计算机动画技术发展研究

李 闽

（苏州工艺美术职业技术学院 江苏 215104）

0 引言

计算机动画相比较传统的动画，主要有两个部分组成：二维动画以及三维动画。在先进科技的基础上，增添了更多的动态的效果。它成功地拓展了计算机图形学的运用，将多门学科完美的结合在一起，例如：数学、物理、计算机科学等。三维技术作为二维技术的延伸，既降低了生产的成本，而且它的视觉效果远远好于二维，将计算机技术上升了很大的一个高度。计算机动画可以通过模拟摄像功能来完成动画的投放。而且现在计算机动画技术已经成功运用于指挥调度、医疗诊断、商品广告、教育、仿真模拟、电影制作多个方面。以艺术体操为例，艺术体操的可谓是形式多种多样，主要是用来编排比较自由的动作。一改传统的编排模式，通过计算机完成图像处理以及文件编排，把单个的动作进行系统的编排，然后在显示屏上呈现出编排的效果。这样增添可视性以及趣味性，延伸了观众的感官和心理需求，节省了时间和成本。总而言之，计算机动画技术必将会长生巨大的经济效益以及社会效益。

1 国内三维与国外三维的技术的对比

计算机动画技术的发展可以说是翻天覆地的。现我们将三维技术做相关的简述。国内计算机三维技术也就是利用三维参数以及一些三维动画技术的制作软件以及工作站的结合进行三维动画建模。从几何属性考虑，通常运用三角面片、细分曲线、NURBS曲面等一些数学方法。它不单单保证了动画立体感，而且它可以精确的计算出画质的减速、加速以及匀速方面的动态变化。在很大程度上保持了原有手工特点和中国观众比较传统的观看习惯。例如ALIAS三维动画技术软件便是比较好的软件之一。而国外的三维技术，拿好莱坞为例。其在高科技软件基础上，还特别注重把电影艺术的实际场景和高科技相结合，被动画制作业赞称为高科技中的魔术，在世界上是首屈一指的。近几年还产生了纯三维动画技术，但其在动画效果方面还不是很成熟，仍需要动画制作人员投注大量的精力。相比之下，国内的动画制作还有很大赶超空间，计算机动画技术开发仍需要再接再厉，以便树立中国在国际上的地位。

2 计算机动画设置方法

科学节目最吸引观众的地方在于它能够以很好的视觉效果将富有震撼力的微观以及宏观的东西反映出来。计算机动画设置方法主要包含以下几个内容：

2.1 以粒子为基础的动画

它主要是对物体存在的客观的自然规律进行模拟产生的。采用的最小元素是微观粒子，通过这些富有生命周期的粒子来表现一系列不规则的运动物体的动态特性表现得淋漓尽致。

2.2 变形动画

此处所指的变形是进行点在空间位置的重新分配。物体并没有发生变化，而是改变了位置。广泛使用的方法有：（1）参数曲线法通过改变基本函数式来处理变化多端的物体，弊端是会出现走样问题。（2）多边形法同样会出现走样问题。（3）FFD法是通过对无题所在的空间进行直接的变形，但是这个方法很麻烦。（4）元球变形法是一种简单的约束变形法，通过改变半径和偏移量来进行变性。相比前三种，达到的效果最优。

2.3 计算机关键帧动画

关键帧即为在动画制作的工程中一些具有关键性的画面。通常在3DMAX中，在0帧时刻按下动画开始按钮，随后把滑块拉到预先设定的位置。与此同时，把物体进行移动，然后就会出现3DMAX自动建立的关键帧。然后再进行播放时就可以看到物体从开始到末未结束的过程。

2.4 计算机动画的输出以及合成

通常在我们制作节目时，主要包含两个方面的应用：一个是实际拍摄镜像和三维动画的结合，另一个是不需要进行合成技术的，比较简单，完全的利用动画软件制成。前者在制作过程中要看实景拍摄画面是否与动画元素相适应，例如颜色的搭配、运动是否相互融合等等。在动画输出时，可以选择硬盘输出、胶卷输出等。

2.5 过程动画技术

通常情况下，动画制作者往往喜欢用一个简单的过程来面熟物体的动态运动，即所谓的过程动画。通过物体运动的一定规律或规则建立的数学模型及函数去支配运动物体的变化是最为容易理解的过程动画。例如用FOURIER系统制造出用余弦波表示的水在风中的动态变化过程。往往使用关节动画、关键帧技术时建立的数学模型特别复杂，而且描绘出来的动画很难达到惟妙惟肖，因此最终无法成功的演绎这一过程。但是过程描述作为一种高级动画技术，比如：L系统、粒子系统以及过程纹理系统等，可以很简单的将这个问题解决，为观众提供很好的视觉效果。

2.6 物体运动过程捕捉技术

过程捕捉技术是电子、光学、计算机图形学等多门学科的组合，过程捕捉技术简称为MC技术。通常运用这一技术跟踪安装有追踪器的地方，然后利用计算机网络把得到的结果进行处理。动画制作者可以从得到的结果中挑选出有用的数据来驱动二维或者三维模型，制作出动画效果。接着在通过计算机来控制物体的运动并及时将捕捉到的信息来驱动二维或者三维的动画模型。除此之外，动画师可以运用第三方的系统检查信息以及模型是否匹配。

3 基于OPENGL技术的计算机动画技术

OPENGL技术相对其他技术对速度的要求不高，而且占用的内存特别少，所以运用的比较广泛。动画师主要采用OPENGL双缓存技术把屏幕上的像素数据按深度、色彩、模板的分类进行存储，然后把多个存储的数据进行组合。深度储存指的是像素数据的深度值，通过得到的深度只可以知道运动物体的距离；色彩储存主要是指颜色相关的数据信息；模板存储一改传统的点绘图。最终对色彩数据合成便可以得到预期的运动图像进行求解得到平均值。利用这个技术能够得到比较平滑的画面，调整画面所用的时间，这样所有的画面就可以有秩序的显现在人们的眼前。如果想要在WINDOWS中合成三维动画，定时器是不可缺少的一个设备。主要职责是用来进行解决储存问题、定时以及任务的切换等。时间间隔对于OPENGL系统是十分重要的，时间间隔太小影响画面的刷新甚至会造成信息的丢失，间隔太多又浪费时间。通常情况下，动画师会根据画面的复杂程度合理的安排时间间隔。

4 利用模糊 C均值聚类法处理计算机动画制作过程中出现的误差

为了更好地反映客观事实，它不需要事先制定一个准则，随机的把一个的标本分为若干份。该种处理方法包括三个方面：

4.1 分类的数据已经给定.

此时，分类方法又称为LSODATA模糊分析法。主要是通过寻找能够确切表示与C类中心相同的的像素点，然后确定目标函数。计算得到这个函数极值，最终得到最合适的聚类。

4.2 分类数据不确定

该种方法主要是通过模糊等价矩阵来对要求不一样的样本进行分类计算的。

4.3 在摄动存在可分析性时，采用以摄动为基础的模糊分析法

此种犯非法与第二种方法有一定的相似之处。首先把聚类看成一个非线性问题，通过优化方案获得划分。

5 结束语

现在，全球处于一个科技高速发展的时代，计算机动画技术给我们提供了更大的发展空间，而且其运用的范围也越来越广泛。相信经过不断的努力，计算机动画软件会不断更新，计算机动动画技术会越来越先进，我们可以从动画中欣赏更加美妙的世界。

[1]刘梅.计算机动画技术在教课类节目的应用探索.[J]华中科技大学.2008/11/01

[2]金晓刚.彭群生.鲍虎军.计算机动画技术综述.[A].软件学报.1997/04/05