計算機動畫技術發展研究

摘要:本文概述了計算機動畫的原理，詳細分析了計算機動畫的發展。運用獨特的視角理解了現代計算機動畫技術，對于計算機動畫的不足與前景進行了展望，使得計算機動畫呈現出了清楚的脈絡。

關鍵詞：計算機應用；動畫；發展；三維；

【中圖分類號】TP391【文獻標識碼】A【文章編號】1002-2139（2009）-13-0000-01

引言

計算機動畫是指采用圖形與圖像的處理技術，它是伴隨著計算機硬件和圖形算法高速發展起來的一門新技術。計算機動畫技術的主要研究內容包括幾何建模、真實感圖形及運動生成與控制等。計算機動畫以計算機圖形學，特別是實體造型和真實感顯示技術為基礎，涉及到圖像處理技術、運動控制原理、視頻技術和藝術甚至于視覺心理學、生物學、人工智能學等領域，逐步成為一門一個多種學科和技術的綜合領域。

1計算機動畫基本原理

計算機動畫可以用計算機和動畫軟件制作。一些常見的動畫軟件包括:Amorphium (3D)， 造型軟件 (3D)， Ray Dream Studio (3D)， Bryce， Cinema 4D， 瑪雅， Blender， Truespace (3-D)， 3D Studio Max (3D)等。這些現代計算機動畫軟件是采用不同的技術來產生動畫的。但是作為最常見的方式一般都是這樣的：通過復雜的數學操作復雜的三維多邊形，在加上“紋理”， 光照和其他效果，最后繪制完整的圖像。復雜的圖形用戶界面被用來制作動畫并編排它的舞美效果。

2計算機動畫的發展

2.1計算機動畫的產生

計算機動畫是由傳統的卡通動畫發展起來的。在傳統卡通動畫的制作過程中，導演首先將劇本分成一個個分鏡頭，然后確定各分鏡頭的角色造型，并繪制出一些關鍵時刻各角色的造型。最后助理動畫師根據這些關鍵形狀繪制出從一個關鍵形狀到下一個關鍵形狀的自然過渡，并完成填色及合成工作。最后，依次拍攝這一幀幀連續畫面，就得到了一段動畫片段。相應的，計算機動畫是指借助計算機設備，利用繪制程序生成一系列的景物畫面，其中當前幀畫面是對前一幀畫面的部分修改。

2.2二維計算機動畫大發展

1964年，貝爾實驗室的K.Knowlton首次嘗試采用計算機技術來解決上述問題，從而宣告了計算機動畫時代的開始。但六十年代至七十年代間的研究工作還主要是集中于用計算機產生的動態圖形來闡明科學理論。直到在80年代之前，計算機動畫主要集中于二維動畫系統的研制，應用于教學演示和輔助傳統的動畫片制作。

2.3三維計算機動畫技術

進入八十年代，隨著計算機圖形學的理論發展，尤其是三維物體的造型方法以及高度真實感圖形的生成等得到有效的解決，人們才開始致力于三維計算機動畫理論、技術及系統實現的廣泛研究。

70年代初開始，出現了一些三維計算機動畫系統。直至80年代中后期，由于具有實時處理能力的超級圖形工作站的出現，三維幾何造型技術和真實感圖形生成技術取得很大進展，促進了具有高度逼真效果的三維計算機動畫技術迅速發展，并達到實用商品化地步。到90年代初，計算機動畫技術應用于電影特技取得了顯著成就。

3現代算機動畫的理解

以知識的角度來看待計算機動畫這門技術，并從更為廣泛的方面來理解，即計算機動畫是以圖形方式對具有約束條件的動態變化的知識的一種表示或解釋方法。約束條件可以是物理的(如動力學知識、運動學知識等)，也可以是幾何的(如路徑描述、給定的關鍵幀等)，同時還可以是時間上的約束;同樣，動態變化過程可以是具體對象的物理變化過程，也可以是抽象對象的變化過程。這樣，就把“計算機動畫”從過去的單一概念擴展到能夠包含各種應用領域的多元模式上，即計算機動畫技術綜合運用了計算機圖形學、物理學、空間機構學、心理學、生命科學、機器人學及人工智能等多學科領域知識來研究客觀存在的或是高度抽象的“對象”的運動表現方法，其應用范圍也不再局限于動畫片的制作過程。

隨著計算機硬件及動畫技術的迅速發展，以及越來越多的研究機構及商業機構加入到計算機動畫領域的研究與開發工作中，計算機動畫的理論與技術也會隨之日新月異。

4計算機動畫的前景與挑戰

雖然計算機動畫設計技術已達到前所未有的水平，但在追求更逼真的視覺效果、更豐富的設計手段方面，提出了更高的挑戰。計算機動畫相關的理論與算法的研究近年來己成為研究熱點。計算機動畫技術的研究趨勢將向如何最大程度上地降低制作成本、縮短制作周期、提高制作靈活性的方向發展，但在發展過程中依然有許多尚未解決的技術問題，主要有：

（1）目前采用的運動控制各類算法盡管己經相當有效，但運動規律真實性的反映依然和現實存在較大差距。

（2）三維運動數據的可復用性比較低。隨著三維運動捕獲設備的普及，運動數據的采集成為可能，可以建立大規模運動采集數據庫，但是這些數據的后期編輯、合成等復用問題也充滿了挑戰。

（3）現在動畫技術和動畫制作軟件呈現出一種百家爭鳴的形勢，各運動控制技術各有特色但相互間的兼容則做得不夠，即系統化的方案不夠，因此各類運動控制技術的系統化、標準化是大勢所趨。

參考文獻

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