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MATLAB 程式設計入門篇動畫製作 張智星 jang@.tw .tw/~jang 清大資工系 多媒體檢索實驗室 6-1 MATLAB 動畫簡介 MATLAB 產生動畫的方式有兩種： 電影方式： 以影像的方式預存多個畫面，再將這些畫面快速的呈現在螢幕上，就可以得到動畫的效果。此種方式類似於電影的原理，可以產生很繽紛亮麗的動畫，但是其缺點為每個畫面都必需事先備妥，無法進行及時成像（Real-time Rendering），而且每個畫面，以至於整套動畫，都必需佔用相當大的記憶體空間。 物件方式： 在 MATLAB 的「握把式圖形」（Handle Graphics，詳見本書第七章）概念下，所有的曲線或曲面均可被視為一個物件，MATLAB 可以很快的抹去舊曲線，並產生相似但不同的新曲線，此時就可以看到曲線隨時間而變化的效果。使用物件方式（即握把式圖形）所產生的動畫，可以呈現即時的變化，也不需要太高的記憶體需求，但其缺點是較難產生太複雜的動畫。 6-2 以電影方式產生動畫 以電影方式來產生動畫，可由下列兩個步驟來達成： 使用 getframe 指令來抓取圖形做為電影的畫面，每個畫面都是以一個行向量的方式，置放於整個代表電影的矩陣。 使用 movie 指令來播放電影，並可指定播放的重複次數及每秒播放的畫面數目。 電影動畫之範例一 在下例中，我們將以不同的角度來顯示 peaks 函數，並將其結果以電影的方式來呈現動畫。 範例6-1： movie01.m 電影動畫之範例一 最後一個 frame 的畫面 電影動畫之範例二 將 peaks 函數畫在圓盤上，然後再變換此函數的高度，以動畫呈現 範例6-2： movie02.m 電影動畫之範例二 最後一個 frame 的畫面 電影動畫之範例三 改變影像的色盤矩陣，讓影像出現「從正片變到負片」的效果 範例6-3： movie03.m 電影動畫之範例三 在上述範例中，正片（如下張投影片圖左）的色盤矩陣是 map，而 1-map 則是負片（如下張投影片圖右）的色盤矩陣，因此我們在抓影片時，讓色盤矩陣進行漸進式的變化，因此呈現的電影就有「從正片變到負片」的效果。 另外，movie(M, -5) 代表電影將播放 5 次，但由於第二個參數是負數，所以每次播放會包含一次「正向播放」及一次「逆向播放」。 電影動畫之範例三 正片 色盤矩陣是 map 負片 色盤矩陣是 1-map 電影動畫的其他範例 MATLAB 的 demo 程式中亦包含了數個與電影方式相關的動畫，讀者可以在指令視窗輸入下列任一指令： xpmovie vibes xpmovie logospin xpmovie crulspin 6-3 以物件方式產生動畫 以電影方式產生動畫可以說是「暴力法」，因為此方法佔掉了許多記憶體空間。另一個技巧性較高的方法則是以物件方式產生動畫，此種方法不需要大量的記憶體，而且可以產生「即時」（Real-time）或「互動式」（Interactive）的動畫。 MATLAB 的所有圖形元件（曲線、曲面、圖軸等）都是物件，您可以控制這些物件的各種性質，此種特性稱為「握把式圖形」（Handle Graphics），可詳見第七章。握把式圖形包含的層面很廣，但牽涉到動畫部份的基本概念並不複雜，以下我們以曲線的動畫來說明。 曲線的動畫 我們可以快速地改變圖形物件的性質（如顏色、座標等），就可以達到動畫的效果 每一條曲線都有下列三種性質： xdata：此為一向量，代表曲線的 x 座標值 ydata：此為一向量，代表曲線的 y 座標值 EraseMode：此為一字串，代表曲線被抹除的方式，亦即當 xdata 或 ydata 被改變時，對於舊曲線的處理方式。 曲線的 EraseMode EraseMode 對於動畫的呈現相當重要，此字串可是下列幾種選擇： normal：重畫整個畫面。 xor：將舊曲線的點以 xor 的方式還原。 background：將舊曲線的點改成背景顏色。 none：保留舊曲線的點，不做任何處理。 在上述四種 EraseMode 中，耗費時間的次序是 normal xor background none xor 和 background 很接近，但是 background 會抹去其他舊曲線所掃過的其他物件（如圖軸、格線、另一條曲線等），所以較少用到，所以一般在產生動畫時，最常用到的 EraseMode 就是 xor。 曲線的動畫 有了這些概念後，產生曲線的動畫就很容易了！其主要步驟有兩點： 產生一條曲線，其 EraseMode 為 xor，background，或 none。 在 for-loop 之中，改變此曲線的 xdata 或 ydata（或兩者）。 我們產生一條隨 x 而衰減的正弦曲線，並