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關(guān)于計算機動畫的論文計算機動畫論文:計算機二維動畫處理編輯技術(shù)綜述摘要:介紹了動畫的原理和動畫的類型,重點闡述了二維動畫的制作過程及相應(yīng)的處理軟件、二維動畫與三維動畫比較以及制作二維動畫的基本步驟等。關(guān)鍵詞:二維動畫;處理編輯軟件;三維動畫;Gif;Flash在多媒體項目中,對于過程的描述只依賴于文本信息或圖形圖像信息是不夠的,為達到更好的描述效果,需要利用動畫。動畫能更直觀、更翔實地表現(xiàn)事物變化的過程。動畫比靜態(tài)圖片表達的信息多,比視頻占用的存儲空間少。與視頻相比,對處理器的要求也相對低一些,還能通過模擬的方法說明視頻無法記錄的過程,如電子或行星的運動。因此,計算機動畫有著舉足輕重的作用,在多媒體課件中合理地使用動畫,可大大增強教學(xué)效果。1 動畫發(fā)展歷史及動畫原理很多人在小時候都曾有過看翻轉(zhuǎn)書的經(jīng)歷:每張紙上畫一個小人,動作各不相同,當(dāng)快速翻動時,感覺到畫面中的小人在動,這就是動畫的最原始形態(tài)。20 世紀(jì)20 年代末至30 年代末,當(dāng)商業(yè)動畫影片之父迪斯尼將當(dāng)時的“動畫”這一新事物發(fā)展成了一門藝術(shù)以后,動畫開始有了眾多的作者和觀眾,迪斯尼的卡通片及我國動畫片鼻祖萬氏三兄弟的“大鬧天宮”等作品可以說是家喻戶曉。這些作品采用傳統(tǒng)的動畫制作方式,即每張圖片實際上都是由動畫師在二維平面上靠手工描繪而成。那么為什么靜態(tài)的圖像可以給人以動態(tài)的感覺呢?動畫和電影、電視一樣都是利用人的視覺暫留特性而產(chǎn)生的一門技術(shù)。所謂視覺暫留,是指人的眼睛在24 張/s 畫面以上的播放速度下,無法分辨出每個單獨的靜態(tài)畫面。較高的播放速度會使動作看起來更平滑、連續(xù)。速度慢時,畫面之間將產(chǎn)生跳動或閃爍。動畫就是通過快速地播放一系列的靜態(tài)畫面,讓人在視覺上產(chǎn)生動態(tài)的效果。組成動畫的每一個靜態(tài)畫面叫做一“幀(frame)”,動畫的播放速度通常稱為“幀速率”,以每秒鐘播放的幀數(shù)表示,簡記為f/s。由于早期的動畫作品是靠手工描繪而成,制作工藝復(fù)雜,生產(chǎn)周期長,表現(xiàn)力十分有限。計算機圖形圖像技術(shù)的出現(xiàn)將高科技與藝術(shù)創(chuàng)作有機地結(jié)合起來,出現(xiàn)了計算機二維動畫制作系統(tǒng)(如Animator 動畫制作系統(tǒng)),利用計算機的處理特性,把大量重復(fù)性的勞動交由計算機去做,大大降低了制作工藝的復(fù)雜程度,提高了動畫制作效率。在二維動畫制作系統(tǒng)中還增加了許多動畫特技及動畫效果,有些效果是用手工繪制無法完成的。但是二維平面的造型很難表現(xiàn)現(xiàn)實生活中的人和物,更不要說藝術(shù)家想象中的虛幻世界。隨著計算機技術(shù)的提高,計算機三維動畫制作系統(tǒng)應(yīng)運而生。三維動畫制作系統(tǒng)完美地將計算機高科技與藝術(shù)創(chuàng)作結(jié)合起來,不僅為藝術(shù)家們提供了前所未有的創(chuàng)造工具,而且徹底地把他們從畫筆、畫板中解脫出來。藝術(shù)家們只需在計算機上利用三維動畫制作系統(tǒng)提供的各種工具,就能使自己的創(chuàng)造力和想象力得到淋漓盡致的發(fā)揮,制作出非常生動的動畫效果來。2 動畫類型在多媒體項目中使用動畫有兩種方式可以選擇。一種是用專門的動畫制作軟件生成獨立的動畫文件。這些動畫文件可以嵌入到多媒體項目中,也可以利用程序控制播放。利用動畫制作軟件制作出來的動畫有基于幀的動畫、基于角色的動畫和基于對象的動畫。另外一種是利用多媒體創(chuàng)作工具中提供的動畫功能,制作簡單的對象動畫。例如,可以使屏幕上的某一對象(可以是一幅圖,也可以是一行文字)沿著指定的軌跡移動,產(chǎn)生簡單的動畫效果。按照這種思路,動畫可以概括為3 種類型:基于幀的動畫,基于角色的動畫,對象動畫。2.1 基于幀的動畫;基于幀的動畫的工作原理非常像前面提到的翻轉(zhuǎn)書,當(dāng)快速播放所有圖片時,就會產(chǎn)生人奔跑的動態(tài)感覺。最初人們在計算機上模仿這種原始的動畫技術(shù)時,需要手工繪制出每一幀圖像,生產(chǎn)效率很低?,F(xiàn)在,隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展,利用先進的動畫制作軟件,可以通過裁剪、拷貝、粘貼等方式減少重復(fù)勞動,提高動畫制作的速度和質(zhì)量。另外,對每一幀畫面的編輯也較以前輕松得多。2.2 基于角色的動畫;基于角色的動畫是由基于幀的動畫技術(shù)演變而來,其目的是提高動畫制作的速度。這個名字來源于分層技術(shù)一種在靜態(tài)背景上疊加動態(tài)元素的動畫技術(shù)。利用這種技術(shù),動畫制作者在生成動畫時不需要重新畫出每一幀的所有元素。例如在動畫的一個場景中,背景只需要生成一次,然后通過在前景中移動物體來產(chǎn)生動畫。和基于幀的動畫一樣,在基于角色的動畫中也要注意表現(xiàn)前景的動作。每個動作和姿勢都必須細分成最基本的組成部分,然后再仔仔細細地畫下來。顯然,利用一個公共的靜態(tài)背景能提高這個處理過程的效率。在計算機上,由于很多工作是由計算機自動完成,基于角色的動畫顯得更加高效。舉個例子來說,可以利用拷貝命令復(fù)制一個屏幕元素,然后對其稍加變形,從而產(chǎn)生動畫的中間幀。在動畫制作軟件中,對一個元素,通常畫出23 個基本動作造型,利用軟件本身提供的功能可以產(chǎn)生整個動作需要的其他幀。比如要做一個鳥飛過屏幕的動畫,可以畫出兩個翅膀位置不同的鳥,給出鳥飛過屏幕的路徑,動畫軟件可以自動地在給定的路徑上插入中間幀,使鳥看起來真的像飛起來一樣。2.3 對象動畫對象動畫在多媒體制作中可以算是最基本和最有效的動畫技術(shù)。Flash 動畫是典型的基于對象的動畫。在制作Flash 動畫中,最基本元件就是對象,使用繪圖工具欄中的繪圖工具在幀編輯區(qū)中繪制出矢量化對象,為了方便對象的重復(fù)使用,可以把對象保存為組件或直接創(chuàng)建組件;對象處于場景中,某一時刻場景的靜態(tài)圖像稱為幀,每個場景中可設(shè)置多個層,每層中有若干個對象,改變不同時刻(即不同幀)中對象的位置、形態(tài),由此產(chǎn)生動畫。當(dāng)前流行的很多多媒體創(chuàng)作工具都有對象動畫功能,與使用基于幀的動畫和基于角色的動畫不同,它不需事先做出獨立的動畫文件,然后再嵌入或引用,而是直接利用多媒體創(chuàng)作工具中內(nèi)建的動畫功能,通過操作指定對象產(chǎn)生動畫。對象動畫通常表現(xiàn)為一個不變的對象沿著一定的軌跡移動,在移動過程中,可以使對象旋轉(zhuǎn)或改變大小,甚至可以使對象變形。例如,圓可以在指定的幀數(shù)內(nèi)按照指定的路徑變換成橢圓。對象動畫可以增加項目本身的表現(xiàn)力和感染力,而且一些動態(tài)效果制作起來并不費力。比如可以在屏幕中間呈現(xiàn)一幅圖,把圖移到屏幕邊緣,然后再呈現(xiàn)下一幅圖。實際上,很多優(yōu)秀的多媒體項目都是利用對象動畫來引人入勝的?,F(xiàn)在,還流行一種變形動畫技術(shù),在電視、電影中我們已多次看到了變形特技。變形動畫是指一種變化的效果,表面看來,屏幕上的一種東西非常自然地變成了另外一種東西,可以是一種幾何形狀變成了另一種形狀,也可以將一條狗變成一只貓。3 動畫制作過程計算機動畫是在傳統(tǒng)手工動畫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它們的制作過程有很多相似之處。手工動畫制作主要過程是:編寫文字腳本或鏡頭腳本繪制關(guān)鍵圖片把繪制在紙張上的草圖轉(zhuǎn)畫到膠片上著色編輯。使用計算機動畫制作軟件制作動畫主要過程是:編寫腳本繪制關(guān)鍵幀(包括著色)生成中間幀(利用動畫軟件自動生成)生成動畫文件編輯(將若干動畫文件合成)。4 動畫文件格式常見的動畫格式有FLI,F(xiàn)LC,AVI,SWF 等。FLI 格式是Autodesk 公司開發(fā)的屬于較低分辨率的文件格式,具有固定的畫面尺寸(320 mm200 mm)及256 種色的顏色分辨率。由于畫面尺寸約為全屏幕的1/4,計算機也可以用320 mm200 mm 的或640 mm400 mm 的分辨率播放。FLC 格式也是Autodesk 公司開發(fā),它屬于較高分辨率的文件格式。FLC 格式改進了FLI 格式尺寸固定與顏色分辨率低的不足,是一種可使用各種畫面尺寸及顏色分辨率的動畫格式,可適應(yīng)各種動畫的需要。嚴(yán)格地說,AVI 格式并不是一種動畫格式,而是一種視頻格式。與前者不同的是,它不但包含畫面信息,亦包含有聲音。包含聲音時會遇到聲畫同步的問題,因此這種動畫格式以時間為播放單位,在播放時不能控制其播放速度。Macromedia 公司的Flash 動畫近年來在網(wǎng)頁中得以廣泛應(yīng)用,是目前最流行的二維動畫技術(shù)。用它制作的SWF 動畫文件可以嵌入到HTML 文件里,也可以單獨使用,或以O(shè)LE 對象的方式出現(xiàn)在各種多媒體創(chuàng)作系統(tǒng)中。SWF 文件的存儲量很小,但在幾百至幾千字節(jié)的動畫文件中,卻可以包含幾十秒鐘的動畫和聲音,使整個頁面充滿了生機。Flash 動畫還有一大特點是:其中的文字、圖像都能跟隨鼠標(biāo)的移動而變化,可制作出交互性很強的動畫文件。5 二維動畫與三維動畫比較二維動畫的技術(shù)基礎(chǔ)是“分層”技術(shù)。動畫師將運動的物體和靜止的背景分別繪制在不同的透明膠片上,然后疊加在一起拍攝。這樣不僅減少了繪制的幀數(shù),同時還可以實現(xiàn)透明、景深和折射等不同的效果。發(fā)達的電腦技術(shù)與優(yōu)秀動畫師的聯(lián)姻進一步推動了二維動畫的發(fā)展,各個層開始在電腦上直接合成,電腦還能繪制出大自然、科幻式奇效等手繪無法完成的畫面。1986年, 迪斯尼利用電腦制作了妙妙探(The Great MouseDetective),此后,動畫場景的數(shù)字合成技術(shù)在二維動畫中得到了廣泛使用。因此,嚴(yán)格來說,完全手繪的動畫早就不存在了。如今,二維動畫和三維動畫之間的界限也漸漸變得模糊起來,但只要動畫角色是用手繪制作并一層層疊加上去的,那就還屬于二維動畫。三維動畫依賴的CG 技術(shù)(電腦圖像生成技術(shù)ComputerGraphic),通過電腦強大的運算能力來模擬現(xiàn)實,需要完成建模、動作、渲染等步驟:建模就是以點、線、面的方式建立物體的幾何信息;動作是在建模的基礎(chǔ)上,通過動態(tài)捕捉、力場模擬等方法讓物體按照要求運動;渲染就是給著了色、添加了紋理的物體打上虛擬的燈光進行模擬拍攝??偟膩碚f,二維動畫與三維動畫技術(shù)各有千秋,雖然以CG技術(shù)為依托的三維動畫在電影電視的特技效果中已經(jīng)超越了二維動畫,但在其他領(lǐng)域(如教育、營銷等方面)二維動畫還是有著極大的發(fā)展空間。6 二維計算機動畫運動是動畫的本質(zhì),動畫是運動的藝術(shù)。二維計算機動畫(2D Computer Animation)是用計算機輔助制作動畫,它主要表現(xiàn)二維平面上的內(nèi)容如用于模擬各類實驗過程和實驗儀器的操作等,但也可以通過特殊處理制作出三維效果。目前的計算機動畫處理中,二維動畫以其簡單方便的制作與使用得到了廣大動畫設(shè)計制作人員的青睞。尤其在多媒體課件的制作中,由于二維動畫相對三維動畫具有制作成本低、對制作和運行的硬件環(huán)境要求較低等優(yōu)點,因此得到了大量的應(yīng)用。計算機二維動畫的基本原理與傳統(tǒng)動畫有許多相同之處,但在制作技術(shù)上有極大的區(qū)別。在二維動畫的總體設(shè)計到具體制作的過程中應(yīng)注意以下幾個方面:6.1 合理地設(shè)計二維動畫;根據(jù)教學(xué)內(nèi)容確定二維動畫的動作和變化節(jié)奏,根據(jù)調(diào)用二維動畫的課件應(yīng)用硬件環(huán)境確定動畫尺寸和總幀數(shù),這兩者與動畫圖像復(fù)雜度一起構(gòu)成了動畫數(shù)據(jù)量要素。當(dāng)動畫數(shù)據(jù)量較大時,在較高性能的硬件環(huán)境中播放才能得到較流暢的動畫效果,否則動畫會有停頓感。通常為保證教學(xué)效果,總是以保證動畫畫面復(fù)雜度為前提,適當(dāng)?shù)卣{(diào)整動畫尺寸和總幀數(shù),以減少對播放硬件環(huán)境的依賴,從而得到較好的動畫效果。6.2 保證模擬效果的真實性;由于二維動畫常用于對不可實地拍攝的教學(xué)內(nèi)容進行模擬,因而應(yīng)從二維動畫的形狀、顏色、動作節(jié)奏等方面保證效果的真實性。若根據(jù)教學(xué)效果需夸張表達某些現(xiàn)象,這時應(yīng)在動畫中設(shè)計參照對象,或在課件中用其他媒體形式加以說明,便于學(xué)習(xí)者的理解。6.3 提高二維動畫的制作效率;通常動畫的制作周期較長,應(yīng)充分利用各種制作工具軟件的功能,提高動畫制作效率。例如主要基礎(chǔ)畫面的圖像可由掃描儀輸入;分析和尋找動畫幀間動作規(guī)律,以避免大量重復(fù)制作并可保證一致性等。在二維動畫的制作中,往往同一種效果可有多種不同的方法來制作,應(yīng)選用效率高的方法,這需要在大量的制作實踐中獲得其規(guī)律。7 二維動畫編輯軟件常用的二維動畫制作軟件有下面幾種:DOS 下的AnimatorPro,Windows 下的Animator Studio,Director,F(xiàn)lash 等。其中二維動畫編輯軟件Flash 由于簡單易學(xué)、見效快,更是得到了廣泛應(yīng)用。Flash 源文件格式為fla,發(fā)布之后的影片文件格式為swf。另外還有一種Gif 動畫也常用于制作課件中的動畫效果;常用的聲音編輯軟件有Sound Forge,Wavelab,CoolEdit 等。利用Windows操作系統(tǒng)自帶的附件錄音機可進行聲音的錄入,在Flash 中也可以進行聲音的簡單處理,如制作聲音的淡入淡出效果、截取一段音頻等,雖然功能有限,但對于制作一般的教學(xué)用課件是足夠的。8 制作二維動畫的基本步驟制作二維動畫的基本步驟是:應(yīng)用計算機制作與編輯關(guān)鍵幀;計算和生成中間幀;定義和顯示運動路徑;交互式給畫面上色;產(chǎn)生一些特技效果。8.1 關(guān)鍵幀制;作傳統(tǒng)動畫創(chuàng)作中,由美術(shù)師繪制作關(guān)鍵的畫面,再由美工使用關(guān)鍵畫面描繪出中間畫面,最后逐一將這些畫面拍照形成動畫影片,這一過程十分復(fù)雜與繁瑣?,F(xiàn)在在計算機輔助動畫設(shè)計中,關(guān)鍵幀可以使用輸入設(shè)備,如掃描儀、數(shù)字化儀等實現(xiàn)數(shù)字化輸入,也可以在二維動畫制作軟件中直接繪制與編輯。8.2 著色;繪制好的圖形利用計算機中的圖形、圖像處理軟件或動畫制作軟件進行著色,這些軟件都提供調(diào)色板、畫筆等功能,使用簡單、方便、直觀。8.3 分層制作與合成;將處理好的圖形在動畫制作軟件中

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