牛頓運動定律在動畫中的應用

錢慧

摘 要：牛頓運動定律是一個生活中最常見的物理現象，在我們動畫制作中，雖然夸張占有很大的成分，但夸張也是在實際的基礎上進行。本文以不同狀態物體為例，從一個現實中的小點進行講解，將牛頓運動定律運用到動畫制作中去。

關鍵詞：動畫;運動

一.牛頓運動定律

每一物體都有它的重量，只有在力加于它時才開始運動。這是牛頓關于運動的第一定律：一個物體，如果不受到任何力的作用，它將保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

物體重量越大，移動它需要的力也越大。一個重的物體比輕的物體有更大的慣性和動能。

一個重的物體，例如炮彈，在靜止時需要很大的力去推動它。當炮彈發射時，炸藥的力量作用于炮筒中的炮彈，炸藥爆炸的力量很大，有足夠的力量使炮彈加速到相當高的速度。一個較小的力，例如短時間的腳踢，對于移動炮彈可能根本沒有效果。事實上更可能使踢者的足趾受傷。然而，不斷地施加不算太強的力，也會逐漸使炮彈滾動，最后也會使它相當快地滾去。

一旦炮彈滾動了，它將繼續保持等速運動，而需要另一個力去阻止它。假如它遇到一個障礙物，它會—取決于速度情況—被阻止，或撞碎障礙，繼續前進。假如它在粗糙的表面上滾動，它會很快地停止;但假如它在光滑的表面上滾動，因摩擦力較小，要滾動相當長的時間才會停止。

因此，在動畫中畫很重的物體時，導演必須給較多時間去表現動作的開始、停止或改變動向，以使物體有令人信服的沉重感。動畫家的任務則是畫出有足夠的力加在炮彈上，使它開始移動、停止或轉換方向。

輕的物體阻力很小，當力加在它們之上時，情況會大不一樣。比如推動一只玩具汽球，只需很少時間，手指輕輕一彈已足夠使它加速移動。當它移動時，因動能很小，空氣的摩擦力使它很快減速，所以它不會移動太遠。

在銀幕上表現出物體的重量感，完全取決于動畫的間隔距離，而不在動畫稿本身。如果炮彈在運動時動作不象炮彈的話每張動畫稿上的炮彈畫得再漂亮、再逼真也沒有用。同樣情況適用于汽球或其他任何物體或角色。

二.物體拋入空間的運動

如果把一個物體垂直向上拋去，它的速度逐漸減小到零。然后，它以加速度向下墜落。上升高度取決于拋上去的速度，而減速度正好相對于加速度。事實上，同一分格可適用于加速和減速。

如果一個球向上成角度拋去，它的運動就由垂直的和水平的兩部分組成。垂直的速度減少到零，然后再加速度降落，同時它向前進的動作保持不變。這樣，球就沿著拋物線運動。

如果一個橡皮球落在堅硬而平滑的表面上，就會成為連續的彈跳動作。在一跳之間的弧度是拋物線，下一跳也如此。其后，每次彈跳的拋物線都會降低高度，因為球每跳一次就會減少一些能量。

如果皮球彈跳的間隔，壓扁的一張與相近的一張動畫會有重疊，然后球再快速彈起。接近拋物線頂部時，球的間距較密，而向下時又因速度加快，間隔距離增大。如果球的速度很快，一張動畫與另一張動畫之間的距離與球的直徑相比是很大的話，那么，最好將圓形的球順著它的運動方向畫成稍稍伸展的楠圓形，還可以加些運動線來引導眼睛從一張動畫轉向另一張動畫，從而使動作聯結緊密，顯得流暢。不過，不能過分，特別是在速度不快時，否則會使球有松軟的感覺。

三.旋轉中的物體

一個跳躍中的球或一個拋出去的球沿拋物線運動，實際上是說它的重心在沿著拋物線運動。運動中的物體的質量似乎都集中于它的重心。

1.不規則的無生命物體

如果一個形狀不規則的物體落下或被拋擲穿過空間，它的重心沿著拋物線運動的時間可以計算出來。大多數物體飛過空中時有旋轉的傾向。作動畫時，可使物體以重心為樞軸有規律地轉動著，而重心則沿拋物線運動。臂如，一把沉重的柳頭，它的大部分重量在金屬的頭部，因此，重心就接近于這一端。這樣就形成柳頭的連續運動。柳頭的形狀及旋轉的速度和方向可能不同，但運動的原理是一樣的。

在動畫中，假如一個運動中的物體有足夠的速度，當物體旋轉時，透視的變化是不明顯的。先標明動畫中物體的重心位置，將重心放在拋物線上規定的第一點上，按這位置描畫。接著，把重心放在拋物線上第二個位置上，同時，物體按需要的角度旋轉，再按這個位置描畫，以此類推。

2.有生命的物體——人物

一個形體多變的物體，例如一個人，重心的位置也是這樣改變。假如這個人跌入空間或躍入空中，即使他身體的形狀不斷變化，甚至旋轉著，他的重心和無生命物體一樣，同樣沿拋物線運動。

總之，牛頓運動定律的運用需要結合實際情況，平時生活中多觀察，多思考，一定能做出非常棒的動畫。