电脑动画的发展

第六节　电脑动画的发展

随着电脑技术的发展，人们可以快速而简便地解决利用传统技术制作动画时所产生的问题。它同时能够大大缩减制作动画的时间，因为动画制作者只需制作动画关键帧，而电脑会自动将其他帧补充完整。电脑技术不仅帮助人们优化了传统动画的制作，而且还产生出一个新的动画形式——3D动画。

电脑动画，特别是电脑三维动画目前虽然还不属于主流动画的范畴，但是它所拥有的市场及其获得的经济效益和社会效益是有目共睹的。我们有理由相信电脑动画将是未来动画的主流。

一、电脑图像与动画发展简史

1.电脑图像与动画的萌芽

1950年，来自爱荷华州的数学家和艺术家班·赖波斯基(Ben Laposky)通过一种类似电脑的电子机械创造了第一幅电子图像。他将一束可操纵的电子光束扫过示波镜的阴极射线管(cathode-ray tube)的荧光面并用高速摄影机拍摄下来，就得到了一张电子示波镜(oscilloscope)图像。他将这类示波镜图像作品称为示波系列(oscillons)。用这种方法制作出来的精确曲线与利萨如数学波形(Lissajous mathematical wave form)十分相似。利用同样方法进行艺术创作的艺术家还有德国人赫伯特·弗兰基(Herbert Franke)。

1960年，威廉·凡特(William Fetter)在波音飞机公司从事图形设计工作，这就是后来所谓的CG(Computer Graphics)设计。他早年在波音公司从事的工作主要集中于诸如记录、描述人类环境改造学的发展。其中，在电脑图像发展的早期，最值得纪念的图标图像就是通常被称为“波音人”的人形图像，而威廉·凡特则可称为该领域的“第一人”。

1970年，威廉·凡特离开了西雅图转而到洛杉矶工作，在那里，他最早制作了具有透视效果的图像之一——Norelco剃须刀的电视商业广告。

约翰·惠特尼(John Whitney)是最早且最有影响力的电脑动画先驱之一，他拥有制作电影的背景并从中获得灵感，在1940年到1950年间，他和他的兄弟詹姆士·惠特尼(James Whitney)从事于一系列的实验电影制作，这使得Whitney有机会同一些好莱坞的著名电影制片人合作，其中就包括索尔·巴斯(Saul Bass)。

约翰·惠特尼最早的作品通过模拟计算机控制图像和摄像机制作而成。“二战”后，约翰·惠特尼购买了一件剩余的军备武器装置，并将其改造运用于自己的艺术创作中。这件装置原本是军用防空控制器——M-5，约翰·惠特尼和他的兄弟将它改装成了动画控制器，并与一个固定好的摄像机一起制作成了一个动画制作台架animation stand。

图1-54　Norelco剃须刀的电视商业广告

与数字计算机需要精确的数学公式处理才能输入不同的是，约翰·惠特尼的模拟计算机必须在信息被处理前就整理好，这就意味着要制作一块模板。而这里所说的信息或者说图像源文件就是高对比的柯达丽斯负片(hi-con kodalith film negatives)。当摄像机被精确地操控着进行伴随错位运动的精准圆周运动时，结果就形成了一个具有动感的动画。

1960年，约翰·惠特尼建立了Motion Graphics有限公司，主要工作是制作电影和电视片头，同时也制作商业广告。但是约翰·惠特尼对于用此技术进行艺术创作更感兴趣，并与他人合作一起进行艺术创作，这持续了数年。

2.电脑图像与动画的进一步发展

1961年，美国麻省理工学院的学生伊凡·苏泽兰(Ivan Sutherland)发明了一套具有革命性意义的设计软件——Sketchpad，这个软件可以让人们用激光笔直接在电脑屏幕上进行绘画。后来许多图像软件的设计都以他这个创意为基础。

1963年，在贝尔电话实验室(the Bell Telephone Laboratory)工作的扎雅克(E.E.Zajac)制作了一段电脑影像，这段影像是在IBM 7090大型主机上制作出来的，名字叫做双旋翼重力姿态控制系统仿真(Simulation of a Two-giro Gravity Altitude Control System)，这个早期电脑动画简明易懂，并促使许多科学家将电脑动画加入到他们的科学演讲中去。电脑动画一个最大的优点在于它可以花费很少的钱将一件用传统动画拍摄方法会耗费大量金钱的事件讲解清楚；而且，与传统动画相比，电脑动画显得更加真实。

接下来，电脑动画史上的一件大事出自美国犹他州的一所大学，作为3D图像发展研究的中心，正是在这里发明了隐藏面剔除(hidden surface)运算法则，这是让电脑明白应该隐藏图像的哪一个面的基本方法，它能有效减少GPU的屏幕填充率。

20世纪70年代是电脑图像快速发展的一个时期，在此十年间，举行了第一次CGI大会，发明了NURBS曲面渲染(rendering of curved surfaces)和纹理贴图(texture mapping)。所有这些都使得电脑图像变得更加真实。

1975年，数学家曼德布罗特(Benoit Mandelbrot)出书公布了他称之为分形几何(fractal geometry)上的重大发现，这种几何学可以使过去计算机产生的混乱图像变得更加真实。

到了20世纪80年代，在一部名为《星球大战之帝国反击战》(Empire Strikes Back)的著名电影上映之后，最有影响的电脑动画团体之一卢卡斯电影有限公司成立了。为了扩张他的这个特效制作公司，乔治·卢卡斯(George Lucas)招募了一批CGI专家，在他的公司内成立了一个电脑动画部门。结果，这个名为美国ILM特效公司(Industrial Light and Magic)的团队很快就转而开始为电影制作特效。

ILM特效公司为《深渊》(Abyss)、《侏罗纪公园》(Jurassic Park)、《阿甘正传》(Forrest Gump)等许多电影都制作过特效。

图1-55　《侏罗纪公园》

1986年，为了将电脑动画继续扩大深入到CGI领域，ILM团队中的一个电脑动画制作小组从团队中分离出来，并成立了自己的公司，这就是如今大名鼎鼎的皮克斯动画公司。除了它制作的一些十分成功的动画长片和短片以外，众多动画工作者认为皮克斯对电脑动画最大的贡献在于一个名为Renderman的软件。由于它功能强大又十分简便，能制作出十分真实的图像，从而建立了业界的新标准。

二、三维动画的发展与现状

三维动画技术最先在荧屏上给我们带来震撼的是1977年的《星球大战》，它用数字技术给我们展示了眩目的效果和想象的空间。

数字技术革命从20世纪70年代开始至今仍进行得如火如荼，到了90年代，三维动画技术制作产业发展得极为迅速，并得到良好的普及与运用，不仅产生了许多使用三维动画技术的经典影片，如《侏罗纪公园》、《勇敢者的游戏》、《泰坦尼克号》等，还产生了场景和人物都是虚拟的全三维动画电影，如《玩具总动员》、《史瑞克》等。进入21世纪，三维动画技术更加纯熟，甚至可以以假乱真，并且运用领域也大为扩展，在科研、教学、广告等领域也有所作为。

三维动画技术在电影中运用的历史：

20世纪80年代，电脑只是被用来制作矢量背景或用来展示电脑制作的图像。

1982年5月，《星舰迷航记Ⅱ——天汗的愤怒》(Star TrekⅡ—The Wrath of Khan)最早将电脑图像技术运用于电影，这是电脑模拟技术的最初运用。

1982年6月，《电子世界争霸战》是最早将真人演员和CGI背景相结合的长篇电影。

1984年6月，《最后的星球斗士》(The Last Starfighter)是第一部运用电脑制作飞船替代飞船模型的长篇电影。

图1-56　《星舰迷航记Ⅱ——天汗的愤怒》

图1-57　《电子世界争霸战》

图1-58　《最后的星球斗士》

1989年6月，《深渊》(The Abyss)是最早运用电脑制作出液体效果的主要电影。

1991年6月，《美女与野兽》可能是最早将电脑图像技术与传统动画技术结合运用的长篇动画电影。

1992年5月，《终结者2》不仅运用了液体效果技术，还广泛运用了变形技术(morphing effects)。

1993年6月，《侏罗纪公园》第一次运用电脑模拟恐龙的真实面貌和动作。

1994年6月，《狮子王》运用防撞程序(collision avoidance programming)展示了动物惊跑的场面。

1995年12月，《玩具总动员》是第一部全电脑CG动画长篇，真实模拟了三维场景和人物。

1997年6月，《泰坦尼克号》第一次全部使用电脑模拟海水、大气等的效果。

图1-59　《泰坦尼克号》

1998年11月，《虫虫特工队》第一次运用数字技术将长篇主流动画从电脑硬盘上转移到DVD上。

1998年12月，由梦工厂出品的《小蚁雄兵》是第一部不是由迪士尼出品的全电脑CG动画长篇。

图1-60　《小蚁雄兵》

1998年12月，《星舰迷航续：星际起义》(Star Trek-Insurrection)是第一部运用电脑制作飞船替代飞船模型的星战系列电影。

1999年3月，《黑客帝国》运用电脑协助制作功夫场景及设置，这改变了打斗场景的制作方法。

1999年5月，《星战前传1》是第一部拥有贯穿全篇的全电脑CG角色——Jar-Jar Binks的影片。

1999年11月，《精灵鼠小弟》由纯电脑CG老鼠Stuart Little作为主角。

图1-61　《星战前传1》

图1-62　《精灵鼠小弟》

2000年6月，《恐龙》是第一部将CG恐龙与真实背景相结合的长篇动画。

2000年6月，《冰冻星球》(Titan A.E.)尽管不十分出名，但它将传统动画与CG动画相结合并贯穿于全篇。

2000年9月，由Discovery探索频道制作出《与恐龙同行》(Walking with Dinosaurs)短片系列，其中的恐龙图像显得十分真实。

2001年5月，《最终幻想之灭绝光年》(Final Fantasy—The Spirits Within)是第一部尝试模拟真实人物、头发、衣服等的动画。

2001年6月，《史瑞克》(Shrek)荣获奥斯卡最佳动画电影奖，这是当年新建立的一个奖项。

2002年5月，《天才小子吉米》是第一部长篇电脑动画。

图1-63　《天才小子吉米》

2002年5月，《星球大战2》是第一部用数字手段拍摄的电影，并使用了电脑CG背景。

2002年11月，《怪物公司》是第一部尝试制作出真实皮毛效果的长篇电脑动画。

2002年12月，《魔戒2之双塔奇兵》第一次拥有动作真实流畅的CG角色——Gollum，并运用Army Crowd软件模拟士兵投入及撤出战场的场面。

图1-64　《魔戒2之双塔奇兵》

2003年6月，《绿巨人》(Hulk)由著名漫画英雄人物改编，其中的绿巨人完全是由电脑制作的，但是一些场景中的形象处理得不够恰当。

2003年6月，《黑客帝国2：重装上阵》(The Matrix Reloaded)较第一部而言，拥有更多的打斗场面，也是拥有最长汽车追逐场景的电影场景之一，其中大部分由电脑制作而成。

图1-65　《海底总动员》

2003年6月，《海底总动员》是总投资最多的动画电影，荣获2004年奥斯卡最佳动画电影奖。

2003年11月，《黑客帝国3：矩阵革命》(The Matrix Revolutions)问世，许多人认为这只是一款高级的电脑游戏。

2004年6月，《史瑞克2》(Shrek 2)问世，许多人认为它比第一部更成功。

2004年11月，《鲨鱼黑帮》(Shark Tale)问世，其水下场景的制作没有《海底总动员》真实。

图1-66　《鲨鱼黑帮》

2005年5月，《星战前传3》具有极强的视觉震撼力，在电影中很难区分哪些是真实物体，哪些是电脑制作品，与《星战前传2》一样是用数字手段拍摄的电影。

图1-67　《星战前传3》

本章要点

1.了解动画是利用人们心理上的偏好作用和视觉残留现象，以各种本身静止、无生命的造型艺术为基础，通过逐格(帧)记录图像，再以每秒24格或25帧的速度连续播放，从而表现运动状态的一种与真人电影相区别的艺术形式。

2.了解主流动画与非主流动画的涵义与特点。

3.重点掌握迪士尼动画发展的几个时期及每个时期的代表作品，尽可能多地观看这些动画作品，注意其中动画风格及表现手法的历史变迁。

4.了解定格动画的发展历程及每一时期的代表作品。

5.了解电脑动画的发展历程与现状。

思考题

1.什么是主流动画?它具有什么样的特点?

2.什么是非主流动画?非主流动画通常有哪些表现形式?

3.世界上第一部彩色动画片和第一部长篇彩色动画片各是哪一部?它们具有什么样的历史意义?

4.迪士尼发展的两大黄金时期分别是在什么时候?代表作品有哪些?

5.通过大量观看迪士尼动画片，试分析迪士尼动画的传统风格。

6.试分析动画的视觉传播经历了哪几个发展阶段，各阶段的代表特征是什么。