計算機動畫制作技術范文

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

第1篇

[關鍵詞] 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和藝術相結合的產品，計算機動畫已廣泛應用于影視特技、商業廣告、虛擬現實、游戲制作、教育等各個領域。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基礎

計算機動畫是指采用圖形與圖像的處理技術，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，視覺暫留效應是電影中計算機動畫得以應用的生物學基本條件。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的畫面效果。計算機動畫是采用連續播放靜止圖像的方法產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。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?！顿_紀公園》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和粒子系統。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計算機動畫可以分為關鍵幀動畫、運動捕捉動畫和計算動畫。關鍵幀動畫是通過定義動畫的起始幀和結束幀，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光物體，多部攝影機同時拍攝演員在指定范圍內的動作，再經電腦系統分析光點的運動，進而產生計算機動畫角色的運動模型。計算動畫是運用運動學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束位置，或給出運動的結束位置，再給定運動的速度、方向和一定的運動的級聯關系，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生對運動的感知效果。物理學中的速度、加速度、慣性、質量、重量、作用力與反作用力，光學中的明暗、陰影、光的折射與反射，動力學中運動的級聯關系、自由度的控制；生物學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、逆向運動學、動力學、彈性理論、流體動力學等學科。在計算機動畫設計中，人體造型是非常復雜的問題。人體的自由度在200個以上。人的肌肉形狀非常復雜，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?？梢暂^好的解決人體造型方面的問題。動畫軟件Maya、Softimage和Alias／Wavefront都提供正向運動學和逆向運動學的動畫設置方法。Maya是一個面向角色動畫的軟件，Softimage有一個設置關節動畫的模塊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，建立一些可以重復利用的圖形、圖像、材質、光源、運動部件、角色、表情、自然景觀的模擬資源庫可以適當降低制作的成本，減少重復性的勞動，提高資源庫元件的利用效率，縮短產品的生產周期。

第2篇

關鍵詞：計算機角色動畫；可視媒體；融合技術

隨著計算機角色動畫制作的發展和應用規模的逐漸擴大，計算機角色動畫制作還涉及計算機視覺、計算機圖形學及機器學習等技術范疇，因此，其發展過程成為多種可視媒體融合的研究領域。

1可視媒體融合技術概述

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據的綜合處理，這些數據通過計算機的采集、編輯和壓縮的形式被制作成多媒體數據源的形式展現出來，并經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。

多視點圖像中提取的角色通過對側影信息的變形來實現個性化角色的轉變，再通過對運動數據的捕捉來實現角色模型的驅動，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是不相同的。

2可視媒體融合分類

計算機動畫角色在應用過程中呈現出跨度大和設計范圍廣等特點，各種動畫角色的設置都需要建立在可視媒體的基礎上，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，根據當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：分解和提取現有視頻組合相似的視頻片段，使其成為一個新的視頻，實現了有限視頻資源的利用，視頻重組技術在一些特殊動畫角色上也有應用，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性，用戶通過對代價函數的運用，實現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構建角色模型：以IBM科學技術為基礎，以定標的方式實現相機模型的產生，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中，以便實現真實角色的還原。但是還有一點需要注意，就是定標的過程中可能產生一定的誤差，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：分層化處理輸入的關鍵幀，將其分解，對相鄰的2個關鍵幀筆畫可以建立對應關系，利用插值技術形成渡幀，進而促進動畫的形成。（3）角色重用技術：采用背景分割的方式實現角色的提取，算出任意2幀之間的差異，最終得到距離矩陣，最后根據每一幀數據投影來形成連通圖，經過畫師對連通圖起點終點計算最小路徑，從而構成卡通角色動畫，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：此技術以樣例為基礎，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計方面也有著重要的應用。（2）人體模型變形技術：此技術也是以樣例為基礎，對人體表面的標記點進行掃面，能夠促進動畫角色骨架的形成，進而形成動畫樣本的參數，在參數空間內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，能夠實現個性化人體角色的生成，樣本數據由多個人體模型來組成，這種模型的合成和變形技術主要生成的都是動畫角色人物的靜態模型。（3）關節運動生成：當前有許多研究指出可以利用逆向運動來生成關節運動，首先建立世界坐標系，得出角色角的具置，通過偽逆矩陣來實現動畫角色全身各項關節處的旋轉角度，進而促進關節運動的實現。

2.4運動捕獲數據融合

將已經存在的運動數據作為輸入，對這些已經存在的數據進行處理，形成新的數據，這個過程就是運動捕獲數據融合的過程：（1）設定副詞空間：在此空間的多條坐標軸都代表了不同的運動數據，可能是不同說話風格的數據，也可能是不同角色類型的數據。之后在每條坐標中用手工標注出預期相對應的運動數據樣本，最后對這些數據進行插值處理，就能夠得到新的運動數據。（2）將原始數據投影到低維空間中：對其進行參數化設置，這樣就可以在其中進行草圖的勾畫，或對三維人體姿態進行操作，最后對這些原始運動數據進行插值處理。（3）運動檢索：從運動數據庫中實現對數據的捕捉，對捕捉到的數據進行檢索，得到數據存在的邏輯關系，實現參數化的空間設置，之后進行差值處理，得到新的捕獲數據；（4）運動紋理：運動紋理有2層結構，其是一種統計的模型，運動元素在底層結構中設置，能夠表示出運動數據的相關片段，最后生成運動紋理的模型，從而實現具有真實感的人體三維數據。（5）多分辨率過濾：不同風格的運動有著不同的頻率信號，多分辨率過濾法能夠將高頻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據，在原始高維人體運動數據中，對人體行為特點進行抽取，建立ICA子空間，并根據插值操作，形成人體運動新數據的產生。

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，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，利用能量函數對中性模型進行變形，這樣就能夠使側影和投影的重疊最大，最后運用時空的紋理技術進行紋理信息的提取工作，制定動畫角色。視頻的提取能夠實現角色側影的提取，對中性的模型實現變形的特征。還能夠通過重建角色人臉的三維結構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：預測――修正――預測，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系，以這些經驗知識為基礎就能夠恢復人體的三維運動。

通過對側影的方法的實施來計算人體運動情況，進而得出一定的數據。首先需要進行側影工作的提取，通過了解人體骨架結構，在人體內部做姿態搜索工作，得出最佳的姿態數據，用作恢復的結果，之后對角色進行驅動，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，進而實現對人臉目標的驅動，得到動畫角色的人臉動畫。

在上述分析的可視媒體融合中，都是通過側影及運動的約束和對三維模型角色的驅動來完成的，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，將一個角色產生的所有數據在相同的結構上重啟，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。

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

當前還有比較流行的一種通過規定時空約束條件實現運動重用的過程，其主要以相應的目標函數為基礎，對相對應的角色進行求解，建立目標角色動畫。三維網絡模型與骨架架構相互對應，利用一種自動識別技術對關節點位置、數量、結構等進行識別，實現對應，最后通過對運動數據的捕捉，實現目標動畫角色的有機形成。

2.7圖像、三維模型以及運動捕獲數據三者的融合

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，之后要提取側影，奠定角色側影模型側影與模型側影之間的緊密聯系，對兩者之間的聯系進行深入的了解，實現對中性模型的約束。當進行文理映射時，會通過對運動中捕捉到的數據建立驅動模型，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

 

要實現動畫制作藝術的發展和創新，就要借助現代的科學技術，加強動畫制作人員的專業素養，對動畫的運行原理及視覺調度有更深層次的分析和研究，根據實際情況適當借助計算機軟件技術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效果，在此基礎上不斷提升動畫制作的技術水平和藝術效果。

 

1 利用圖像處理功能解決手繪誤差帶來的視頻頻閃問題

 

傳統的手繪動畫一般由多人合作完成，不管手工技術水平多高、色調管理有多統一，在進行合成的過程中總會出現一定誤差，這是手繪動畫中無法避免的常見現象。而用計算機的圖像處理軟件，則可以很好地解決這一難題，通過軟件調色等相關工具，對動畫圖像進行細節處理，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，對存在的色調偏差、筆調不一致等不協調或誤差進行自動化的逐幀調整和修改;經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一致的清晰、精準的畫面。

 

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，準備好所需要的材質、貼圖等、調整好動畫需要的光源燈光;然后根據動畫的分鏡頭臺本對相機做相應的設置，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 運用圖像處理技術解決手繪動態事物的燈光問題

 

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調的畫質，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，實現動體投影與后期合成和背景的完美統一，這一直是手繪動畫中的重點難題。

 

然而手繪特點以及呈現出的效果在經過軟件技術生成投影后會有所丟失，而產生這一現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。

 

但當動畫故事在室外投影，或出現散光的情況，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Alpha通道進行黑色區域的存儲時，通常為透明存儲，而白色區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。這樣的存儲方式，有利于投影和背景效果更為柔和，以實現室外的散光效果，這樣的存儲效果避免了傳統的處理過程中存在的乏味和呆滯，使得投影和背景更加協調。

 

4 利用后期合成軟件進行多層合成，解決大規模場景的鏡頭繪制

 

傳統的動畫制作中，對于較大規模、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設定的圖層順序進行調入，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。將繪制好的圖像調入到軟件中后，需要根據每層之間的遠近透視關系對其進行調整，還要對各個運動物體在進行分層時按照相應的透視原理完成繪制，避免在合成時出現不匹配的現象。

 

5 利用三維合成技術解決傳統動畫制作無法實現的噴泉、燈光等特效

 

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

 

在傳統的動畫制作中，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計這類效果的粒子特效。

 

實現的步驟為：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，創建完成后還要對相應的參數進行調整和設置，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 語

 

科學技術水平的提高，帶動了各行各業的發展和進步，傳統的動畫繪制在技術和藝術效果上存在一些不足，可以通過相應的計算機軟件技術進行改善和提升，更好地展現動畫藝術的活力，推動手繪動畫改革。通過計算機軟件技術的應用，解決傳統動畫制作的技術難點，同時使其藝術手法更具多樣化、藝術效果更加豐富多彩。