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1、第八章 计算机动画技术,计算机动画技术,计算机动画技术概述,计算机图形学的一个重要应用领域就是计算机动画。现代的计算机技术与传统动画技术相结合，产生出计算机动画技术，得到了快速发展，在影视、娱乐、仿真等领域得到广泛的应用。,计算机动画技术,动画技术的历史和发展,动画的起源 岩壁动画 皮影戏 传统动画技术 电影 动画片 计算机动画技术,计算机动画技术,计算机动画技术发展的三阶段 60年代，美国的Bell实验室 7080年代中期，计算机图形技术取得显著发展，计算机动画技术日趋成熟，三维辅助动画系统投入使用 80年代至今，飞速发展时期，是计算机辅助制作三维动画的实用化和向更高层次发展的阶段,计算机动
2、画技术,计算机动画的应用,应用范围越来越宽广越来越深入 电影制作 电子游戏 用户界面 训练模拟 产品试验 等,计算机动画技术,常用动画软件,3D MAX,计算机动画技术,Maya,计算机动画技术,计算机动画的分类与原理,计算机动画的分类 根据视觉空间的不同 二维动画 三维动画 根据运动的控制方式的不同 实时动画 逐帧动画,计算机动画技术,一般而言，二维动画大多采用逐帧动画技术，而三维动画大多采用实时动画技术,计算机动画技术,计算机动画的基本原理*,动画的基本原理是利用人眼的视觉暂留 计算机产生动画，实质上也就是产生出一个个连续的帧,计算机动画技术,关键帧技术,实时（real-time）动画和逐
3、帧动画（frame-by-frame） 逐帧动画的难题：动画片制作中，最大的困难是制作者需要制作大量的帧 关键帧与中间帧,计算机动画技术,计算机动画技术,关键帧的插值算法 线形插值 非线性插值,计算机动画技术,运动描述,在实时动画中，计算机对输入的数据进行快速处理，并在人眼察觉不到的时间内将结果随时显示出来 在实时动画中，如何表示运动呢？这就是运动描述 更复杂的运动一般要通过路径进行描述，这种动画称之为路径动画,计算机动画技术,变形技术 基于图像的Morph(变形),计算机动画技术,动画文件格式,动画数据需要保存在动画文件中，必须有一定的文件格式 格式要符合通用标准 GIF格式 Flic格式
4、AVI格式 SWF格式,计算机动画技术,计算机动画的生成方法,OpenGL动画设计概述 OpenGL为动画设计提供了很好的支持，一些很著名的3D游戏软件都使用OpenGL作为渲染引擎 OpenGL提供了一些函数，支持图像和场景的移动和旋转等操作，并支持图像的快速切换输出。采用动画技术与前面所学的图形学基本知识相互配合，可以使用户很轻易地创建出动画效果,计算机动画技术,反弹的方块,程序首先在窗体中绘制一个正方形，让它在窗口中移动。当正方体碰到窗口的边界就会反弹，沿着另一个方向继续移动,计算机动画技术,物体的运动碰撞检测是动画设计中经常遇到的，本例使用OpenGL的GLUT库函数实现一个物体的碰撞
5、运动 使用RenderHandler绘制场景 主显示循环glutDisplayFunc 回调函数glutTimerFunc,计算机动画技术,碰撞检测主要由下面这两条语句构成： / 碰到窗口左边或者右边要更改方向 if(x windowWidth-rectSize | x windowHeight | y -windowHeight + rectSize) ystep = -ystep; / 实际的移动增量 x += xstep; y += ystep;,计算机动画技术,使用双缓冲技术的旋转方块,单缓冲模式（GLUT_SINGLE） 时间间隔改小，动画的效果变得很差 双缓冲技术（GLUT_DOU
6、BLE） 允许在屏幕之外的缓冲区执行绘图代码，然后使用交换命令把所绘制的图形立即显示在屏幕上,计算机动画技术,下面用另一个例子再介绍并演示双缓冲技术，产生一个绕中心旋转的正方形,计算机动画技术,将上一节程序中的 glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); 改为 glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); 同时，在RenderHandler函数中，将glFlush()改为 glutSwapBuffers()，就可以使用OpenGL的双缓冲功能，产生平滑的动画效果。 旋转使用了旋转变换： glRotatef
7、(spin, 0.0, 0.0, 1.0); /旋转变换,计算机动画技术,双缓冲技术有两个用途：首先，在绘制复杂图形的时候，图形合成的时间也许很长，可能不想让用户漫长等待。使用双缓冲技术，可以先合成一副图像，在完成以后再显示给用户，这样用户就看不到不完整的图像了。其次，在动画制作的时候也广泛使用双缓冲技术。每个动画帧首先在屏幕之外的缓冲区绘制，完成后快速交换显示在屏幕。这样就大大提高了动画的显示速度,计算机动画技术,旋转的立体圆环,动画的关键在于动，在实时动画中，为了能够恰当地描述物体的运动，必须有某种方法。二维运动的表达相对简单，但三维空间的运动就比较麻烦，幸好我们通过前面的图形学知识的学习
8、，已经掌握了使用矩阵运算的办法表达物体的几何变换，下面就用这种方法实现一个旋转的立体圆环,计算机动画技术,计算机动画技术,这个程序的重点是自定义的变换矩阵函数 void mkRotationMatrix(float angle, float x, float y, float z, GLMatrix mMatrix) 这个函数负责创建一个产生旋转变换的4x4矩阵 函数RenderHandler中使用创建的旋转变换阵，每次产生一个新的旋转变换阵，加上平移分量后，使绘制的线框圆环产生旋转的效果,计算机动画技术,交互式动画,在许多时候，要根据用户的反馈决定下一步动画的生成，这就是交互式动画 用户通过
9、操纵键盘、鼠标、游戏杆等输入设备，控制游戏主角下一步的走向和动作，游戏程序必须根据这些输入，决定下一步输出的图像 本节仍然继续上节的例子，介绍如何根据用户的键盘信息绘制不同的场景,计算机动画技术,计算机动画技术,为了丰富画面，为上节的程序新加入两个小球，它们分别沿着自己的轨道运动。中间的圆环绕自身转动。当用户按下上、下、左、右的光标键，就可以控制场景的移动，离近离远，或者左右旋转,计算机动画技术,具体实现方法是这样的： void SpecialKeys(int key, int x, int y) / 根据键盘动作响应用户请求 if(key = GLUT_KEY_UP) MoveFrameFo
10、rward(0.1f); if(key = GLUT_KEY_DOWN) MoveFrameBack( 0.1f); if(key = GLUT_KEY_LEFT) RotateFrameLeft( 0.3); if(key = GLUT_KEY_RIGHT) RotateFrameRight( 0.3); glutPostRedisplay(); / 刷新窗口,计算机动画技术,通过读取键盘码，对应控制场景的移动和旋转： void MoveFrameForward(GLfloat fStep) / 场景向前移动 zMove+=fStep; void MoveFrameBack(GLfloat fStep) / 场景向后移动 zMove-=fStep; void RotateFrameRight( GLfloat fAngle) / 场景向右旋转 ySpin+=fAngle; void RotateFrameLeft( GLfloat fAngle) / 场景向左旋转 ySpin-=fAngle; ,计算机动画技术,结束,计算机动画技术是一门迅速发展的技术，新技术新思路层出不穷，本章只介绍最基本的一些概念 希望大家在实践中动手编程体会计算机动画的乐趣 本章习题（见教材） 本次结束 谢谢大家,