计算机图形学 - 动画

动画是指在计算机图形学中赋予任何物体生命。它具有将能量和情感注入看似最无生命的物体中的力量。计算机辅助动画和计算机生成动画是计算机动画的两大类。它可以通过电影或视频呈现。

动画背后的基本思想是以足够快的速度播放记录的图像，以欺骗人眼将其解释为连续运动。动画可以让一系列静态图像“活”起来。动画可用于许多领域，如娱乐、计算机辅助设计、科学可视化、培训、教育、电子商务和计算机艺术。

计算机图形学中的动画技术

动画师发明并使用了各种不同的动画技术。基本上有六种动画技术，我们将在本节中逐一讨论。

1. 传统动画（逐帧动画）

传统上，大多数动画都是手绘的。动画中的所有帧都必须手绘。由于每秒动画需要 24 帧（胶片），因此即使是最短的电影所需的精力也可能非常巨大。

2. 关键帧动画

在这种技术中，会先绘制故事板，然后艺术家绘制动画的主要帧。主要帧是指发生显着变化的帧。它们是动画的关键点。关键帧动画要求动画师指定对象的关键位置或关键姿势。然后，计算机通过在这些位置之间平滑插值来自动填充缺失的帧。

3. 过程动画

在过程动画中，物体是通过过程（一组规则）而不是关键帧来进行动画处理的。动画师指定规则和初始条件并运行模拟。规则通常基于用数学方程式表达的现实世界的物理规则。

4. 行为动画

在行为动画中，自主角色至少在一定程度上决定自己的行为。这赋予角色一定的即兴发挥能力，并使动画师无需指定每个角色动作的每个细节。

5. 基于表演（动作捕捉）

另一种技术是动作捕捉，其中磁性或视觉传感器以三维方式记录人类或动物对象的动作。然后，计算机使用这些数据来为对象制作动画。

这项技术使许多著名运动员能够为体育视频游戏中的人物提供动作。动作捕捉在动画师中非常受欢迎，主要是因为一些常见的动作可以相对轻松地捕捉到。但是，主体形状或尺寸与图形角色之间可能存在严重差异，这可能导致精确执行方面的问题。

6. 基于物理（动力学）

与关键帧动画和运动画面不同，模拟使用物理定律来生成图片和其他物体的运动。模拟可以轻松用于生成略微不同的序列，同时保持物理真实感。其次，实时模拟允许更高程度的交互性，其中真实的人可以操纵模拟角色的动作。

相反，基于关键帧动画和动作选择的应用程序会修改来自预计算动作库中的动作。模拟的一个缺点是需要专业知识和时间来手工制作合适的控制系统。

计算机图形动画中的关键帧动画

关键帧是我们定义动画变化的帧。当我们创建逐帧动画时，每一帧都是一个关键帧。当有人在电脑上创建 3D 动画时，他们通常不会在每一帧上指定任何给定对象的精确位置。他们创建关键帧。

关键帧是在对象改变其大小、方向、形状或其他属性期间的重要帧。然后，计算机计算出所有中间帧，从而为动画师节省大量时间。下图描绘了用户绘制的帧和计算机生成的帧。

变形

物体形状从一种形式转变为另一种形式的过程称为变形。它是最复杂的变换之一。

变形看起来像是两张图像以非常流畅的运动相互融合。从技术上讲，两张图像会发生扭曲，并且它们之间会发生淡入淡出。