基于CACAni的二维动画制作软件（Computer Assisted Cel Animation)CACAni是一款用于二维动画制作的软件，能够自动生成矢量化的中间帧。众所周知，中间帧制作是2D动画生产流程中最耗时费力的环节之一。

简介

在目前的二维动画制作软件市场上，还没有任何一款软件能在提供关键帧的情况下自动生成中间帧。市场上主流的软件品牌，如Toonz、Toonboom和Retas，虽然有提供一些跟自动生成中间帧相关的功能，但只适用于如圆、四方形等最基本的形状，使用起来也还有诸多限制和约束。

尤其当一个镜头中出现多个人物形象时，现在的制作软件根本无法为之自动生成中间帧。

CACAni最大的优势就在于提供了根据实际制作需要专门设计的各种工具，能为各种复杂的镜头自动生成矢量化的中间帧。

CACAni还可应用于自动着色的制作环节，相对于其他软件工具能进一步提高动画制作的效率。

CACAni是一款为二维动画制作单位和个人量身定做的独立动画软件，能极大地提高制作效率，并保证制作质量。CACAni强大而具适用性的功能，使之成为领先的二维动画制作软件。

2. CACAni介绍

CACAni是我们为专业二维动画制作开发的一个应用软件，其技术核心是基于饼状及和球状B样条曲线技术Disk and Ball B-Spline curve (DBBS)。任意给出两个或两个以上的关键帧，CACAni能自动生成中间帧。这些中间帧采用矢量表达，没有数量和精度上的限制，也就是说要生成多少个中间帧都可以，中间帧的精度要多高都可以，而且不产生额外的费用。因此它对任何类型的动画制作，如TV、OVA等等，都非常适合。CACAni能有效地提高动画制作的效率，并提高动画制作的质量。

2.1 背景技术简介: DBBS

CACAni以DBBS、一种先进的二维和三维立体绘画表现形式为主要技术基础。DBBS是通过定义一系列的控制点、控制点所在的控制半径、以及和这些点相联系的B样条曲线来表现2D和3D绘画的。控制点和对应的控制半径可以定义相应的饼形或球形。整条饼形B样条曲线由分段的中心点和相应的半径来定义。套用B样条曲线的造型功能，我们可以定义饼形和球形B样条曲线的属性和算法，并将之应用于2D动画制作的中间帧自动生成技术中。

2.2 DBBS的优势

目前三角网格和NURBS曲面是两个主要的曲面造型模型。相比而言，DBBS方法具有以下优势：

(i) DBBS有精确的数学定义，能够对一个模型的属性进行准确的计算和求解，如导数、法线、弧度、矢量域、标量域等等，而三角网格只能获得近似值。

(ii) DBBS不仅能表示一个区域内的所有点，还可以表示这个区域内的中心线。这使得利用DBBS能方便灵活地对自由曲面的模型进行处理、变形和变体。如图1所示边界和变化的偏移量都能很清楚地表示出来，这些对于三角网格和NURBS造型技术来说是非常困难和不精确的。

(iii) DBBS是一种连贯的模型，在传输和显示任何图形的时候，没有精度的限制，比如应用在随选和渐进传输的情况。虽然NURBS也具有这个特性，但NURBS不能提供中心线或中心面。

(iv) DBBS建模使用的数据更少。这意味着在存储和传输时效率更高。虽然三角网格方法派生有各种几何压缩算法来解决存储和传输效率问题，但一直以来在上述随选和渐进传输的情形下还是存在着局限性，往往不能达到传输要求。

3. CACAni 的特点

基于以上的DBBS技术，我们开发出了CACAni，一个为专业的二维动画制作服务的应用软件。 CACAni的用户界面如图3所示：

CACAni在Windows操作系统下运行，基于.NET语言开发使用，具有如下的重要特点：

3.1 创建关键帧

(a) 基本绘图和描摹

CACAni支持两种类型的输入方法：绘画和描摹。使用画笔工具，使用者可以通过鼠标或手写板自由地绘画，DBBS能即时将作品自动矢量化。使用描摹工具，即使没有受过专业绘画训练的使用者也能用鼠标创作出优美的作品。所画的作品根据用户的要求可以选择是否经过反走样处理（anti-aliasing）渲染。CACAni会检测用户在绘画或描摹时对手写板的压力，用以模拟在纸上作画的感觉。使用者的笔触力度不同，线条的粗细和稠密度也会随之变化。

作品矢量化时，可以表现不同的绘画形式。例如，选sharp in / sharp out功能就能模拟类似铅笔画的风格，

(b) 自动吸附

自动吸附功能指的是使用者在描摹时，CACAni能自动搜索背景图像上或者已画的线条上的一些点，给使用者提示相应的位置以便于比较容易地描摹或连接笔画，避免误差，能极大地提高描摹的效率。

3.2 自动生成中间帧

(a) 自动生成中间帧

使用CACAni，动画制作者使用者只需要画出关键帧，所有的中间帧都会自动生成。给出矢量化的关键帧，中间祯在数秒内就能被计算生成，并且完全自动化。它极大地减少制作时间和费用，提高动画制作者的创造力和效率。最终产品的质量也得以提高。传统的二维动画制作由于预算等原因，中间帧的数量不得不被限制。CACAni 则能从根本上去除这种限制。只要提供关键帧，可以自动生成任意数量的中间帧，并且中间帧的数量还可以随时根据制作者要求的效果进行即时调整。

(b) 特殊中间帧的生成

CACAni提供多种不同的中间帧生成方法。有些方法在日本动画生产中应用非常广泛。CACAni还在陆续增加更多的中间帧生成方法，逐步形成一个动作资源库。

DBBS模型可以应用非线性插值来灵活地控制每一个笔划的形状和位置。为了生动表现不同动作的特征，可以通过改变插值的参数来得到不同的中间帧生成方法，以此生成不同效果的中间帧。

(c) 锁定

CACAni提供锁定功能用以避免输入的关键帧或生成的中间帧中的笔划间产生空隙.当两个笔划在某一帧中被锁定后,他们所对应的笔划将会在所有帧中被锁定.

在绘画/描摹或填补空隙时，在一个或多个图层上的两个或更多的笔划可以被锁定。CACAni记录下每帧的锁定，然后能自动检测出其他帧中相对应的笔划并且将其锁定。如果一个关键帧中的笔划被锁定了，那么其他关键帧和生成的中间帧中对应的笔画也将自动被锁定。

3.3 自动着色

(a) 基本着色

类似于其他图像处理软件，使用者能很简单的为任意帧着色。使用者只需从调色板中选取一种颜色，用鼠标点击要着色的区域即可。改变任意区域的已着色的方法也很简单，使用者只需选择相应的区域，然后在调色板上选择用于替换的颜色。

(b) 自动着色

使用CACAni，使用者为关键帧着色之后，能将着色信息传递给其前后的各帧，或者特定选取范围内的所有帧，从而大大减少制作时间和成本。已着色的动画帧中的色彩能自动被相邻帧的对应区域所继承，而且使用者可以实时查看着色效果。为了增加着色准确性，使用者可以为两帧(通常是一个序列中的起始帧和终止帧)着色，他们之中的帧将根据这两帧的色彩信息被自动着色。

3.4 分层

(a) 分层

一个动画人物的不同部分可以画在不同的图层上面。有了图层，三维信息例如不同部分之间的遮挡关系等就可以表现出来，另外，图层也可以帮助模拟三维运动例如头部旋转等。

(b) 动画合并

利用CACAni的动画合并功能，合并后的动画帧能表现不同部位的遮挡关系。CACAni支持任意大小，精度以及多种输出格式(*.jpg, *.png, *.bmp, *.gif, *.tif, *.tga)，满足不同的制作需求。

合并后的动画帧保留了动画人物不同部份的三维信息。 由于可以输出各种大小精度与文件格式，合并后的动画帧可以输入任意图象处理软件进行进一步的数码图像处理。

3.5 其他特性

(a) “洋葱皮”功能

使用者可以开启或关闭“洋葱皮”。这个功能可以将当前帧及其前面（或后面）数个连续帧都显示出来，用于检查动画效果。这个功能能帮助使用者灵活控制动画效果和提高工作效率。

(b) 背景载入, 定位和切换

CACAni可以为任意帧载入背景图像（通常是扫描的关键帧线条画），或者为一个帧序列自动载入一个背景图象序列。CACAni能根据图像的命名规则检测到一个背景图像序列(例如*1.png,*2.png … 或*a.gif,*b.gif …)，然后自动生成新动画帧并为他们载入这些背景图象。

扫描的背景图像一般不会象使用定位尺那样排列整齐。CACAni提供了数字定位尺帮助用户把每帧的背景图像排列整齐。如图13所指出，数码定位孔能被放大/缩小，背景图像可以被移动来对齐图像上的定位孔和数码定位孔。CACAni也即将推出旋转对齐和自动对齐功能。

在CACAni中，一个动画帧可以拥有数个背景图像。在为某帧或一个帧序列载入背景图像后，不同背景间的切换可以用键盘控制。使用者因此可以在关键帧线条画作和动画导演的修正图之间自由切换，来检查他们的绘图或描摹。

4. 优势小结

CACAni所提出的创新性的绘画表达模型，DBBS，用极小的数据，能准确模拟绘画风格和方式，比其他矢量系统更有表现力。

CACAni为跨网络合作和进一步图像处理提供了一个效率更高的动画帧存储和传输方法。

CACAni所支持的编辑、缩放和着色处理流程，丝毫不会降低图像质量，因此使用其制作的动画很适合在高清电视上播放。

动画业界对于对生成的线条和动作的有着严格的要求，因此自动生成中间帧到目前为止还没有很成功解决。 CACAni能做到这一点，因为CACAni可以生成平滑的和风格各异的线条。同时CACAni通过使用非线性插值可以提供不同的自动生成中间帧的方法，能够很好地表现各种运动的特征，使得动画效果更加生动，更有表现力。

动画形象的一部分三维信息可以通过CACAni的分层功能来表现。三维运动，比如一个动画人物的头部旋转，也很容易通过CACAni来表现出来。而对于目前现有的其他二维动画软件来说这是相当困难的。

以前动画制作人员需要花费数小时才能全手工完成中间帧的绘画和着色工作。现在CACAni可以接手这些沉闷费时的工作，自动生成中间帧、自动着色，完成相同的工作只需区区数秒。

动画制作人员将因此从中间帧、着色等环节解放出来，从而有更多的精力投入别的更有创意的创作之中。