计算机动画

计算机动画是用于数字生成动画图像的过程。更普通的术语计算机生成图像（CGI）既包括静态场景和动态图像，而计算机动画 仅是指运动图像。现代计算机动画通常使用3D计算机图形，尽管2D计算机图形仍用于风格，低带宽和更快的实时渲染。有时，动画的目标是计算机本身，但有时也是电影。

计算机动画本质上是停止运动技术的数字继承者，但使用3D模型，而传统动画技术则使用2D插图的逐帧动画。与其他基于物理的过程相比，计算机生成的动画更具可控性，例如为效果镜头构建缩影或为人群场景雇用额外的动画，因为它允许创建使用其他任何技术都不可行的图像。它还可以允许单个图形艺术家在不使用演员，昂贵的布景或道具的情况下制作此类内容。为了营造运动的错觉，计算机显示器上将显示图像并反复替换为与之相似但时间略微提前的新图像（通常以24、25或30帧/秒的速度）。这种技术与通过电视和电影实现运动的幻觉相同。

对于3D动画，在计算机xxx器上构建对象，并使用虚拟骨架装配3D图形。对于2D图形动画，在有或没有该虚拟骨架的情况下使用单独的对象和单独的透明层。然后，动画师在关键帧上移动人物的四肢、眼睛、嘴巴、衣服等。关键帧之间的外观差异由计算机以称为补间或变形的过程自动计算。最后，将渲染动画。

对于3D动画，必须在建模完成后渲染所有帧。对于2D矢量动画，渲染过程是关键帧插图过程，而补间帧则根据需要进行渲染。对于预录制的演示文稿，渲染的帧将传输到其他格式或媒体，例如数字视频。当这些帧呈现给最终用户观众时，它们也可以实时渲染。通过互联网（例如Adobe Flash、X3D）传输的低带宽动画通常使用最终用户计算机上的软件进行实时渲染，以替代流式播放或预加载的高带宽动画。

为了欺骗眼睛和大脑，使他们认为自己看到的是平滑移动的物体，应以每秒约12 帧或更快的速度绘制图片。（一帧是一幅完整的图像。）每秒75-120帧以上的速率，由于眼睛和大脑都处理图像，因此无法感觉到真实感或平滑度的提高。在低于每秒12帧的速率，大多数人可以检测的图像跳动随着新的图像绘制相关的，从现实主义运动的错觉减损。为了节省所需的绘图数量，常规的手绘卡通动画通常每秒使用15帧，但是由于卡通的风格化性质，通常可以接受这种方式。为了产生更逼真的图像，计算机动画需要更高的帧速率。

在美国电影院中观看的电影以每秒24帧的速度运行，足以产生连续运动的错觉。对于高分辨率，使用适配器。

在大多数3D计算机动画系统中，动画师会创建角色解剖结构的简化表示，类似于骨架或简笔画。它们被安排在默认位置，称为“ 绑定姿势 ”或T-Pose。骨骼模型各段的位置由动画变量（简称Avars）定义。在人和动物角色中，骨骼模型的许多部分都与实际的骨骼相对应，但是骨骼动画也可以用来为具有脸部特征的其他事物设置动画（尽管存在其他用于面部动画的方法）。玩具总动员中的角色“伍迪”例如，使用700 Avars（仅面部使用100个）。计算机通常不直接渲染骨架模型（它是不可见的），但是它确实使用骨架模型来计算该特定字符的确切位置和方向，最终将其渲染到图像中。因此，通过随时间改变Avars的值，动画师通过使角色在帧之间移动来创建运动。

有几种生成Avar值以获得逼真的运动的方法。传统上，动画师直接操纵Avar。他们通常不会在每个关键帧上及时设置Avar，而是让计算机在称为关键帧的过程中在它们之间进行内插或补间，而不是为每个帧设置Avar。关键帧将控制权交给动画师，并植根于手绘的传统动画中。

相反，一种称为运动捕捉的更新方法利用了实景镜头。当通过动作捕捉驱动计算机动画时，真正的表演者将场景表现为好像它们是要动画的角色。使用摄像机和标记将他/她的动作记录到计算机上，然后将该表演应用于动画角色。

每种方法都有其优势，截至2007年，游戏和电影在生产中都使用这两种方法中的一种或两种。关键帧动画可以产生难以执行或无法执行的动作，而动作捕捉可以再现特定演员的微妙之处。例如，在2006年的电影《加勒比海盗：死人的胸膛》中，比尔·尼吉（Bill Nighy）为角色戴维·琼斯（Davy Jones）表演。即使Nighy并未亲自出现在电影中，该电影也通过记录他的肢体语言，姿势，面部表情等细微差别而从他的表演中受益。因此，在需要可信，现实的行为和动作的情况下，运动捕捉是合适的，但所需的字符类型超出了整个传统服装所能完成的工作。

3D计算机动画结合了对象的3D模型和已编程的或手动的“关键帧”运动。这些模型由3D坐标系中的几何顶点，面和边构成。可以像雕刻真正的粘土或灰泥一样雕刻物体，可以使用各种雕刻工具从一般形式到特定细节进行加工。除非要使3D模型成为纯色，否则必须使用“ 纹理 ” 将其绘制为真实感。设置骨骼/关节动画系统以使CGI模型变形（例如，使人形模型行走）。在称为索具的过程中，为虚拟木偶提供了各种用于控制移动的控制器和手柄。可以使用运动捕捉创建动画数据或者由人类动画师制作的关键帧或两者结合使用。

为动画装配的3D模型可能包含数千个控制点-例如，Toy Story的 “ Woody” 使用700个专门的动画控制器。Rhythm and Hues Studios辛苦工作了两年，在电影《纳尼亚传奇：狮子，女巫和衣橱》中创作了阿斯兰，该电影拥有约1,851名控制员（仅面部有742名）。在2004年的电影《明天之后》中，设计师不得不借助视频参考和准确的气象事实来设计极端天气的力量。对于2005年的《金刚》重制片，演员安迪·塞基斯（Andy Serkis）曾被用来帮助设计人员在镜头中指出大猩猩的主要位置，并使用他的表情将生物的“人”特征建模。Serkis早些时候在JRR Tolkien的《指环王》三部曲中为Gollum提供了声音和表演。

可以使用计算机和动画软件来创建计算机动画。即使使用基本程序，也可以实现一些令人印象深刻的动画；但是，在普通的家用计算机上渲染可能需要很多时间。电影、电视和视频游戏的专业动画师可以制作逼真的高逼真的动画。在家用计算机上创建电影动画的这种质量水平将花费数百年的时间。而是使用许多功能强大的工作站计算机。图形工作站计算机使用2到4个处理器，它们比实际的家用计算机功能强大得多，并且专门用于渲染。许多工作站（称为“ 渲染场 ”）通过网络连接起来，可以有效地充当巨型计算机，可以制作一部计算机动画电影，该电影可以在大约一到五年内完成（但是，此过程并不完全由渲染组成）。工作站的价格通常在2,000-16,000美元之间，较昂贵的工作站由于包含的技术更先进的硬件而能够更快地渲染。专业人员还使用数字电影摄影机、运动/ 表演捕捉、蓝屏、电影编辑软件、道具和其他用于电影动画的工具。Blender之类的程序使那些负担不起昂贵的动画和渲染软件的人能够以与使用商业级设备的人相似的方式工作。

逼真的人脸特征建模既是计算机生成图像中xxx挑战性也是最受追捧的元素之一。计算机面部动画是一个非常复杂的领域，其中模型通常包含大量的动画变量。从历史上讲，1989年和1990年关于面部动画的最先进技术的SIGGRAPH首次教程证明是该领域的转折点，因为它汇集并巩固了多个研究要素，并引起了许多研究人员的兴趣。

该面部动作编码系统（46“行动单位”、“唇咬”或“眯眯眼”），这已经在1976年被开发出来，成为许多系统的流行基础。早在2001年，MPEG-4就为嘴唇、下颚等添加了68个“ 面部动画参数”（FAP），并且自那时以来，该领域取得了重大进展，面部微表情的使用也有所增加。

在某些情况下，可以使用情感空间（PAD情绪状态模型）将特定情绪分配给化身。在这种方法中，PAD模型被用作高级情感空间，而较低级空间是MPEG-4面部动画参数（FAP）。然后，在两层结构中使用中间层的部分表达参数（PEP）空间– PAD-PEP映射和PEP-FAP转换模型。

计算机动画中的真实感可以意味着使每个帧看起来都逼真，从某种意义上说，场景被渲染为类似于照片，或者使角色的动画真实可信。无论有无照片级逼真的渲染，计算机动画也可以是逼真的。

计算机动画的xxx挑战之一是创建具有最高真实感的外观和动作的人物角色。要制作令人愉悦的逼真的人物角色，困难之一是不可思议的山谷。在这个概念中，随着人类复制品的外观和行为越来越人性化，观众（一定程度上）往往会产生越来越消极的情感反应。尝试使用真实感人物角色的电影，例如The Polar Express、Beowulf和《圣诞节颂歌》被批评为“令人毛骨悚然”和“令人不安”。

计算机动画的目标并不总是尽可能地模仿真人表演，因此许多动画电影都以人物为拟人化动物、传奇生物和角色、超级英雄或其他方式具有非现实的卡通化比例。也可以定制计算机动画以模仿或替代其他类型的动画，例如传统的定格动画（如Flushed Away或The Lego Movie所示）。某些长期存在的动画基本原理要求的运动并非严格逼真，并且这些原理仍在计算机动画中得到广泛应用。

自1976年以来，CGI短片就已作为独立动画制作。1983年日本动漫电影《高尔基13：职业》（Golgo 13：The Professional）是结合CGI动画的动画片的早期例子。在美国动画的现代时代，计算机动画的普及（尤其是在特殊效果领域）急剧上升。首部完全由计算机制作的动画电影是《玩具总动员》，但《素食传奇》是xxx部直接出售的美国全3D计算机动画系列（1993年制作）；它的成功启发了其他动画系列，例如1994年重新启动。虽然像 Avatar和 The Jungle Book这样的电影在大部分电影放映时都使用CGI，但它们仍将人类演员纳入其中。