计算机图形学电子教案c11.ppt

* 计算机动画简介 1 引 言 2 动画描述 3 动画基本技巧 * 1. 引 言 计算机动画是计算机应用的重要领域之一，它综合了计算机图形、人工智能、美术和电影技术，借助计算机生成一系列可供动态实时演播的连续图象。 计算机动画技术已有三十年的历史了。它的发展大致经历了三个阶段。 第一阶段是早期阶段。从60年代至70年代初，特点是采用高级语言编程。代表作品是Bell Labs用Fortran制作的说明牛顿运动定律的动画片。 第二阶段从70年代初至80年代。此间出现了二维动画系统和用户友好交互方式。MSG-EN二维动画系统是代表作品之一。 第三阶段从70年代末至今，重点集中于三维动画系统的开发上。优秀作品有SOFTIMAGE公司的3D-STUDIO等。 * 2. 动画描述 (1)设定运动路径 (2)变形设计 (3)随机景物动态设计 * (1)设定运动路径 运动路径是用户画出的空间曲线，由关键点控制。而物体的运动快慢由标出到达路径上某些点的时刻来决定。使用这种方法并不要求物体的运动是均匀的，因而可以灵活的进行设计；但它并非基于物理规律，所以常常要反复调试才能得到逼真的图象。 * (2)变形设计 动画中经常利用关键帧技术。关键帧技术是加拿大NRC 研究机构的Burthyk 和 Wein 在1971年提出的。 关键帧是表示动作的极限位置的画面，它是对一个角色在某一时刻的特征表达，或者要交代某个重要情节或动作。 所谓“帧” 在动画中是指显示的一幅画面。“关键帧”技术的处理过程是：先选取关键帧并确定关键点和关键点的变化路径，然后计算机自动插值，沿此变化路径求出中间画面上关键点的位置，再利用关键点的新位置生成中间画面。该技术要求物体关键造型一致，即均为多面型或曲面型，有相同面数和法向。 * (2)变形设计 计算机插值有两种方法：线形插值和非线形插值，分别采用线形插值算法与非线形插值算法。使用时视情况而定。 帧技术也可视为“关键帧”技术的一种，它可描述为： 在关键帧上选取的物体的框架。框架是由一些点和线组成的简单图形，它描述了动作的形式。利用帧技术，可以创作出一些仅由帧组成的关键帧，再由计算机自动绘制出较理想的中间画面。 * (2)变形设计 * (3)随机景物动态设计 一些电脑场景的随机景物，如火焰、气流、瀑布等，在对其进行描述时，可采用粒子系统的原理，将随机景物想象成由大量的具有一定属性的粒子构成。每个粒子都有自己的粒子参数，包括初速度、加速度、运动轨迹和生命周期等。这些参数决定了随机景物的变化，使用粒子系统可以产生很逼真的随机景物。 * 3.动画基本技巧 (1)换页法 (2)位图运算法 (3)路径存储法 (4)彩色映射 * (1)换页法 在动画技术中，动画画面的速度是很重要的。动画要求每秒至少显示15帧，否则动作变得跳跃不连续。假设显示器分辨率320×200=64000像素。所有64000个像素必须在1/15秒内更新，才能产生一个平滑运动的画面。这个速度通常超过了大多数处理器的能力。 “换页法”就是一种处理方法。 是利用图形模式中的多页模式，在多页上绘制，显示时各页切换，这样画面动作变化平缓自然。PC机中，大多数图形显示器都支持多页模式，如VGA、EGA、TVGA等。 * (2)位图运算法 提高动画画面更新速度的另一种方法是位图运算法。 动画制作可分为前景制作和背景制作，制作完成后，再将前景画面和背景画面进行组合和叠加，通常采用的方法是通过二进制异或运算来处理。这种方法简单明了，易于实现，但有时效果不够理想。原因之一：绘制物体时，要进行大量计算，影响速度，会产生闪烁；原因之二：背景不能完全被覆盖，影响了画面质量。用两次位图运算产生动画效果，可解决上述问题。 屏幕 物体 异或效果 * (2)位图运算法 两次位图运算法需要存储三幅图形：一幅背景图和二幅前景位图。 其中一幅前景位图的物体为黑色，其余部分为白色 另一幅前景位图的物体为其本身色彩或灰度 一幅背景位图不作处理 * (2)位图运算法 两次位图运算过程为：第一次将一幅背景位图与第一幅前景位图作逻辑与(AND),第二次将逻辑与后的位图和第二幅前景位图再作逻辑或(OR)； 所生成的混合图形，背景没有对前景中的物体产生干扰。虽然两次位图运算法得到较好的效果，但其速度收到两次运算的一定影响。 * (3) 路径存储法 动画中，当物体沿着某种路线运动时，要计算运动函数，如果运动复杂，更是要几次调用函数，进行复杂的计算，从而占用了处理机的宝贵时间，使动画性能降低。 通常在表中查找一个值比计算一个值快。所以如果预先知道物体的运动路径，将其路径的坐标存入查询表中，就可以提高动画质量 * (4)彩色映射法 动画在一个帧扫描周期生成一幅画像，才能达到实时的效果，但是这要求有快速