计算机动画制作技术范文

前言：我们精心挑选了数篇优质计算机动画制作技术文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

[关键词] 计算机动画 电影 软件 造型

一、概述

计算机动画是计算机图形学和艺术相结合的产品，计算机动画已广泛应用于影视特技、商业广告、虚拟现实、游戏制作、教育等各个领域。1982年，迪斯尼推出第一部计算机动画电影一Tron(《电脑争霸》)。世界电影史上《泰坦尼克号》的成功很大程度上归功于计算机动画的大量运用。

二、计算机动画的生物学基础

计算机动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。人眼是重要的成像装置，视觉暂留效应是电影中计算机动画得以应用的生物学基本条件。实验证明：动画和电影的画面刷新率为24帧／秒，即每秒放映24幅画面，则人眼看到的是连续的画面效果。计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的视觉效果。

三、制作电影计算机动画的软件和硬件

计算机动画的制作基本包括立意、编写脚本、编写故事板、建立人物模型、配音、计算机动画制作、剪辑等，最终都要利用制作动画的软件和硬件才能完成。

在电影计算机动画的制作中，SGf的超级图形工作站是最好的三维硬件平台，它具有强大的图形图像处理能力。Softimage3D、MAYA、Flint等软件在SGI台上可以发挥最好的性能。虽然PC平台已成为计算机动画制作的工具，但SGI仍然是高端运用的主要平台。

只有高性能的硬件平台还不够，电影中逼真的计算机动画还是要利用功能强大的三维图像软件来实现。工作站级的图形图像处理软件有Softimage、Alias／WavefrontSoftimage 3D是Softimage公司出品的三维动画制作软件。《侏罗纪公园》中身手敏捷的速龙、《闪电悍将》中闪电侠飘荡的斗篷，都是利用Softimage3D来制作的。

MAYA有更大的可控制性和可操作性。MAYA在建模、渲染、场景和数字角色的制作等方面都非常方便。它采用Obiect orientedC++code整合OpenGL图形工具。MAYA的核心技术是MEL Scripting和Command语言。

在其他国家Houdini是一个使用频率很高的计算机动画制作软件。Houdini的强大功能在于它的变形球系统和粒子系统。此外还有3DsMax、LIGHTWAVE3D软件等。

四、电影中计算机动画的分类

按照制作的基本技术计算机动画可以分为关键帧动画、运动捕捉动画和计算动画。关键帧动画是通过定义动画的起始帧和结束帧，通过计算机的软件计算出中间帧，通过定义直线的或者曲线的运动的路径来定义中间帧。运动捕捉动画是通过在演员身体的各部分安装发光物体，多部摄影机同时拍摄演员在指定范围内的动作，再经电脑系统分析光点的运动，进而产生计算机动画角色的运动模型。计算动画是运用运动学中的正求或反求的原理从已知运动的起始位置去确定运动的结束位置，或给出运动的结束位置，再给定运动的速度、方向和一定的运动的级联关系，来求出运动的起始的位置。

五、电影中计算机动画面临的问属与解决方案

1．运动的视觉感知问题

电影是通过观众的各种感观，主要是通过视觉信息的获得而产生对运动的感知效果。物理学中的速度、加速度、惯性、质量、重量、作用力与反作用力，光学中的明暗、阴影、光的折射与反射，动力学中运动的级联关系、自由度的控制；生物学中生物受到一定的刺激后的本能反映、面部表情、行为举止，对其心理思维的感知，与声音的模拟、合成与运动同步性的处理等的综合效果，会给观众以一个综合的感知效果，制作计算机动画时，必须考虑到这些视觉感知的问题，才能获得更逼真的效果。

2．计算机动画的造型方法

在计算机动画造型时涉及正向运动学、逆向运动学、动力学、弹性理论、流体动力学等学科。在计算机动画设计中，人体造型是非常复杂的问题。人体的自由度在200个以上。人的肌肉形状非常复杂，且随人体的运动而变形，softimage软件提供了很强的元球造型和动画功能。可以较好的解决人体造型方面的问题。动画软件Maya、Softimage和Alias／Wavefront都提供正向运动学和逆向运动学的动画设置方法。Maya是一个面向角色动画的软件，Softimage有一个设置关节动画的模块Actor。在计算机动画中，建立有真实感的运动物体并保持对其运动的精确控制是很难的，一般在运动的复杂度和可控性进行合理的取舍。

3．计算机动画的制作成本和制作周期

计算机动画是一项非常高投入的制作。世界著名的数字工作室Digital Domain公司，用了300多台SGI超级工作站，50多个特技师夜以继日制作《泰坦尼克号》中的计算机动画，用了一年半的时间才完成。利用一些PC而不是工作站制作一些简单的动画过程，利用一些NT板的三维图形软件，建立一些可以重复利用的图形、图像、材质、光源、运动部件、角色、表情、自然景观的模拟资源库可以适当降低制作的成本，减少重复性的劳动，提高资源库元件的利用效率，缩短产品的生产周期。

第2篇

关键词：计算机角色动画；可视媒体；融合技术

随着计算机角色动画制作的发展和应用规模的逐渐扩大，计算机角色动画制作还涉及计算机视觉、计算机图形学及机器学习等技术范畴，因此，其发展过程成为多种可视媒体融合的研究领域。

1可视媒体融合技术概述

在计算机角色动画制作中会涉及图像、三维模型、视频以及运动捕捉等多种数据的综合处理，这些数据通过计算机的采集、编辑和压缩的形式被制作成多媒体数据源的形式展现出来，并经过相互之间的作用形成鲜明的动画角色，这就是可视媒体融合技术。

多视点图像中提取的角色通过对侧影信息的变形来实现个性化角色的转变，再通过对运动数据的捕捉来实现角色模型的驱动，以此建立具体的动画角色。这个过程中主要运用了图像、运动捕捉和三维模式。因此，不同的可视媒体所采用的融合技术是不相同的。

2可视媒体融合分类

计算机动画角色在应用过程中呈现出跨度大和设计范围广等特点，各种动画角色的设置都需要建立在可视媒体的基础上，下面对可视媒体的融合进行分类研究。

2.1视频融合

（1）多视点人体角合成三维角色动画：对动画角色进行摄像机的同步，根据拍摄角色的轮廓、深度信息等对每一帧中的角色进行重建，根据当前视觉的多视点纹理来合成角色纹理，这样就能够得到三维角色动画而不是静态的三维模型了。（2）角色动画片段生成：主要采用渲染的方式，实现了片段的编辑，生成角色所需要的动画。（3）视频重组：分解和提取现有视频组合相似的视频片段，使其成为一个新的视频，实现了有限视频资源的利用，视频重组技术在一些特殊动画角色上也有应用，例如昆虫等，通过对原有视频的重新组合和制作进而形成新的视频，保证各种片段之间的连续性，用户通过对代价函数的运用，实现了对角色运动轨迹的控制，进而形成了崭新的动画角色。

2.2图像融合

（1）IBM构建角色模型：以IBM科学技术为基础，以定标的方式实现相机模型的产生，在多视点图像中建立三维角色，并将事先做好的图像贴到事先做好的模型当中，以便实现真实角色的还原。但是还有一点需要注意，就是定标的过程中可能产生一定的误差，因此，角色模型与真实事物也会存在一定的差异。（2）卡通画制作辅助系统：分层化处理输入的关键帧，将其分解，对相邻的2个关键帧笔画可以建立对应关系，利用插值技术形成渡帧，进而促进动画的形成。（3）角色重用技术：采用背景分割的方式实现角色的提取，算出任意2帧之间的差异，最终得到距离矩阵，最后根据每一帧数据投影来形成连通图，经过画师对连通图起点终点计算最小路径，从而构成卡通角色动画，为了使动画更加平滑、完整，可以用插值的方式来生成过渡帧。

2.3三维模型融合

（1）实时插值技术：此技术以样例为基础，其插值方式有2种，一种是径向基插值，一种是组合线性插值，这样就实现了动画人物角色及人脸上的平滑过渡，在一些动画游戏的交互设计方面也有着重要的应用。（2）人体模型变形技术：此技术也是以样例为基础，对人体表面的标记点进行扫面，能够促进动画角色骨架的形成，进而形成动画样本的参数，在参数空间内进插值就能够得到动画角色模型，人体样本子空间的建立的主要方法是PCA法，能够实现个性化人体角色的生成，样本数据由多个人体模型来组成，这种模型的合成和变形技术主要生成的都是动画角色人物的静态模型。（3）关节运动生成：当前有许多研究指出可以利用逆向运动来生成关节运动，首先建立世界坐标系，得出角色角的具置，通过伪逆矩阵来实现动画角色全身各项关节处的旋转角度，进而促进关节运动的实现。

2.4运动捕获数据融合

将已经存在的运动数据作为输入，对这些已经存在的数据进行处理，形成新的数据，这个过程就是运动捕获数据融合的过程：（1）设定副词空间：在此空间的多条坐标轴都代表了不同的运动数据，可能是不同说话风格的数据，也可能是不同角色类型的数据。之后在每条坐标中用手工标注出预期相对应的运动数据样本，最后对这些数据进行插值处理，就能够得到新的运动数据。（2）将原始数据投影到低维空间中：对其进行参数化设置，这样就可以在其中进行草图的勾画，或对三维人体姿态进行操作，最后对这些原始运动数据进行插值处理。（3）运动检索：从运动数据库中实现对数据的捕捉，对捕捉到的数据进行检索，得到数据存在的逻辑关系，实现参数化的空间设置，之后进行差值处理，得到新的捕获数据；（4）运动纹理：运动纹理有2层结构，其是一种统计的模型，运动元素在底层结构中设置，能够表示出运动数据的相关片段，最后生成运动纹理的模型，从而实现具有真实感的人体三维数据。（5）多分辨率过滤：不同风格的运动有着不同的频率信号，多分辨率过滤法能够将高频信号和中低频信号分开。（6）独立成分分析：通过此方法能够生成真实感人体的运动数据，在原始高维人体运动数据中，对人体行为特点进行抽取，建立ICA子空间，并根据插值操作，形成人体运动新数据的产生。

2.5视频与三位模型融合

对动画角色和输入的视频动画进行动画角色的融合，这个过程就称为视频与三维模型的融合。上文中提到以多视点视频变形中性模型得到动画角色的方法，以此方法为基础，对一段角色的运动进行多视点拍摄，以其中的不同角度的角色侧影为约束条件，将角色模型进行投影，在各个视角显示，利用能量函数对中性模型进行变形，这样就能够使侧影和投影的重叠最大，最后运用时空的纹理技术进行纹理信息的提取工作，制定动画角色。视频的提取能够实现角色侧影的提取，对中性的模型实现变形的特征。还能够通过重建角色人脸的三维结构从而得到个性化的人脸，重建的过程中主要重建的是人脸之间的距离。

通过滤波器预测将要跟踪的特征的具置，之后完成特征的匹配，整个特征跟踪的流程为：预测――修正――预测，人体模型中有多个部位，且每一个部位之间都存在一定的比例关系，以这些经验知识为基础就能够恢复人体的三维运动。

通过对侧影的方法的实施来计算人体运动情况，进而得出一定的数据。首先需要进行侧影工作的提取，通过了解人体骨架结构，在人体内部做姿态搜索工作，得出最佳的姿态数据，用作恢复的结果，之后对角色进行驱动，从而获得角色动画。

此外，还可以通过对人脸特征的运动方式的追踪，进而实现对人脸目标的驱动，得到动画角色的人脸动画。

在上述分析的可视媒体融合中，都是通过侧影及运动的约束和对三维模型角色的驱动来完成的，因此成为视频与三维模型的融合。

2.6运动捕获与三维模型融合

首先介绍一种运动重定向技术，将一个角色产生的所有数据在相同的结构上重启，保存运动动作，保存原有运动角色的在时空条件上的约束，在重定的过程中要以此时空约束条件为基础。

分析一种异构角色之间的重定向技术，以运动样例为基础，提取关键字时，根据这个关键姿势构建动画角色的姿势，最后对关键帧进行相应的插值就能够得到所需要的目标角色动画。

当前还有比较流行的一种通过规定时空约束条件实现运动重用的过程，其主要以相应的目标函数为基础，对相对应的角色进行求解，建立目标角色动画。三维网络模型与骨架架构相互对应，利用一种自动识别技术对关节点位置、数量、结构等进行识别，实现对应，最后通过对运动数据的捕捉，实现目标动画角色的有机形成。

2.7图像、三维模型以及运动捕获数据三者的融合

先前所提到的都是2种可视媒体的融合，而图像、三维模型以及运动捕获三者可以进行融合，最终生成目标角色动画。首先，对人体角色进行拍摄，拍摄时需要注意，要从4个正交方向分别拍摄，之后要提取侧影，奠定角色侧影模型侧影与模型侧影之间的紧密联系，对两者之间的联系进行深入的了解，实现对中性模型的约束。当进行文理映射时，会通过对运动中捕捉到的数据建立驱动模型，形成动画角色。其中可以对变形中性模型进行细致划分，这样得到的角色模型会更加精确，也就能够驱动模型来获得效果更好的角色动画。以上分析的角色动画生成方法就融合了图像、三维模型以及运动捕获等3种可视媒体。

第3篇

 

要实现动画制作艺术的发展和创新，就要借助现代的科学技术，加强动画制作人员的专业素养，对动画的运行原理及视觉调度有更深层次的分析和研究，根据实际情况适当借助计算机软件技术来解决一些人工无法解决的绘制难题，完善动画的整体艺术效果，在此基础上不断提升动画制作的技术水平和艺术效果。

 

1 利用图像处理功能解决手绘误差带来的视频频闪问题

 

传统的手绘动画一般由多人合作完成，不管手工技术水平多高、色调管理有多统一，在进行合成的过程中总会出现一定误差，这是手绘动画中无法避免的常见现象。而用计算机的图像处理软件，则可以很好地解决这一难题，通过软件调色等相关工具，对动画图像进行细节处理，比如描线、上色等，然后再进行扫描和拍摄。

 

在扫描拍摄的过程中，对存在的色调偏差、笔调不一致等不协调或误差进行自动化的逐帧调整和修改;经过软件处理的动画图像，整体更加和谐，使手绘图像在合成中的误差减少，进而减缓视频频闪的问题。

 

2 使用三维动画技术模拟动作

 

手绘动画在制作中存在一定绘制难度，使用计算机三维动画软件，可以降低手动绘制的难度;三维动画技术在生成一些静帧图像的同时也可以对真实的动作进行模拟，降低摄像机逐帧拍摄的难度，并且同步生成与动画格数一致的清晰、精准的画面。

 

使用三维的动画软件进行动作模拟的步骤一般为：首先建立起一个三维的动画模型，准备好所需要的材质、贴图等、调整好动画需要的光源灯光;然后根据动画的分镜头台本对相机做相应的设置，最终会生成一个静帧序列的图像文件，保存完整后由动画绘制人员进行绘制，即可完成动作的模拟。

 

3 运用图像处理技术解决手绘动态事物的灯光问题

 

在手绘的物体灯光中的投影与背景分层之间存在一定的不协调的画质，这主要是由于运动的物体在分离出背景之后，需要是对其进行上色处理，实现动体投影与后期合成和背景的完美统一，这一直是手绘动画中的重点难题。

 

然而手绘特点以及呈现出的效果在经过软件技术生成投影后会有所丢失，而产生这一现象的原因是由于计算机软件共有的一个特点，对图像的信息通道进行记录，一些颜色或效果较好的图像在扫描和拍摄过程中会被进行选区和抠像的处理，要对抠像之后的图像做记录，然后存储为TIF格式文件。

 

但当动画故事在室外投影，或出现散光的情况，投影的效果不理想时，上述的抠像处理方式在此就不太适用了。当Alpha通道进行黑色区域的存储时，通常为透明存储，而白色区域的保存为不透明的，黑白中间的灰色部分则为半透明的存储状态。这样的存储方式，有利于投影和背景效果更为柔和，以实现室外的散光效果，这样的存储效果避免了传统的处理过程中存在的乏味和呆滞，使得投影和背景更加协调。

 

4 利用后期合成软件进行多层合成，解决大规模场景的镜头绘制

 

传统的动画制作中，对于较大规模、大场景的人物或运动画面的绘制有很大难度，但计算机的后期合成软件中的多层合成功能，可以有效降低大场景绘制难度。

 

利用软件进行动画的处理，先要进行分层制作，这一技术可以对大场景镜头做出分镜头和运动体的分层绘制，在完成第一层的动画处理后，将绘制好的成品根据设定的图层顺序进行调入，以及最终的图像合成，进而完成此类动画的绘制。

 

然而在对图像合成处理的过程中，需要注意，处理分层的同时要考虑事物之间的距离，主要是为了避免场景内的远处的事物太小而不容易绘制的问题。将绘制好的图像调入到软件中后，需要根据每层之间的远近透视关系对其进行调整，还要对各个运动物体在进行分层时按照相应的透视原理完成绘制，避免在合成时出现不匹配的现象。

 

5 利用三维合成技术解决传统动画制作无法实现的喷泉、灯光等特效

 

首先来说灯光特效的实现，以酒吧转动灯光的效果为例，这样的灯光效果一般要求能照射到空间的每个角落，要实现转动的特效，光点就不能是静止不动的;三维合成技术具有这方面的技术性能，执行的步骤大致为：将酒吧的整体场景放入合成软件AE中，经过软件的合成处理，将突出转换为三维合成区域，然后再这一合成区域上建立一个新的多灯光图层，帮助实现灯光的颜色变换、位置的调整，最后对各个图层做出灯光旋转的动画即可实现所需要的特效。

 

在传统的动画制作中，喷泉和霓虹的特效属于难度较大的，在三维合成软件中有专门用于设计这类效果的粒子特效。

 

实现的步骤为：将合成的夜景图像放入三维合成软件中，然后建立喷泉粒子和闪烁粒子，创建完成后还要对相应的参数进行调整和设置，尤其是空气透视场景变化的控制;最后进行合成，输出保存即可完成喷泉、霓虹特效的制作。

 

6 结 语

 

科学技术水平的提高，带动了各行各业的发展和进步，传统的动画绘制在技术和艺术效果上存在一些不足，可以通过相应的计算机软件技术进行改善和提升，更好地展现动画艺术的活力，推动手绘动画改革。通过计算机软件技术的应用，解决传统动画制作的技术难点，同时使其艺术手法更具多样化、艺术效果更加丰富多彩。