[摘要]计算机动画的生物学基础着手，剖析了制作电影计算机动画需要的软件和硬件，进而对计算机动画进行了分类。但是，电影中计算机动画仍然面临一些问题，针对这些问题提出了相应的解决方案。
[关键词] 计算机动画 电影 软件 造型
一、概述
计算机动画是计算机图形学和艺术相结合的产品，计算机动画已广泛应用于影视特技、商业广告、虚拟现实、游戏制作、教育等各个领域。1982年，迪斯尼推出第一部计算机动画电影一Tron(《电脑争霸》)。世界电影史上《泰坦尼克号》的成功很大程度上归功于计算机动画的大量运用。
二、计算机动画的生物学基础
计算机动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。人眼是重要的成像装置，视觉暂留效应是电影中计算机动画得以应用的生物学基本条件。实验证明：动画和电影的画面刷新率为24帧／秒，即每秒放映24幅画面，则人眼看到的是连续的画面效果。计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的视觉效果。
三、制作电影计算机动画的软件和硬件
计算机动画的制作基本包括立意、编写脚本、编写故事板、建立人物模型、配音、计算机动画制作、剪辑等，最终都要利用制作动画的软件和硬件才能完成。
在电影计算机动画的制作中，SGf的超级图形工作站是最好的三维硬件平台，它具有强大的图形图像处理能力。Softimage3D、MAYA、Flint等软件在SGI台上可以发挥最好的性能。虽然PC平台已成为计算机动画制作的工具，但SGI仍然是高端运用的主要平台。
只有高性能的硬件平台还不够，电影中逼真的计算机动画还是要利用功能强大的三维图像软件来实现。工作站级的图形图像处理软件有Softimage、Alias／WavefrontSoftimage 3D是Softimage公司出品的三维动画制作软件。《侏罗纪公园》中身手敏捷的速龙、《闪电悍将》中闪电侠飘荡的斗篷，都是利用Softimage3D来制作的。
MAYA有更大的可控制性和可操作性。MAYA在建模、渲染、场景和数字角色的制作等方面都非常方便。它采用Obiect orientedC++code整合OpenGL图形工具。MAYA的核心技术是MEL Scripting和Command语言。
在其他国家Houdini是一个使用频率很高的计算机动画制作软件。Houdini的强大功能在于它的变形球系统和粒子系统。此外还有3DsMax、LIGHTWAVE3D软件等。
四、电影中计算机动画的分类
按照制作的基本技术计算机动画可以分为关键帧动画、运动捕捉动画和计算动画。关键帧动画是通过定义动画的起始帧和结束帧，通过计算机的软件计算出中间帧，通过定义直线的或者曲线的运动的路径来定义中间帧。运动捕捉动画是通过在演员身体的各部分安装发光物体，多部摄影机同时拍摄演员在指定范围内的动作，再经电脑系统分析光点的运动，进而产生计算机动画角色的运动模型。计算动画是运用运动学中的正求或反求的原理从已知运动的起始位置去确定运动的结束位置，或给出运动的结束位置，再给定运动的速度、方向和一定的运动的级联关系，来求出运动的起始的位置。
五、电影中计算机动画面临的问属与解决方案
1．运动的视觉感知问题
电影是通过观众的各种感观，主要是通过视觉信息的获得而产生对运动的感知效果。物理学中的速度、加速度、惯性、质量、重量、作用力与反作用力，光学中的明暗、阴影、光的折射与反射，动力学中运动的级联关系、自由度的控制；生物学中生物受到一定的刺激后的本能反映、面部表情、行为举止，对其心理思维的感知，与声音的模拟、合成与运动同步性的处理等的综合效果，会给观众以一个综合的感知效果，制作计算机动画时，必须考虑到这些视觉感知的问题，才能获得更逼真的效果。
2．计算机动画的造型方法
在计算机动画造型时涉及正向运动学、逆向运动学、动力学、弹性理论、流体动力学等学科。在计算机动画设计中，人体造型是非常复杂的问题。人体的自由度在200个以上。人的肌肉形状非常复杂，且随人体的运动而变形，softimage软件提供了很强的元球造型和动画功能。可以较好的解决人体造型方面的问题。动画软件Maya、Softimage和Alias／Wavefront都提供正向运动学和逆向运动学的动画设置方法。Maya是一个面向角色动画的软件，Softimage有一个设置关节动画的模块Actor。在计算机动画中，建立有真实感的运动物体并保持对其运动的精确控制是很难的，一般在运动的复杂度和可控性进行合理的取舍。
3．计算机动画的制作成本和制作周期
计算机动画是一项非常高投入的制作。世界著名的数字工作室Digital Domain公司，用了300多台SGI超级工作站，50多个特技师夜以继日制作《泰坦尼克号》中的计算机动画，用了一年半的时间才完成。利用一些PC而不是工作站制作一些简单的动画过程，利用一些NT板的三维图形软件，建立一些可以重复利用的图形、图像、材质、光源、运动部件、角色、表情、自然景观的模拟资源库可以适当降低制作的成本，减少重复性的劳动，提高资源库元件的利用效率，缩短产品的生产周期。
六、结论
电影中的计算机动画是围绕电影的主题，突出地创造出一些特殊的视觉效果。在传统的拍摄很难达到或难以达到较好效果的情况下，由计算机动画来展现。但是如果一味的追求视觉效果而忽略电影本身是一种艺术与技术的有机结合的作品，忽略电影的制作成本，计算机动画也就失去了其在电影中存在的合理性。