3D动画技术基础知识

3D动画技术包括物体造型、运动控制、画面着色技术三部分
一、三维动画中的物体造型技术
1、计算机内部的物体表示：线框模型、表面模型（主要模型）、实体模型（基本体）。在计算机内部可以用，体素构造表示法与边界表示法，来完整方便的表示一个物体。
体素构造表示法：用基本体素通过几何变换或布尔运算(并交差)
（任何复杂物体都可用简单基本的体素通过几何变换或布尔运算组成。
布尔运算是通过对两个物体进行并、交、差的运算得出新的造型。）
B、边界构造表示法：调整修改物体点、边、面构成。（放样 拉伸 旋转）
2、计算机内物体类型：Polygon多边形 、Patch面片 、NURBS曲面
多边形：基于三角面片与四边形面片拼接。（建筑、游戏、人物）
面片：介于多边形与曲面之间，用Bezier定义（生物与有机模型）
曲面：用数学函数定义曲线曲面，表面精度可调整（工业、生物）
（多边形模型物体放大时会失真，所以多用曲面建立光滑表面。
无论什么物体类型，最终渲染都以多边形方式计算结果.）
3、计算机内物体建模方式：最常用的有8种
多边形建模（Polygon）《3DS MAX》
曲面建模（NURBS）《ALIAS STUDIO TOOLS、RHINO》
C、细分面建模（subdivision）：对多边形进行类似NURBS曲面建模的操作
对多边形多次细分，达到光滑细腻的效果《MAYA，3DS MAX（HSDS）》
变形球建模（metaball）：粘性球体堆积塑造《3DS MAX（clay studio）》
面片建模（Patch）：可调节面片，拼接模型《3DS MAX（PATCH）》
纹理置换建模（）：利用黑白图像映射，产生几何体形态，不支持向多 边形转化《3DS MAX、MAYA、SOFTIMAGE/XSI》雕刻建模（ARTISAN）：利用雕刻工具对NURBS与Polygon模型修改建模 MAYA独创，立体绘图技术在模型表面可直接绘制三维物体（羽毛、胡须）表面建模（surface）：利用曲线完成主体结构再生成表面模型,可直接转化为Patch面片模型《3DS MAX(CrossSection）》
2D、3D动画中的运动控制技术
3D动画（生成动画）分关键帧动画与算法动画。
2、关键帧动画：根据动画设计者的一组关键帧自动生成中间画面。生成方法有两种对关键帧3D形状插值计算与对物体模型内部参数插值计算。
3、算法动画：运动用算法描述，物理规律作用于各种参数。分运动学算法动画与动力学算法动画。（运动学是物理学中研究物体位置和运动的一个科学分支，动力学是描述物体怎样运动的另一分支。）
关节动画的生成中关键帧设置较难，多用算法动画完成。
（例:人的关节角度变换可以用运动学定律与动力学规律控制来完成）
4、物体的父子关系：当A链接到B上时，A便是B的子物体形成了父子关系。一个子物体只能有一个父物体，父物体可以有多个子物体。父物体 的运动直接影响子物体的运动称正向运动相反时称反向运动。
（例：当人要拾取地面上的东西时，设置关键帧要由手开始形成运动，身
体要做到有机协调的运动，必须对各个关节建立关系。）
5、变形动画：变形动画应用广泛，能达到真实富有个性、夸张幽默的特技效果。运动中不变形的物体叫刚体。（例如水珠的流动、旗帜的飘扬这样较难模仿较难控制的动作，是需要不断解决开发的课题）。
6、粒子系统：一种模拟不规则模糊物体的制作系统，能够充分体现物体 的动态性与随机性。
7、控制器动画：利用特有的程序参数来控制物体的运动
（例：人物表情、角色运动、环境变化，是高级动画控制的基础）
三、3D动画中的画面着色技术
1、对画面的着色称渲染，是生成真实感图形或图像的处理方法。
消隐算法：对一个物体着色时的必要信息有光源方向、颜色、表面特性、表面法线。表面法线的翻转可产生表面的不可见，不可见表面叫消隐面。使不可见的消隐面在渲染时不显示叫消隐算法。
3、材质与明暗处理：物体表面的材料特性叫材质，决定光在物体表面留下什么颜色的方法叫明暗处理
（用物体表面材质信息对入射光参考得到离去的光照颜色）。
反射与折射：不被吸收的光没有产生透射的情况时在物体表面产生漫反射与镜面反射。漫反射发生在具有很多粗糙细节的物体表面上，镜面反射发生在光亮的物体表面。光线从两个不同物质的表面穿过时光线会产生折射，颜色与强度会发生改变。
5、纹理与贴图：纹理是物体表面的细节，纹理可改变物体外观与材料性质增强真实感。纹理分颜色纹理（取决于物体表面的光学性质，例如花瓶图案等）与几何纹理（取决于物体表面的微观几何形状，例如桔子表面褶皱，皮肤等）。贴图是将二维纹理坐标映射到3D物体坐标的过程，根据性质分凹凸贴图、透明贴图、自发光贴图等等。
6、光线跟踪与辐射度算法：光线跟踪技术是高度真实的渲染着色技术，能产生其他算法很难模拟的逼真效果。辐射度算法（光能传递）是物体空间中的另一个真实图形显示算法，辐射度是在单位时间内从物体表面单位面积漫反射出的光能量。
7、3D动画系列的记录：记录两要素是动画文件的格式与分辨率。
A、记录时的分辨率是评价动画画面质量的重要指标。
电视画面分辨率由电视扫描行数决定。（我国采用PAL制式，扫描行数是625由于消隐期间部分的扫描行数不显示，所以有效扫描行数是576，电视画面的分辨率是768*576与720*576)。电影胶片分辨率用每毫米多少线来表示，对于35mm的胶片有效面积36mm*24mm折算为4500*3000线.
B、胶片纪录方法有直接对屏幕拍摄（用稍加改装的逐格动画摄影机，采用照常暴光让时间延长到1秒，使画面均匀一致解决屏幕刷新周期不同步产生暗条的问题）与使用胶片记录仪器记录。
C、录像带记录法：逐帧输出（对录像机磁头磨损较快）与数字视频记录（要有大容量磁盘存储设备）。