动画工作站图像抖动的原因及解决方法

动画工作站图像抖动的原因及解决方法 动画工作站图像抖动的原因 及解决方法 冉策高峰奚大文 【摘要】鉴于目前动画工作站图像抖动现像比较普遍,长期以来未得到很好的解 决,本文详细分析了造成这种现像的原因,并提出了一种新的解决方法. 近年来,三维动画技术发展迅速, 尤其是动画工作站技术.在动画工作站 上创作的三维动画作品,由于具有色彩 丰富,质感细腻,造型逼真,空间感强 等鲜明的特点,因而在电视和广告制作 中得到广泛的应用.中央电视台和各省 市级电视台每天播出的广告中约有70% 创造了良好 含有各种形式的三维动画, 的社会效益和经济效益. 但是,在众多的三维动画中,有相 当一部分存在图像拌动现象,当物体沿 水平方向运动时这种现象尤为突出,它 造成视觉闪烁,在很大程度上影响了三 维动画作品的可欣赏性.我们经过理论 这种现像是由于制作 分析和实验证实, 中处理不当而造成的.因此,本文将详 细分析三维动画抖动现象的原因,并在 此基础上提出一个新的解决方法. 一 ,抖动现象 首先,让我们来做一个测试,以检 查一下我们的动画工作站系统是否存在 图像抖动现象. 测试方法:在动画创作软件中画一 个边际清晰的方块,选择蓝色材质,给 该方块设一个简单的动画,让它从屏幕 的左边向右边做水平移动,时间长度为 40帧,然后着色生成.把生成后的动画 图像文件用输出设备输出,并循环播 放,仔细观察屏幕上移动小方块的左右 边沿,如果小方块的左右沿一直闪烁不 清,来回抖动,就证实你的动画系统存 在抖动问题,那么这个问题是由什么原 因引起的呢? 二,现象分析 1.电视解决图像抖动的原理 众所周知,电视画面不存在图像抖 动问题,那么电视技术是如何解决这一 问题的呢? 首先,要设置正确的帧频和场频. 为什么会有帧频和场频之分呢?因为电 视是根据人眼的视觉特性,利用光学原 理及无线电原理远距离传送图像的系 统.若只是单纯地以逐行扫描方式每秒 种传送25幅图像,人眼已能获得连续 感,但此时图像还有抖动现象存在.实 践证明,当把传送频率提高到50Hz就能 够消除图像抖动现象,却同时增加了带 宽,导致传输系统复杂,目前技术上难 以达到.为了既保证视觉连续性及消除 抖动,又能降低技术难度,电视上采用 了隔行扫描技术,从而达到降低带宽的 目的.所谓隔行扫描,就是把扫描行分 成奇数行和偶数行两组,即一帧图像分 两次扫描,对奇数行的扫描为奇次场, 对偶数行的扫描为偶次场,奇,偶两场 扫描光栅均匀镶嵌构成一帧完整的图 像,场频是帧频的两倍.因此,在我们 国家采用的PAL制中,规定帧频为 25Hz,场频为50Hz,使得视觉与技术上 都有所兼顾,但是却降低了图像的垂直 清晰度. 其次,要保证场的时序性.场有严 格的时序性,相邻两场(包括同一帧的奇 场和偶场)之间的速率是一样的.因此电 视信号在接收和传送时,是以场为单位 顺序进行的,即先是奇场,然后是偶场, 接着才是下一帧的奇场,偶场,如果图 像以一种不同于电视的场速率取样之后 在电视上显示,那么就会因为图像取样 的场速率与电视扫描的场速率不一致而 造成图像抖动.因为电视扫描图像的场 频已规定为50Hz,并且场与场之间有 1/5o秒时间间隔所以它要求图像也必 须每秒5O场,并且场与场之间间隔相同 的速率来取样.唯有如此,才能保证消 除图像抖动现象. 综上所述,我们知道电视是通过规 定场频以及场的时序性来解决活动图像 的抖动问题,而动画又是最终要转换成 电视信号来播放,由此可以想到,造成 三维动画图像抖动的原因也一定是动画 中场的设置不正确. 2.动画抖动的原因 动画创作软件,如ALIAS,TDI等, 有许多影响动画输出文件的参数,供操 作人员根据实际需要进行选择.这些参 数选择的是否恰当,将直接影响动画的 播出效果.例如,"Fields"就是其中 的一个选项,在此选项中可以选择"帧" 模式或"场"模式.根据前面的分析, 我们可推断:动画图像抖动与这个选项 有关. 选择"帧"模式着色(Render)动画 时,生成的图像清晰度高,因而在动画 界得到广泛应用.但是,这种模式仅适 合于生成静像及低速运动的场合,而不 适合于正常运动的场合,因为它不解决 图像抖动问题.动画生成的是活动的电 视画面,因此只有与电视扫描相吻合, 才能消除面面抖动现象.然而,在"帧" 模式下生成动画时,帧就是时间轴上的 最小单位,也就是说,同一帧的奇场和 偶场是动画过程中的同一刻,而不是均 匀地分布在动画过程中.显然,这种取 样速率与电视要求每秒50场的均匀扫描 速率是不一致的.因此动画在重放时, 显示中的运动物体就会不连续地改变速 率,造成图像抖动.这种"帧"模式是 动画刨作软件所特有的,但在电视技术 中是不允许的,因为它易导致活动画面 抖动. 为什么选择"场"模式来着色动画, 活动画面就不抖了呢?因为动画在 "场"模式下生成时,时间轴上的最小 单位是场,而不是帧.这就是说,同一 帧的奇场和偶场也不再是动画过程中的 同一刻,而是均匀分布在动画过程中. 因此动画的生成过程与电视的扫描在频 率上和时序上保持一致,结果图像就不 会出现抖动现象. 通过以上对比,我们清楚了造成动 画抖动的原因是动画创作软件中 "Fields"的选项选择的不正确.但是, "场"模式与动画输出又是密切相关 中.因此我们从这两个方面来讨论解决 动画抖动的方法. 三,一般解决方法 首先,由于动画生成的主要是活动 画面,因此为了消除活动画面的抖动现 象,必须选择"场"模式来着色动画. 其次,动画生成后必须通过动画输 出设备才能录制到磁带上.大家知道, 对于计算机视频设备而言,一帧标准的 PAL制电视画面共有720×576个像素. 但是在"场"模式下,不同的动画创作 软件生成的图像分辩率也有所不同:一 种是720×576,如TDI,它的动画文 件可以直接用预置的命令来输出;另一 种是720×288,如ALIAS,它的奇场 和偶场图像文件是分开的而对于这种 场文件,动画软件没有提供直接可用的 输出命令.长期以来,这种场文件输出 均未得到很好的解决,给用户带来了许 多不便. — _44— 最近,我们针对这一问题进行了理 论分析和反复实验,提出了一个新方 法,较好地解决了这种场文件的输出. 四,一个新的解决方法 本节以ALIAS为动画创作软件,以 ABEKAS的硬盘分量数字录像机A65为输 出设备,详细说明用户如在自己的工作 站建一个新程序,以解决分辩率为720 ×288场文件的输出问题. 1.首先要确保选用"场"模式来着 色动画. 2.然后根据下面的提示,在自己的 动画工作站上建立一个新的输出程序. (1)此程序主要包括三部分:动画文 件参数输入,图像转换,图像传送. 首先,在程序的开始要定义动画文 件名,起始帧号,结束帧号以及输出设 备的起始帧号等输入参数. 然后进行图像格式转换.ALIAS是 基于UNIX操作系统的动画软件,支持 ALIAS,SGI,TIFF,TIFF16图像格 式,缺省为ALIAS格式.而A65只支持 YUV图像格式,不支持ALIAS格式.因此, 要把ALIAS格式的动画图像文件输出到 A65中,就应先用HARRY命令进行图像格 式转换.便如把ALIAS的场转换为A65 的场格式,可以用如下命令格式: Harry—hf<ALIAS场文件名> <YUV场文件名> 接着把图像传送到A65.A65是硬 盘分量数字录像机,它以网络方式与工 作站主要相连,能够接收工作站上YUV 图像格式,并且能够实时重放.RCP是 UNIX操作系统的一条拷贝命令,它能把 工作站的动画图像文件拷贝到网上A65 指定的帧号上.便如把工作站上奇场图 像文件输出到A65第100帧的奇场上, 可以用如下的命令格式: RCP<YUV奇场文件名>a65:f100 把工作站上偶场图像文件输出到 A65第100帧的偶场上,可以用如下的命 令格式: RCP<YUV偶场文件名>a65:flO0+ (2)根据以上思路,我们用CSHELL语 言编写了下面的程序,程序名为FIELDS— A65.有关CSHELL的详细内容请参阅 《UNIx与CSHELL使用教程》一书. 程序清单及注释如下: #<指定用CSHELL来执行本程序> #J/bin/csh—f echo"P1easeenterALIASFile name:" #<输入ALIAS动画输出文件名> 一 45— SetNAM=$< echo"PleaseentertheSTART frame:" #<输出动画的起始帧号> SetSTR=$< echo''P1easeenterthdLAST frame:'' #<输出动画的结束帧号> SetLAS=$< echo"PleaseentertheA65START frame:'' #<输入A65起始帧号> SetA65一STR:$< #<判断是否传输完,未完则继续> While($(LAS)>=$(STR}) #<把ALIAS奇场图像转换为YUV格式> harry-hf$(NAM).$(STR)oyuv. $(STR)o #<把ALIAS偶场图像转换为YUv格式> harry—hf$(NAM).$(STR)eyuv. $(STR)e #把YUv奇场传送到A65指定帧号的奇场 rcpyuv.$(STR)oa65:f$(A65-STR) #把YUV奇场传送到A65指定帧号的偶场 rcpyuv.$(STR)ea65:f$(A65- STR) #<ALIAS动画图像帧号加1,准备输出 下一幅图像> @STR++ #<A65帧号也加1,准各接收下一幅图 像> @A65一STR++ end #<程序执行结束,退出> exit 把上述程序编辑无误后存到公用目 录下,并把文件属性设置为共享可执 行,即可使用.此程序已经在ALIAS动 画工作站上调试通过,运行效果良好. 3.建立好上述程序后,使用很方 便. 当需要输出分辩率为720x576的 动画图像文件时,只需在命令状态行下 输入程序名:FIELDS—A65,然后按照提 示执行即可. 综上所述,本文通过对动画抖动现 像进行详细分析,总结了动画抖动的原 因,提出了一个经过实践反复验证的, 新的解决办法,并且把这个办法稍加修 改就能适用于各种配置的动画工作站. 希望本文能为广大动画工作者提供一些 借鉴与帮助. — _46_一