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定格动画:现实的3 d摄像头运动控制
在停止运动摄像机动画相机稍微移动帧之间，一旦这些被连接，它产生运动错觉。我们关心的是改善现有的停止运动摄像机动画实践。为此，我们提出在目前的艺术状态的调查，并提出停止运动摄像机动画为了开发一个能够产生逼真的相机移动动画界面的“理想”的过程。
作者：劳拉赛尼，尼古拉斯尼萨拉古，古德龙阿尔布雷希特，露西亚罗姆。
- 停止运动和摄像机运动：一个国家的艺术
几乎和电影本身一样古老，停止运动是一种动画带来的任何对象（模型、木偶、粘土等）“活着”，使它显得特立独行。通过一系列的静止位置操纵物体，拍摄在相机的各个部位，然后玩这些作为一个连续的序列，运动错觉产生的。这是一个（非常）长（非常）繁琐的过程。复杂的事情，如果一个动画师做错误的舞台上，它是不可能去重复它就再也不能恢复的完全一样，一个运动部件。这些限制，使相机是一个危险的任务。这几乎是一个不可能的任务将相机架沿曲线完美的框架产生一个平滑的移动，主要是因为丝毫不在最后的序列产生一种不自然的动摇。而且，不同于真正的舞台，有没有办法让几个镜头和选择最好的一个的过程太长：一个天才停止运动动画只能处理几秒钟的动画的每一天：
1。“一个动画节的结构是围绕几秒他会出手，和延迟判断是一个长期的如果是十二秒或是轻松的一天只有四秒hellip;”Barry J. C.士。[ 1 ]
很长一段时间，这些技术上的限制迫使董事会确定停止运动设置摄像机。相反，真正的阶段自W.格里菲思在第二十世纪初，摄影机的运动主要是作为部分的美学电影的特异性。为了克服这种令人沮丧的现状，定格动画第一次试图找到手工制作的技巧，能给你更多的自由的相机，但这些增加的生产流程的复杂性。在1993，获得相同的摄像机移动的自由作为一个真正的舞台，亨利塞利克首次用于运动控制的摄像头，“提姆伯顿的圣诞前夜。”比较两种移动摄影机停止运动，我们可以恢复的好处和缺点每个动画的过程：
一方面定位：它可以为一个轴的自由（异常两，喜欢旅行和全景移动“秘密探险的大拇指汤姆，”戴维威克，1993）但不超过两个自由度的过程将变得过于复杂和危险的；它与直线加速运动而不是足够精确的处理和加速缓解，或缓慢移动；增加了自然的摇动因为人手缺乏精度，另一方面赋予特定的颤抖停止运动美学。一些例子，这些举措可以发现在“9.99美元”（Tatia Rosenthal，2008）、《了不起的狐狸先生”（韦斯Anderson，2009）或短裤，像“西方面条”（PES，2008）和“疯狂”（蓝色，2008）。在《彼得与狼”（Suzie Templeton，2006），动画师甚至试图模拟相机的肩膀拍了一个主观的狼。
运动控制：这些设备是用于生活的阶段，其特点是过于复杂的停止运动需要在速度、尺寸、重量和成本；设备的弹道计算机控制的三维曲线，相机执行完美的动作。一方面这是一个祝福的停止运动过程为防止由动画师的错误或不精确造成的震动。另一方面，这不符合停止运动美学自限制停止运动表现为完美而毫无生气的计算机内插动。下面的电影中使用了运动控制的照相机：“华勒斯和Gromit：盛大的一天”（Nick Park，1989），《僵尸新娘》（提姆伯顿和约翰逊，2005），“华勒斯和超级无敌掌门狗：人兔的诅咒》（史提夫箱和Nick Park，2005）”华勒斯和Gromit：面包和死亡事件”（Nick Park，2008），“考”（亨利塞利克，2009），还有2011的电视竞选广告兄弟打印机。
在这样的背景下，我们认为彼得勋爵（见[ 2 ]和[ 3 ]）“停帧是喜欢现场音乐，演奏传统乐器，相比于录音室使用最好的工具，在世界上，所有最新的技术和一些电子仪器。后者是更优雅，更完美，更大，更好，但也许缺乏人性的艳丽。stopframe更完美，更优雅，不可重复的，不准确的一句话，人类。”
这种分析使我们得出结论：一定的有限的“颤抖”是希望它停止运动电影但手相机定位的过程是一个繁琐和缓慢的任务提供了现实主义的量。因此我们在一个专门设计的停止运动，能够模拟真实的运动控制系统很感兴趣（手工）摄像机动画。为此我们首先回顾现有的2节摄像机动画工具，然后描述的第一步是一种在3节停止运动控制摄影机的运动系统。
- 摄像机动画存在的工具
我们的新系统的目的是允许精确的摄像机移动停止运动阶段，这是不可能使用手工定位。因此，现有的软件一样，停止运动亲[ 4 ]、[ 5 ]、[ 6 ]或istopmotion龙停止运动，[ 7 ]是不相关的他们只能控制摄像机设置，而不是相机的动作。本节不久，回顾了国家的最先进的相机运动三维动画。我们都知道下面的三维动画软件：Maya，3DStudioMax，光波，搅拌机，Cinema4D，Softimage，胡迪尼。这些程序有动画对象的两个主要工具：“关键帧动画”和“路径约束动画”。
“关键帧动画”是基于传统的动画技术，让用户只设置关键帧，称为关键帧，和，使用插值技术，软件程序生成中间帧，称为中间。对象的运动轨迹是在内部表示为一个参数的空间曲线，动画与三坐标曲线x（t），Y（t）和z（t）为了改变位置以及速度。注意，位置和速度不能单独修改。
“路径约束动画”分别构建三维空间轨迹和所谓的缓和曲线，控制物体的速度。
而这些工具的主要优缺点是：
关键帧动画：
位置和速度分离：不可能
全局/局部的空间轨迹控制：本地控制
此外，约束：可能
空间轨迹的x-y-z-coordinates访问：是的
路径约束动画：
位置和速度分离的可能
全局/局部的空间轨迹控制：全球唯一的控制
此外，部分可能的限制：
空间轨迹的x-y-z-coordinates访问：没有
至于数学背景方面存在的几种插值技术拟合分段曲线序列给定的点（关键帧），这取决于最终的运动所需的。在动画中最常用的技术，例如，在[ 8 ]参考书目。为了克服的主要缺点（位置和速度依赖性）最受欢迎的动画技术，“关键帧动画”，几种方法的目的reparameterising曲线的弧长，从而控制沿曲线运动的缓和曲线，见[ 8 ]参考书目。对[ 9 ]作者将所谓的位移函数来改变空间的轨迹以及缓和曲线。
- 一个新的系统的实验环境
本文针对三维软件的动画制作传统动画方法存在的缺陷，想出了一个新的系统的实验环境。特别是我们将重点放在“关键帧动画”，我们将解决以下问题：分离的位置、速度和轨迹曲线提出一个表示允许我们添加约束，如真正的相机设备范围的曲率，加速和减速。在2节中回忆，最常用的插值方法在动画给控制的可能性只有一阶导数在分段插值结点。得到一个平滑的轨迹曲线，考虑到真正的相机移动的限制，每一个曲线段应界定在切线和曲率向量的端点。为此，我们考虑类分段G2连续的插值曲线在每段的描述可以通过参数Hermite五次或由有理B ziereacute;立方，像一个描述[ 10 ]。对于数学细节见[ 8 ]。关于分离位置和轨迹曲线速度问题我们进行如下。利用现有的数值方法（见2节中引用的参数）我们整个曲线的弧长，这样，在一个单位更改参数值的结果对单位的变化轨迹。图1展示。因此，采用缓和曲线的概念，它代表的弧长随着时间的推移，我们可以选择速度曲线，见图2。此外，还加速度曲线控制。
目前，来测试我们的系统已经实施了一个实验环境MATLABreg;。给定一个序列的点，选择所需的参数，程序计算一个G2 Hermite五次空间曲线和给出了可能改变的速度沿曲线不改变轨迹。反之亦然，修改轨迹不改变的参数是可能的。
这个新的参数计算的点MATLAB给出了输入到3D Studio Max的外部脚本和新的运动轨迹曲线窗口可视化。
在这第一步的基础上，我们的目的是制定一个系统（例如在一个动画程序如3D Studio Max交互界面结合上述过程）使停止运动动画摄影机的移动会充满自由和尊重停止运动手工视觉审美。特别是我们针对的是下面的系统性能：
三维动画的一部分，应该允许模拟一个3D摄影机的移动，可以将约束和缺陷（噪声）真正的相机设备（骆马，steadycam，小车、起重机等）。经典的关键帧或路径约束动画应该先将曲线分割与速度曲线。不同的参数可以分别应用到这些曲线模拟，而不是模仿，一个真正的摄像装置的行为。虚拟摄像机的位置应该输出一帧一帧的运动控制系统。
运动控制软件，一旦这些数据被导入，应该允许对机器人运动控制，控制相机的设置，最后执行序列。它也应该给一些选项来提高创造力：逐帧拍摄的经典定格的框架，自动顺序拍摄间隔，每帧不同的相机设置多以（HDR照片或景深叠加）。
最后，运动控制的机器人应该是负担得起的任何规模的预算制作，处理2的摄像头，并有至少1 /第十毫米的精度定位和1 /第十度的精密旋转。
我们已经建立了机器人运动控制的两个版本。第一个移动一轴平移、尊重300euro;预算精度要求。这个机器人和视频图像的几个停止运动试验可以发现在www.crealyse.com/recherche/dossiers。在这第一个版本的基础上，一个“升级”的机器人已经建成，能够将一个平移轴和两个旋转轴，尊重需要精度和一个400euro;预算。我们现在正在研究运动控制软件和测试已定于下个月。
- 结论：整个系统工作流程的好处
计算机图形学和自解压软件已经模拟很多电影的视觉特性增强现实的错觉：添加数字产生运动模糊，胶片颗粒，镜头耀斑或辉光让观众认为他或她正在产生真正的而不是计算机。能模拟地板凹凸的影响，在3D摄影机运动摄像装置人力操作和机械缺陷也将有助于对现实的错觉。因此，一个专为停止运动控制系统将是一个为所有类型的停止运动产品的好处：“专”是指必须以停止在体积和重量方面的运动阶段，接触到的任何大小的制作预算和动画师提供足够的控制风格化的镜头运动。一个优化的工作流程，这样一个系统将大大鼓励创新的同时尊重手工审美停止运动，加强电影的幻觉给生命的相机和摄像机移动允许尽可能多的自由作为一个真正的舞台。
参考文献和注释：
巴里J. C.士，”演变成停止运动了，“在停止运动：激情、过程和性能（牛津：出版社，2008），11。
Ray Harryhausen和Tony达尔顿，一个世纪的模型动画（加利福尼亚大学：金版，2008）。
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停止运动前的官方网站，http://www.stopmotionpro.com（2011年8月18日访问）。
马克，动画与定格Pro（伯灵顿：出版社，2010）。
istopmotion的官方网站，http://boinx.com/istopmotion/overview（2011年8月18日访问）。
龙停止运动的官方网站，http://www.dragonstopmotion.com（2011年8月18日访问）。
劳拉赛尼，尼古拉斯尼萨拉古，古德龙Albrecht和露西亚罗姆，“定格动画：从一个国家的艺术理想的过程中，“matapli 95（2011）：中国上市公司。
史葛索纳斯尼布，“直接操作界面，3D电脑动画，“计算机图形学论坛14、3号（1995）：271–284。
提姆Goodman和B. H. Ong，“保形插值的G2曲线在三个维度，在CAGD曲线曲面及其应用，主编的lemehaute，C. rabut和L. Schumaker 151-158（纳什维尔：范德堡大学出版社，1997）。
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