周怡佑119 毕业论文 - 图文

中原工学院信息商务学院毕业设计（论文）

第1章 绪 论

随着计算机视觉、图像图形、电子技术的发展，以及计算机软硬件性能的飞速提高，三维动画在社会各行业、领域中发挥了越来越重要的作用。所谓的三维动画就是借助计算机生成一系列静态图像(又称画面)，再将这些静态图像高速播放(PAL制为25幅/秒)，从而对人眼来说产生动态效果。三维动画是建立在软硬件、数学、图形学、摄影、美学等多学科基础上不断发展的图形、图像技术，软硬件技术水品的飞速提高，使三维动画为视觉内容的表达提供了更多可能性，数学及图形学的发展为设计三维动画软件提供了先进的算法，影视数码产品的制作实践为三维动画技术的发展开辟了市场。同时，三维扫描、表演动画捕捉等三维动画新技术的出现，在技术层面上对三维动画技术的发展做出了进一步的升华。在我国,尤其是进入九十年代初期，三维动画技术日益显露出经济价值、艺术价值、学术价值和实川价值。越来越多的研究人员开始对三维动画中的深层次技术进行研究。

1.1 三维图形技术应用原理

三维动画技术又称为三维预渲染回放技术，即先进行三维预渲染，得到完整的三维动画视频，然后再利用播放器将三维动画视频播放出来。这种传统的计算机动画，是采用关键帧(对于在运动过程中出现的主要画面,称为关键帧) 的方式制作的，所以也叫关键帧动画或帧动画。帧动画是由若干幅连续的画面组成的图像或图形序列，即物体的运动路径需人为指定。制作这一类动画常用的工具平台有3D MAX、AutoCAD 、MAYA、Softimage 3D、LIGHTWAVE 3D、Renderman、Animator 等。

下面通过介绍动画的制作过程来说明三维动画技术应用原理。动画的制作主要经过四个步骤：造型、动画、绘图和着色输出。 （1）造型（三维建模）

造型就是利用三维造型软件在电脑上绘制三维物体。在造型之前需要设计好各个三维物体的形状、它们在整个场景中的位置。造型分两个步骤: ①先要绘出基本的几何形体，再将它们变成需要的形状，然后通过不同的方法将它们组合在一起，从而建立复杂的形体；②制作完各个三维物体后，再将建立好的三维物体放置到合适的位置，最后组成一个完整的场景。 （2）动画

动画就是使各种造型（即各个三维物体）运动起来。首先定义关键帧，对于这些画面，制作人员需要在计算机上一幅一幅地绘制，这样需要制作人员具有很强的绘画水平才能够将这些画面设计得栩栩如生；然后为了将这些画面按顺序播放出来时，能

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周怡佑：宣传片《商朝古遗址》的制作——建筑动画制作

够连续、连贯，需要在这些画面中间再插入一些画面，这些画面成为中间帧，为减轻制作人员的劳动，中间帧可以交给计算机去完成。这就使人们可做出与现实世界非常一致的动画。 （3）绘图

动画的重点是非交互的美学和视觉效果。绘图包括贴图和光线控制等，目的是保证制作的动画逼真。 （4）着色输出

现在的动画制作软件都直接提供动画的生成过程，即将上述的那些连续的若干画面连接起来，形成一个类似电影一样的东西，称之为动画视频，这就是一个文件。需要的时候播放这个文件就行了，就像我们看VCD 一样。

1.2 三维动画技术的特点

现阶段随着三维动画与计算机软硬件技术相结合的快速发展，三维动画技术可以概括有以下几个特点：

三维动画技术的特点之一是适于表现真实物体的纯技巧的拟人手法，从而表现出趣味性和诱惑力。比如：1987年获克莱欧的广告作品中有一条收录机广告，这台收录机播放着音色优美的音乐，借助于抠像的手法，使原来没有生命力的物体，都踏着节拍欣然起舞，把观众带到了一种超现实的境界，以新的视觉印象唤起观众丰富的联想。

三维动画技术的特点之二是材质更加真实生动逼真，可以构造自然界中很难创造的光线条件。任意地设计理想光源。例如带有网格或图案型的光源，可以赋予材质以更为生动的属性。有些动画软件就有很好的材质结构，还可以人为地建立物体之间地反射、透明、折射关系，从而夸大真实感中赏心悦目地成份，例如汽车广告中常出现的挡风玻璃高度反光的效果，以及汽车造型轮廓边缘上高光点等，这一切都得力于计算机图形学中真实感图形、图像技术的发展。

三维动画技术的特点之三是更加有效地的利用现有的图像，达到编辑机、特技机所无法达到的视觉效果。例如，利川贴图效果可以使图像贴在翻动的书页中固定的某个地方，同时书中图像也在连续的变化。又例如，许多分形图像，具有很高艺术效果，复杂精美的自相似结构，其只能由三维动画软件产生。它们经过动画系统的充分加工，可以以更具感观效果的形式表现在电视中，非普通特技所为之。

三维动画技术的特点之四则是充分与其它学科相结合，并为电视画面提供更加丰富的内容。例如激光技术的发展，医学中的CT扫描技术，都有效地为图形输入提供了新途径。图形学地最高会议SIGGRAPH会议的演示带中，就有一些采川CT扫描技术把人物模型录入计算机中，实现三维动画效果。

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三维动画技术的特点之五是实现真人与真景的结合，可以有效地增强动画结构的真实感和可信感。没有真人与真景的动画给人留下脱离现实的虚拟印象。为此，许多创作者力求将真人真景与动画效果完美结合，使动画中的造型与真人的环境相互依存，相互帮衬，天衣无缝，增强广告的真实感和可信感，这种技术手段正悄悄地在世界范围内播及传递。

1.3 三维动画的应用领域

三维动画在社会发展的众多的领域都有着应川发展前景,它能够为理论研究、工业生产、影视制作、广告设计、文化教育、航空航天、体育训练等提供有效的演示方法、论证依据和研究工具。例如，利用仿真人体就可以进行多种工业产品设计的人机工程研究，还可以进行服装设计、体育训练等与人体有关的多领域研究工作。即使是对于传统动画领域，也正如Walt Disney公司首席执行官PriCe所说：“三维动画改变了传统动画制作的观点以及开发过程等。”三维动画在各行各业取得的越来越多的成就告诉我们，三维动画与其他计算机应用技术的结合，将会更加充分发挥更为强大的功能，从而更进一步拓宽三维动画的应用范围及深度。三维动画涉及到计算机图形学、图像处理领域中的多种处理技术。它还包括其它众多的技术，如智能动画。

同时，计算机三维动画也以其独特的魅力广泛的应用于不同的领域。

在衣食住行方面，通过计算机三维动画技术，当你要搬家的时候，可以在计算机中预先设计好新房，看看如何装饰最为完美；当你要购买衣服时候，只需将你的身体的立体图形扫描送入计算机，在与服装店的衣服立体数据相结合，即可通过计算机选择到合适的衣服；在气象方面，预报人员可以通过观测到的气象数据模拟出真实的三维云层及其运动过程，向观众传达更形象、更直观的气象信息。

在商业方面的应用，主要体现在广告制作上。厂家利用各种三维动画技术介绍，产品已达到取得利益的口的。如耗资惊人的太空酒广告利用太空水的模拟造型，给人以全新的感受，依靠广告中的动画特殊功能，使之家喻户晓，从而给商家带来巨大的利益。

在医学领域更是如此，三维动画技术已经被普遍应用到复杂手术的模拟演示上，如眼球等微细的、必须在显微镜下进行的手法，无法直接进行学术上的交流，而使用三维动画不仅可以展示手术的全过程，而且可以放大到屏幕上，对医学教学和医学技术的交流，可以说是一项重大上的突破。

在国外，三维动画技术还被应用于法律的分析中。譬如动画可以把罪犯射出子弹的时间、弹道和位置准确地展示法庭上。通过计算机准确无误地图像模拟，可还事实真相于大庭广众之下。

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周怡佑：宣传片《商朝古遗址》的制作——建筑动画制作

1.4 国内外建筑动画的研究状况及发展趋势

三维动画已经成为全球性大型产业，它所带来的经济效应与影响力日益增强，三维动画在我国的发展受到极大的关注。但是，它在我国的发展遇到了很多困难，缺乏专业人才，人才培养不够系统，剧本没有创新，缺少本土品牌等等。

1.4.1 建筑动画

建筑漫游动画又称建筑动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一门新兴技术。简单来说，就是运用三维动画相关软件在计算机中建立一个虚拟的世界。动画设计人员在这个虚拟的三维世界中，按照要表现的对象的形状、尺寸建立模型以及场景，再根据具体的要求设定场景特效动画、虚拟摄影机的运动和其他相关的动画参数，最后按要求为模型指定材质。再根据一天不同时段进行灯光的虚拟制作，最后进行影像的后期制作与处理，通过多媒体创作工具对动画进行结构的调整并加入文字、图片、解说等补充。漫游动画还可以实现城市信息的查询功能。

文化遗址的三维场景建模和三维虚拟展示是文化遗产数字化保护领域一项新的研究内容,涉及到计算机图形学、三维测量学、虚拟现实等多个领域的理论、方法和技术，是信息技术支撑文化遗产保护工作与文化旅游事业的重要方式。综合相关文献可以看到，文化遗址的数字化保护技术研究近年来在国内外都取得了长足的进展，并且已经产生了很多成功的大型应用项目。

1.4.2 国内外建筑动画的现状及趋势

随着计算机科学技术、测绘技术和地理信息系统等相关技术的迅速发展，以数字图像与近景的摄影测量技术、虚拟现实技术和三维激光扫描测量技术为基础的占文化遗址的数字化管理以及保护的工作正在逐渐成为人们所关注的焦点问题。这些技术的出现为古文化遗址的数字化保护，三维重建和虚拟展示工作推向了一个崭新的阶段，同时也给我们解决既要保护这些珍贵的文化遗产而又要向世人展示它们这一难题提供了一个新的思路。

建筑动画产业作为新媒体环境下的新兴产业，应用越来越广泛，前景十分看好，在建筑设计、城乡规划、室内装潢等建筑行业都具有强劲的竞争力。另外，在虚拟战争演练场及作战指挥模拟训练方面，在游戏设计与娱乐行业，乃至在促进未来新艺术形式诞生等方面，它都具备很大的潜力和发展前景。随着技术的日益成熟和硬件的不断升级，三维制作平台的趋势也由过去的多组工作站逐步转变为高端的家庭电脑，这

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