计算机つくえ动画

计算机つくえ图形軟體

计算机つくえ动画（Computer Animation），又また稱たたえ计算机つくえ繪圖えず，是ぜ通どおり过使用しよう计算机つくえ制作せいさく动画的てき技わざ术。它是计算机つくえ图形学がく和わ动画的てき子こ领域。近年きんねん動畫どうが師し越来ごえく越えつ多た的てき借か助じょ于三维计算机图形学，縱たて使し二维计算机图形学仍然被ひ广泛使用しよう着ぎ。有ゆう时动画が最さい后きさき播放的てき地方ちほう就是计算机つくえ本身ほんみ，有ゆう时候则是另外的てき媒体ばいたい，譬たとえ如电影。

为了制せい造づくり运动的てき影像えいぞう，画面がめん显示在ざい计算机つくえ屏へい幕まく上うえ，然しか后きさき很快被ひ一幅和前面的画面相似但移动一些的新画面所代替。这个技わざ术和电视和わ电影制せい造づくり移うつり动的假象かしょう的てき原理げんり一いち样。

三维计算机动画本质上是定てい格かく动画（stop motion，或ある称しょう静せい帧采集しゅう）的てき数字すうじ化か后きさき代だい；动画中ちゅう的てき形象けいしょう建立こんりゅう在ざい计算机つくえ屏へい幕まく上じょう并被装そう上うえ了一りょういち个骨架か。然しか后きさき，三さん维形象けいしょう的てき四肢しし，眼睛がんせい，嘴くちばし巴ともえ，衣服いふく由よし动画制作せいさく者しゃ来らい操みさお纵。最さい后きさき，动画由よし计算机つくえ绘制出来でき。

一个简单的例子

簡單かんたん的てき计算机つくえ动画实例

畫面がめん被ひ清きよし空そら至いたり背景はいけい颜色，例れい如黑色しょく。然しか后きさき一只山羊被画在屏幕的右边。接せっ下か来らい屏へい幕まく再さい次つぎ被ひ清きよし空そら，但ただし是ぜ山羊やぎ被ひ画が在ざい比ひ原ばら来らい稍やや偏へん左ひだり一いち点てん的てき位置いち。这个过程被ひ重じゅう复，每次まいじ画が的てき时候山羊やぎ都と向むこう左ひだり移うつり动一些。如果这个过程重じゅう复得足あし够快的てき话，山羊やぎ看み起おこり来らい就会像ぞう是ぜ在ざい平滑へいかつ地ち向こう左ひだり移うつり动。这个基本きほん原理げんり也被电视和わ电影广泛使用しよう。

解かい释

要よう成功せいこう欺骗眼め和わ脑，使つかい它们觉得看み到いた了りょう平滑へいかつ运动的てき物体ぶったい，图片更さら换的速度そくど必须达到大だい约12帧每秒まいびょう（一帧就一幅完整的图像）。到いた70帧每秒びょう的てき时候，真ま实感和平わへい滑すべり度ど不能ふのう再さい有ゆう改善かいぜん了りょう，因いん为眼和わ脑的处理图像的てき方式ほうしき使し得とく这个速度そくど成なり为极限げん。12帧每秒まいびょう以下いか的てき速度そくど，多数たすう人じん能のう够觉察到绘制新しん图片所しょ引起的てき跳とべ跃性，这使得とく真ま实运动的假象かしょう受到干ひ扰。传统手工しゅこう卡通经常使用しよう15帧每秒びょう的てき速度そくど以节约所需的画数かくすう，由ゆかり于卡通どおり的てき风格这通常つうじょう是ぜ可か接受せつじゅ的てき。由よし于更多た的てき帧数能のう提ひさげ高だか真ま实感，通常つうじょう计算机つくえ动画要求ようきゅう有ゆう更さら高だか的てき帧率。

高速こうそく的てき时候没ぼつ有ゆう跳とべ跃感的てき原因げんいん在ざい于“视觉暂留”。时不时地，眼め和わ脑一起工作把所看到的景象存储几分之一秒，然しか后きさき自じ动将小しょう跳とべ跃“平滑へいかつ掉”。电影院いん里さと播放的てき电影通常つうじょう以24帧每秒まいびょう运行，这足以产生せい连续运动的てき假象かしょう。

设备

计算机つくえ动画可か以用计算机つくえ和わ动画软件制作せいさく。一些常见的动画软件包括：Amorphium（3D）、造型ぞうけい软件（3D）、Ray Dream Studio（3D）、Bryce、Cinema 4D、Maya、Blender、Truespace（3-D）、3D Studio Max（3D）以及SoftImage XSI（3D）。它们的てき价格随ずい着目ちゃくもく标市场的不同ふどう而有很大不同ふどう。有ゆう些令人じん印象いんしょう深刻しんこく的てき动画可能かのう用よう相当そうとう简单的てき程ほど序じょ生成せいせい。但ただし是ぜ，在ざい普通ふつう家か用よう机上きじょう绘制会かい耗时很久。电子游ゆう戏动画が制作せいさく者しゃ倾向于使用しよう低てい分ぶん辨べん率りつ，低てい多た边形数すう的てき绘制器き，使つかい得とく图形得とく以在家か用よう机上きじょう实时绘制。高こう真ま实感动画在ざい这种情じょう形がた下か是ぜ不ふ现实的てき。

电影、电视和わ录像的てき专业动画师采用よう高だか细节层次的てき真ま实感动画。这种电影动画在家ざいけ用よう机上きじょう可能かのう要よう花はな几十じゅう几百ひゃく年来ねんらい制作せいさく。所以ゆえん，很多强大きょうだい的てき工作こうさく站被ひ用もちい来らい進行しんこう動畫どうが繪え製せい。图形工作こうさく站比家か用よう机つくえ快かい100多倍たばい，并且善ぜん长于著ちょ色しょく。大量たいりょう的てき工作こうさく站（称しょう为著ちょ色しょく農場のうじょう）联机起おこり来らい，象ぞう一个巨型机那样工作。这样一部计算机动画电影可以在一到五年完成（当然とうぜん这不只ただ包括ほうかつ绘制）。一个工作站通常价值$5000到いた$25000。Pixar的てきRenderman动画软件被ひ广泛用よう于电影かげ动画的てき行ぎょう业标准じゅん。它可以约$5000至いたり$8000的てき价钱在ざいPixar官かん方かた网页上じょう购买。它只运行于基于Linux的てき图形工作こうさく站。专业人じん员也采さい用よう数字すうじ摄像机つくえ、运动捕获或ある者もの表おもて演えんじ捕ど获、蓝幕、影かげ片へん编辑软件、小道具こどうぐ，以及其他工具こうぐ来らい制作せいさく动画电影。

技わざ术细节

当とう一幅图像被绘制到屏幕上，通常つうじょう它先被ひ绘制到いた成なる为后缓冲的てき地方ちほう。计算机つくえ在ざい那な里さと绘制图像，在ざい全部ぜんぶ完成かんせい之の前作ぜんさく各かく种改动。而计算さん机つくえ在ざい绘制时，屏へい幕まく显示称しょう为主缓冲或ある活かつ动缓冲的地方ちほう的てき内容ないよう。

当とう图像完成かんせい时，计算机つくえ告つげ诉屏幕まく从后缓冲显示新しん的てき内容ないよう。有ゆう两种做法：把わ后きさき缓冲的てき内容ないよう拷贝到いた主しゅ缓冲（或ある称しょう活かつ动缓冲—其内容ないよう正ただし在ざい被ひ显示的てき缓冲）或ある者もの交换两个缓冲，把わ后きさき缓冲变成新しん的てき主しゅ缓冲。这种情じょう况下，主しゅ缓冲变成了りょう后きさき台だい缓冲。这个进程通常つうじょう称しょう为双そう重じゅう缓冲，或ある者もの非ひ正式せいしき的てき叫さけべ做“翻こぼし转”（“flipping”），因いん为计算さん机つくえ翻こぼし转了主ぬし缓冲和わ后きさき台だい缓冲的てき使用しよう。

这个变换必须在ざい用よう户注意ちゅうい不ふ到いた的てき时候发生。所以ゆえん，它必须在称しょう为“v-sync”垂直すいちょく同どう步ふ的てき时候开始。在ざい阴极射しゃ线管中なか，垂直すいちょく同どう步ふ发生在ざい电子枪到いた达屏幕まく右みぎ下角したすみ时，电子束たば必须重おも新しん回かい到いた屏へい幕まく的てき左上ひだりうえ角かく。这个动作很快，当とう它往回かい移うつり动的时候，电子枪原来らい投射とうしゃ的てき影像えいぞう还残留ざんりゅう在ざい屏へい幕まく上じょう。在ざい电子枪重定位ていい的てき时候，计算机つくえ有ゆう足あし够的时间翻こぼし转两个缓冲，这样电子枪下次じ扫描出来でき的てき就是新しん图像。新しん图像会かい继续被ひ反はん复绘制せい直ちょく到いた缓冲再さい次つぎ翻こぼし转。

如果计算机つくえ没ぼつ能のう等とう待まち垂直すいちょく同どう步ふ，就会看み到いた称しょう为精せい灵断裂きれ（sprite breakup）或ある图像断だん裂きれ的てき情じょう况。这是相当そうとう不良ふりょう的てき情じょう况，需要じゅよう尽つき量りょう避免以保持ほじ运动的てき假象かしょう。

前景ぜんけい

将来しょうらい，有ゆう些人认为现在的てき动画（2D、3D）将はた被かむ虚きょ拟现实所ところ取と代だい；也就是ぜ说电影かげ的てき观众会かい看み到いた自己じこ处在电影里さと面めん象ぞう一个站在旁边观看的人。

具体ぐたい的てき例れい子こ以及伪代码

在ざい2维计算さん机つくえ动画中ちゅう，运动物体ぶったい常つね被ひ称しょう为“精せい灵（sprite）”。一个精灵是一个有位置的图像。每まい个帧之の间的精せい灵的位置いち稍やや有ゆう改あらため变，使つかい得とく精せい灵看起おこり来らい像ぞう在ざい动。下面かめん的てき伪代码使精せい灵由左ひだり向こう右みぎ移うつり动：

 var int x := 0, y := screenHeight / 2;
 while x < screenWidth
     drawBackground() //画が背景はいけい
     drawSpriteAtXY(x, y)  // 画が在ざい背景はいけい上じょう
     x := x + 5  //向こう右みぎ移うつり动

现代（2001年ねん）计算机つくえ动画采さい用よう不同ふどう的てき技わざ术来产生动画。最さい常つね见的是ぜ，通つう过复杂的数学すうがく操作そうさ复杂的てき三さん维多た边形，再さい加か上じょう“纹理”、光照みつてる和わ其他效果こうか，最さい后きさき绘制完かん整せい的てき图像。复杂的てき图形用よう户界面めん被ひ用もちい来らい制作せいさく动画并编排はい它的舞美まみ效果こうか。另一个称为构造实体几何的まと技わざ术用来き定てい义物体たい，它用在ざい常つね见形状じょう上じょう进行布ぬの尔操作そうさ来らい制作せいさく新しん物体ぶったい，使つかい得とく动画在任ざいにん何なん分ふん辨べん率りつ上じょう都と能のう精せい确产生せい。

让我们一步步ほほ过一いち遍へん绘制带平的てき木き墙的房ぼう间中有ちゅうう一个灰色金字塔在中间的简单图像的过程。金字塔きんじとう有ゆう聚光灯とう打だ在ざい上面うわつら。每まい堵と墙、地ち板ばん和わ天花てんげ板いた都と是ぜ一个简单的多边形，在ざい这个例れい子中こなか，实际上うえ都と是ぜ矩形くけい。矩形くけい的てき每まい个角由よし三个数值定义，称しょう为X,Y,Z坐すわ标。X是ぜ点在てんざい左右さゆう方向ほうこう离给定じょう的てき原点げんてん多た远，Y是ぜ上下じょうげ方向ほうこう的てき距离，而Z是ぜ沿垂直すいちょく屏へい幕まく的てき方向ほうこう多た远。最さい靠もたれ近ちか我わが们的墙由四个点定义（依よ次序じじょ为 x,y,z）。下面かめん是ぜ这堵墙如何なん定てい义的表ひょう达式。

 (0, 10, 0)                        (10, 10, 0)





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远处的てき墙是：

(0, 10, 20)                        (10, 10, 20)





(0, 0, 20)                         (10, 0, 20)

金字塔きんじとう由よし5个多边形组成：矩形くけい的てき底そこ，4个三角形さんかっけい的てき面めん。要よう绘制这个图像，计算机つくえ用よう数学すうがく计算如何いか投影とうえい这个由よし三维数据定义的图像到二维的计算机屏幕上。

首くび先さき，我わが们必须定义我们的观察点てん，也就是ぜ从哪一いち点てん绘制图像。我わが们的观察点在てんざい房ぼう间里面めん比地ひじ板いた高だか一いち点てん的てき地方ちほう，在ざい金字塔きんじとう的てき前面ぜんめん。首くび先さき计算机つくえ会かい计算哪个多た边形可か见。最近さいきん的てき墙完全ぜん不ふ会かい被ひ显示，因いん为它在ざい我わが们的观察点てん的てき后きさき面めん。金字塔きんじとう的てき后きさき面めん也不会かい被ひ显示，因いん为它被ひ金字塔きんじとう挡住了りょう。

下した一いち步ほ中ちゅう，每まい个点被ひ透とおる视投影とうえい到いた屏へい幕まく上じょう。因よし为透视效果こうか，墙距离观察点‘最さい远’的てき部分ぶぶん看み起おこり来会らいかい比ひ近きん一いち点てん的てき部分ぶぶん更さら短たん。要よう使つかい墙看起おこり来らい像ぞう木き头，一个称为纹理的木条纹被画在墙上。要よう做到这一いち点てん，就经常つね要用ようよう称しょう为“纹理映うつ射い”技わざ术。一いち小片しょうへん木き头的图片在ざい拉ひしげ伸しん以后以平いたいら铺的方式ほうしき被ひ重じゅう复绘制せい到いた墙的最さい终形状じょう上じょう（就像墙纸那な样）。金字塔きんじとう是ぜ灰色はいいろ的てき，所以ゆえん它的表面ひょうめん就直接ちょくせつ画が成なり灰色はいいろ。但ただし我わが们还需要じゅよう一いち个聚光こう灯とう。光ひかり直射ちょくしゃ的てき地方ちほう我わが们把颜色变浅，而被物体ぶったい挡住的てき地方ちほう我わが们把颜色变深。

最さい后きさき我わが们在计算机つくえ屏へい幕まく上じょう绘制整せい个场景けい。如果描述金字塔きんじとう的てき位置いち的てき数字すうじ变化而这个过程ほど被ひ重じゅう复，我わが们就可か以看到いた金字塔きんじとう在ざい移うつり动。

电影及电视剧

从1970年代ねんだい开始CGI短たん片へん作さく为独立どくりつ动画片へん开始生せい产，但ただし计算机つくえ动画（特とく别是特技とくぎ领域）在ざい美国びくに动画片へん的てき摩ま登とう时代才ざい大量たいりょう出で现。第だい一个完全计算机生成的动画系列是《ReBoot（重じゅう启）》。著名ちょめい的てき皮かわ克かつ斯動畫が工作こうさく室しつ所ところ製せい做的動畫どうが電でん影かげ幾いく乎是用よう電腦でんのう動畫どうが製せい成なり。

下面かめん是ぜ一些采用了计算机动画技术的电影和电视剧:

• 音おと乐动画が（Animusic）
• 小しょう蚁雄兵へい（Antz）
• 变形金きん刚
• 虫むし虫ちゅう危机
• 四よん眼め天てん鸡（Chicken Little）
• 人ひと气卡通どおり（Futurama）
• The Fairly OddParents
• 最さい终幻想げんそう（Final Fantasy: The Spirits Within）
• 海底かいてい总动员
• 冰河世よ纪
• 超人ちょうじん总动员
• 天才てんさい小しょう子こ杰米的てき冒おかせ险（Adventures of Jimmy Neutron: Boy Genius）
• 马达加か斯加
• 怪獸かいじゅう電力でんりょく公司こうし
• 极地特とく快こころよ
• ReBoot
• 机つくえ器き人じん
• 小しょう小しょう欧おう里さと（Rolie Polie Olie）
• 星ほし际争霸战（Shadow Raiders）
• despicable me
• 鲨鱼故事こじ
• 史ふみ瑞みず克かつ
• Thomas & Friends
• 玩具おもちゃ总动员
• 蔬菜そさい宝たから贝历险记（Veggie Tales）
• 梦醒人生じんせい（Waking Life）
• 双そう猫ねこ记
• 瓦かわら力りょく（WALL-E）
• 忍者にんじゃ龜かめ新しん系列けいれつ
• 多た啦A夢ゆめ（由ゆかり《風ふう之の使者ししゃ》開始かいし）

偽にせ2D動畫どうが

主しゅ条目じょうもく：卡通渲染

「偽にせ2D動畫どうが」亦また多た稱しょう為ため2.5D動畫どうが，是ぜ一いち種しゅ動畫どうが繪圖えず的てき製作せいさく方式ほうしき。繪圖えず作法さほう與あずか一般いっぱん3D數すう位い繪畫かいが的てき製作せいさく方式ほうしき雷同らいどう，從したがえ建けん模も( Modeling )、材質ざいしつ和わ紋もん理り貼は圖ず（Material & Texturing）、攝と影かげ機き和わ燈光とうこう設定せってい（Camera & Lighting）到いた算さん圖ず(Rendering )，皆みな以相同どう的てき繪圖えず方式ほうしき進行しんこう。但ただし2.5D數すう位い繪畫かいが，則のり較接近せっきん一般浮雕的表現方式，以單面めん立體りったい圖形ずけい重疊ちょうじょう的てき方式ほうしき處理しょり，因いん此2.5D數すう位い繪畫かいが大だい都と只ただ能のう從したがえ單一たんいつ角度かくど取得しゅとく所しょ需要じゅよう的てき畫面がめん。在ざい動畫どうが製作せいさく上じょう，這種手法しゅほう極きょく適合てきごう運用うんよう在ざい非人ひにん物體ぶったい如車輛しゃりょう與あずか機器きき人じん等ひとし。偽にせ2D動畫どうが質感しつかん上じょう在ざい電腦でんのう特效とっこう出現しゅつげん時じ融合ゆうごう感かん極ごく佳けい，且靜態せいたい畫面がめん與あずか2D動畫どうが的てき質感しつかん幾いく乎無異こと，但ただし目前もくぜん技術ぎじゅつ在ざい動態どうたい畫面がめん仍會有ゆう與あずか2D動畫どうが不同ふどう的てき現象げんしょう。

偽にせ2D動畫どうが列れつ表ひょう

参看さんかん

• 计算机つくえ图形学がく实验室しつ和わThe Works计划
• 计算机つくえ生成せいせい图像（Computer-generated imagery）（CGI）
• 运动捕获（motion capture）
• Pixar Animation Studios
• Rhythm and Hues Studios
• 骨ほね架か动画（Skeletal animation）
• CGI在ざい电影中ちゅう的てき时间线

外部がいぶ链接

应用

• ArtOfIllusion Modeller（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）（基もと于Java的てき开源建けん模も包つつめ，带教程きょうてい）
• Blender（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）（很强的てき免めん费建模も/绘制包つつみ）（参看さんかん Blender）

采さい用よう计算机つくえ动画的てき工作こうさく室しつ

• 蓝天工作こうさく室しつ（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）（《冰河世よ纪》）
• Mainframe Entertainment（《变形金きん刚续集しゅう》、《Reboot》、《太ふとし空そら战争》）
• PDI 梦工厂（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆） 旧称きゅうしょう Pacific Data Images（《功夫いさお熊ぐま猫ねこ》《小しょう蚁雄兵へい》、《怪物かいぶつ史し莱克》）
• 皮かわ克かつ斯动画が工作こうさく室しつ（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）（《玩具おもちゃ总动员》、《怪かい兽公司こうし》、《虫むし虫ちゅう危机》、《海底かいてい总动员》、《超人ちょうじん特とく工こう队》等ひとし）
• Rhythm and Hues工作こうさく室しつ（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）（《宝たから贝》、《The Chronicles of Narnia: The Lion, the Witch and the Wardrobe》、《Charlotte's Web》、《超人ちょうじん归来》）
• 玄げん机つくえ科技かぎ（《秦はた时明月めいげつ》）
• 蓝弧文化ぶんか（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）（《超ちょう兽武装ぶそう》《钢铁飞龙》）