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3D電腦動畫理論

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作　　者╱

楊錫彬著

出版社別╱

五南

書　　系╱

藝術系列

出版日期╱

2015/06/01 (1版 1刷)

I S B N ╱

978-957-11-7773-1

書　　號╱

1Y48

頁　　數╱

168

開　　數╱

20K

定　　價╱

300

本書從3D基礎原理談起,從如何憑空變出一個個可愛的動畫角色,到近年很夯的4D,最後也探討近年動畫產業的發展及未來趨勢。作者從專業的角度切入,帶出淺顯易懂的理論及實作方式,使人能夠輕鬆了解3D動畫的奇妙世界。
「３Ｄ動畫」、「３Ｄ電影」甚至「３Ｄ電視」成為現代人必不陌生的名詞，但如何讓動畫呈現如真人般的肢體動作？而３Ｄ動畫又是如何製作的呢？

自從電影《阿凡達》上映後，「３Ｄ」這個名詞便充斥在各個視覺領域，有些影院更甚打出「４Ｄ影院」的宣傳手法，你知道「３Ｄ」與「４Ｄ」之間的差異嗎？對於「３Ｄ」的真正定義為何？
動畫師又是如何憑空變出一個個討喜的動畫角色？翻開本書，帶領你一步步窺探３Ｄ電腦動畫的奇妙世界！

楊錫彬
國立臺灣藝術大學應用媒體藝術研究所藝術碩士，目前擔任中國文化大學專任助理教授，曾有論文著作〈AR擴增實境於網際網路的應用探討─以商業網站為例〉、〈台灣地區商業活動於部落格的圖文表現研究〉、〈鏡位取向在3D動畫電影之表現性〉等，且連續三年獲得時報廣告金犢獎指導老師獎。

序

第一章　緒論
第一節　3D動畫基本概述
第二節　3D動畫發展前景
第三節　3D動畫應用領域
第四節　3D影視實務作業流程
第五節　動畫的分類

第二章　3D電腦圖形學概念
第一節　電腦影像原理
第二節　三維空間建構
第三節　電腦圖形學可視化

第三章　3D電腦動畫基本原理
第一節　創建3D電腦圖形
第二節　3D電腦動畫原理
第三節　3D電腦動畫的美學表現

第四章　3D電腦動畫構成要素
第一節　塑形
第二節　質感
第三節　燈光
第四節　攝影機運動
第五節　動畫
第六節　UV理解
第七節　算圖

第五章　3D電腦動畫學理
第一節　3D建模類型
第二節　光線跟蹤電腦演算法
第三節　鏡位取向在3D電腦動畫之表現法
第四節　3D角色動畫表現性

第六章　動畫電影的敘事性
第一節　敘事設計概念
第二節　動畫在實驗與混合媒材之探討
第三節　3D電腦動畫在電影語言的探討

第七章　3D電腦繪圖未來趨勢
第一節　3D數位藝術化
第二節　2D及3D軟體協同運作
第三節　CG軟體的雲端技術潮流
第四節　3D電腦動畫創造新革命

第八章　邁向嶄新的新立體視覺時代
第一節　3D電影原理
第二節　立體視覺的構成
第三節　3D立體的遊戲應用
第四節　4D影視新時代來臨

第九章　淺析國內外動畫產業發展之趨勢
第一節　台灣目前動畫產業發展之現況
　　----砌禾數位動畫有限公司/王俊雄總經理
第二節　概觀國外動畫產業發展之趨勢
　　----朕宏國際實業有限公司/陳寶宏董事長


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第一章   緒論
第一節   3D動畫基本概述
在現今的科技社會中，「3D動畫」是無人不知，無人不曉的新藝術產物，它是結合美術、音樂、雕塑、電影、戲劇、文學、設計、媒體、科技等全方位的數位藝術。3D動畫（3D Animation）是運用電腦繪圖軟體技術製作而成，因此又稱之3D電腦動畫（3D Computer Animation），亦可稱為三維動畫（Three-dimensional animation），是一門綜合藝術性表現形式。隨著科技發展及電腦軟硬體技術的成熟而產生的一種新興技術，而在3D動畫軟體於電腦中首先建立一個虛擬的世界，動畫師在這個虛擬的三維（Y、X、N）世界中按照要表現的對象之形狀、尺寸，建立模型以及場景，再根據設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其他動畫設定參數等等……，最後依照要求為模型賦上特定的材質，並打上燈光。當這一切完成後就可以讓電腦軟體自動運算，產生最後的動態畫面。
3D動畫技術比擬真實物體的模式，使其成為一個有用的工具，而創造出一種獨特並有藝術形式的視覺特點，由於其精確性、真實性和無限的可操作性，更被廣泛應用於醫學、教育、軍事、娛樂等諸多領域。尤其在影視廣告製作方面，這項新技術能夠給人耳目一新的感覺，因此受到了眾多客戶的歡迎，3D動畫廣泛用於廣告和電影電視劇的特效製作（如爆炸、煙霧、下雨、光效等）、特技（撞車、變形、虛幻場景或角色等）、廣告產品展示、片頭等等……。
3D動畫所涉及到的影視特效創意、前期拍攝、3D影視動畫、特效後期合成、影視劇特效動畫等，隨著電腦在影視領域的延伸和製作軟體技術的強化，三維數位影像技術大大拓寬了實景拍攝的影視效果範圍，其不受地點、天氣、人員等因素的限制，在成本上也相對於實景拍攝節省很多，製作在有電腦、影視、美術、電影、音樂等相關專業人士的合作， 3D影視動畫才能從影視特效到3D場景都能表現的淋漓盡致。
現代電腦動畫採用不同的技術來產生動畫，最常見的是，透過複雜的數學操作3D多邊形，再加上紋理、光照和其他效果，最後才是完整的影像。複雜的圖形化介面被用來製作動畫並編排它的動態效果，另外構造實體幾何的技術是用來定義物體，使得動畫在任何解析度上都能精確產生。而矩形的每個角由三個數值定義，稱為X，Y，Z坐標。X是點在左右方向的原點，Y是上下方向的距離，而Z是沿垂直螢幕的方向（依次序為 X，Y，Z）。電腦動畫（Computer Animation），是透過使用電腦製作動畫的技術，它是電腦圖形學和動畫的子領域，近年來愈來愈多的動畫師藉助於3D電腦圖形學，縱使是2D電腦圖形學也仍然被廣泛的使用。有時動畫最後播放的地方就是電腦本身，有時候則是另外的媒體，譬如電視、電影、廣告CF等等……。為了製造運動的影像，畫面顯示在電腦螢幕上，然後很快被一幅和前面的畫面相似，但移動了一些的新畫面所代替，這個技術和電視及電影製造移動的假象原理是一樣的。
我們要了解3D動畫的形成過程，必須進一步知道為何會有導演、原畫以及動畫的分別，在最初的動畫製作中，並沒有原畫這個名詞的概念，大部分動畫師通常獨立完成製作。但隨著時代的變遷發展，自然而然的，在3D動畫片製作是需要團隊的分工合作，很顯然地3D動畫製作被細分化了，讓很多不同的專業人士參與製作，無形中產生所謂原畫師、動畫師、導演等等的其他職稱。而原畫是動畫製作中的一部分，也就是根據動畫片的劇情，繪製影片中人物動作及表情的草圖，因此，原畫在3D動畫製作中是最原始也最為重要的環節，這點和電影藝術中的演員相同，所以原畫就是動畫片中的演員。在動畫片的製作中，原畫的好壞是直接決定一部動畫片的品質，所以從事動畫相關工作者，尤其是原畫師必須去了解動畫的基本科學原理及物理原理。

第二節   3D動畫發展前景
3D動畫產業是目前最夯的熱門產業，也可稱謂CG產業（Computer Graphics的縮寫）。的確，做3D動畫是很有前途的，我們綜觀3D動畫的發展歷程，相信在未來，3D動畫將進入千家萬戶，不再是大電影廠和專業影視製作公司所能壟斷。這幾年做3D動畫和學3D動畫的人是日益增多的，3D動畫平台的趨勢也是由高端過渡到低端，不再需要幾十萬的工作站，一般家庭電腦就可以做出很專業的3D動畫作品。國內電影業不景氣，加上外國大片的衝擊，我們要如何有效率地提升國人的創作、製作水準和規範製作的準則，是擺在我們面前不容輕視的課題。
3D動畫作為電腦美術的一個分支，是建立在動畫藝術和電腦軟硬體技術發展基礎上而形成的一種相對的獨立新型的藝術表現形式。早期主要應用於軍事領域，直到70年代後期，隨著PC電腦的出現，電腦圖形學才逐步拓展到平面設計、服裝設計、建築景觀等領域。80年代，隨著電腦軟硬體的進一步發展，電腦圖形處理技術的應用得到了空前的發展，電腦美術做為一個獨立學科而真正開始走上了突飛猛進的發展之路。運用電腦圖形技術製作動畫的探索開始於80年代初期，當時3D動畫的製作主要是在一些大型的工作站上完成的，在DOS作業系統下的PC機上，3D Studio軟體處於絕對的壟斷地位。到了1994年，微軟推出Windows作業系統，並將工作站上的Softimage移植到PC機上，1995年，Win95出現，3DS出現了超強升級版本3DS Max 1.0。尤其在1998年時，3D Maya的出現可以說是3D發展史上創新的里程碑。一個個超強工具的出現，也推展著3D動畫應用領域不斷的拓寬與發展，從建築、影視廣告、片頭、MTV、電視節目，直到全數位化電影的製作，在各類動畫當中，最有魅力並動用最廣的應該屬於3D動畫。而2D動畫可以看成3D動畫的一個分支，3D動畫軟體功能愈來愈強大，操作起來也是愈來愈容易，這使得3D動畫有更廣泛的運用，畢竟我們的世界是立體的，只有3D動畫才讓我們感到更真實。
今天，電腦的功能愈來愈強大，以至於我們不僅可以看到地方電視台的節目包裝及廣告中充滿電腦動畫特技，更有不少電腦愛好者在自已的個人電腦上玩起了動畫製作。1995年，由迪士尼發行的《玩具總動員》上映，這部純3D動畫製作的卡通片取得了巨大的成功，3D動畫迅速取代傳統動畫：夢工廠發行的《蟻哥雄兵》、《怪物史瑞克》等3D動畫片，也獲得了巨大的商業成功。3D動畫在電影中的運用更是神乎其技！可以說電影已經離不開3D動畫的參與了！在現今3D動畫的運用可以說是無處不在，包含網頁、建築效果圖、建築瀏覽、影視片頭、MTV、電視節目、電影、科研、電腦遊戲等等……。