动画基础系列讲座（三）运动=时间+空间——自然运动规律基础

北京工业大学艺术设计学院数字媒体系主任 副教授 李智

动画基础系列讲座（三）运动=时间+空间
——自然运动规律基础

北京工业大学艺术设计学院数字媒体系主任 副教授 李智

一、运动规律的基本概念

1.基本概念

运动在我们的日常生活中并不陌生，从自然环境中的：风雨雷电、烟火水流等到人类中间走、跑、跳等行为都遵循着自然运动规律。在我们身边无时无刻都在发生运动，但谁都不会在意运动是怎么发生的。在普通电影的运动情节拍摄中，演员只需按剧情要求表演就能轻松完成。而在动画片中的活动形象，不像普通影片那样，用胶片直接拍摄客观物体的运动，而是一张张地画出来，一格格地拍出来，然后连续放映，使之在银幕上活动起来的。这就需要动画师对客观物体运动规律进行观察、分析、概括，灵活运用动画片特有的表现手法（主要是夸张、变形以强调动作中的某些方面），因此，动画片表现物体的运动规律时要遵循两点：一要以客观物体的运动规律为基础。二要以动画语言表现规律为手段。动画片中的运动有其自己的特点，而不是对客观物体运动的简单模拟。

了解动画运动规律首先要弄清时间、空间、速度、节奏的概念和相互关系。

2.时间

这里说的时间是动画片中人或物体运动所需的时间，是运动对象完成某一个动作即从动作起点到止点所需要的时间长度。动画片以“格”为单位，每秒共24格（胶片是每尺16格）。动作速率越快，所需的时间就越短，动画画格数量就少；动作速率慢，所需时间长，那么动画画格数量就多。（图一）

图一 动画片的时间单位

建立时间概念是动画师设计、表现动作非常重要的基础。“秒表”是动画师掌握时间的重要工具。（图二）比如记录不同速度的走路，动画师自己一边表演一边记表，就能掌握不同速率走路所需的画格数量。在动画创作实践中，有经验的动画师会缩短动画运动时间，使其比实际运动时间稍短一些，比如人走一完整步为28格，动画片为24格，原因是动画是由一张张绘制的画面组成的，画面是线条平涂，比客观画面视觉信息少，如果动画片也为28格，就会感觉比实际走路速度要慢。因此建立时间概念、积累时间经验、体会时间感觉是动画师的基本功。

图二“秒表”是动画师掌握时间的重要工具。

3.空间

所谓“空间”是指人或物体的运动幅度，也就是运动起点与止点的相对空间距离。

空间决定了人或物体在画面中的移动位置。不同的运动会产生不同的空间幅度，如：跑步就比行走向前移动的空间幅度大，而跳跃与行走相比，不但向前移动的空间幅度大，同时向上移动的空间幅度也要大。所以动画师在创作之前要熟知不同运动的空间幅度特征，对不熟悉的动作就要亲自做一遍，了解空间幅度的大小。一般动画运动幅度要比客观实际运动幅度大一些，夸张一些，这也是动画创作独有的魅力。（图三）

图三时间、空间、速度三者间的关系

4.速度

所谓“速度”是由“时间”和“空间”两个重要条件决定的。以步行一步为例，两者移动空间幅度一样，但设置不同时间完成，就会产生不同的速度，而设置时间短，速度就快，设置时间长，速度就慢。这也就是说运动速度越快，所需的时间就越短，运动速度越慢，所需的时间就越长。在动画中用5格走一步就要比8格走一步速度快。

在动画中速度被分为三种类型，即：匀速、加速和减速。

“匀速”就是运动时间均匀分配。

“加速”是指运动时间分配为先长后短，逐渐加速，越来越快。

“减速”是指运动时间分配为先短后长，逐渐减速，越来越慢。（图四）

图四 小球下落是加速运动，反弹上升是减速运动。

5.节奏

节奏是动画艺术的灵魂。这里所说的“节奏”不是整个影片的节奏，是指运动节奏。一般情况下，动画运动节奏要比客观运动节奏快一些，节奏起伏夸张一些。

在现实生活中人或物体运动充满了节奏，认真分析客观运动节奏规律，就能生动表现出运动特征，否则动作就会机械呆板，僵化不真实。影响运动节奏的重要因素是速度的变化。速度变化分为慢速、快速、停止。如较柔和的节奏：停止—慢速—快速—慢速—停止。较强烈的节奏：快速—停止—快速。较突然的节奏：慢速—快速—突然停止。催眠的节奏：慢速—停—慢速—停……节奏的把握既要符合客观运动规律，又要有艺术夸张的节奏感觉和动作风格。

二、惯性运动

“任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其他物体的作用力迫使它改变这种状态为止。”

这就是牛顿第一定律。物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的，没有外力，它的运动状态是不会改变的。物体的这种性质称为惯性。所以牛顿第一定律也称为惯性定律。

我们乘火车或者汽车的时候，常常遇到这么一个情况，当急刹车时人体会不由自主地朝前倾，甚至有时造成事故。这是为什么呢？原来是由于物体具有惯性。物体具有保持原有运动状态的性质叫惯性。车辆行驶中，人和车具有相同的速度（处于运动状态），当急刹车时车的运动状态急剧改变，而人仍然要保持原有运动状态（即车的速度），所以造成刹车时人朝前倾的现象。（图五）

图五 惯性运动

惯性的大小用质量来表示，质量越大的物体，惯性越大。以同样速度行驶的空汽车和载重汽车，空车容易刹车，载重车难刹车，是因为载重车惯性大，运动状态难于改变。物体静止时同样有惯性，质量较小的足球我们容易踢出去，而质量大的篮球踢起来就很困难。这是由于质量大的篮球保持原有运动状态的能力强，不易改变。我们在日常生活中，要经常注意观察、研究、分析惯性在物体运动中的作用，掌握它的规律，将其作为我们设计动作的依据。

在动画片创作中经常要表现物体运动，惯性运动常常出现，使用频率非常高，几乎所有运动都有惯性现象。如果你认真分析动画中的惯性表现，会发现它不是对客观惯性运动的简单模仿，而是在遵循物理定律的基础上，最大限度地进行艺术夸张，其目的是营造运动的戏剧效果，创造视觉张力。同时也对烘托剧情有很大帮助，比如表现“快速”“沉重”“突然启动”“戛然而止”都采取惯性运动进行艺术夸张表现。

动画中的惯性运动往往都是由一系列前期动作所引发的结果，所以要对整个动作有合理的设计，必须掌握好动作的速度与节奏。速度越快，质量越大，惯性才越大，夸张变形的幅度也越大。而速度慢、质量轻、惯性就不宜夸张过大，否则会很奇怪，违反了观众的视觉经验，达不到预期效果。

三、弹性运动

物体在受到力的作用时，它的形态和体积会发生改变，这种改变，在物理学中称为“形变”。物体在发生形变时，会产生弹力，形变消失时，弹力也随之消失。物理学的研究已经表明：任何物体在受到任意小的力的作用时，都会发生形变，不发生形变的物体是不存在的，这种形变过程就是“弹性运动”。

在现实生活中弹性运动是无处不在的，比如所有球类运动中球的弹性运动，汽车轮胎越过沟壑所产生的弹性运动，又如人或动物的跳跃、奔跑，甚至行走，都属于弹性运动。那么弹性运动的形变是怎么发生的？我们通过皮球的运动过程加以分析。皮球从空中下落，在接触地面之前是不发生形变的。皮球从触地到反弹是由三个形变过程组成的：1.触地时皮球由圆形逐渐压扁成椭圆形。2.反弹时由椭圆形渐变成圆形。3.离地弹起时由圆形变成沿运动路径拉长的椭圆形。作用力与反作用力的存在导致了形变过程。当然不同材质、不同质量物体的形变差异很大，有些能观察到，有些必须借助仪器设备才能观察到。

在动画影片创作当中，如同表现惯性运动一样，我们在表现弹性运动时，也必须掌握好速度与节奏，同时要注意概括、提炼和夸张，根据艺术性和观赏性的需要把生活中各种物理现象夸大、强调，用较为形象的手法将这些现象表现出来。只有这样，才能使动作更加生动有趣，从而使动画片更具欣赏价值，否则就不能达到预期的效果。（图六）

图六 弹性运动

另外，既然物理学已经证明任何物体都会发生形变，那么在动画片中，就可以充分发挥其超越客观的特点，使动画变得有趣，使表现对象更有生命力。也就是说，对于形变不明显的物体，我们也可以根据剧情或影片风格的需要，运用夸张变形的手法，表现其弹性运动。

四、曲线运动

在动画中的曲线运动是指物体的运动路径沿着某种曲线运动。现实生活中物体的曲线运动非常多，比如投掷物体、钟摆运动、花样滑冰等很多运动都是或包含曲线运动。

动画中的曲线运动由三种类型组成，即弧形、波形、“S”形运动。（图七）

图七 弧形、波形、“S”形运动

1.弧形运动

弧形运动分两类，一类是自由抛线弧形运动，一类是轴心摆动弧形运动。

“自由抛线弧形运动”是指物体的运动路径呈抛物线。抛物线的弧度形状是由抛射物体的质量、速度、角度等条件决定的。例如：投篮球、投掷铁饼、投掷手榴弹等等。由于受到重力及空气阻力的作用，被迫不断改变其运动方向，它们不是沿一条直线，而是沿一条弧线（即抛物线）向前运动的。上述列举的三种运动由于物体质量、投射速度和角度的不同，呈现出的弧度和距离也大不相同，但抛物线的运动形式是一致的，即：加速—减速—加速。

“轴心摆动弧形运动”是指物体以轴心点为半径的摆动运动。当它受到力的作用时，其运动路线也是弧形的曲线。例如：人的四肢的一端是固定的，因此四肢摆动时，手和脚的运动路线呈弧形曲线而不是直线。

2.波形运动

物体运动路径呈现出震荡传导波形，这种运动叫“波形运动”。在物理学中，把振动的传播过程，称为波。其运动规律就是顺着力的方向，从固定一端渐渐推移到另一端，形成一浪接一浪的波形曲线运动。例如，海浪和麦浪、飘动的彩旗或风中的绸带等，在受到风力的作用时，就会呈现波形曲线运动。在表现波形曲线运动时，必须注意震荡传导的方向，一波接一波地顺序推进，呈现渐强或减弱的波形。同时还应注意速度的变化，使动作顺畅圆滑，造成有节奏的韵律感。波形的大小也应有所变化，才不致显得呆板。

3.S形运动

“S”形曲线运动包括两种类型：一是物体本身在运动中呈“S”形，如蛇的爬行。二是运动路径呈“S”形。最典型的“S”形曲线运动是动物尾巴（如松鼠、马、猫虎等）的甩动。当尾巴来回摆动时，正反两个“S”形就连接成一个“8”字形运动路线。

五、自然现象的运动

自然世界中充满了形形色色运动形式的自然现象，比如：风、雨、雪、雷电、火、爆炸、烟云、水等等，不同的自然现象有着自己的运动模式和规律。对自然现象运动规律的认识和研究，是动画创作中非常重要的一环。由于本文篇幅有限，不能全面展开，仅列举几种自然现象来说明其运动模式和规律。

风：风是日常生活中常见的一种自然现象。我们研究风的运动规律和表现风的方法，实际上就是研究被风吹动着的各种物体的运动规律和具体的表现方法。在动画中表现风有3种类型，即运动路径表现、曲线运动表现、流线运动表现。

例如：用曲线运动表现绸带的几种不同运动状态，就可以表现出风力强弱和风速疾缓的区别。

雨：雨滴下落速度非常快，肉眼只能看到一条条下落的线。雨从空中降落时，照理应是垂直的，由于风常常伴随着它，所以我们看到的雨点往往都是斜着落下来的。在动画中分远、中、近三层表现雨。远层雨，雨线细而短，间隔较密，速度慢。中层雨，雨线相对粗而长，间隔适中，速度适中。近层雨，雨线粗而长，间隔疏，速度快。将远、中、近三层合在一起，进行拍摄，就可表现出有远近层次的纵深感。

运动是大自然物质世界的基本存在形式，大到宏观的浩瀚宇宙，小到微观的细胞、原子、电子，自然万物无时无刻都在运动。不同的物质有不同的运动形式和运动规律，而这些运动规律正是我们对物质世界认知的重要特征。要认真观察你周围的运动，更重要的是要以动画师的专业眼光来分析这些运动的特征、规律，为日后的动画创作积累经验。