前言：我們精心挑選了數(shù)篇優(yōu)質(zhì)計算機動畫制作技術(shù)文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發(fā)，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

[關(guān)鍵詞] 計算機動畫 電影 軟件 造型

一、概述

計算機動畫是計算機圖形學(xué)和藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品，計算機動畫已廣泛應(yīng)用于影視特技、商業(yè)廣告、虛擬現(xiàn)實、游戲制作、教育等各個領(lǐng)域。1982年，迪斯尼推出第一部計算機動畫電影一Tron(《電腦爭霸》)。世界電影史上《泰坦尼克號》的成功很大程度上歸功于計算機動畫的大量運用。

二、計算機動畫的生物學(xué)基礎(chǔ)

計算機動畫是指采用圖形與圖像的處理技術(shù)，借助于編程或動畫制作軟件生成一系列的景物畫面，其中當(dāng)前幀是前一幀的部分修改。人眼是重要的成像裝置，視覺暫留效應(yīng)是電影中計算機動畫得以應(yīng)用的生物學(xué)基本條件。實驗證明：動畫和電影的畫面刷新率為24幀／秒，即每秒放映24幅畫面，則人眼看到的是連續(xù)的畫面效果。計算機動畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生物體運動的視覺效果。

三、制作電影計算機動畫的軟件和硬件

計算機動畫的制作基本包括立意、編寫腳本、編寫故事板、建立人物模型、配音、計算機動畫制作、剪輯等，最終都要利用制作動畫的軟件和硬件才能完成。

在電影計算機動畫的制作中，SGf的超級圖形工作站是最好的三維硬件平臺，它具有強大的圖形圖像處理能力。Softimage3D、MAYA、Flint等軟件在SGI臺上可以發(fā)揮最好的性能。雖然PC平臺已成為計算機動畫制作的工具，但SGI仍然是高端運用的主要平臺。

只有高性能的硬件平臺還不夠，電影中逼真的計算機動畫還是要利用功能強大的三維圖像軟件來實現(xiàn)。工作站級的圖形圖像處理軟件有Softimage、Alias／WavefrontSoftimage 3D是Softimage公司出品的三維動畫制作軟件。《侏羅紀(jì)公園》中身手敏捷的速龍、《閃電悍將》中閃電俠飄蕩的斗篷，都是利用Softimage3D來制作的。

MAYA有更大的可控制性和可操作性。MAYA在建模、渲染、場景和數(shù)字角色的制作等方面都非常方便。它采用Obiect orientedC++code整合OpenGL圖形工具。MAYA的核心技術(shù)是MEL Scripting和Command語言。

在其他國家Houdini是一個使用頻率很高的計算機動畫制作軟件。Houdini的強大功能在于它的變形球系統(tǒng)和粒子系統(tǒng)。此外還有3DsMax、LIGHTWAVE3D軟件等。

四、電影中計算機動畫的分類

按照制作的基本技術(shù)計算機動畫可以分為關(guān)鍵幀動畫、運動捕捉動畫和計算動畫。關(guān)鍵幀動畫是通過定義動畫的起始幀和結(jié)束幀，通過計算機的軟件計算出中間幀，通過定義直線的或者曲線的運動的路徑來定義中間幀。運動捕捉動畫是通過在演員身體的各部分安裝發(fā)光物體，多部攝影機同時拍攝演員在指定范圍內(nèi)的動作，再經(jīng)電腦系統(tǒng)分析光點的運動，進而產(chǎn)生計算機動畫角色的運動模型。計算動畫是運用運動學(xué)中的正求或反求的原理從已知運動的起始位置去確定運動的結(jié)束位置，或給出運動的結(jié)束位置，再給定運動的速度、方向和一定的運動的級聯(lián)關(guān)系，來求出運動的起始的位置。

五、電影中計算機動畫面臨的問屬與解決方案

1．運動的視覺感知問題

電影是通過觀眾的各種感觀，主要是通過視覺信息的獲得而產(chǎn)生對運動的感知效果。物理學(xué)中的速度、加速度、慣性、質(zhì)量、重量、作用力與反作用力，光學(xué)中的明暗、陰影、光的折射與反射，動力學(xué)中運動的級聯(lián)關(guān)系、自由度的控制；生物學(xué)中生物受到一定的刺激后的本能反映、面部表情、行為舉止，對其心理思維的感知，與聲音的模擬、合成與運動同步性的處理等的綜合效果，會給觀眾以一個綜合的感知效果，制作計算機動畫時，必須考慮到這些視覺感知的問題，才能獲得更逼真的效果。

2．計算機動畫的造型方法

在計算機動畫造型時涉及正向運動學(xué)、逆向運動學(xué)、動力學(xué)、彈性理論、流體動力學(xué)等學(xué)科。在計算機動畫設(shè)計中，人體造型是非常復(fù)雜的問題。人體的自由度在200個以上。人的肌肉形狀非常復(fù)雜，且隨人體的運動而變形，softimage軟件提供了很強的元球造型和動畫功能。可以較好的解決人體造型方面的問題。動畫軟件Maya、Softimage和Alias／Wavefront都提供正向運動學(xué)和逆向運動學(xué)的動畫設(shè)置方法。Maya是一個面向角色動畫的軟件，Softimage有一個設(shè)置關(guān)節(jié)動畫的模塊Actor。在計算機動畫中，建立有真實感的運動物體并保持對其運動的精確控制是很難的，一般在運動的復(fù)雜度和可控性進行合理的取舍。

3．計算機動畫的制作成本和制作周期

計算機動畫是一項非常高投入的制作。世界著名的數(shù)字工作室Digital Domain公司，用了300多臺SGI超級工作站，50多個特技師夜以繼日制作《泰坦尼克號》中的計算機動畫，用了一年半的時間才完成。利用一些PC而不是工作站制作一些簡單的動畫過程，利用一些NT板的三維圖形軟件，建立一些可以重復(fù)利用的圖形、圖像、材質(zhì)、光源、運動部件、角色、表情、自然景觀的模擬資源庫可以適當(dāng)降低制作的成本，減少重復(fù)性的勞動，提高資源庫元件的利用效率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

第2篇

關(guān)鍵詞：計算機角色動畫；可視媒體；融合技術(shù)

隨著計算機角色動畫制作的發(fā)展和應(yīng)用規(guī)模的逐漸擴大，計算機角色動畫制作還涉及計算機視覺、計算機圖形學(xué)及機器學(xué)習(xí)等技術(shù)范疇，因此，其發(fā)展過程成為多種可視媒體融合的研究領(lǐng)域。

1可視媒體融合技術(shù)概述

在計算機角色動畫制作中會涉及圖像、三維模型、視頻以及運動捕捉等多種數(shù)據(jù)的綜合處理，這些數(shù)據(jù)通過計算機的采集、編輯和壓縮的形式被制作成多媒體數(shù)據(jù)源的形式展現(xiàn)出來，并經(jīng)過相互之間的作用形成鮮明的動畫角色，這就是可視媒體融合技術(shù)。

多視點圖像中提取的角色通過對側(cè)影信息的變形來實現(xiàn)個性化角色的轉(zhuǎn)變，再通過對運動數(shù)據(jù)的捕捉來實現(xiàn)角色模型的驅(qū)動，以此建立具體的動畫角色。這個過程中主要運用了圖像、運動捕捉和三維模式。因此，不同的可視媒體所采用的融合技術(shù)是不相同的。

2可視媒體融合分類

計算機動畫角色在應(yīng)用過程中呈現(xiàn)出跨度大和設(shè)計范圍廣等特點，各種動畫角色的設(shè)置都需要建立在可視媒體的基礎(chǔ)上，下面對可視媒體的融合進行分類研究。

2.1視頻融合

（1）多視點人體角合成三維角色動畫：對動畫角色進行攝像機的同步，根據(jù)拍攝角色的輪廓、深度信息等對每一幀中的角色進行重建，根據(jù)當(dāng)前視覺的多視點紋理來合成角色紋理，這樣就能夠得到三維角色動畫而不是靜態(tài)的三維模型了。（2）角色動畫片段生成：主要采用渲染的方式，實現(xiàn)了片段的編輯，生成角色所需要的動畫。（3）視頻重組：分解和提取現(xiàn)有視頻組合相似的視頻片段，使其成為一個新的視頻，實現(xiàn)了有限視頻資源的利用，視頻重組技術(shù)在一些特殊動畫角色上也有應(yīng)用，例如昆蟲等，通過對原有視頻的重新組合和制作進而形成新的視頻，保證各種片段之間的連續(xù)性，用戶通過對代價函數(shù)的運用，實現(xiàn)了對角色運動軌跡的控制，進而形成了嶄新的動畫角色。

2.2圖像融合

（1）IBM構(gòu)建角色模型：以IBM科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，以定標(biāo)的方式實現(xiàn)相機模型的產(chǎn)生，在多視點圖像中建立三維角色，并將事先做好的圖像貼到事先做好的模型當(dāng)中，以便實現(xiàn)真實角色的還原。但是還有一點需要注意，就是定標(biāo)的過程中可能產(chǎn)生一定的誤差，因此，角色模型與真實事物也會存在一定的差異。（2）卡通畫制作輔助系統(tǒng)：分層化處理輸入的關(guān)鍵幀，將其分解，對相鄰的2個關(guān)鍵幀筆畫可以建立對應(yīng)關(guān)系，利用插值技術(shù)形成渡幀，進而促進動畫的形成。（3）角色重用技術(shù)：采用背景分割的方式實現(xiàn)角色的提取，算出任意2幀之間的差異，最終得到距離矩陣，最后根據(jù)每一幀數(shù)據(jù)投影來形成連通圖，經(jīng)過畫師對連通圖起點終點計算最小路徑，從而構(gòu)成卡通角色動畫，為了使動畫更加平滑、完整，可以用插值的方式來生成過渡幀。

2.3三維模型融合

（1）實時插值技術(shù)：此技術(shù)以樣例為基礎(chǔ)，其插值方式有2種，一種是徑向基插值，一種是組合線性插值，這樣就實現(xiàn)了動畫人物角色及人臉上的平滑過渡，在一些動畫游戲的交互設(shè)計方面也有著重要的應(yīng)用。（2）人體模型變形技術(shù)：此技術(shù)也是以樣例為基礎(chǔ)，對人體表面的標(biāo)記點進行掃面，能夠促進動畫角色骨架的形成，進而形成動畫樣本的參數(shù)，在參數(shù)空間內(nèi)進插值就能夠得到動畫角色模型，人體樣本子空間的建立的主要方法是PCA法，能夠?qū)崿F(xiàn)個性化人體角色的生成，樣本數(shù)據(jù)由多個人體模型來組成，這種模型的合成和變形技術(shù)主要生成的都是動畫角色人物的靜態(tài)模型。（3）關(guān)節(jié)運動生成：當(dāng)前有許多研究指出可以利用逆向運動來生成關(guān)節(jié)運動，首先建立世界坐標(biāo)系，得出角色角的具置，通過偽逆矩陣來實現(xiàn)動畫角色全身各項關(guān)節(jié)處的旋轉(zhuǎn)角度，進而促進關(guān)節(jié)運動的實現(xiàn)。

2.4運動捕獲數(shù)據(jù)融合

將已經(jīng)存在的運動數(shù)據(jù)作為輸入，對這些已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)進行處理，形成新的數(shù)據(jù)，這個過程就是運動捕獲數(shù)據(jù)融合的過程：（1）設(shè)定副詞空間：在此空間的多條坐標(biāo)軸都代表了不同的運動數(shù)據(jù)，可能是不同說話風(fēng)格的數(shù)據(jù)，也可能是不同角色類型的數(shù)據(jù)。之后在每條坐標(biāo)中用手工標(biāo)注出預(yù)期相對應(yīng)的運動數(shù)據(jù)樣本，最后對這些數(shù)據(jù)進行插值處理，就能夠得到新的運動數(shù)據(jù)。（2）將原始數(shù)據(jù)投影到低維空間中：對其進行參數(shù)化設(shè)置，這樣就可以在其中進行草圖的勾畫，或?qū)θS人體姿態(tài)進行操作，最后對這些原始運動數(shù)據(jù)進行插值處理。（3）運動檢索：從運動數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的捕捉，對捕捉到的數(shù)據(jù)進行檢索，得到數(shù)據(jù)存在的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)參數(shù)化的空間設(shè)置，之后進行差值處理，得到新的捕獲數(shù)據(jù)；（4）運動紋理：運動紋理有2層結(jié)構(gòu)，其是一種統(tǒng)計的模型，運動元素在底層結(jié)構(gòu)中設(shè)置，能夠表示出運動數(shù)據(jù)的相關(guān)片段，最后生成運動紋理的模型，從而實現(xiàn)具有真實感的人體三維數(shù)據(jù)。（5）多分辨率過濾：不同風(fēng)格的運動有著不同的頻率信號，多分辨率過濾法能夠?qū)⒏哳l信號和中低頻信號分開。（6）獨立成分分析：通過此方法能夠生成真實感人體的運動數(shù)據(jù)，在原始高維人體運動數(shù)據(jù)中，對人體行為特點進行抽取，建立ICA子空間，并根據(jù)插值操作，形成人體運動新數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。

2.5視頻與三位模型融合

對動畫角色和輸入的視頻動畫進行動畫角色的融合，這個過程就稱為視頻與三維模型的融合。上文中提到以多視點視頻變形中性模型得到動畫角色的方法，以此方法為基礎(chǔ)，對一段角色的運動進行多視點拍攝，以其中的不同角度的角色側(cè)影為約束條件，將角色模型進行投影，在各個視角顯示，利用能量函數(shù)對中性模型進行變形，這樣就能夠使側(cè)影和投影的重疊最大，最后運用時空的紋理技術(shù)進行紋理信息的提取工作，制定動畫角色。視頻的提取能夠?qū)崿F(xiàn)角色側(cè)影的提取，對中性的模型實現(xiàn)變形的特征。還能夠通過重建角色人臉的三維結(jié)構(gòu)從而得到個性化的人臉，重建的過程中主要重建的是人臉之間的距離。

通過濾波器預(yù)測將要跟蹤的特征的具置，之后完成特征的匹配，整個特征跟蹤的流程為：預(yù)測――修正――預(yù)測，人體模型中有多個部位，且每一個部位之間都存在一定的比例關(guān)系，以這些經(jīng)驗知識為基礎(chǔ)就能夠恢復(fù)人體的三維運動。

通過對側(cè)影的方法的實施來計算人體運動情況，進而得出一定的數(shù)據(jù)。首先需要進行側(cè)影工作的提取，通過了解人體骨架結(jié)構(gòu)，在人體內(nèi)部做姿態(tài)搜索工作，得出最佳的姿態(tài)數(shù)據(jù)，用作恢復(fù)的結(jié)果，之后對角色進行驅(qū)動，從而獲得角色動畫。

此外，還可以通過對人臉特征的運動方式的追蹤，進而實現(xiàn)對人臉目標(biāo)的驅(qū)動，得到動畫角色的人臉動畫。

在上述分析的可視媒體融合中，都是通過側(cè)影及運動的約束和對三維模型角色的驅(qū)動來完成的，因此成為視頻與三維模型的融合。

2.6運動捕獲與三維模型融合

首先介紹一種運動重定向技術(shù)，將一個角色產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)在相同的結(jié)構(gòu)上重啟，保存運動動作，保存原有運動角色的在時空條件上的約束，在重定的過程中要以此時空約束條件為基礎(chǔ)。

分析一種異構(gòu)角色之間的重定向技術(shù)，以運動樣例為基礎(chǔ)，提取關(guān)鍵字時，根據(jù)這個關(guān)鍵姿勢構(gòu)建動畫角色的姿勢，最后對關(guān)鍵幀進行相應(yīng)的插值就能夠得到所需要的目標(biāo)角色動畫。

當(dāng)前還有比較流行的一種通過規(guī)定時空約束條件實現(xiàn)運動重用的過程，其主要以相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為基礎(chǔ)，對相對應(yīng)的角色進行求解，建立目標(biāo)角色動畫。三維網(wǎng)絡(luò)模型與骨架架構(gòu)相互對應(yīng)，利用一種自動識別技術(shù)對關(guān)節(jié)點位置、數(shù)量、結(jié)構(gòu)等進行識別，實現(xiàn)對應(yīng)，最后通過對運動數(shù)據(jù)的捕捉，實現(xiàn)目標(biāo)動畫角色的有機形成。

2.7圖像、三維模型以及運動捕獲數(shù)據(jù)三者的融合

先前所提到的都是2種可視媒體的融合，而圖像、三維模型以及運動捕獲三者可以進行融合，最終生成目標(biāo)角色動畫。首先，對人體角色進行拍攝，拍攝時需要注意，要從4個正交方向分別拍攝，之后要提取側(cè)影，奠定角色側(cè)影模型側(cè)影與模型側(cè)影之間的緊密聯(lián)系，對兩者之間的聯(lián)系進行深入的了解，實現(xiàn)對中性模型的約束。當(dāng)進行文理映射時，會通過對運動中捕捉到的數(shù)據(jù)建立驅(qū)動模型，形成動畫角色。其中可以對變形中性模型進行細致劃分，這樣得到的角色模型會更加精確，也就能夠驅(qū)動模型來獲得效果更好的角色動畫。以上分析的角色動畫生成方法就融合了圖像、三維模型以及運動捕獲等3種可視媒體。

第3篇

 

要實現(xiàn)動畫制作藝術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，就要借助現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，加強動畫制作人員的專業(yè)素養(yǎng)，對動畫的運行原理及視覺調(diào)度有更深層次的分析和研究，根據(jù)實際情況適當(dāng)借助計算機軟件技術(shù)來解決一些人工無法解決的繪制難題，完善動畫的整體藝術(shù)效果，在此基礎(chǔ)上不斷提升動畫制作的技術(shù)水平和藝術(shù)效果。

 

1 利用圖像處理功能解決手繪誤差帶來的視頻頻閃問題

 

傳統(tǒng)的手繪動畫一般由多人合作完成，不管手工技術(shù)水平多高、色調(diào)管理有多統(tǒng)一，在進行合成的過程中總會出現(xiàn)一定誤差，這是手繪動畫中無法避免的常見現(xiàn)象。而用計算機的圖像處理軟件，則可以很好地解決這一難題，通過軟件調(diào)色等相關(guān)工具，對動畫圖像進行細節(jié)處理，比如描線、上色等，然后再進行掃描和拍攝。

 

在掃描拍攝的過程中，對存在的色調(diào)偏差、筆調(diào)不一致等不協(xié)調(diào)或誤差進行自動化的逐幀調(diào)整和修改;經(jīng)過軟件處理的動畫圖像，整體更加和諧，使手繪圖像在合成中的誤差減少，進而減緩視頻頻閃的問題。

 

2 使用三維動畫技術(shù)模擬動作

 

手繪動畫在制作中存在一定繪制難度，使用計算機三維動畫軟件，可以降低手動繪制的難度;三維動畫技術(shù)在生成一些靜幀圖像的同時也可以對真實的動作進行模擬，降低攝像機逐幀拍攝的難度，并且同步生成與動畫格數(shù)一致的清晰、精準(zhǔn)的畫面。

 

使用三維的動畫軟件進行動作模擬的步驟一般為：首先建立起一個三維的動畫模型，準(zhǔn)備好所需要的材質(zhì)、貼圖等、調(diào)整好動畫需要的光源燈光;然后根據(jù)動畫的分鏡頭臺本對相機做相應(yīng)的設(shè)置，最終會生成一個靜幀序列的圖像文件，保存完整后由動畫繪制人員進行繪制，即可完成動作的模擬。

 

3 運用圖像處理技術(shù)解決手繪動態(tài)事物的燈光問題

 

在手繪的物體燈光中的投影與背景分層之間存在一定的不協(xié)調(diào)的畫質(zhì)，這主要是由于運動的物體在分離出背景之后，需要是對其進行上色處理，實現(xiàn)動體投影與后期合成和背景的完美統(tǒng)一，這一直是手繪動畫中的重點難題。

 

然而手繪特點以及呈現(xiàn)出的效果在經(jīng)過軟件技術(shù)生成投影后會有所丟失，而產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于計算機軟件共有的一個特點，對圖像的信息通道進行記錄，一些顏色或效果較好的圖像在掃描和拍攝過程中會被進行選區(qū)和摳像的處理，要對摳像之后的圖像做記錄，然后存儲為TIF格式文件。

 

但當(dāng)動畫故事在室外投影，或出現(xiàn)散光的情況，投影的效果不理想時，上述的摳像處理方式在此就不太適用了。當(dāng)Alpha通道進行黑色區(qū)域的存儲時，通常為透明存儲，而白色區(qū)域的保存為不透明的，黑白中間的灰色部分則為半透明的存儲狀態(tài)。這樣的存儲方式，有利于投影和背景效果更為柔和，以實現(xiàn)室外的散光效果，這樣的存儲效果避免了傳統(tǒng)的處理過程中存在的乏味和呆滯，使得投影和背景更加協(xié)調(diào)。

 

4 利用后期合成軟件進行多層合成，解決大規(guī)模場景的鏡頭繪制

 

傳統(tǒng)的動畫制作中，對于較大規(guī)模、大場景的人物或運動畫面的繪制有很大難度，但計算機的后期合成軟件中的多層合成功能，可以有效降低大場景繪制難度。

 

利用軟件進行動畫的處理，先要進行分層制作，這一技術(shù)可以對大場景鏡頭做出分鏡頭和運動體的分層繪制，在完成第一層的動畫處理后，將繪制好的成品根據(jù)設(shè)定的圖層順序進行調(diào)入，以及最終的圖像合成，進而完成此類動畫的繪制。

 

然而在對圖像合成處理的過程中，需要注意，處理分層的同時要考慮事物之間的距離，主要是為了避免場景內(nèi)的遠處的事物太小而不容易繪制的問題。將繪制好的圖像調(diào)入到軟件中后，需要根據(jù)每層之間的遠近透視關(guān)系對其進行調(diào)整，還要對各個運動物體在進行分層時按照相應(yīng)的透視原理完成繪制，避免在合成時出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象。

 

5 利用三維合成技術(shù)解決傳統(tǒng)動畫制作無法實現(xiàn)的噴泉、燈光等特效

 

首先來說燈光特效的實現(xiàn)，以酒吧轉(zhuǎn)動燈光的效果為例，這樣的燈光效果一般要求能照射到空間的每個角落，要實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的特效，光點就不能是靜止不動的;三維合成技術(shù)具有這方面的技術(shù)性能，執(zhí)行的步驟大致為：將酒吧的整體場景放入合成軟件AE中，經(jīng)過軟件的合成處理，將突出轉(zhuǎn)換為三維合成區(qū)域，然后再這一合成區(qū)域上建立一個新的多燈光圖層，幫助實現(xiàn)燈光的顏色變換、位置的調(diào)整，最后對各個圖層做出燈光旋轉(zhuǎn)的動畫即可實現(xiàn)所需要的特效。

 

在傳統(tǒng)的動畫制作中，噴泉和霓虹的特效屬于難度較大的，在三維合成軟件中有專門用于設(shè)計這類效果的粒子特效。

 

實現(xiàn)的步驟為：將合成的夜景圖像放入三維合成軟件中，然后建立噴泉粒子和閃爍粒子，創(chuàng)建完成后還要對相應(yīng)的參數(shù)進行調(diào)整和設(shè)置，尤其是空氣透視場景變化的控制;最后進行合成，輸出保存即可完成噴泉、霓虹特效的制作。

 

6 結(jié) 語

 

科學(xué)技術(shù)水平的提高，帶動了各行各業(yè)的發(fā)展和進步，傳統(tǒng)的動畫繪制在技術(shù)和藝術(shù)效果上存在一些不足，可以通過相應(yīng)的計算機軟件技術(shù)進行改善和提升，更好地展現(xiàn)動畫藝術(shù)的活力，推動手繪動畫改革。通過計算機軟件技術(shù)的應(yīng)用，解決傳統(tǒng)動畫制作的技術(shù)難點，同時使其藝術(shù)手法更具多樣化、藝術(shù)效果更加豐富多彩。