其基本原理与电影和电视一样，都是 视觉原理。医学已证明，人类具有“视觉暂留（Persistence of Vision）”特性，即人眼看到一幅画或一个物 体后，在 1/24 秒内不会消失。基于此原理，如果在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，则就会给人造 成一种流畅的视觉变化效果。因此，电影采用了 24 幅/秒画面的速度拍摄播放，电视采用了 25 幅/秒（PAL 制）或 30 幅/秒（NSTC 制）的速度拍摄播放。如果以每秒低于 24 幅画面速度拍摄播放则就会出现停顿。 定义动画的方法，不在于使用的材质或创作的方式，而是作品是否符合动画的本质。时至今日，动画 媒体已经包含了各种形式，但不论何种形式，它们具体有一些共同点：其影像是以电影胶片、录像带或数 字信息的方式逐格记录的；另外，影像的“动作”是被创造出来的幻觉，而不是原本就存在的。
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动画获取与处理
动画是多媒体产品中最具吸引力的素材，具有表现丰富、直观易解、吸引注意、风趣幽默等特点。它 使得多媒体信息更加生动，富于表现。计算机动画是在传统动画的基础上，使用计算机图形图像技术而迅 速发展起来的一门高新技术。广义上看，数字图形图像的运动显示效果都可以称作为动画。在多媒体个人 计算机上可以很容易地实现简单动画。
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的胶片，如同今天的普通胶卷底片。采用负片制作动画，从概念上解决了影片载体的问题，为今后动画片 的发展奠定了基础。 1909 年，美国人 Winsor McCay 用一万张图片表现一段动画故事，这是迄今为止世界上公认的第一 部真正的动画短片。从此以后，动画片的创作和制作水平日趋成熟，人们已经开始有意识的制作表现各种 内容的动画片。 1915 年，美国人 Eerl Hurd 创造了新的动画制作工艺。他先在赛珞璐（Celluloid）片（一种塑料胶片） 上画动画片，然后再把画在赛璐珞片上的一幅幅图片拍摄成动画电影。多少年来，这种动画片的制作工艺 一直沿用至今。 1928 年， 世人皆知的 Walt Disney 逐渐把动画影片的制作推向颠峰。 他在完善了动画体系和制作工艺 的同时，把动画片的制作与商业价值联系了起来，被人们誉为商业动画影片之父。Walt Disney 带领着他 的一班人马为世人创造出无以伦比的大量动画精品。例如，米老鼠和唐老鸭、木偶奇遇记和白雪公主等。 直到今天，Walt Disney 创办的迪斯尼公司还在为全世界的人们创造出丰富多样的动画片。 动画从最初发展到现在经过了一个漫长的历程，从最初的动画雏形到现在的大型豪华动画片，其本质 没有太大的变化，而动画制作手段却发生着日新月异地变化。今天，“计算机动画”、“计算机动画特技发展” 不绝于耳，可见计算机对动画制作领域的强烈震撼。随着动画的进一步发展，除了动作的变化，还发展出 五彩颜色的变化、材料质地的变化、光线强弱的变化等，这些因素或许赋予了动画新的本质。