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第1章 动画的基础知识


第一章 动画的基础知识

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教学内容
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动画的起源与发展 动画的视觉原理 动画的基本概念 传统动画的制作 动画的种类特点 动画文件格式 计算机动画制作软件

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动画的起源与发展

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对于动画大家一定不会陌生,如经典的国内动画 “大闹天宫”和“哪吒闹海”,国外的“米老鼠与唐 老鸭”、“蜡笔小新”、“变形金刚”等都给大家留 下了深刻的印象。动画是一种老少皆宜的视觉表现形 式。其具有悠久的历史渊源,在我国民间的走马灯和 皮影戏,可以算作是动画的一种雏形形式之一。真正 意义的动画,是在电影出现以后逐渐发展起来的。随 着现代科学技术的飞速发展,新兴的科技不断的为动 画创作方式和表现形式注入了新鲜的血液。

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图1 早期的动画

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图2 幻透镜
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图3 西洋镜

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图4 迪斯尼动画《汽船威利》和《白雪公主》
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图5 好莱坞动画《Tom and Jerry》和《Snoop》
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图6 日本动画《铁臂阿童木》和《森林大帝》
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图7 国产动画(一)

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图7 国产动画(二)

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计算机动画是在传统动画的基础上,采用计算机图形图像技术 而迅速发展起来的一门高新技术。
从20世纪60年代起,计算机动画技术也得到很快发展和广泛应 用,成为计算机图形图像处理技术的重要组成部分。

在60年代的时候,美国Bell实验室和一些研究机构就开始研究 用计算机实现动画片中间画面的制作和自动上色。 1963年Bell 实验室制作出了第一部计算机动画片。最初,主要集中在二维动 画的研制,作为示教和辅助制作传统动画片之用。
20世纪70-80年代,计算机图形、图形技术的软、硬件都取得 了显著的发展,使计算机动画技术日趋成熟,三维辅助动画系统 也开始研制并投入使用。

到90年代初,计算机动画技术成功地应用于电影特技,取得了 出色的成就,由此可见计算机动画技术的重要意义。

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目前,计算机动画已经发展成一个多学科和技术的 综合领域,它以计算机图形学,特别是实体造型和真 实感显示技术(消隐、光照模型、表面质感等)为基 础,涉及图形处理技术、运动控制原理、视频技术、 艺术甚至于视觉心理学、生物学、机器人学、人工智 能等领域,它以其自身的特点而逐渐成为一门独立的 学科。 计算机动画区别于计算机图形、图像的重要标志是 使静态图形、图像产生了运动效果。计算机动画的应 用得到了广泛的应用。

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动画的视觉原理

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动画之所以成为可能,是因为人类的眼睛具有一种所谓的“视觉残 留”的生物现象。这就是说当一场景从人眼中消失后,该场景在视网膜 上不会立即消失,而是要保留一段时间。一系列的每次改变很小、很快 的图像会使人们在视觉上产生一种物体在连续运动的错觉。 换句话说,如果以足够快的速度不断、而且每次略为改变物体的位 置和形状,眼睛将感觉到物体在连续运动。动画采用连续画面技术,根 据人眼的这一特点,将一系列自制画面拍摄在电影胶片的每一帧,如果 快速播放一系列相关的静止画面,使保留在视网膜上的影像消失前,就 给出新的画面,这样就可看到没有闪烁的活动画面了。动画和电影利用 的正是人眼这一视觉残留特性。 实验证明,如果动画或电影的画面刷新率为每秒24帧左右,也即每 秒放映24幅画面,则人眼看到的是连续的画面效果。动画和电影利用的 正是人眼这一视觉残留特性,把一系列连续变化的图形分别一帧一帧地 拍摄在电影胶片的每一帧上,每秒24帧。在放映电影的时候,这些动画 就动起来了。这样,为了放映一分钟的动画就需要1440帧胶片。

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? 小常识

标准运动影像速率 24帧/秒 电影院播放的动画 24 帧/秒 电视上播放的动画 25 帧/秒 Web上最佳效果为 12帧/秒

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动画的基本概念

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? 动画(Animation)——指运动的画面,是由一幅幅存 在一定动作关联的图像组成的,在多媒体中是一种非常有 用的信息交换工具; ? 帧——是构成动画的基本单位,1秒钟的动画就要由许 多个画面组成,这一个个的基础画面就叫做“帧”。当每 秒钟变换的画面达到或超过24幅时,人们就会感觉到连贯、 流畅的动画效果;
? 帧频——是指在动画播放时每一秒中包含的帧数。通过 帧频可以计算出动画的时间长度。标准的运动影像速率是 24帧每秒,在Web上12帧每秒的帧频通常是最佳效果。

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?传统动画——是指通过以每秒若干帧的速度顺序 地播放静止图像帧以产生运动错觉的艺术。 ? 计算机动画——其原理与传统动画基本相同, 也是采用连续播放静止图像的方法产生景物运动 的效果。只是在传统动画的基础上把计算机技术 用于动画的处理和应用,从而可以达到传统动画 所达不到的效果。

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动画的本质 动画就是使用逐帧拍摄技术,用足够的速 度按顺序放映,从而获得流畅的动态效果的艺 术,而不论是使用哪种媒介。

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传统动画的制作

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(1)脚本设计
?文字脚本:主要用以叙述一个动画作品的文字内容和必要注释、 规格;
? 分镜头剧本:根据文字脚本和创意构思将动画片按照制作手法、

制作流程或对象分割成若干个片断;
? 故事板:根据文字脚本和分镜头剧本,将动画中出现的各种角色 的造型、动作、色彩以及背景等相关细节以草图的形式

绘制出来,让制作人员对整个动画“一目了然”。

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(2)造型设计
? 就是根据确定的动画脚本对动画中所出现的人物、场景、道具等 进行统一设计。

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(3)声音的记录
? 根据角色特点和故事情节设计声音效果; ? 录音完成后根据脚本精确安排片长并将录制好的声音进行分解;

? 声音的录制和编排一定要提前制定好。

(4)关键帧设计
? 在实际动画制作过程中,由几名资深的高级画师根据动画的需要绘制
出来的主要画面就是关键帧。

(5)中间帧制作
? 是除去关键帧外的其他帧,不需要高水平的创作,只需要模仿关键帧, 然后稍作修改即可。

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动画绘制平台

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(6)初级审查
?是拍摄前对动画制作进行最后的修改。

(7)描线着色
? 首先将图像的线条轮廓绘制出来;

? 然后将绘制完成的线条稿通过复印机复制到很薄的透明胶片上;
? 最后由专职的着色人员将颜色小心的涂抹在胶片的反面, 这样线条轮廓不会被颜色所覆盖。

(8)检查拍摄
? 通过摄影机的推、拉、摇、移以及各层透明基板、与摄影机的相对

移动而产生最后的动画效果。

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(9)后期制作样片冲洗
? 将曝光的胶片冲洗好,再经过编辑、剪接、配音合成、字幕制作等 多道后期工序。

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计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生 景物运动的效果,即使用计算机产生图形、图像运 动的技术。 计算机动画的原理与传统动画基本相同,只是在 传统动画的基础上把计算机技术用于动画的处理和 应用,并可以达到传统动画所达不到的效果。 由于采用数字处理方式,动画的运动效果、画面 色调、纹理、光影效果等可以不断改变,输出方式 也多种多样。

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动画的合成过程:
? 首先需要将这些动画片段连接起来 ? 然后将最终得到的动画与后期音效或配音进行合成 ? 最后完成整个动画作品

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动画输出的注意事项: ? ? ? ? 将最终动画作品以何种形式发布 动画输出的文件格式 动画输出所选择的压缩方式 动画输出的其他参数设置(如声音设置、分辨率设置等等)

? 动画最终的形态输出(录制成录像带、刻录成VCD或通过网 络发送等等)

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动画的种类特点

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因其数据格式的不同分为

位图动画

矢量动画

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根据表现内容的不同分为

二维动画 三维动画

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按制作特性分类

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位图动画:动画中的每一帧都是以位图形式构成
? 适合体现色彩丰富的效果 ? 具有强烈的表现力和良好的视觉效果

? 其分辨率、外观、形状等基本元素则不易修改

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按制作特性分类

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矢量图动画:是基于矢量图的动画
? 矢量图没有分辨率,也不使用像素 ? 图形形状是由点和线段组成的 ? 矢量图文件的存储容量较位图文件小很多 ? 可以很方便的修改图像的形状、边界等基本属性

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位图图像与位图动画
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位图图像又称为点阵图像,它是连续色调图像最常用的电 子媒介,可以表现阴影和颜色的细微层次,如照片或数字 绘画等。 位图动画是通过制作一系列内容相关、独立画幅、具有固 定播放顺序的图像来实现的。它具有画面真实感强、色彩 丰富等特点,缺点是文件数据量大。 在计算机中,位图图像是将屏幕上的图像分成若干点阵 (像素),每个像素都被分配一个特定的屏幕位置参数和 颜色值,许许多多不同色彩的像素组合在一起,便构成了 一幅图像。 由于位图是采取了点阵的方式,每个像素都能够记录图像 的色彩信息,因此可以精准地表现色彩丰富的图像。

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矢量图像与矢量动画
矢量图像是相对于位图图像而言的,也称为向量图像,是利 用数学原理将线结合成面进而来描述对象。 ? 矢量图像中的图形元素称为对象,且每个对象都是独立的, 具有各自的属性,如颜色、形状、轮廓、尺寸以及显示在屏 幕上的位置等。 ? 矢量图像在屏幕上任意地被缩放时不会失真,当对其进行改 变比例、扭曲、变形等操作时,仍可以保持原有的清晰度。 ? 矢量动画又称变形动画,它利用数学原理描述动画中的对象、 控制对象的动作从而形成动画效果。在矢量动画制作中,需 要制作的只是动画中的关键帧,即一组动作的起点和终点, 关键帧与关键帧之间动作过渡由制作软件生成。其优点是文 件数据量小、动作连续,缺点是画面质感差。
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位图图像与矢量图像的比较
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1. 从图像质量上比较

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2. 从分辨率上比较

位图图像放大后的情况

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矢量图像放大后的情况

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根据表现内容的不同分类

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二维动画:动画以二维的形式表现内容,即平面动画。 (1) 将动画师制作的帧图像扫描到计算机中; (2) 通过计算机中的图像编辑或动画编辑制作软件就可以完成 动画的着色、修改、编辑和制作。

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根据表现内容的不同分类

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三维动画:反映的内容是纯三维的实体,通常分四个过程制作:
(1)建模——借助三维动画软件或专业三维建模软件构建完全虚拟的三维实体;
(2)材质编辑——为所搭建的三维实体附上相应的材质; (3)动画控制——实现房屋的移动、变大或缩小及对房屋进行浏览的动画效果; (4)渲染——通过计算机计算完成每一帧图像的变化和着色。最终生成完美的动 画效果。

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二维动画与三维动画
二维画面是平面上的画面。纸张、照片或计算机屏幕显示,无论画面 的立体感有多强,终究只是在二维空间上模拟真实的三维空间效果。真正 的三维画面中,画中的景物有正面也有侧面和反面,调整三维空间的视点 能够看到不同的内容。

二维与三维动画的区别主要在于采用不同的方法获得动画中的景物运动 效果。如果说二维动画对应于传统卡通片的话,那么三维动画则对应于木 偶动画。三维动画首先要建立角色、实物和景物的三维数据模型。模型建 立好了以后,给各个模型“贴上”材料,相当于使各个模型有了外观。模 型可以在计算机的控制下在三维空间里运动,或远或近,或旋转或移动, 或变形或变色等等。然后,在计算机内部“架上”虚拟的摄像机,调整好 镜头,“打上”灯光,最后形成一系列栩栩如生的画面。
三维动画也称为计算机生成动画,其动画的对象不是简单的由外部输入, 而是根据三维数据在计算机内部生成的。

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技术参数
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帧速度
动画是利用快速变换帧的内容而达运动的效果。一帧就是一幅静 态图像,而帧速度表示一秒钟的动画内有几帧静态画面。一般帧速度 选择为每秒钟为30帧或每秒25帧。

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数据量
在不计压缩的情况下,数据量是指帧速度与每幅图像的数据量的 乘积。如果一幅图像为1MB,则每秒将达到30MB,经过压缩后将减 少几十倍。尽管如此,由于数据量太大致使计算机、显示器跟不上速 度,因此,只能在减少数据量上下功夫,其方法是降低速度或减小画 面尺寸。

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图像质量
画像质量和压缩比有关。一般来说,压缩比较小时对图像质量不会 有太大的影响,但当压缩比超过一定的数值后,将会明显地看到图像 质量下降。所以,对图像质量和数据量要适当折中选择。

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动画设计与创意
动画的设计与图像设计处理类似,首先要确定主题创 意,其次是应用或播放环境,并由此确定动画设计用的软 件编辑工具,然后才是素材处理和编辑过程。 ★ 创意设计

★ 应用环境
★ 总体构图 ★ 动画素材处理 ★ 动画生成 ★ 文字编排

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项目经理
美工 编剧 录音师 程序员

动画师

导演

旁白 配音

演奏师

计算机绘图 有关内容专家 光刻 摄影

图 制作多媒体动画人员组织

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计算机动画制作软件

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Flash
Flash是Macromedia公司推出的一款功能十分强 大的二维矢量动画制作软件。它具有强大的矢量图 形制作和动画编辑能力及音频编辑能力,支持Alpha 通道的编辑,提供遮罩、交互功能,并采用了数据 流技术。

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SWF格式
利用Flash制作出一种后缀名为SWF的动画,这种格式的动画图像能 够用比较小的体积来表现丰富的多媒体形式。 在图像的传输方面,不必等到文件全部下载才能观看,而是可以边 下载边看,因此特别适合网络传输。 SWF已被大量应用于WEB网页进行多媒体演示与交互性设计。 SWF动画是基于矢量技术制作的,因此不管将画面放大多少倍,画面 不会因此而有任何损害。 SWF格式作品以其高清晰度的画质和小巧的体积,受到了越来越多网 页设计者的青睐,也越来越成为网页动画和网页图像设计制作的主流, 目前已成为网上动画的事实标准。

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3DS MAX
3D Studio MAX是Autodesk公司推出的一款三维 动画制作软件,它主要用于三维动画设计、影视广 告设计、室内外装饰设计等,功能十分强大。

它的色彩、光线渲染十分出色,造型工具的设 置丰富、细腻,变化繁多,配合其他软件可以塑造 各种专业造型。

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动画的应用领域
? 在广告方面的应用 动画已经成为广告中的主要元素。它不仅能将实际拍摄中无法实 现的拍摄细节很好的表现出来,而且能够运用动画特有的表现形式产 生出超乎想象的视觉效果。 ? 在影视制作方面的应用

由于大量动画的加入,大大提高了影片的视觉效果。尤其是动画 与视频的结合,已成为当前影视特技制作中的主要技术手段。
? 在教育教学方面的应用

在多媒体教学软件和其他多媒体作品中,使用了大量的动画作为 素材媒体。它的最大特色就是能够表达文字、图像、声音等媒体所无 法表达的信息内容。 ? 在网络方面的应用 在网络应用方面,动画将它灵活、生动、极具视觉表现力的特点 发挥到了极致。动画的加入使得我们的网络世界更加绚丽多彩。
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动画的创意构思
创意构思步骤:
? 明确制作目的

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确定定位要求
开始构思过程 制定多种方案

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分析并确定可行性方案

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动画创作工具的使用

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手绘笔与手写板

配合相应的软件如Painter图像处理软件使用

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三维数字化仪

三维数字化仪是动画创作人员在进行三维动 画创作时而使用的,例如,在进行三维人体动画 制作时,可以通过三位数字化仪在空间中的立体 操作而实现人体头骨及其他骨骼的基础动作绘制。

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Flash动画的制作演示

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动画示例
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滚动的彩色小球 滚动的变色小球 滚动的变色变形小球 变换的图片

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