程序动画

程序动画通过算法从规则、行为或噪声生成运动，而不是通过明确的关键帧或捕获的数据生成，从而能够扩展到大量元素和涌现行为。

Definition

程序动画是通过执行算法或行为规则来合成运动，这些算法或规则计算动画元素随时间变化的状态。

Scope

本主题涵盖了用于模糊现象（如火焰和烟雾）的粒子系统、用于群集和人群的行为模型、基于噪声的运动，以及规则和语法驱动的合成，同时探讨了自动生成与直接控制之间的权衡。

Core questions

• 如何高效地生成数千个元素的运动？
• 简单的局部规则如何产生令人信服的群体行为？
• 如何自动添加看起来自然的变异？
• 如何将程序运动导向艺术目标？

Key concepts

• 粒子系统
• 群集和转向行为
• 人群模拟
• 噪声函数
• 基于规则的合成
• 涌现行为

Key theories

粒子系统

大量简单的粒子，每个粒子都由随机规则生成、移动和消亡，共同模拟火焰、烟雾和水花等模糊现象，这些现象作为实体几何体进行动画制作是不切实际的。

行为群集

当每个智能体遵循简单的局部规则（分离、对齐和凝聚）时，就会出现逼真的鸟群、兽群和人群，从而产生协调的群体运动，而无需集中编排。

Clinical relevance

程序动画可以产生火焰、烟雾和爆炸等视觉效果，为电影和游戏填充人群和生物，并支撑交互式媒体中的实时效果，在这些媒体中，手动制作每个元素是不可行的。

History

Reeves于1983年引入粒子系统，用于早期计算机动画电影中的模糊效果；Reynolds于1987年提出的boids模型展示了涌现的群集行为，确立了行为和程序方法，这些方法至今仍是人群和特效动画的核心。

Key figures

• William Reeves
• Craig Reynolds

Seminal works

• reeves1983
• reynolds1987

Frequently asked questions

电影中的人群是如何如此逼真地移动的？

每个智能体都遵循简单的局部规则，例如避开邻居、与邻居方向一致以及与群体保持一致；协调、逼真的人群运动就是从这些规则中涌现出来的，而无需对每个个体进行动画制作。

粒子系统有什么用？

它通过模拟大量简单的粒子来模拟由许多微小、短暂元素组成的现象——例如火焰、烟雾、火花、雨水——这比将这些效果建模为实体表面要实用得多。