第8章：动画基础与关键帧
2024/1/1大约 11 分钟
第8章：动画基础与关键帧
学习目标
- 理解3D动画的基本原理和概念
- 掌握Blender动画工具和界面
- 学会创建和编辑关键帧动画
- 熟练使用时间轴和动画编辑器
- 掌握缓动和动画曲线调整
- 学会制作各种基础动画效果
本章重点
动画是让3D模型"活"起来的艺术，本章将带你踏入动画制作的大门，掌握从基础关键帧到复杂动画的制作技能。
8.1 动画基础理论
8.1.1 动画原理基础
迪士尼12原则
传统动画的经典原则，至今仍是3D动画的重要指导：
- 挤压与拉伸：表现物体的柔软度和重量感
- 预期：动作前的准备动作
- 演出：清晰表达想法和情绪
- 连续运动与关键动作：主要姿态和过渡
- 跟随与重叠：不同部位的时间差
- 缓入缓出：自然的加速和减速
- 弧形运动：符合物理的运动轨迹
- 次要动作：支持主要动作的细节
- 时间掌握：节奏和速度控制
- 夸张：强化表现力
- 扎实的绘画功底：造型能力
- 魅力：吸引观众的特质
8.1.2 帧率与时间
# 常用帧率标准
frame_rates = {
'film': 24, # 电影标准
'pal_tv': 25, # PAL电视标准
'ntsc_tv': 29.97, # NTSC电视标准
'web_video': 30, # 网络视频
'gaming': 60, # 游戏标准
'vr': 90, # VR内容
'animation_2d': 12 # 2D动画常用
}8.1.3 关键帧系统
# 关键帧类型
keyframe_types = {
'KEYFRAME': '普通关键帧',
'EXTREME': '极值关键帧',
'JITTER': '抖动关键帧',
'MOVING_HOLD': '移动保持',
'BREAKDOWN': '中间关键帧'
}8.2 Blender动画工作空间
8.2.1 动画工作空间布局
动画工作空间组成
- 3D视窗：查看动画效果
- 时间轴：管理关键帧
- 摄影表：详细的帧编辑
- 图表编辑器：动画曲线编辑
- 属性面板：动画属性设置
8.2.2 时间轴界面
8.2.3 动画播放控制
| 快捷键 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|
空格键 | 播放/暂停 | 切换播放状态 |
← → | 上一帧/下一帧 | 单帧浏览 |
↑ ↓ | 快进/快退 | 10帧跳跃 |
Shift + ← | 跳到上一关键帧 | 快速定位 |
Shift + → | 跳到下一关键帧 | 快速定位 |
Alt + A | 播放动画 | 全屏播放 |
8.3 关键帧动画制作
8.3.1 插入关键帧
关键帧插入方法
关键帧是动画的基础，记录了对象在特定时间的状态。
# 快捷键插入关键帧
keyframe_shortcuts = {
'I': '插入关键帧菜单',
'Shift + I': '删除关键帧菜单',
'Alt + I': '清除关键帧菜单'
}
# 可插入关键帧的属性
animatable_properties = [
'Location', # 位置
'Rotation', # 旋转
'Scale', # 缩放
'LocRot', # 位置+旋转
'LocScale', # 位置+缩放
'RotScale', # 旋转+缩放
'LocRotScale', # 全部变换
'Custom' # 自定义属性
]8.3.2 关键帧类型管理
# 关键帧颜色编码
keyframe_colors = {
'KEYFRAME': '黄色 - 普通关键帧',
'EXTREME': '红色 - 极值关键帧',
'JITTER': '绿色 - 抖动关键帧',
'MOVING_HOLD': '暗黄色 - 移动保持',
'BREAKDOWN': '青色 - 分解关键帧'
}8.3.3 自动关键帧设置
# 自动关键帧选项
auto_keyframe_settings = {
'auto_keying': True, # 启用自动关键帧
'auto_keying_mode': 'ADD_REPLACE_KEYS', # 模式
'use_keyframe_insert_needed': True, # 仅在需要时插入
'use_visual_keying': False, # 视觉关键帧
'use_insertkey_xyz_to_rgb': False # XYZ到RGB
}8.4 动画曲线编辑
8.4.1 图表编辑器介绍
图表编辑器显示动画属性随时间变化的曲线，是精确控制动画的核心工具。
# F-Curve（功能曲线）属性
fcurve_properties = {
'data_path': 'location', # 数据路径
'array_index': 0, # 数组索引（X=0, Y=1, Z=2）
'keyframe_points': [], # 关键帧点集合
'interpolation': 'BEZIER', # 插值类型
'extrapolation': 'CONSTANT' # 外推类型
}8.4.2 插值模式详解
| 插值类型 | 特点 | 适用场景 | 视觉效果 |
|---|---|---|---|
| Constant | 常量，无过渡 | 开关动画 | 阶梯状 |
| Linear | 直线插值 | 匀速运动 | 直线 |
| Bezier | 贝塞尔曲线 | 自然运动 | 平滑曲线 |
| Sine | 正弦插值 | 周期运动 | 正弦波 |
| Quad | 二次方插值 | 加速运动 | 抛物线 |
| Cubic | 三次方插值 | 平滑过渡 | S形曲线 |
8.4.3 缓动设置
缓动的重要性
缓动使动画更加自然，符合物理世界的运动规律。
# 缓动类型
easing_types = {
'ease_in': '缓入 - 慢开始',
'ease_out': '缓出 - 慢结束',
'ease_in_out': '缓入缓出 - 慢开始慢结束',
'back': '回弹 - 超过目标再回来',
'bounce': '弹跳 - 多次弹跳',
'elastic': '弹性 - 弹性振荡',
'expo': '指数 - 指数变化',
'circ': '圆形 - 圆弧轨迹',
'quart': '四次方 - 强烈加速/减速'
}8.4.4 曲线修改器
# F-Curve修改器
fcurve_modifiers = {
'GENERATOR': {
'type': '生成器',
'use': '数学函数生成动画',
'example': 'y = a*x + b'
},
'NOISE': {
'type': '噪波',
'use': '添加随机变化',
'params': ['scale', 'strength', 'phase', 'offset']
},
'CYCLES': {
'type': '循环',
'use': '重复动画片段',
'modes': ['repeat', 'repeat_with_offset', 'reflected']
},
'LIMITS': {
'type': '限制',
'use': '限制数值范围',
'params': ['min_x', 'max_x', 'min_y', 'max_y']
}
}8.5 高级动画技术
8.5.1 运动路径动画
# 跟随路径设置
follow_path_settings = {
'target': 'curve_object', # 目标曲线
'use_curve_follow': True, # 跟随曲线方向
'use_fixed_location': False, # 固定位置
'forward_axis': 'FORWARD_Y', # 前进轴向
'up_axis': 'UP_Z', # 向上轴向
'offset_factor': 0.0 # 偏移因子
}创建运动路径动画步骤
- 创建贝塞尔曲线作为路径
- 选择要动画的对象
- 添加"跟随路径"约束
- 为曲线的"评估时间"设置关键帧
8.5.2 形状关键帧动画
# 形状关键帧（Shape Keys）
shape_keys = {
'basis': 'Basis', # 基础形状
'key_1': 'Smile', # 微笑
'key_2': 'Frown', # 皱眉
'key_3': 'Surprise', # 惊讶
'value_range': (0.0, 1.0), # 数值范围
'relative': True # 相对变形
}8.5.3 驱动器动画
驱动器概念
驱动器允许一个属性的变化驱动另一个属性的变化，创建程序化动画效果。
# 驱动器设置示例
driver_setup = {
'type': 'SCRIPTED', # 脚本驱动
'expression': 'var * 2.0', # 表达式
'variables': [
{
'name': 'var',
'type': 'TRANSFORMS',
'target': 'controller_object',
'transform_type': 'LOC_X'
}
]
}8.6 摄影表详解
8.6.1 摄影表界面
摄影表（Dope Sheet）提供了传统动画制作中熟悉的工作方式，以时间轴形式显示关键帧。
# 摄影表模式
dopesheet_modes = {
'DOPESHEET': '主摄影表',
'ACTION': '动作编辑器',
'SHAPEKEY': '形状关键帧编辑器',
'GPENCIL': '蜡笔动画编辑器',
'MASK': '遮罩编辑器',
'CACHEFILE': '缓存文件编辑器'
}8.6.2 关键帧操作
| 操作 | 快捷键 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 选择 | 左键点击 | 选择关键帧 |
| 多选 | Shift + 左键 | 添加到选择 |
| 框选 | B | 方框选择 |
| 移动 | G | 移动关键帧 |
| 复制 | Shift + D | 复制关键帧 |
| 删除 | X 或 Delete | 删除关键帧 |
| 缩放 | S | 时间缩放 |
8.6.3 批量编辑技巧
# 批量关键帧操作
batch_keyframe_ops = {
'select_all': 'A', # 全选
'select_none': 'Alt + A', # 取消选择
'select_inverse': 'Ctrl + I', # 反选
'select_linked': 'L', # 选择相关
'duplicate': 'Shift + D', # 复制
'mirror': 'Ctrl + M', # 镜像
'snap': 'Shift + S' # 吸附
}8.7 动画图层与混合
8.7.1 NLA编辑器简介
非线性动画（NLA）编辑器允许组合和混合多个动画序列。
# NLA轨道设置
nla_track_settings = {
'name': 'Walk_Cycle', # 轨道名称
'active': True, # 激活状态
'lock': False, # 锁定状态
'mute': False, # 静音状态
'solo': False, # 独奏状态
'influence': 1.0 # 影响强度
}8.7.2 动画条带操作
# NLA条带属性
nla_strip_properties = {
'action': 'walk_action', # 关联动作
'frame_start': 1, # 开始帧
'frame_end': 30, # 结束帧
'blend_type': 'REPLACE', # 混合类型
'influence': 1.0, # 影响因子
'use_auto_blend': True, # 自动混合
'blend_in': 5, # 淡入帧数
'blend_out': 5 # 淡出帧数
}8.7.3 动画混合模式
| 混合模式 | 效果描述 | 适用场景 |
|---|---|---|
| Replace | 替换原动画 | 主要动作 |
| Add | 叠加动画 | 附加效果 |
| Subtract | 减去动画 | 反向动作 |
| Multiply | 乘法混合 | 缩放效果 |
8.8 动画约束系统
8.8.1 常用动画约束
约束的作用
约束可以自动化复杂的动画关系，减少手工关键帧的工作量。
# 变换约束
transform_constraints = {
'COPY_LOCATION': {
'name': '复制位置',
'use': '让对象跟随另一对象的位置',
'axes': ['X', 'Y', 'Z'],
'influence': 1.0
},
'COPY_ROTATION': {
'name': '复制旋转',
'use': '让对象跟随另一对象的旋转',
'order': 'XYZ'
},
'COPY_SCALE': {
'name': '复制缩放',
'use': '让对象跟随另一对象的缩放'
},
'COPY_TRANSFORMS': {
'name': '复制变换',
'use': '复制完整的变换信息'
}
}8.8.2 追踪约束
# 追踪约束设置
tracking_constraints = {
'TRACK_TO': {
'target': 'target_object',
'track_axis': 'TRACK_Y', # 追踪轴
'up_axis': 'UP_Z', # 向上轴
'use_target_z': False # 使用目标Z轴
},
'LOCKED_TRACK': {
'target': 'target_object',
'track_axis': 'TRACK_Y',
'lock_axis': 'LOCK_Z' # 锁定轴
}
}8.8.3 关系约束
# 关系约束示例
relationship_constraints = {
'CHILD_OF': {
'name': '子级约束',
'target': 'parent_object',
'use_location': True,
'use_rotation': True,
'use_scale': False
},
'FLOOR': {
'name': '地板约束',
'target': 'floor_object',
'floor_location': 'FLOOR_Y',
'use_rotation': False
}
}8.9 实战动画项目
8.9.1 弹球动画
目标：创建一个真实的弹球动画
动画原则应用：
- 挤压与拉伸：球体接触地面时变形
- 缓入缓出：重力影响下的加速减速
- 弧形运动：抛物线轨迹
# 弹球动画关键帧设置
bouncing_ball_keyframes = {
'frame_1': {
'location': (0, 0, 5),
'scale': (1, 1, 1)
},
'frame_12': { # 接触地面
'location': (0, 0, 0.5),
'scale': (1.3, 1.3, 0.7) # 挤压变形
},
'frame_15': { # 离开地面
'location': (0, 0, 0.5),
'scale': (0.8, 0.8, 1.2) # 拉伸变形
},
'frame_24': { # 最高点
'location': (0, 0, 3),
'scale': (1, 1, 1)
}
}8.9.2 钟摆动画
目标：创建物理准确的钟摆运动
技术要点：
- 使用正弦函数驱动旋转
- 调整摆动幅度和周期
- 添加阻尼效果模拟真实物理
# 钟摆驱动器设置
pendulum_driver = {
'expression': 'sin(frame * 0.1) * 30', # 正弦摆动
'amplitude': 30, # 摆动幅度（度）
'frequency': 0.1, # 摆动频率
'damping': 0.98 # 阻尼系数
}8.9.3 齿轮传动动画
目标：创建相互关联的齿轮传动系统
关键技术：
- 驱动器建立齿轮比关系
- 精确计算转速比
- 同步多个齿轮运动
# 齿轮传动设置
gear_system = {
'main_gear': {
'teeth': 20,
'rotation_speed': 1.0 # 主齿轮转速
},
'secondary_gear': {
'teeth': 10,
'rotation_speed': 2.0, # 转速 = 20/10 = 2倍
'driver_expression': 'main_gear_rotation * (20/10)'
}
}8.10 动画优化与输出
8.10.1 动画性能优化
性能考虑
复杂动画会影响播放性能，需要适当优化。
# 性能优化策略
performance_optimization = {
'keyframe_reduction': '减少不必要的关键帧',
'simplify_curves': '简化动画曲线',
'use_proxy_objects': '使用代理对象预览',
'disable_modifiers': '预览时禁用修改器',
'reduce_subdivision': '降低细分级别',
'viewport_shading': '使用简单着色模式'
}8.10.2 动画缓存
# 点缓存设置
point_cache_settings = {
'frame_start': 1,
'frame_end': 250,
'step': 1,
'use_disk_cache': True,
'use_library_path': False,
'filepath': '//cache/'
}8.10.3 动画导出
# FBX动画导出设置
fbx_animation_export = {
'use_selection': False, # 导出全部
'use_active_collection': False, # 使用活动集合
'global_scale': 1.0, # 全局缩放
'apply_unit_scale': True, # 应用单位缩放
'bake_space_transform': False, # 烘焙空间变换
'object_types': {'ARMATURE', 'MESH'}, # 对象类型
'use_mesh_modifiers': True, # 使用网格修改器
'bake_anim': True, # 烘焙动画
'bake_anim_use_all_bones': True, # 烘焙所有骨骼
'bake_anim_use_nla_strips': True, # 烘焙NLA条带
'bake_anim_step': 1.0, # 烘焙步长
'bake_anim_simplify_factor': 1.0 # 简化因子
}8.11 快捷键总结
8.11.1 动画播放控制
| 快捷键 | 功能 | 备注 |
|---|---|---|
空格键 | 播放/暂停 | 最常用 |
← → | 上/下一帧 | 精确浏览 |
Shift + ← → | 跳转关键帧 | 快速导航 |
Home | 回到第1帧 | 重置播放 |
End | 跳到最后一帧 | 结束位置 |
8.11.2 关键帧操作
| 快捷键 | 功能 | 使用频率 |
|---|---|---|
I | 插入关键帧 | 极高 |
Shift + I | 删除关键帧 | 高 |
Alt + I | 清除关键帧 | 中 |
Ctrl + D | 复制关键帧 | 中 |
T | 设置插值类型 | 高 |
8.11.3 图表编辑器
| 快捷键 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|
G | 移动控制点 | 调整时间/数值 |
S | 缩放控制点 | 调整斜率 |
R | 旋转控制点 | 调整角度 |
H | 设置控制点类型 | 自动/矢量/对齐 |
V | 设置控制点类型 | 快速设置 |
本章小结
本章系统学习了3D动画制作的基础知识：
- 动画原理：掌握了传统动画的基本原则和3D动画的特点
- 关键帧系统：学会了创建、编辑和管理关键帧
- 动画曲线：掌握了使用图表编辑器精确控制动画
- 高级技术：了解了路径动画、形状关键帧、驱动器等
- 约束系统：学会了使用约束自动化复杂动画关系
- 实战项目：通过实际案例提升了动画制作能力
动画制作是一个需要大量实践的技能领域，建议多观察现实世界中的运动规律，并尝试用动画表现出来。在下一章中，我们将学习角色绑定与骨骼系统，为角色动画做准备。
继续精进
动画的精髓在于表达情感和故事，技术只是手段。多研究优秀动画作品的动作设计，理解动画背后的情感表达。