三维动画的概念及发展课件.ppt

1、LOGO【本章内容】介绍三维动画的概念、发展和应用领域，以及常用的计算机三维动画软件、三维动画的创作流程等。【学习目标】了解三维动画的概念、发展以及应用；熟悉三维动画制作的主流软件名称及特点；掌握三维动画整体创作的流程。三维动画又称3D动画，是20世纪随着计算机软硬件技术的发展进步而产生的，是计算机图形图像技术与动画、艺术设计等相结合的交叉学科，主要通过计算机媒介利用拓扑学、图形学以及其他相关学科的知识，在视图中制作具有三维空间效果的虚拟画面，并能够将静态的画面形成连续的动态画面，使得动画这一艺术形式以更加真实生动，更具有感染力。1.1 三维动画的概念三维动画的概念图 1-1 阿凡达 计算机参

2、与的三维动画在一定程度上解放了动画师们的创作限制，提供了一个充分展示个人想象力和艺术才能的新天地，它使艺术创作的制作过程更为便捷，使动画艺术的表现更加丰富多彩。随着计算机软硬件技术、信息技术、可视化技术的进步，三维动画逐渐成为动画产业的主流。三维动画制作是艺术和技术紧密结合的创作过程。在制作时，一方面要在技术上充分实现剧本创意的要求；另一方面，还要在画面色调、构图、镜头组接、节奏把握等方面进行艺术的再创造。与其他视觉艺术设计相比，三维动画艺术需要充分利用时间和空间概念，在借鉴视觉艺术设计的相关法则外，更多是要按照影视艺术规律进行创作和表达。1.1 三维动画的概念三维动画的概念5.1 生产函数与

3、生产函数与软件生产函数软件生产函数v 生产是指厂商对各种生产要素加以组合制成产品的行为。生产是指厂商对各种生产要素加以组合制成产品的行为。v 生产要素就是生产过程中所使用的各种资源，主要包括劳动生产要素就是生产过程中所使用的各种资源，主要包括劳动、资本、土地和企业家才能。、资本、土地和企业家才能。5.1 生产函数与生产函数与软件生产函数软件生产函数l劳动是指劳动者所提供的各种服务l资本是指生产过程中使用的资金l土地是指在生产过程中所使用的自然资源l企业家才能是指企业家对整个生产过程的管理和组织工作 企业家主要根据市场预测，合理地配置各生产要素来从事生产经营活动，以追求企业的利润最大化。5.1.

4、1 生产函数生产函数 生产函数是指一定时期内生产要素的数量与某种组合与其所能产出的生产函数是指一定时期内生产要素的数量与某种组合与其所能产出的最大产量之间存在的函数关系。生产函数的表达式如式最大产量之间存在的函数关系。生产函数的表达式如式5.1所示。所示。式式5.1中的中的y表示总产出量，表示总产出量，L，K，N，E分别表示投入到生产中的劳动、分别表示投入到生产中的劳动、资本、土地、企业家才能的数量。资本、土地、企业家才能的数量。1.生产函数生产函数的定义的定义5.1.1 生产函数生产函数 考虑到土地的固定性，变化较小，企业家才能难以估算故生产函数通常被简化为式5.2。式5.2表明，在已知劳动

5、和资本数量的组合情况时，可以推算出产品的最大产量。1.生产函数生产函数的定义的定义5.1.1 生产函数生产函数2.生产函数生产函数的的特征特征资本与劳动力的边际产出总是为资本与劳动力的边际产出总是为正值，劳动力（或者资本）投入量正值，劳动力（或者资本）投入量不变的情况下，资本（或者劳动力不变的情况下，资本（或者劳动力）的增加将引起产出的增加）的增加将引起产出的增加边际产量递减特性。当其他生产要素边际产量递减特性。当其他生产要素固定不变时，随着某一要素投入量的增固定不变时，随着某一要素投入量的增加，其边际产量将逐渐减少加，其边际产量将逐渐减少生产函数具有非负性，总产出必生产函数具有非负性，总产出

6、必须是正值，且总产量是生产要素组须是正值，且总产量是生产要素组合的结果，单一要素的投入是不能合的结果，单一要素的投入是不能获得产出的获得产出的5.1.1 生产函数生产函数3.规模报酬规模报酬规模报酬规模报酬又又称为称为规模经济规模经济，主要主要研究所有要素都同比例增加时，产量时如何发生变化的。研究所有要素都同比例增加时，产量时如何发生变化的。通常在规模较小时，增加投入可以促进规模报酬递增，而当规模达到一定通常在规模较小时，增加投入可以促进规模报酬递增，而当规模达到一定程度时，则会出现规模报酬递减的情况。程度时，则会出现规模报酬递减的情况。5.1.1 生产函数生产函数v3.规模报酬规模报酬5.1

7、.1 生产函数生产函数分别对公示分别对公示5.3中的中的L与与K求偏导数则有：求偏导数则有：式式5.4中，中，表示劳动力对产出的弹性系数，表示在其他条件不变的情况下表示劳动力对产出的弹性系数，表示在其他条件不变的情况下，劳动力增加，劳动力增加1%会使产出发生变化的百分比；会使产出发生变化的百分比；表示资本对产出的弹性系表示资本对产出的弹性系数，表示在其他条件不变的情况下，资本增加数，表示在其他条件不变的情况下，资本增加1%会使产出发生变化的百分会使产出发生变化的百分比。比。3.规模报酬规模报酬5.1.1 生产函数生产函数v5.1.2 软件生产函数软件生产函数5.1.2 软件生产函数软件生产函数

8、5.1.2 软件生产函数软件生产函数 软件生产率是指软件开发的效率，是衡量软件开发水平的一个重要因素。影响软件生产率的因素众多，主要有技术因素、管理因素以及文化因素。5.1.2 软件生产函数软件生产函数 强调对企业研发人员个人职业能力的综合评估。为了提升个人对软件企强调对企业研发人员个人职业能力的综合评估。为了提升个人对软件企业的贡献，有必要从专业、技能、经验、学历以及年龄等多方面进行考业的贡献，有必要从专业、技能、经验、学历以及年龄等多方面进行考量。量。软件技术领域最好根据研发人员所擅长的技术能力来划分不同的专业技软件技术领域最好根据研发人员所擅长的技术能力来划分不同的专业技术组。术组。培养

9、研发人员对新技术的学习掌握，并创新应用。培养研发人员对新技术的学习掌握，并创新应用。提高软件生产率的主要举措有：提高软件生产率的主要举措有：技技术术方方面面5.1.2 软件生产函数软件生产函数 建立良好的人才激励机制，通过物质、精神奖励以及职务晋升制度提高建立良好的人才激励机制，通过物质、精神奖励以及职务晋升制度提高研发人员的工作热情。研发人员的工作热情。建立科学、合理的研发人员梯队制度，明确划分管理与技术领域人才。建立科学、合理的研发人员梯队制度，明确划分管理与技术领域人才。依据软件企业所处的市场环境及企业自身发展的要求适时变革管理。用依据软件企业所处的市场环境及企业自身发展的要求适时变革管

10、理。用以应对不断变化的以应对不断变化的IT市场，进而增强软件企业的核心竞争力。市场，进而增强软件企业的核心竞争力。提高软件生产率的主要举措有：提高软件生产率的主要举措有：管管理理方方面面5.1.2 软件生产函数软件生产函数 建立良好的企业学习氛围。通过研发人员个人知识的学习、交流及其共建立良好的企业学习氛围。通过研发人员个人知识的学习、交流及其共享来形成群体效应，提升整个企业的知识资源。享来形成群体效应，提升整个企业的知识资源。注重软件注重软件工程工程项目团队建设，加强团队合作精神，提高团队沟通能力。项目团队建设，加强团队合作精神，提高团队沟通能力。提高软件生产率的主要举措有：提高软件生产率的

11、主要举措有：文文化化方方面面 三维动画比静态展示更为直观生动，能给观赏者带来更真实的视觉感受，更为出色得传递画面内容、表现画面效果。随着计算机图形图像技术的不断发展，三维动画越来越被人们所看重。三维动画发展到目前为止可以分为3个阶段。第1阶段是19952000年，此阶段是三维动画的起步以及初步发展时期，标志性事件是1995年皮克斯动画制作的玩具总动员1（图1-2）。虽然三维动画技术在之前已经产生并出现过一些作品，但是这部动画片的上映及产生的影响力标志着动画艺术开始进入三维时代。在这一发展阶段，三维动画影片市场上的公司主要以皮克斯和迪斯尼为主。1.2 三维动画技术的发展三维动画技术的发展图图 1

12、-2 玩具总动员玩具总动员1 第2阶段是20012003年，此阶段是三维动画的迅猛发展时期，期间不断有精彩的动画作品出现。2001年，迪士尼与皮克斯联合制作了大眼仔的新车、怪物电力公司1（图1-3），梦工厂出品了怪物史瑞克1，福克斯公司出品了冰河世纪1等。尤其是迪士尼与皮克斯公司合作的海底总动员将动画技术与人性的亲情观念完美地结合在一起，创造了动画片的票房奇迹。1.2 三维动画技术的发展三维动画技术的发展图图1-3 怪物电力公司怪物电力公司1 第3阶段是从2004年至今，三维动画影片步入其发展的全盛时期。在这一阶段，三维动画的制作公司由美国逐渐发展到其他国家。传统的三维动画公司依旧强大，新崛起

13、的动画公司也有佳作出现，全球各地的三维动画片数量急剧上升，如小鸡快跑超人总动员功夫熊猫疯狂原始人（图1-4）等。1.2 三维动画技术的发展三维动画技术的发展 图 1-4 疯狂原始人1 在中国，近年来有不少制作精良的三维动画作品出现，如秦时明月天行九歌斗破苍穹少年锦衣卫等动画系列片，以及西游记之大圣归来大鱼海棠等动画电影。其中获得近10亿人民币票房的西游记之大圣归来，一上映就在中国乃至世界引起了巨大的轰动和反响，再一次向世人展示了中国故事加三维动画艺术的独特魅力和巨大潜力，而2019年7月上映的哪吒之魔童降世，也以极佳的口碑成功引爆了暑期档，上映第一天就创造了内地影史上动画电影单日票房的新纪录，

14、并最终登顶中国影史动画电影票房冠军。这一系列制作精良、故事丰满的三维动画影片的出现，代表了中国三维动画艺术的巨大进步。1.2 三维动画技术的发展三维动画技术的发展图图 1-5 西游记之大圣归来西游记之大圣归来 图图 1-6 哪吒之魔童降世哪吒之魔童降世1.3.1 影视动画 三维动画从简单的几何体模型到复杂的生物模型，从单个的模型展示，到复杂的场景如道路、桥梁、隧道等线型工程和小区、城市等场地工程的景观设计，以及影视特效的制作、合成等，它突破了影视画面的拍摄局限，在视觉效果上弥补了拍摄的不足，带给人们更加真实和刺激的视觉效果（图1-7）。1.3.2 电子游戏 电子游戏在最近几年消费需求旺盛，市场

15、潜力巨大。当前在各种大型的终端游戏中，普遍使用复杂的三维动画技术制作而成，包括相关的模型、动作、特效等，具有很强的真实性和交互性。可以预见，在今后的相当长的时间内，电子游戏都会是三维动应用的重要领域（图1-8）。1.3 三维动画的应用三维动画的应用 图1-7 复仇者联盟图1-8 王者荣耀1.3.3 建筑、园林动画 现阶段，三维动画技术在建筑领域、园林景观领域得到了广泛应用：早期的建筑动画、园林景观动画因为技术上的限制和创意制作上的单一，制作出的是简单的跑相机动画；随着3D技术的提升与创作手法的多元化，建筑园林动画从脚本创作到精良的模型制作，后期的电影剪辑手法，以及原创音乐音效，情感式的表现方法

16、，制作出的动画效果更为真实生动。1.3.4 产品演示 产品演示动画涉及工业产品动画如汽车动画、飞机动画、火车动画等；电子产品动画如手机动画、医疗器械动画等；机械产品动画如机械零部件动画、油田开采设备动画等；产品生产过程动画如产品生产流程、生产工艺等动画演示。产品展示动画可以将产品的设计、制作、使用等以更加直观的形式展现，用于指导生产、展示最终产品效果、吸引消费者的注意等。1.3 三维动画的应用三维动画的应用图1-9 三维建筑设计图1-10 产品动画1.3.5 广告动画 广告动画是以创意吸引受众注意的动画形式，是现代广告普遍采用的一种表现方式。广告动画中一些画面有的是纯动画的，也有实拍和动画结合

17、的。三维动画技术在广告动画领域的应用和延伸，将最新的技术和最好的创意在片头、广告中得到应用，深刻地影响着它们的制作模式和发展趋势。1.3.6 虚拟现实 虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术，应用于酒店宾馆、别墅公寓、写字楼、商品房的虚拟展示，园林景观、公园、博物馆的虚拟游览，地铁、机场、车站、码头等行业项目展示宣传。虚拟现实的最大特点是用户可以与虚拟环境进行人机交互，将被动式观看变成更逼真的体验互动。1.3.7 其他领域 三维动画技术还广泛应用于医学、教育、生物、化学等诸多领域，不断地为人们的工作、学习以及生活提供便利。1.3 三维动画的应用三维动画的应用图 1-11

18、 广告动画图 1-12 模拟驾驶室 从目前来讲，在动画制作领域主流的制作软件都有3ds Max、Maya、Softimage XSI、Rhino、LightWave 3D、Cinema 4D等。1.4 三维动画制作的主流软件三维动画制作的主流软件 （d）Rhino （e）LightWave 3D （f）Cinema 4D（a）3ds Max （b）Maya （c）Softimage XSI图1-13 常用三维软件的启动界面1.4.1 3ds Max3ds Max是Discreet公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，后被Autodesk公司合并,它支持Windows系统、苹果系统，具

19、有优良的多线程运算能力、丰富的建模和动画能力、出色的材质编辑系统，支持多处理器的并行运算，这些优秀的特点吸引了大批的三维动画制作者和公司。目前最新版本是3ds Max 2020，新版本更新了Chamfer修改器，扩展了对OSL着色的支持，并为动画预览添加了新的功能等。3ds Max 2020最大的改进就是专注于提供效率，性能和稳定性，从而加速内容创建过程，无论是导入数据、视口画面更新，还是动画预览，都可以得到更准确地三维可视化效果，并最大限度地缩短制作与更新之间的时间。3ds Max参与了多部影视片的特效制作，例如X战警最后的武士等。1.4 三维动画制作的主流软件三维动画制作的主流软件 1.4

20、.2 Maya Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级三维动画软件，从一推出就凭借其功能完善、工作灵活、易学易用、制作效率极高、渲染真实感极强等特点保持着强劲的增长势头，现已成为电影级别的高端制作软件，长期被应用于影视动画和特技制作中，包括星际战队指环王等影片中的电脑特技部分制作都是由它所完成的。1.4.3 Softimage XSI Softimage XSI是由Softimage公司出品，为专业动画师研发的三维动画制作工具，一直都是世界著名影视数字工作室用于制作电影特技、电视系列片、广告和视频游戏的主要工具。它为制作人员带来了最快的制作速度和高质量的动画图像，蝙蝠侠和罗宾接触第五

21、元素和黑衣人都用了Softimage 3D技术，创建了令人惊奇的视觉效果和角色，再如侏罗纪公园里身手敏捷的速龙、闪电悍将里闪电侠那飘荡的斗篷，都是由该软件设置动画的。1.4 三维动画制作的主流软件三维动画制作的主流软件 1.4.4 Rhino Rhino是美国Robert McNeel&Assoc.开发的专业3D造型软件，它可以广泛地应用于三维动画制作、工业制造以及科学研究等领域，能轻易整合3DS MAX 与Softimage的模型功能部分，对要求精细、弹性与复杂的3D NURBS模型有点石成金的效果。它可以输出“.obj”“.dxf”“.iges”“.stl”“.3dm”等不同格式，并适用于

22、几乎所有3D软件，尤其对增加整个3D工作团队的模型生产力有明显效果,非常适合三维建模人员使用。1.4.5 Light Wave 3D Light Wave 3D是由美国NewTek公司开发的一款高性价比的三维动画制作软件，是业界为数不多的几款重量级三维动画软件之一。Light Wave 3D从有趣的AMIGA开始,被广泛应用在电影、电视、游戏、网页、广告、印刷、动画等各领域。它操作简便、易学易用，在生物建模和角色动画方面功能异常强大；基于光线跟踪、光能传递等技术的渲染模块令它的渲染品质更加出色。火爆一时的好莱坞大片泰坦尼克号中细致逼真的船体模型、红色星球中的电影特效以及恐龙危机2生化危机：代号

23、维洛尼卡等许多经典游戏均由Light Wave 3D开发制作完成。1.4 三维动画制作的主流软件三维动画制作的主流软件 根据动画影片的实际创作流程，一部完整的影视类三维动画的设计制作总体上可分为前期设定、中期制作与后期合成3个部分。1.5.1 前期设定 前期设定是指在使用电脑正式制作前，对动画片进行规划与设计，主要包括文学剧本创作、分镜头剧本创作、造型设定、场景设定等。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-14 分镜头剧本（1）文学剧本创作 文学剧本是动画影片的基础，要求将故事内容进行文字表述，即剧本所描述的内容可以用文字来表现。动画片的文学剧本来源，如神话、科幻、民间故

24、事等，要求积极向上、思路清晰、逻辑合理。（2）分镜画面创作 分镜画面创作是把文字视觉化的重要一步，是导演根据文学剧本进行的再创作，体现其创作思想和艺术风格。分镜画面创作包括图片和文字说明（图1-14），表达的内容包括镜头的类别和运动、构图和光影、运动方式和时间、音乐与音效等。其中，每个图画代表一个镜头，文字用于说明镜头长度、人物台词及动作等内容。（3）概念图绘制 概念图绘制是指相关的创作者针对文字剧本和分镜画面进行一系列的草图、概念图的绘制（图1-15），用以展示导演的想法和思路，往往以灵感性的表达为主，不拘泥于具体形式，而要求能够展示出丰富的想象力，画面内容包括角色、场景、空间等，以便为后期

25、的造型和场景设定提供一定的参照。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图 1-15 概念图绘制（4）造型设定造型设定包括人物造型、动物造型、器物造型等设计（图1-16）。设计内容包括角色的外形设计与动作设计。造型设计的要求比较严格，包括标准造型、转面图、结构图、比例图、道具服装分解图等，通过角色的典型动作设计，如几幅带有情绪的角色动作体现角色的性格和心理变化，并且附以文字说明来实现。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图图1-16 造型设定造型设定（5）场景设定 场景设计是整个动画片中景物和环境的来源，比较严谨的场景设计包括平面图、结构分解图、色彩气氛图等，通

26、常用一幅图来表达（图1-17）。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图图1-17 场景设定场景设定1.5.2 中期制作 中期制作即根据前期设定，在计算机中通过相关制作软件制作出动画片段，包括建模、材质贴图、设定动画、灯光、摄影机、渲染输出等，这是三维动画的制作核心部分。（1）建模 建模需要动画师根据前期的造型设定，通过三维建模软件在计算机中制作出角色模型。这是三维动画中很繁重的一项工作，需要对出场的角色和场景中出现的物体都进行建模。通常使用的软件有3ds Max、Autocad、Maya等。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-18 建模（2）材质贴图

27、材质即为建好的模型赋予生动的表面特性，具体体现在模型的颜色、肌理、质感、透明度、反光度、高光强度、自发光及粗糙程度等特性上。贴图指把二维图片通过软件的计算贴到三维模型上，形成表面的细节和结构。贴图涉及将具体图片贴到特定的位置，三维软件使用了贴图坐标的概念，一般有平面、柱体和球体等贴图方式，分别对应于不同的需求。需要指出的是，模型的材质和贴图要与现实生活中的对象属性相一致，才能表现出真实质感（图1-19）。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-19 材质贴图（3）灯光 设置灯光的目的是最大限度地模拟自然界的光线类型和人工光线类型。三维软件中的灯光主要有自然灯光(如太阳、蜡烛

28、等四面发射光线的光源)和光度学灯光(如探照灯、电筒等有照明方向的光源)两大类。灯光起着照明场景、投射阴影及增添氛围的作用，是动画中三维空间效果表现的重要工具，与材质和贴图也有着紧密的联系。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-20 设定动画（4）设定动画根据分镜头剧本与动作设计，参照造型设定在三维动画制作软件中制作出一个个动画片段。其中，动作与画面的变化通过关键帧来实现。设定动画的主要画面为关键帧，关键帧之间的过渡由计算机来完成。角色说话的口型变化、喜怒哀乐的表情、走路动作等，都要符合自然规律，制作要尽可能细腻、逼真。对于角色的动作变化，三维软件里提供了骨骼工具，通过蒙皮

29、技术将模型与骨骼绑定，产生合乎角色运动规律的动作（图1-20）。（5）摄影机 依照摄影摄像的相关原理，在三维动画软件中使用摄影机工具实现分镜画面的镜头效果。摄影机功能要根据情节和画面的需要使用，直接关系到最终影片效果的形成，是导演意志的体现。其中，画面的稳定、流畅是使用摄影机的第一要素，摄像机的位置变化也能使画面产生动态效果（图1-21）。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-21 设置摄影机（6）渲染输出 渲染是指根据场景的设置以及赋予物体的材质和贴图、灯光等，由程序绘出一幅完整的画面或一段动画。三维动画必须通过渲染才能输出，得到最终的静态图片或连续的动画效果，而渲染器

30、和渲染参数设置决定了最终的影片效果，是非常重要的参数，如图1-22。渲染通常输出为图片文件或视频文件。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-22 渲染输出1.5.3 后期合成影视类三维动画的后期合成，主要是将之前所做的动画片段、声音等素材，按照分镜头剧本的设计，通过非线性编辑软件的编辑，最终生成动画影视文件。（1）后期特效特效师需要根据故事和镜头画面要求，在后期添加各种特效，包括,水、烟、雾、火、光效等，这些需要在三维软件中的进行制作（图1-23）。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-23 后期特效（2）合成动画、灯光、特效等制作完成后，由后期合成

31、师根据导演意见或者分镜画面要求把各镜头文件分层渲染，并提供合成用的图层和通道，合成一般是在后期合成软件中进行（图1-24）。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-24 合成（3）配音配乐由剧本设计需要，由专业配音师根据画面镜头要求配音，结合画面剧情配上合适背景音乐、音效等，如图1-25。（4）剪辑输出渲染的各图层影像由后期人员合成完整成片，并根据客户、监制及导演意见剪辑成不同版本，以供不同需要之用（图1-26）。每一个环节相辅相成，稍有衔接不好，就会导致整部片子的失败，所以每一个环节的工作人员不仅要对自己所处的环节了如指掌，对其他环节的制作也要有全面的了解。1.5 三维动画创作的具体流程三维动画创作的具体流程 图1-26 剪辑输出图1-26配音配乐1料理鼠工海底总动员汽车总动员是哪个动画公司制作的？23ds Max 2015这个功能强大的三维动画软件出品公司是哪个公司？3三维动画的应用领域有哪些？4简述三维动画创作的具体流程。课课后后习习题题 LOGO