浅析计算机动画发展史

王星博，杜硕

(长春建筑学院，吉林 长春 130000)

1 计算机动画的早期

上个世纪60年代期间，伊凡 苏泽兰(Ivan Sutherland)因为“交互计算机图形与图形用户界面之父”被载入史册。身为麻省理工大学博士生的苏泽兰用学院的TX-2计算机，以一种交互式计算机绘图程序为题编写了一篇论文，并且在1963年发表，开创了计算机图形领域的新天地。

随着新技术的出现，各类艺术家逐渐被它吸引，这其中也包括正在当时媒介局限性中挣扎的动画艺术家们，他们为计算机图形开拓了全新的应用方向。

美国是第一个发展计算机动画的地方，在上个世纪七十年代末便利用计算机模拟人物活动。迪士尼工作室一直以其创新技术而闻名，因此它理所当然地在电影产业向计算机动画转型的大潮中率先迈出了第一步，于1982年发行了《电脑争霸》(TRON)[由史蒂芬利斯伯吉尔(Steven Lisberger)导演]。这部主要由真人实景镜头组成的长片讲述了一名程序员被自己的计算机吸入其中，并且不得不和自己创造的动画实体进行生死竞赛的故事。虽然最初发行时表现平平，但是《电脑争霸》仍然成为风靡一时的经典佳作，影响了众多动画艺术家——至少影响了约翰·拉塞特(John Lasseter)，即《玩具总动员》(Toy Story)的导演。这部具有划时代意义的作品是动画历史上第一个完全使用计算机制作的三维动画影片。

传统的动画制作是原画师首先在绘画纸上描绘演员的动作，然后用卡通形象复制它。直到20世纪70年代末，计算机科技迅速发展的纽约技术学院计算机图形实验室的录影带上的舞蹈演员被投放到电脑显示器上。然后用计算机图形来记录图像的运动，然后勾勒轮廓。1982年，麻省理工学院和纽约理工学院也使用光学跟踪技术来记录人体运动：真人身体的每个部分是安装了一个会发光的物体，在指定的拍摄范围内移动，同时有数台摄像机来拍他们的动作。然后通过计算机系统分析光电的运动，在制作三维运动图像。

《泰坦尼克号》是世界历史上最好和最成功的电影之一，其巨大成功主要因为他广泛使用计算机动画。世界上最出名的数字工作室Digital Domain花了超过一年半的时间使用超过300个SGI超级工作站，并派出超过50名专业技术人员每天24小时在“泰坦尼克号”中制作电脑的特技表演。

1983年，麻省理工学院的金斯伯格和麦克斯韦开发了一个系统(Graphica Marionette)，该系统用了计算机语言来控制动画人物动作。然而，当时计算机硬件和动画软件发展迅速，以及越来越多的研究组织和商业机构加入动画电脑领域，计算机动画制作水准也将日新月异。动画越来越重要一个行业。

2 计算机动画的现状

中国的52集动画片“西游记”制作了百万张原画和近20000种背景。它消耗大量的纸，需要五年的时间。在迪士尼的动画大片“花木兰”中，一场匈牙利军队屠杀的场景只用了五名手绘士兵的身影，电脑改变了三四千名不同表情的士兵的面貌。《花木兰》制作人表示，如果电影是用传统的手绘方法完成的，那么团队人员的制作就会变得生气勃勃。完成这部电影的时间可能会从5年延长到20年，并且原片两军对战的壮烈场景根本无法拍摄。

那么，是什么使得电脑技术有如此神力？这还要从它所涉及的技术来谈。

从制作计算机动画技术角度来看，主要涉及几何造型的技术和处理图像的技术。在电脑动画的起初，人们进行动画的制作主要采用几何造型技术，用几何学的方法来描述对象，使用计算机来产生动画。然而,近年来由于该技术生产的成本较高以及时间较长，我们已经开始研究和使用一种基于图像处理的方法，并且利用现有的图像数据来提取和表示动态物体以在空间中生成动画。

在当前的计算机动画技术中，更进一步的研究运动控制和渲染技术非常重要。早期的动画制作需要制作人一帧一帧的画，工程巨大。在引入电脑动画技术特别是运动控制技术之后，制作者最初使用计算机来设计人物造型，确定关键帧是根据故事剧情，由动画师画出一些静止关键图像，然后根据一定的规则完成一定的图像序列，并且用动画软件来生成图像序列。与手绘动画相比，这无疑是向前迈出了很大一步，但对于复杂的动画影片而言，要调整关键帧中每个图形的姿态，特别是表达力，仍然有很多麻烦和困难。它不但要求动画制作必须具备丰富的经验和熟练的技艺，而且效率较低下，容易出错，不直观，难以实现动作行云流水的效果，这已是所有动画制作目前最大的难关了。然而，关键帧的老技术仍然是制作电脑动画的基本方法。

同时，计算机动画也有自己的特点，并开发出一套新的技术。这是基于物理模型的运动控制。因为物体的运动必须遵循一定的运动规律，比如球的弹起，水层的律动，都是有自己的的物理模型的，必须符合一定的物理规律。如果计算机通过计算完成，将使运动自然而真实。这一技术现在并没有正式进入大规模实用阶段，因为该模型的理论依然还需要完善,但这项技术一定会会是未来发展的方向。

3 计算机动画的未来

从国际角度来看，计算机动画技术的发展趋于规模,标准化和网络化。首先是规模化，指的是广泛的应用和高水平的应用和生产。其次，动画软件和动画技术呈现出竞争激烈的局面，各有其特点，但它们之间的兼容性不够，交流和合作不方便。因此，随着技术逐渐日益成熟，标准化一定是以后的趋势。第三，网络化的表现是网络技术与计算机动画技术的互相促进。

现在，一些可以通过立体眼镜显示三维效果的游戏就是立体动画的应用。目前，人们正在研究降低这种眼镜成本，提高像素和相关替代技术的方法。将来，我们有可能不再会向立体眼镜寻帮助，但也可以享受到几近真实的3D效果。另一个热点是虚拟现实(VR)技术。与一般动画相比，VR具有实时性和互动性,可以随着人的位置和观点的变化，VR中的场景会随着动态变化，具有人机交互的功能特性，所以这种技术在未来一定会有很好的前景。