三维动画应用与软硬件系统
传统的动画制作大致经过这样的过程：先由经验丰富的动画设计者画出动画系列中的关键画面，然后由辅助的动画设计者及其助手画出那些位于两个关键画面之间的画面，这些画面要符合指定的动作时间，让动作体现自然流杨。这些还都是铅笔图稿，为了初步测定造型和动作，可将这些图输入动画测试台进行测试，这一过程叫做铅笔稿测试。测试通过后再把铅笔稿图手工描在透明片上，或用照相制版的方法印在透明片上，接着给各幅画面在透明片上涂上各种颜色的颜料，这个工作需要耐心和淮确，透明片要有良好的透明度。经过严格的动作质量检查后，才能在动画摄制台上进行拍摄。在拍摄之前要有一个摄制表，这是由导演编制的拍摄进度、层次和时间的规划表。动画摄影师把动画系列通过拍摄依次记录在胶片上。最后再对胶片进行编辑、剪接、对内、配音、加字募等后期制作工序。
由此可见，传统的动画制作过程是一个非常复杂而费时的过程，比如我国的52集动画连续剧《西游记》就绘制了100多万张原画、近2万张背景，共耗纸30吨、耗时整整5年。而在迪斯尼的动画大片《花木兰》中，一场匈奴大军厮杀的戏仅用了5张手绘士兵的图，电脑就变化出三、四千个不同表情士兵作战的模样。《花木兰》人物设计总监表示，这部影片如果用传统的手绘方式来完成，以动画制片小组的人力，完成整部影片的时间可能由5年延长至20年，而且要拍摄出片中千军万马奔腾厮杀的场面，是基本不可能的。
计算机动画在现阶段主要应用于以下几个领域：电影业、电视片头和广告、科学计算和工业设计、模拟、教育和娱乐以及虚拟现实与3D web
2.1 电影业
计算机动画应用最早、发展最快的领域是电影业。虽然电影中仍在采用人工制作的模型或传统动画实现特技效果，但是计算机技术正在逐渐替代它们。自从计算机能够提供胶片所需的分辨率以来，计算机动画的主要努力方向是提高通亮度，同时降低制作成本。开始的时候，计算机生成动画需要耗费大量时间在计算机内部建立模型，但是一旦在计算机内部生成以后．就为变形、修改、运动提供了方便。
计算机生成的动画特别适用于科幻片的制作。由于采用了计算机动画技术，才使得“终结者（续集）”(Terminator 2)产生了爆炸性的效果，这体现在当时世界上最高的票房收入上。片中采用了大量变形的技术，而其他很多用于制造特技的方法，诸如形象逼真的泥塑或运动控制动画都不能很好地完成此项工作，而且大多数技术会耗费很多的时间。
“终结者（续集）”的制作前后花了两年时间，耗资一亿美元，由于采用了计算机动画技术而轰动了世界，它宣告了电脑特技走入电影的开始。
另一部电影叫“侏罗纪公园”（Jurassic Park）又引起了一场轰动。这部影片将一亿四千万年以前的恐龙复活，并同现代人的情景组合在一起，构成了活生生童话般的画面。在这部电影里一共出现了七种不同的恐龙，这些恐龙一部分是用模型、一部分是用三维动画制作而成的，动画可以达到模型所达不到的效果。例如一群恐龙在草原上奔跑，由远而近地追逐惊恐逃跑的博土。又如电影里的另一个镜头，在一个暴风雨的晚上，高电压围网断电、恐龙破网而出，在公路上袭击两部汽车。这些特技效果都是用传统模型和其他技术难以实现的。
我国的计算机动画正迈着艰难的步伐前进，目前，在影片中插入几分钟的计算机动画片段已屡见不鲜。我国的电影事业随着经济建设的飞速发展和社会的全面进步、必将更多地采用计算机动画技术。
2.2 电视片头和电视广告
1990年9月，我国成功地举办了第十一届亚洲运动会，中央电视台在亚运会期间的专题报道中指出了用计算机动画技术制作的“亚运会片头”，使我国广大观众第一次享受到崭新的视觉效果。这也是我国第一个由电脑制作的动画片头。 #p#page_title#e#
在电视中，使用计算机动画技术最多的是电视广告。计算机动画能制做出精美神奇的视觉效果，给电视广告增添了一种奇妙无比、超越现实的夸张浪漫色彩，既让人感到计算机造型和其表现能力的极为惊人之处，又使人自然地接受了商品的推销意图。当然重要的还在于创意，但是只要人们的头脑想得出来的，计算机就能做出来。
2.3 科学计算和工业设计
利用计算机动画技术，可将科学计算过程以及计算结果转换为几何图形成图像信息并在屏幕上显示出来，以便于观察分析和交互处理。计算机动画已成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具，这就叫“科学计算可视化”。在一些复杂的科学研究和工程设计中，比如航天、航空、大型水利工程等，资金投人巨大，一旦有失误，所产生的损失往往是难以弥补的，因此，利用计算机动画技术进行模拟分析，从而达到设计可靠的目的。
计算机动画在工业设计方面也越来越受欢迎。原来的计算机设计主要减轻人们的脑力劳动，如绘图和计算等，而采用计算机动画的设计则为设计人员提供了一个崭新的电子虚拟环境，借此可以使人们将产品的风格、可制造性、功能仿真、力学分析、性能实验，以及最终产品在屏幕上显示出来，并可从不同的视角观察它；同时还可以改变光照条件、调整反射、折射等各种因素，进行各种角度的观察。如果产品很大，还可以透视到内部观察物体的内部结构和细节。
2.4 模拟、教育和娱乐
计算机动画第一个用于模拟的商品是飞行模拟器。这种飞行模拟器在室内就能训练飞行员，模拟起飞、飞行和着陆。飞行员在模拟器里操纵各种手柄，观察各种仪器，透过模拟的飞机舷窗就能看到机场跑道、地平线以及其他在真正飞行时看到的景物。
计算机动画在教育方面有着广阔的应用前景。有些基本概念、原理和方法需要给学生以感性上的认识，在实际教学中有可能无法用实物来演示。这时借助计算机动画把各种表面现象和实际内容进行直观演示和形象教学，大到宇宙形成，小到基因结构，无论是化学反应还是物理定律．使用计算机动画部可以淋漓尽致地表示出来。
另外计算机动画在网络游戏、文化娱乐等方面也有着广阔的应用前景。基于PC的三维游戏正在不断增加．共制作也离不开三维动画技术。
2.5 虚拟现实和3D web
虚拟现实是利用计算机动画技术模拟产生的一个三维空间的虚拟环境系统。借系统提供的视觉、听觉甚至触觉的设备，“身临其境”地置身于这个虚拟环境中随心所欲地活动，就像在真实世界中一样。
近年来，异军突起的因特网（Intenet）把全世界的信息连在了一起，它的出现改变了人们的生活方式，人们有理由在原来以Html为核心的网页浏览基础上，要求加以VRML为核心的三维全新界面，因而3D web技术也发展起来。3D web技术把三维世界带入了因特网，网上用户可以使用浏览器观察3D web场景。
3.1．Softimage |TOONZ:
SOFTIMAGE|TOONZ是世界上最优秀的卡通动画制作软件系统，它可以运行于SGI超级工作站的IRIX平台和PC的windows NT 平台上，被广泛应用于卡通动画系列片、音乐片、教育片、商业广告片等中的卡通动画制作。
TOONZ利用扫描仪将动画师所绘的铅笔稿以数字方式输入到计算机中, 然后对画稿进行线条处理、检测画稿、拼接背景图配置调色板、画稿上色、建立摄影表、上色的画稿与背景合成、增加特殊效果、合成预演以及最终图像生成。利用不同的输出设备将结果输出到录象带、电影胶片、高清晰度电视以及其他视觉媒体上。
TOONZ的使用使动画工作者既保持了原来所熟悉的工作流程, 又保持了具有个性的艺术风格, 同时扔掉了上万张人工上色的繁重劳动, 扔掉了用照相机进行重拍的重复劳动和胶片的浪费, 获得了实时的预演效果, 流畅的合作方式以及快速达到你所需的高质量水准。 #p#page_title#e#
3.2．RETAS PRO
RETAS PRO是日本Celsys株式会社开发的一套应用于普通PC和苹果机的专业二维动画制作系统，它的出现，迅速填补了PC 机和苹果机上没有专业二维动画制作系统的空白。 从1993年10月RETAS 1.0版在日本问世以来，直至现在RETAS 4.1 Window 95,98 & NT、Mac版的制作成功，RETAS PRO已占领了日本动画界80％以上的市场份额，雄踞近四年日本动画软件销售额之冠。日本已有100家以上的动画制作公司使用了RETAS PRO，其中较为著名的有Toei，Sunrise，TokyoMovie（使用RETAS PRO制作了“Lupin The 3rd”鲁宾三世），TMS（使用RETAS PRO制作了“Spider-Man”蜘蛛人）；日本著名的动画学校－－Yoyogi动画学校以及著名的游戏制作师Hudson, Konami也使用了RETAS PRO。
RETAS PRO的制作过程与传统的动画制作过程十分相近，它主要由四大模块组成，替代了传统动画制作中描线、上色、制作摄影表、特效处理、拍摄合成的全部过程。同时RETAS PRO不仅可以制作二维动画，而且还可以合成实景以及计算机三维图象。RETAS PRO可广泛应用于：电影、电视、游戏、光盘等多种领域。
RETAS PRO的英、日本版已在日、欧、美、东南亚地区享有盛誉，如今中文版的问世将为中国动画界带来电脑制作动画的新时代。
3.3．USAnimation
应用USanimation使动画师自由地创造传统的卡通技法无法想像的效果。并轻松地组合二维动画和三维图像。
USanimation软件当初设计的每一方面都考虑到在整个生产流程的各个阶段如何获取最快的生产速度。采用自动扫描，ＤI的质量实时预视，使系统工作的很快。USanimation以矢量化为基础的上色系统被业界公认为是最快的。
3.4．AXA
AXA可算是目前唯一一套PC级的全彩动画软件，它可以在WIN 95及 ＮＴ上执行，简易的操作界面可以让卡通制作人员或新人很快上手，而动画线条处理与著色品质，亦具专业水准。
AXA包含了制作电脑卡通所须要的所有元件，如扫图、铅笔稿检查、镜头运作、定色、著色、合成、检查、录影等模组，完全针对卡通制作者设计使用介面，使传统制作人员可以轻易的跨入数位制作的行列。它的特色是以电脑律表(Exposure Sheet)为主要操作主干，因为卡通这种高成本、耗时费力之工作，靠的就是用律表来连结制作流程进而提高制作效率，所以电脑律表对动画创作人来说就像熟悉的老朋友般亲善。
3.5．Flash
说起动画当然不能不提Flash，它是近年来发展最为强劲的一款网络动画制作软件。Flash是Macromedia公司所推出的软件，目前最新的版本为MX 2004版，并即将发布其MX 2005版（又称8.0版）。Flash是专门用来设计网页及多媒体动画的软件，它可以为网页加入专业且漂亮的交互式按钮及向量式的动画图案特效，它是目前制作网页动画最热门的软件。
FLASH的动画绘图方式是采向量方式处理，这样图案在网页中放大或缩小时，不会因此而失真，而且可依颜色或区块做部份的选择来进行编辑，这是与其它绘图软件所不同的地方且，再加上兼容MP3格式的音乐，不但音质直逼音乐CD，容量却只有CD的十分之一，非常适合应用于网络上。
4.1． Softimage 3D
在电脑动画兴起和发展的十多年历史中，Softimage 3D一直都是那些世界上处于主导地位的影视数字工作室用于制作电影特技、电视系列片、广告和视频游戏的主要工具。
由于Softimage 3D所提供的工具和环境为制作人员带来了最快的制作速度和高质量的动画图像，使它在获得了诸多荣誉的同时成为世界公认的最具革新的专业三维动画制作软件。
Softimage 3D是由专业动画师设计的强大的三维动画制作工具，.它的功能完全涵盖了整个动画制作过程，包括：交互的独立的建模和动画制作工具、SDK和游戏开发工具、具有业界领先水平的mental ray生成工具等。Softimage 3d系统是一个经受了时间考验的、强大的、不断提炼的软件系统，它几乎设计了所有的具有挑战性的角色动画。98年提名的奥斯卡视觉效果成就奖的全部三部影片都应用了Softimage 3D的三维动画技术，它们是《失落的世界》中非常逼真的让人恐惧又喜爱的恐龙形象、《星际战队》中的未来昆虫形象、《泰坦尼克号》中几百个数字动画的船上乘客。这三部影片是从列入奥斯卡奖名单中的七部影片中评选出来的，另外的四部影片《蝙蝠侠和罗宾》、《接触》、《第五元素》和《黑衣人》中也全部利用了Softimage 3D技术创建了令人惊奇的视觉效果和角色。 #p#page_title#e#
4.2．3Ds Max
3Ds Max是一款应用于PC平台的元老级三维动画软件，由Autodesk公司出品。它具有优良的多线程运算能力，支持多处理器的并行运算，丰富的建模和动画能力，出色的材质编辑系统。目前在中国，3Ds Max的使用人数大大超过其他三维软件。
它提供了两种全局光照系统并且都带有曝光量控制，光度控制灯光，以及新颖的着色方式来控制真实的渲染表现。3ds max也拥有最佳的Direct 3D 工作流程 （可以使用DirectX ）， 使用者可以自己增加实时硬件着色，并且可以非常容易地将作品通过贴图渲染和法线渲染，光线渲染以及支持Radiosity的定点色烘培技术。
3ds max的制作效率非常高，再加上一些新的常用的功能就能够很好地发挥使用者的创造力。比如新改良的UVW Unwrap功能就可以让艺术家们非常容易地进行贴图控制，另外还有多边形建模工具。Discreet还对有免费网络渲染功能进行了改良，backburner 可以让使用者同时控制3ds max 以及 combustion 渲染网络。
4.3．MAYA
Maya是Alias|Wavefront（2003年7月更名为Alias）公司的产品，作为三维动画软件的后起之秀，深受业界欢迎和钟爱。Maya 集成了Alias| Wavefront 最先进的动画及数字效果技术，它不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还结合了最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染和运动匹配技术。MAYA因其强大的功能在3D动画界造成巨大的影响，已经渗入到电影、广播电视、公司演示、游戏可视化等各个领域，且成为三维动画软件中的佼佼者。《星球大战前传》、《透明人》、《黑客帝国》、《角斗士》、《完美风暴》、《恐龙》等很多大片中的电脑特技镜头都是应用MAYA完成的。逼真的角色动画、丰富的画笔，接近完美的毛发、衣服效果，不仅是影视广告公司对MAYA情有独钟，许多喜爱三维动画制作，并有志向影视电脑特技方向发展的朋友也为MAYA的强大功能所吸引。
Maya的最新版本为Maya 6.5。Maya 6.5为性能驱动型版本，可满足寻求大幅度性能提升而同时又处理海量数据集的游戏、电影、广播和数字出版等的需要。Alias对软件进行了重新架构设计，大幅提升了软件性能，因此，Maya拥有处理最复杂模型、场景和动画数据的能力和可靠性。
4.4． LIGHTWAVE 3D
Lightwave 3D是NewTek公司的产品。目前LIGHTWAVE在好莱坞的影响一点也不比Softimage、Alias等差。它具有出色品质的，价格却是非常低廉，这也是众多公司选用它的原因之一。《泰坦尼克号》中的泰坦尼克号模型，就是用LIGHTWAVE制作的。
2005年的SIGGRAPH盛会上，NewTek有限公司，正式发布了LightWave 3D 9.0版，这是Lightwave的最新版本。
NewTek开发人员重新编写和构建了LightWave的内核，将网格编辑功能加入到Layout模式中，并增强Modeler模式中的工具；从Layout模式中提取渲染器，重新编写光线跟踪方法，使它具有更快速的算法；基于到摄像机的距离和可见性改写网格细分。Modeler的工具箱已经被升级使它具有实边，细分表面已经被重新启动来改善处理过程并支持多次细分。
三维动画的制作主要包括三个大的环节，即建模、着色和运动控制。而渲染就是中间的着色过程。三维模型能否能人一种真实感，关键就在于渲染技术。
以下是两幅没有渲染过的模型和渲染后的效果对比图，可以看出渲染的重要性：
但是渲染技术对硬件设备的要求非常高，而高端设备的体格更是令人啧舌，以至于如果要自己购买设备的话，大多数中小企业甚至无力承受制作一小段3D动画的成本。
因而由政府牵头来建设公共服务平台以让中小企业可以用相对便宜的价格租用设备就成为发展我国3D产业的急所。正是在这一需求驱动下，由上海市科委、长宁区人民政府共同出资，由上海市科技信息中心、上海市多媒体行业协会共同建设完成了“上海市多媒体公共服务平台”。 #p#page_title#e#
该平台是上海研发公共服务平台多媒体领域的专业服务机构。平台旨在实现政府的服务功能，降低多媒体中、小企业的投入成本和运营成本，形成企业聚集效应，推动多媒体产业的发展。上海市多媒体公共服务平台服务对象是国内动画、影视制作及工业设计等需要高性能渲染计算和影视后期制作的企业和个人。平台将发挥市场配置资源的基础作用来开展运营工作，不以营利为目标，积极开拓服务功能，为多媒体企业提供优质的特色服务。
平台建设完成后，包括卡通影视、上影数码、盛易达等近十家动画影视公司在平台进行了效果测试及商业项目的渲染，均对平台的渲染质量、渲染效率、工作环境及服务水平作了较高的评价。项目鉴定委员会也认为，平台系统结构合理，使用方便，实用性强，有较好的技术意义和社会意义，对于促进上海乃至周边地区三维动画产业起到了推动作用。
平台拥有目前业界最优秀的超级集群渲染阵列，配备有50台HP原装100个CPU的服务器以及10台APPLE G5 20个CPU的服务器。选用了Softimage/xsi 4.0、3DMAX 、Maya等三维制作软件和Renderman、Mental-ray、Mayarender等著名渲染软件，可对任何三维动画项目实施最为专业的渲染。
