[摘要]动画力学原理是原动画基础课程中实践性很强的一门课，是动体运动和动画设计的理论基础，贯穿至整个动画的学习与创作中，决定着动画角色是否拥有生命力。文章通过对原动画基础教学实践中遴选出的经典案例分析，温故而知新，来研究动画力学原理的实践运用以及理论价值。这对实用型专业人才培养而言，有利于增加他们的创新能力和提升他们创作的艺术水准。
[关键词]动画力学原理 动体运动 动画设计
[中图分类号]J218.7 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2013）04-0095-02
动画力学原理是动画中动体在“动”（形变、运动、动作等）的过程中所受的包含有各种动画艺术元素的力学原理，不是单纯的物理学中的力学知识，而是具有动画艺术特性的原理。分析动画力学原理在原动画基础中的实践运用，是为了深入地了解动画力学原理知识，更是为了学习动画知识及制作高水准的动画作品。所以应逐一去分析研究构成动画原理知识的每一个板块，每一环节中与动画有关的力学知识。通过对动体运动和动画设计板块中动画力学原理的实践运用进行观察分析，提炼概括，使动画力学原理知识在原动画基础学习中进一步条理化和系统化。
一、动体运动中的动画力学原理分析
（一）力的传递与曲线运动
曲线运动的本质是力的传递过程，如果该物体是柔软材质，有很多关节点，则作用力通过这些关节点顺次传递。由于作用力从一端向另一端传递需要一个过程和一定的时间，从而造成了关节点彼此之间有时间上的延迟，最终表现出的运动特征则是具有柔软的曲线形运动。严定宪、林文肖在《动画技法》一书中说到，曲线运动能使动画片中的人物、动物的动作以及自然形态的运动产生柔和、圆滑、飘忽、优美的韵律感，有助于表现各种细长、舒缓、柔软及富有韧性和弹性物体的质感。常见的曲线形运动有弧形、波浪形和S型运动。例如，动物尾巴的甩动①，本质是尾巴根部受到自身肌肉的持续作用来回摆动，肌肉的作用力由尾巴的一个个关节点顺次传递至尾巴末端。表象则是尾巴根部的摆动带动与之相连接的中部摆动，末端又跟随着中部的摆动而摆动，瞬间，下一个摆动在根部出现继而又带动中部摆动，最后带动末端随动。尾巴细长而又柔软，作用力从根部到末端有时间的延迟，最终表现出来的是呈现S型轨迹运动的甩动动作。当然，在实践中要联系实际，同样的动体在受力不同时表现出的运动轨迹也是不同的，很多丰富细腻的动作效果要根据实际的需要来绘制。同时应注意动体受力时的主动与被动与随动的关系，动体的受力方向以及运动方向。
（二）弹性运动与惯性运动
物理学证明，动体在从运动到静止或静止到运动过程中，由于弹力和惯性等作用，便会产生拉伸、挤压、再拉伸等瞬间变形趋向。现实中这种变形趋向一般不易觉察，而动画则是将这些趋向性的动作强化。在绘制时，根据受力因素、自身属性、剧情或影片风格的需要，运用夸张变形的艺术手段，对于弹力小且“形变”不明显的动体及保持它原来状态——静止或运动的趋向，运用形体瞬间的拉伸、挤压、动势的夸大和时间的延长等技巧加以夸张，来体现该动体的弹性与惯性运动的特征。在动画中常常根据弹性与惯性的力学原理来加以夸张放大，把动体运动过程中内在的受力关系通过动体外在形体的变化表现出来。例如，弹跳的球在下落时进行拉伸，在触地时进行挤压，反弹起来时再次拉伸，这样的变形设计将会获得更强力度的弹跳效果。需要注意，动体的弹性、惯性、重量和力的作用也决定着其变形的程度，以及在运动过程中的形变只是瞬间产生，最终静止时要恢复原状且总的体积保持不变。
（三）速度与时间控制
哈罗德·威特克、约翰·哈拉斯在《动画的时间掌握》一说中说，动体运动或动作的时间控制就是确定运动或动作过程所需的动画张数和动体活动的动作幅度。动作幅度越小，动画张数越多，则动体的速度越慢；动作幅度越大，动画张数越少，则动体的速度越快。对动作幅度和动画张数进行不同设计和组合变化，可以创造出速度各异的动作节奏，或柔和或强烈或急骤，进而又体现出了动体所受力量大小的不同，能够产生富有感染力的动作效果。例如，荡秋千或钟摆的运动，受到重力的作用动体从一边的最高点向另一边的最高点运动过程：由高向低摆动时，动作幅度增大，动画张数减少，表现为加速运动；由低向高摆动时，动作幅度减小，动画张数增多，表现为减速运动，并不断地重复此运动过程。表现出动体的速度或快或慢，受力或强或弱，动作节奏或急或缓的效果。
二、动画设计中的动画力学原理分析
（一）预备动作与缓冲动作
预备动作位于主要动作之前，是对主要动作发生而做的准备，是对力量、能量的积蓄过程，以引导观众的注意，期待着主要动作的到来，“它预示了主要动作的运动方向、力量、大小和速度。”“缓冲动作应用于主要动作结束时，是主要动作的延伸，是物体惯性的体现②，”也是主要动作对力量、能量释放后的延续。预备动作是为了让动作本身获得更大的“起动力”，而缓冲动作能使得动作的结束过程更加自然流畅。预备与缓冲动作都能使动作表演更加生动自然。例如，动画片《骄傲的将军》中的食客吃惊动作设计就运用了预备动作之“欲缩先伸”的手法，先让食客受惊的身体探出幔帐，然后再快速闪入。③其中动画力学原理因素的体现是，身体“探出”是对动作中所需力量的积蓄过程，而后面的“闪入”则是对动作积蓄力量的释放，闪入后，幔帐的晃动则是主要动作发生带来的附加效果。特别强调，在系列动作中上一个动作的缓冲往往是下一个动作的预备，在一些复杂的动作中预备与缓冲动作很难进行区分，甚至在一些动作中不会出现预备动作或缓冲动作。
（二）挤压动作与伸展动作
动画中任何材质的动体都具有可塑性，根据“弹跳的球”的动作原理，在角色的形体变化、肢体动作，甚至是角色的脸部表情等设计中进行挤压与伸展的运用。同时结合其他的动作设计原理共同创作出想要的动作效果，体现出动体内外受力的变化过程。挤压与伸展是力学原理知识在动画设计中的具体运用，不仅可以使动体的动作具有弹性、动体本身更具有的重量感和真实感，还可以把“生命”赋予无生命的物体使其成为有生命力的动画角色。挤压和伸展“给动画设计中对无生命物体运动时形体变化的描绘带来了重要的启发”④。例如，在动画片《阿拉丁》中的精灵、魔毯，《美女与野兽》中的座钟、茶壶、烛台等角色动作设计，它们都具有很强的可塑性，通过挤压、伸展、收缩、扩张、扭曲等变形手段表现不同的形态，阐释不同的情感，将动画变形的魅力诠释得淋漓尽致，使无生命动体间接拥有了“生命”。注意在挤压与伸展动作中尽量保持动体的体积不变。
（三）跟随动作、重叠动作与运动保持
如果动体有连带的部位，像是人的头发、领带和衣摆，动物的长尾巴、耳朵和鬃毛等，这些部位只是部分连接在动体上，需要跟随动体建立起的动作轨迹移动。如果动体突然开始运动，这些连带的部位会被主要动作拖曳着跟随主要动作的动作轨迹运动；如果动体的主要动作在结束时，这些连带的部位由于惯性作用会继续运动，直到惯性消失停止动作。此过程中，前者为跟随动作“是主要动作的结果并由主要动作产生”⑤；后者为运动保持是动体惯性的体现，以顺延动作的进行。如果动体连带的部位较多，又要使动作表现特别细腻，就可以使用《动画的时间掌握》一书中的方法：使其中某一些部位与其他部位的动作稍微错开（延后或提前一两格），而不是机械地一致，整个动作则会更加自然，此时动作中就会出现短暂的重叠现象，即为重叠动作，重叠动作的运用能够体现出动体的体积感和重量感。例如，长着长耳朵的狗入画的过程，⑥其身体先入画，而后静止不动。但是它的长耳朵和尾巴动作相比身体动作多少有一些独立性，会呈现出跟随、重叠及运动保持的状态而来回摆动，直到停止。跟随、重叠及运动保持能把“生命”有效地融入动作中，并能借助于动作过程把这种拥有“生命”的视觉感觉传达给观众。
（四）主要动作与次要动作
动画中的主要动作就是“讲述舞台上发生事件的动作，这是最重要的力，它产生运动，给动作赋予意义”。“凡是从主要动作派生出来的动作都是次要动作，是主要动作的结果，从属于主要动作，起补充完善主要动作的作用。”⑦主要动作起主导作用，次要动作受制于主要动作并伴随着主要动作运动而反应。例如，做点手动作时，必定会出现某种程度衣袖运动的变形和延迟。正常情况下，当手臂向前时，衣袖由于惯性会出现动作延迟，然后当手臂停止摆动时，衣袖不仅会跟随向前，而且极有可能继续向前运动超过手臂的停止位置，最后再回到手臂的位置停下来。在这里手臂的动作是主要动作，是主动的部位；而衣袖的跟随、重叠等则是主要动作派生出来的次要动作，是被动的部位。动画设计中常见的容易产生次要动作的物体因素，比如衣服、头发等，能在主要动作运动中以不同时间速度进行运动，它们都可以给动作增加真实感。无论主要还是次要动作都是为了更好地刻画动体的运动，都是动画设计重要的组成部分，使得动体的动作变得更有吸引力。
沃尔特·斯坦切菲尔德曾说“绘画是以图画的方式描绘运动，并使当地使用力量影响所描绘的特定的动作方式”。作为展示动体“动”的过程的动画，需要更加深入的研究促使动体运动内在与外在的受力过程，才能描绘出动画独特的艺术魅力。搞好动画力学原理的运用研究，不仅关系到学生对动画基础知识的学习掌握，也关系到学生对动画创意、创作等实践课程的深入学习，特别是系统的认识动画力学原理知识对学生的动画创作思维模式、学习方法等都有不可估量的影响。正是基于动画力学原理的这一特殊地位，强化动画力学原理运用的系统性研究，将进一步扩大这个重要知识的应用范围，从而使得能够创作出更高水准的艺术作品。
注释：
①“动物尾巴的甩动”分解动作见：严定宪，林文肖.动画技法[M].北京：中国电影出版社，2001：32。下文中的“弹跳的球”分解动作见第123页，“荡秋千或钟摆的运动”分解动作见第126页。
②“它预示了主要动作的运动方向、力量、大小和速度。”“缓冲动作应用于主要动作结束时，是主要动作的延伸。”“缓冲动作是物体惯性的体现。”李杰.原画设计[M].北京：中国青年出版社，2009：23、26、27页。
③分解动作见：严定宪等.中国动画范例-1[M].北京：中国工业出版社，2004：19页。
④“给动画设计中对无生命物体运动时形体变化的描绘带来了重要的启发”（美）弗兰克·托马斯，奥利·约翰斯顿.生命的幻想[M].北京：中国青年出版社，2011：49页。
⑤“跟随动作是主要动作的结果并由主要动作产生。”（英）理查德·威廉姆斯.原动画基础教程[M].北京：中国青年出版社，2006：265页。
⑥分解动作见：（英）哈罗德·威特克，约翰·哈拉斯.动画的时间掌握[M].北京：中国电影出版社，2005：52-54页。
⑦“讲述舞台上发生事件的动作，这是最重要的动作，它产生运动，给动作赋予意义”“凡是从主要动作派生出来的动作都是次要动作，是主要动作的结果，从属于主要动作，起补充完善主要动作的作用。”（西班牙）塞尔西·卡马拉.动画设计基础教学[M].南宁：广西美术出版社，2007：131-134页。
【参考文献】
[1]严定宪，林文肖.动画技法[M].北京：中国电影出版社，2001：29-126.
[2]严定宪等.中国动画范例-1[M].北京：中国工业出版社，2004：19-20.
[3]（英）哈罗德·威特克，约翰·哈拉斯.动画的时间掌握[M].北京：中国电影出版社，2005：18-55.
[4]（英）理查德·威廉姆斯.原动画基础教程[M].北京：中国青年出版社，2006：265-281.
[5]（西班牙）塞尔西·卡马拉.动画设计基础教学[M].北京：广西美术出版社，2007：131-134.
[6]李杰.原画设计[M].北京：中国青年出版社，2009：23-27.
[7]（美）弗兰克·托马斯，奥利·约翰斯顿.生命的幻想[M].北京：中国青年出版社，2011：46-50.
[8]（加拿大）南希·贝曼.动画表演规律[M].北京：中国青年出版社，2011：12-23.
[9]（美）托尼·怀特.从铅笔到像素[M].北京：人民邮电出版社，2012：113-130.
[10]（美）沃尔特·斯坦尼菲尔德.迪斯尼动画黄金圣典[M].北京：人民邮电出版社，2012：10-32.