计算机在动画中的应用

计算机在动画中的应用

一、计算机动画的产生

动画的发明早于电影。从1820年英国人发明的第一个动画装置，到本世纪30年代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。成功的动画形象可以深深地吸引广大观众。卡通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。

计算机动画是在传统动画的基础上，采用计算机图形图像技术而迅速发展起来的一门高新技术。动画使得多媒体信息更加生动，富于表现。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,而在MPC上很容易实现简单的动画。

二、计算机动画的发展

随着计算机图形技术的迅速发展，从60年代起，计算机动画技术也很快发展和应用起来。计算机动画区别于计算机图形、图像的重要标志是动画使静态图形、图形产生了运动效果。计算机动画的应用小到一个多媒体软件中某个对象、物体或字幕的运动，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，直至计算机动画片等。

詹姆斯·卡梅隆带着他3亿美元打造的科幻史诗巨制《阿凡达》上映仅三天，已在北美爆收7700万美元。虽然近年3D电影已经大行其道，但詹姆斯这次所拍的3D《阿凡达》片，却为3D技术带来历史性的突破。它的实时观看3D拍摄效果的技术是史无前例的，同时詹姆斯又在实景中拍摄，令观众难分真假。另我们不禁感慨，目前的多媒体技术已经发展到了如此之高的境界，这些精美到极致的画面，生动的栩栩如生的特技，也让我们知道如今多媒体技术，三维动画的技术价值所在。2002年12月11日，美国艺术和科学协会公布了2003年度奥斯卡最佳动画片奖的评选名单。入选名单上有16部影片，比2002年多出将近一倍。经过一年的适应，看似不起眼的小小动画片终于在奥斯卡舞台上站稳了脚跟，但是绝大多数还是日美的动画片的领域。

三、二维动画与三维动画

根据视觉空间的不同，计算机动画又有二维动画与三维动画之分。

二维画面是平面上的画面。纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感有多强，终究只是在二维空间上模拟真实的三维空间效果。一个真正的三维画面，画中的景物有正面，也有侧面和反面，调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。二维画面则不然，无论怎么看，画面的内容是不变的。二维与三维动画的区别主要在于采用不同的方法获得动画中的景物运动效果。一个旋转的地球，在二维处理中，需要一帧帧地绘制球面变化画面，这样的处理难以自动进行。

在三维处理中，先建立一个地球的模型并把地图贴满球面，然后使模型步进旋转，每次步进自动生成一帧动画画面，当然最后得到的动画仍然是二维的活动图像数据。如果说二维动画对应于传统卡通片的话，三维动画则对应于木偶动画。如同木偶动画中要首先制作木偶、道具和景物一样，三维动画首先要建立角色、实物和景物的三维数据模型。模型建立好了以后，给各个模型“贴上”材料，相当于各个模型有了外观。模型可以在计算机的控制下在三维空间里运动，或远或近；或旋转或移动；或变形或变色等等。然后，在计算机内部“架上”虚拟的摄像机，调整好镜头，“打上”灯光，最后形成一系列栩栩如生的画面。三维动画之所以被称作计算机生成动画，是因为参加动画的对象不是简单地由外部输入的，而是根据三维数据在计算机内部生成的，运动轨迹和动作的设计也是在三维空间中考虑的。

四、计算机动画的基本原理

动画与运动是分不开的，可以说运动是动画的本质，动画是运动的艺术。从传统意义上说，动画是一门通过在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速率放映的形式体现出来的。一般说来，动画是一种动态生成一系列相关画面的处理方法，其中的每一幅与前一幅略有不同。? 计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生景物运动的效果，也即使用计算机产生图形、图像运动的技术。计算机动画的原理与传统动画基本相同，只是在传统动画的基础上把计算机技术用于动画的处理和应用，并可以达到传统动画所达不到的效果。由于采用数字处理方式，动画的运动效果、画面色调、纹理、光影效果等可以不断改变，输出方式也多种多样。

计算机动画的关键技术——变形动画的应用：

1、变形原理：变形指景物的形体变化，它是使一幅图像在1－2秒内逐步变化到另一幅完全不同图像的处理方法。这是一种较复杂的二维图像处理，需要对各像素点的颜色、位置作变换。变形的起始图像和结束图像分别为两幅关键帧，从起始形状变化到结束形状的关键在于自动地生成中间形状，也即自动生成中间帧。??图像的变形可以采用插值算法来实现。最简单的插值就是对图像的每个像素的色彩值直接进行插值，以实现渐隐渐现效果。但这种技术还不能满足图像变形的要求。由于两幅相差很大的图像之间的对应关系很难直接建立，因此通常的方法是首先建立图像与某种特征结构的对应关系，然后通过对特征结构的插值达到对图像本身的变形插值。一般过程为：

2、关键帧选取：选择两幅结构相似、大小相同的画面作为起始和结束关键帧，这样才能比较容易地实现自然、连续的中间变形过程。

3、设定关键帧特征结构：在起始和结束画面上确定和勾画出各部分（主要轮廓）的结构对应关系，也即从起始画面上的一个点变到结束画面上的另一个对应点的位置，这是变形运算所需要的参数。根据需要，点的位置可以任意移动。一种特例是起始帧就是结束帧的背景图，起始帧上所有的对应点都位于画面中心，结束图帧上的点对应于图的前景轮廓。生成的动画效果是结束帧的图像前景

逐步地放大，效果很象摄影中的推镜头。

4、参数设置：包括中间帧的帧数，生成的动画格式和压缩等参数。

5、动画生成：系统自动地对当前帧上的每个点作向着结束点方向的步进运动，步进长度为移动距离除以中间帧数，以求出下一帧对应点的位置及颜色，并对其它相邻点作插值处理。对全部点处理完后生成一个新的当前帧画面。如此反复，生成所有的中间帧。在实际应用中，可以设置连续的多组关键帧，第二组关键帧的起始图像是第一组的结束图像，由此生成从一幅画面变化到第二幅画面，再变化到第三幅画面甚至更多画面的动画效果。

6、变形动画的编辑：PhotoMorph 的动画编辑文件以PMP为后缀，也称为专案（Project）文件，它包括变形动画的起始、结束帧图像指针，变形对应点以及变形动画的其它参数。PMP文件记录的是动画的编辑信息，而不包含关键帧图像数据。通过该文件可对变形动画效果进行重复编辑，但需要同时保留关键帧图像文件。PhotoMorph 主窗口上的编辑菜单只能操作图像文件，而PMP专案文件只能由PhotoMorph 的专案编辑器（变形动画编辑器）进行显示和编辑。专案编辑器是PhotoMorph 的主要控制窗口。在该编辑窗口中可装入和保存PMP文件、显示和编辑动画参数、显示和增加关键帧组、编辑关键帧画面上的对应点、生成中间帧图像文件或A VI文件、预览动画各帧，最后可开启A VI 放映机浏览动画效果。

五、总结

中国数字媒体产业虽然在日新月异的发展，但却还远远难以跻身世界前沿，面对如此广大的市场，以创意和多媒体为核心的数字媒体人才已经成为新型的紧缺人才

可见，中国动画产业要想在国内大多数受众的不支持和国外动画产业的冲击下，走出“瓶颈”期，打造自己的动画品牌，需要动画创作者、传播学者、产业经营者以及行业监管部门和教育等多方面的共同努力。

参考文献：

[1]《2006年中国广播影视发展报告》社会科学文献出版社

[2]郑兴东（2004）：《受众心理与传媒引导》新华出版社

[3] [英]罗杰·迪金森、拉马斯瓦米·哈里德纳斯、奥尔加·林耐编（2006）、单波译：《受众研究读本》华夏出版社