計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)發(fā)展研究

李 閩

（蘇州工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 215104）

0 引言

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫相比較傳統(tǒng)的動(dòng)畫，主要有兩個(gè)部分組成：二維動(dòng)畫以及三維動(dòng)畫。在先進(jìn)科技的基礎(chǔ)上，增添了更多的動(dòng)態(tài)的效果。它成功地拓展了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的運(yùn)用，將多門學(xué)科完美的結(jié)合在一起，例如：數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。三維技術(shù)作為二維技術(shù)的延伸，既降低了生產(chǎn)的成本，而且它的視覺效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于二維，將計(jì)算機(jī)技術(shù)上升了很大的一個(gè)高度。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫可以通過模擬攝像功能來完成動(dòng)畫的投放。而且現(xiàn)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用于指揮調(diào)度、醫(yī)療診斷、商品廣告、教育、仿真模擬、電影制作多個(gè)方面。以藝術(shù)體操為例，藝術(shù)體操的可謂是形式多種多樣，主要是用來編排比較自由的動(dòng)作。一改傳統(tǒng)的編排模式，通過計(jì)算機(jī)完成圖像處理以及文件編排，把單個(gè)的動(dòng)作進(jìn)行系統(tǒng)的編排，然后在顯示屏上呈現(xiàn)出編排的效果。這樣增添可視性以及趣味性，延伸了觀眾的感官和心理需求，節(jié)省了時(shí)間和成本?？偠灾?，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)必將會(huì)長(zhǎng)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

1 國(guó)內(nèi)三維與國(guó)外三維的技術(shù)的對(duì)比

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展可以說是翻天覆地的。現(xiàn)我們將三維技術(shù)做相關(guān)的簡(jiǎn)述。國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)三維技術(shù)也就是利用三維參數(shù)以及一些三維動(dòng)畫技術(shù)的制作軟件以及工作站的結(jié)合進(jìn)行三維動(dòng)畫建模。從幾何屬性考慮，通常運(yùn)用三角面片、細(xì)分曲線、NURBS曲面等一些數(shù)學(xué)方法。它不單單保證了動(dòng)畫立體感，而且它可以精確的計(jì)算出畫質(zhì)的減速、加速以及勻速方面的動(dòng)態(tài)變化。在很大程度上保持了原有手工特點(diǎn)和中國(guó)觀眾比較傳統(tǒng)的觀看習(xí)慣。例如ALIAS三維動(dòng)畫技術(shù)軟件便是比較好的軟件之一。而國(guó)外的三維技術(shù)，拿好萊塢為例。其在高科技軟件基礎(chǔ)上，還特別注重把電影藝術(shù)的實(shí)際場(chǎng)景和高科技相結(jié)合，被動(dòng)畫制作業(yè)贊稱為高科技中的魔術(shù)，在世界上是首屈一指的。近幾年還產(chǎn)生了純?nèi)S動(dòng)畫技術(shù)，但其在動(dòng)畫效果方面還不是很成熟，仍需要?jiǎng)赢嬛谱魅藛T投注大量的精力。相比之下，國(guó)內(nèi)的動(dòng)畫制作還有很大趕超空間，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)開發(fā)仍需要再接再厲，以便樹立中國(guó)在國(guó)際上的地位。

2 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫設(shè)置方法

科學(xué)節(jié)目最吸引觀眾的地方在于它能夠以很好的視覺效果將富有震撼力的微觀以及宏觀的東西反映出來。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫設(shè)置方法主要包含以下幾個(gè)內(nèi)容：

2.1 以粒子為基礎(chǔ)的動(dòng)畫

它主要是對(duì)物體存在的客觀的自然規(guī)律進(jìn)行模擬產(chǎn)生的。采用的最小元素是微觀粒子，通過這些富有生命周期的粒子來表現(xiàn)一系列不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)得淋漓盡致。

2.2 變形動(dòng)畫

此處所指的變形是進(jìn)行點(diǎn)在空間位置的重新分配。物體并沒有發(fā)生變化，而是改變了位置。廣泛使用的方法有：（1）參數(shù)曲線法通過改變基本函數(shù)式來處理變化多端的物體，弊端是會(huì)出現(xiàn)走樣問題。（2）多邊形法同樣會(huì)出現(xiàn)走樣問題。（3）FFD法是通過對(duì)無題所在的空間進(jìn)行直接的變形，但是這個(gè)方法很麻煩。（4）元球變形法是一種簡(jiǎn)單的約束變形法，通過改變半徑和偏移量來進(jìn)行變性。相比前三種，達(dá)到的效果最優(yōu)。

2.3 計(jì)算機(jī)關(guān)鍵幀動(dòng)畫

關(guān)鍵幀即為在動(dòng)畫制作的工程中一些具有關(guān)鍵性的畫面。通常在3DMAX中，在0幀時(shí)刻按下動(dòng)畫開始按鈕，隨后把滑塊拉到預(yù)先設(shè)定的位置。與此同時(shí)，把物體進(jìn)行移動(dòng)，然后就會(huì)出現(xiàn)3DMAX自動(dòng)建立的關(guān)鍵幀。然后再進(jìn)行播放時(shí)就可以看到物體從開始到末未結(jié)束的過程。

2.4 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的輸出以及合成

通常在我們制作節(jié)目時(shí)，主要包含兩個(gè)方面的應(yīng)用：一個(gè)是實(shí)際拍攝鏡像和三維動(dòng)畫的結(jié)合，另一個(gè)是不需要進(jìn)行合成技術(shù)的，比較簡(jiǎn)單，完全的利用動(dòng)畫軟件制成。前者在制作過程中要看實(shí)景拍攝畫面是否與動(dòng)畫元素相適應(yīng)，例如顏色的搭配、運(yùn)動(dòng)是否相互融合等等。在動(dòng)畫輸出時(shí)，可以選擇硬盤輸出、膠卷輸出等。

2.5 過程動(dòng)畫技術(shù)

通常情況下，動(dòng)畫制作者往往喜歡用一個(gè)簡(jiǎn)單的過程來面熟物體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，即所謂的過程動(dòng)畫。通過物體運(yùn)動(dòng)的一定規(guī)律或規(guī)則建立的數(shù)學(xué)模型及函數(shù)去支配運(yùn)動(dòng)物體的變化是最為容易理解的過程動(dòng)畫。例如用FOURIER系統(tǒng)制造出用余弦波表示的水在風(fēng)中的動(dòng)態(tài)變化過程。往往使用關(guān)節(jié)動(dòng)畫、關(guān)鍵幀技術(shù)時(shí)建立的數(shù)學(xué)模型特別復(fù)雜，而且描繪出來的動(dòng)畫很難達(dá)到惟妙惟肖，因此最終無法成功的演繹這一過程。但是過程描述作為一種高級(jí)動(dòng)畫技術(shù)，比如：L系統(tǒng)、粒子系統(tǒng)以及過程紋理系統(tǒng)等，可以很簡(jiǎn)單的將這個(gè)問題解決，為觀眾提供很好的視覺效果。

2.6 物體運(yùn)動(dòng)過程捕捉技術(shù)

過程捕捉技術(shù)是電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多門學(xué)科的組合，過程捕捉技術(shù)簡(jiǎn)稱為MC技術(shù)。通常運(yùn)用這一技術(shù)跟蹤安裝有追蹤器的地方，然后利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把得到的結(jié)果進(jìn)行處理。動(dòng)畫制作者可以從得到的結(jié)果中挑選出有用的數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)二維或者三維模型，制作出動(dòng)畫效果。接著在通過計(jì)算機(jī)來控制物體的運(yùn)動(dòng)并及時(shí)將捕捉到的信息來驅(qū)動(dòng)二維或者三維的動(dòng)畫模型。除此之外，動(dòng)畫師可以運(yùn)用第三方的系統(tǒng)檢查信息以及模型是否匹配。

3 基于OPENGL技術(shù)的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)

OPENGL技術(shù)相對(duì)其他技術(shù)對(duì)速度的要求不高，而且占用的內(nèi)存特別少，所以運(yùn)用的比較廣泛。動(dòng)畫師主要采用OPENGL雙緩存技術(shù)把屏幕上的像素?cái)?shù)據(jù)按深度、色彩、模板的分類進(jìn)行存儲(chǔ)，然后把多個(gè)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。深度儲(chǔ)存指的是像素?cái)?shù)據(jù)的深度值，通過得到的深度只可以知道運(yùn)動(dòng)物體的距離；色彩儲(chǔ)存主要是指顏色相關(guān)的數(shù)據(jù)信息；模板存儲(chǔ)一改傳統(tǒng)的點(diǎn)繪圖。最終對(duì)色彩數(shù)據(jù)合成便可以得到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行求解得到平均值。利用這個(gè)技術(shù)能夠得到比較平滑的畫面，調(diào)整畫面所用的時(shí)間，這樣所有的畫面就可以有秩序的顯現(xiàn)在人們的眼前。如果想要在WINDOWS中合成三維動(dòng)畫，定時(shí)器是不可缺少的一個(gè)設(shè)備。主要職責(zé)是用來進(jìn)行解決儲(chǔ)存問題、定時(shí)以及任務(wù)的切換等。時(shí)間間隔對(duì)于OPENGL系統(tǒng)是十分重要的，時(shí)間間隔太小影響畫面的刷新甚至?xí)斐尚畔⒌膩G失，間隔太多又浪費(fèi)時(shí)間。通常情況下，動(dòng)畫師會(huì)根據(jù)畫面的復(fù)雜程度合理的安排時(shí)間間隔。

4 利用模糊 C均值聚類法處理計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作過程中出現(xiàn)的誤差

為了更好地反映客觀事實(shí)，它不需要事先制定一個(gè)準(zhǔn)則，隨機(jī)的把一個(gè)的標(biāo)本分為若干份。該種處理方法包括三個(gè)方面：

4.1 分類的數(shù)據(jù)已經(jīng)給定.

此時(shí)，分類方法又稱為L(zhǎng)SODATA模糊分析法。主要是通過尋找能夠確切表示與C類中心相同的的像素點(diǎn)，然后確定目標(biāo)函數(shù)。計(jì)算得到這個(gè)函數(shù)極值，最終得到最合適的聚類。

4.2 分類數(shù)據(jù)不確定

該種方法主要是通過模糊等價(jià)矩陣來對(duì)要求不一樣的樣本進(jìn)行分類計(jì)算的。

4.3 在攝動(dòng)存在可分析性時(shí)，采用以攝動(dòng)為基礎(chǔ)的模糊分析法

此種犯非法與第二種方法有一定的相似之處。首先把聚類看成一個(gè)非線性問題，通過優(yōu)化方案獲得劃分。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在，全球處于一個(gè)科技高速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)給我們提供了更大的發(fā)展空間，而且其運(yùn)用的范圍也越來越廣泛。相信經(jīng)過不斷的努力，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫軟件會(huì)不斷更新，計(jì)算機(jī)動(dòng)動(dòng)畫技術(shù)會(huì)越來越先進(jìn)，我們可以從動(dòng)畫中欣賞更加美妙的世界。

[1]劉梅.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)在教課類節(jié)目的應(yīng)用探索.[J]華中科技大學(xué).2008/11/01

[2]金曉剛.彭群生.鮑虎軍.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)綜述.[A].軟件學(xué)報(bào).1997/04/05