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现代动画的起源可追溯至1824年彼得·罗杰为英国皇家学会写的一篇文章，题目为《论移动物体的视觉暂留》。这一理论提到眼睛看到一幅图画之后形成的视觉画面短时间内不会消失，这就意味着如果图像连续快速地从眼前闪过，那么人脑便会认为这是一幅连续的图画。如果这些图像之间略有区别且带有顺序性，那么这些图像就会变成一幅运动的图画。这一发现直接推动了电影、电视及动画的产生。
受视觉暂留理论的启发，人们发明了各种光学玩具和设备。1825年，英国物理学家约翰·阿尔顿·帕里斯发明了留影盘（Thaumatrope）：通过绳子转动一张盘，使得盘两面的图像在旋转中重叠到一起，也有人称之为幻盘。随后比利时的约瑟夫·普拉图和英国的威廉·荷纳分别于1831年和1834年发明了“幻透镜”（Phenakistoscope）和“魔鬼轮”（Daedalum），都是通过转盘或转筒来获得一系列的连贯动画效果。这些发明都是通过细槽来观看图像，保证人眼每次只能看到一张图，避免太多图像出现导致模糊化。荷纳将自己的发明命名为魔鬼轮，这个可怕的名字很可能是这一玩具销路不佳的重要原因。直到19世纪60年代，美国开发商威廉·F.林肯（William F. Lincoln）买下其专利并将其重新命名为“生命轮”（Zoetrope，也称“西洋镜”），这一玩具才在美国和英国热卖。1877年，法国人夏尔·埃米尔·雷诺发明了活动视镜（Praxinoscope），通过在观筒中间镶嵌镜子提高了图像的清晰度。雷诺随后将影戏机改造成为早期的放映机。这一发明起初在巴黎大受欢迎，直到1990年观众们都厌倦了他原始的手绘动画，纷纷投向卢米埃尔兄弟的实景电影。雷诺一气之下砸毁了自己的机器，并于数年后在贫苦中死去。
英国摄影师爱德沃德·迈布里奇拍摄的一系列精彩的人物与动物运动照片至今仍收录在各类工具书中，供动画师和艺术家们参考使用。他最出名的一幅作品始于一个小试验。1872年，前加州州长里兰德·斯坦福邀请迈布里奇对热议的“悬空载运”（Unsupported transit）理论进行证明，该理论认为马在飞奔的过程中，某一时间四蹄会全部悬空。这一理论与“任何时间至少有一只蹄必须着地”的传统观念相悖。1877年，迈布里奇通过拍摄斯坦福的赛马，拍摄到了一张四蹄腾空的照片。1878年，在斯坦福的鼓励下，他把24台相机沿赛马道排放，结合马的奔跑速度，正好1秒跑完24台相机，并在相机快门上安装了拉发线，当赛马跑过时便会触发快门。他还邀请媒体来共同见证这一试验。最终拍摄到了一连串清晰的照片，并且证明了在四只蹄子聚拢时，有极为短暂的腾空瞬间。迈布里奇的一生都致力于这类动态照片的拍摄。他用镜头捕捉赛马、飞鸟以及任何可以走动的动物。动物都拍完了之后，他又转向拍摄人物的各种动态图。1879年，他发明了早期的电影投影仪，将其命名为“动物实验镜”（Zoopraxiscope）。这是西洋镜的一个变种，用在公众场合放映运动图像。它将连续图像绘制在一块透明玻璃圆盘上，随着玻璃的旋转，将影像投射出去，这样影像便仿佛运动起来。1882年，他发明了一种固定底片的连续摄影机，这种动态摄影设备能以每秒12张的速度进行拍摄。迈布里奇的多位摄像技术如今被改造成所谓的“子弹时间”，并被广泛应用在《黑客帝国》等电影中。法国鬼才动画师兼导演米歇尔·冈瑞以使用该技术闻名。他早期拍摄的音乐录影带也用到了一套相连的摄像机设备，只不过这些摄像机是围绕拍摄对象以弧线排开，所有的摄像机是同时进行拍摄的，并没有时间间隔。当图像被快速播放时，我们看到的是和动画完全相反的效果，即摄像机仿佛在静止的时间里围绕拍摄对象旋转。
艾提安·朱尔斯·马莱（Etienne Jules Marey）是一名法国科学家，后来也成为一名动态摄影师。他在1873年撰写的《动物机理》（ La Machine Animale ）一书中提出“悬空载运”理论，即马在奔跑过程中四只蹄子会全部悬空。
夏尔·埃米尔·雷诺年轻时在摄影师门下当过学徒，这让他对视觉科学有一定的技术性了解。雷诺的母亲曾经师从画家皮埃尔·约瑟夫·雷杜德，雷诺也因此从小受到母亲的艺术熏陶。扎实的技术功底和艺术造诣往往是造就一个好的动画师的必要条件，雷诺恰好集二者于一身。1877年，雷诺在西洋镜的基础上设计了活动视镜（Praxinoscope）并申请了专利。该设计将若干镜片镶在西洋镜的转轮中央，转轮旋转时，以一定角度固定的镜子能把连续的图画反射出来，形成动态影像。人们从此不必再费劲从窥视孔里观看图像。雷诺把这项发明投入生产，当成儿童玩具销售，并获得巨大成功。在进一步对这个机械进行改造时，他的想法是能改造成一台投影装置，从而把动态影像投射到屏幕上。1888年，雷诺在一小批应邀前来的观众面前展示了他的活动视镜影戏机（Theatre Optique），并放映了一部名为《可口的啤酒》的原始电影。雷诺把图画手绘在打孔的胶带上，并通过两个转轮带动胶带旋转——这种工作原理被后来的电影放映机沿用至今。与此同时，另外一部投影仪播放静态的画面，为投射的动画充当背景。这个装置必须手动操作，其运作的复杂程度令许多潜在的买家望而却步。1892年，巴黎蜡像馆和雷诺签订合约，要求雷诺每天都在蜡像馆放映电影，定期制作新片，另外交出装置的专利权。1895年的巴黎，卢米埃尔兄弟开始他们早期的电影放映。这些电影的出现宣告了雷诺的影戏机的死刑。1900年，雷诺停止影片放映，情绪低落的他砸毁了自己的发明，把精心绘制的胶片全丢进了塞纳河。
活动电影放映机（Kinetoscope）这个概念最早于1888年由托马斯·爱迪生提出，后来由他的员工威廉·肯尼迪·迪克森在1889年至1892年之间进行开发研究。活动电影放映机并非投影装置，它是一个大箱子，观众必须通过一个窥孔观看里面的影像。箱中旋转的胶片从一束闪烁的强光前经过，使每张图片经过时都仿佛凝固了一般。1894年，爱迪生带着10台活动电影放映机在纽约举办了首次商演，但他却并不是最早放映电影的人。法国人让·艾米·勒罗伊于同年在纽约用它制作的“神奇放映机”放映了电影，时间上比爱迪生还要略早一点。和所有的电影先驱一样，爱迪生受到了其他早期发明的影响。1888年，爱德沃德·迈布里奇在新泽西奥兰治的爱迪生总部附近举办讲座时，爱迪生很可能就见过他的动物实验镜了。之后爱迪生约见迈布里奇，聪明的迈布里奇主动提出和爱迪生合作，建议把他的动物实验镜和爱迪生的留声机加以改造，开发能同时生成声音和图像的设备。那次会面并没有任何结果。但同年，爱迪生预提交了一份专利申请，声称自己将开发一种能同时提供视听体验的设备。之后他搁置了声音部分的研究，转而全身心地投入无声影像的开发。1889年为了参加巴黎世界博览会，爱迪生前往法国并在那里待了两个月。世博会上爱迪生看到了夏尔·埃米尔·雷诺的活动视镜和穿孔胶带，以及德国发明家奥托·安许茨的电动快速视镜，这个盘状的投影装置和迈布里奇的发明很像，但它靠的是短暂的闪光来“凝固”放映的图像。在法国期间，爱迪生还拜访了艾提安·朱尔斯·马莱，并参观了他的固定底片连续摄影机，这也是历史上第一架电影摄影机。这些发明中的许多元素都被爱迪生信手拈来，写进了他1891年申请的活动电影放映机专利中。爱迪生后来还把这些技术应用到了他发明的有声活动电影机里。爱迪生真正的功劳在于把这一系列发明（包括乔治·伊斯曼发明的底片）进行重组、完善、开发利用，直至它们变成极具商业价值的一个整体。正是爱迪生的发明带来了电影和电影产业的发展。
乔治·梅里爱（Georges Melies）曾是一名受欢迎的魔术师，经营着巴黎的罗伯乌丁剧院。1895年梅里爱观看完卢米埃尔兄弟在他的剧院附近放映活动电影后，便立刻办起了自己的电影秀场。卢米埃尔兄弟不愿意把设备卖给竞争对手，梅里爱只好自己订做器材，并在其他人的设计上对设备加以改进。经历摄影机故障卡壳的梅里爱偶然发现了静帧动画的基本拍摄原理，即在下一帧拍摄前先停掉摄影机，然后移动或者调换拍摄对象。他在自己许多的“魔术片”中都使用到这一手法，并从此引领科幻片、奇幻片、恐怖片等类型片的发展。1899年，梅里爱制作的7分钟电影《灰姑娘》已经使用了“多幕剧”的手法讲述完整的故事，这也是历史上第一部真正意义上的叙事电影。
静帧动画又叫定格动画或黏土动画。这种动画对模型的动作进行逐帧拍摄，属于历史最悠久，也是最简单的动画。这种动画在过去被广泛应用于怪物场景的拍摄，并与真人表演相结合。在蒂姆·伯顿和尼克·帕克等动画人和导演的努力下，静帧动画至今仍大受欢迎。
1895年很特别。在法国，卢米埃尔兄弟开始放映电影；在伦敦，罗伯特·W.保罗和搭档伯特·艾克斯完成了他们的35 mm电影摄影机；在柏林，斯科拉达诺斯基兄弟开始用他们自制的电影放映机放映电影。1888年，夏尔·埃米尔·雷诺用手绘胶带播放电影，但真正发现静帧动画原理的恐怕是美国人阿尔弗雷德·克拉克，此人是托马斯·爱迪生的员工，他在为爱迪生拍摄《苏格兰女王行刑实录》时，在行刑的一瞬间停掉了摄影机，然后把女演员换成了一个人偶，这大概是历史上第一个特效镜头。法国人乔治·梅里爱也偶然发现了“静帧特效”，并成为大规模使用这类特效的第一人；但史上第一段动画却是出自伯特·艾克斯的助手英国人亚瑟·墨尔本·库伯之手，他1899年拍摄的电影《火柴小人募捐》中首次出现了静帧动画角色。19世纪末动画史开始和电影史分道扬镳。
马丁·松顿：1912年的《玩偶国》（又称《玩偶的车祸》）是第一部彩色动画电影，该片结合了静帧动画与真人表演，使用了乔治·阿尔伯特·史密斯发明的彩色制片法（史密斯还和亚瑟·墨尔本·库伯一起发明了电影特写镜头）。尽管之前就有人通过各种方法在胶片上进行人工着色或染色制作彩色动画，但彩色制片法却是第一个被广泛使用的彩色片技术。这道工序很复杂：摄像机中的滤镜装置通过不同的彩色滤镜对交错的黑白胶片进行曝光，然后用一个特制的投影仪通过滤镜投射交错的胶片来反转这个过程。这种特制的投影仪被安装在英国和美国的影院，但由于价格昂贵，质量欠佳，这套设备很快就被淘汰。《玩偶国》也因此在1916年又被重置成黑白版。
约翰·兰道夫·布雷从报纸漫画家转行进入动画界。1913年，《艺术家之梦》中首度尝试用印刷背景代替手绘背景。他的一项专利提出将背景印刷在半透明的纸上，由此在当时的黑白胶片上制造出灰暗效果。正是这项专利首次提出了赛璐璐胶片——后来简称赛璐璐的概念。1915年，布雷又申请了一项专利，将印有背景图案的赛璐璐胶片和角色画层叠在一起。后来制作了众人眼中的第一部彩色动画《托马斯猫登场》。约翰·兰道夫·布雷是推动动画产业发展的重要人物。他不仅改进了温瑟·马凯等艺术家的技术，还探索出节省劳力、实现利润最大化的方法。为了提高效率，他首先提出在动画部门进行劳动分工。为了保证工作室的多产，他还在一战期间为美国政府拍摄宣传影片，这也是政府公益片的雏形。他还以子公司杰姆·汉迪影业的名义为汽车厂商拍摄企业宣传片。这样的商业活动巩固了全球动画产业，并使其在困难时期保持生机。一战之前，布雷拥有全美国最大的工作室，许多知名动画师和制作人都是从这里起步的。
图1-2-1 赛璐璐摄影台
赛璐璐动画（Celluloid Animation，又称2D动画或纸绘动画）是最常见的传统动画形式。赛璐璐动画的工序一般是动画师先在灯箱上作画，以便清楚地透视多张重叠画纸上的线条，然后根据前面一幅画的动作进行改动。这些画会被转到透明的赛璐璐胶片上进行手工上色，然后把画层叠在背景上逐帧进行拍摄。赛璐璐的出现使背景图可以重复使用，而不需要动画师一帧一帧重新绘制。
1915年，埃尔·霍德发明了赛璐璐技术，并把它发展成为全球动画标准制作工序，霍德在专利中这样描述：在画纸上绘制背景的同时，把动画角色描到赛璐璐片或不同的覆盖层上，以保证所有的静态画面都在独立的图层。
1914年，加拿大人拉奥·巴尔和同事比尔·诺兰一起在纽约布朗克斯建立了世界上第一家动画广告工作室。1914年，巴尔设计出了定位尺。定位装置在画稿的顶层和底层都打孔，然后通过固定在画板上的尺进行定位，保证拍摄时胶片的准确性。这样一来画稿便可以像手翻书那样前后翻看，方便动画师改善动作场景。
巴尔还发明了“切割”技术，即通过“切割”把静止的背景与活动的前景切分开来，使得在拍摄过程中角色画稿保持在连续动态图层上，而背景则始终保持静止。
诺兰开发称之为“背景摇拍”的技术，即通过摄影机一帧一帧地拍摄背景画，使画面看上去好像摄像机在一条很长的路上跟拍动画角色。
1915年，麦克斯·弗莱雪提出一个创意：制作一台可以通过捕捉人类动作制作动画的机器。他为这个称为“转描机”的东西申请了专利。转描机能把影片逐帧投影到透光台上，艺术家便可把人物的每个分解动作临摹出来。麦克斯的哥哥乔是个机械狂，在乔的帮助下，麦克斯完成了转描机的制作。麦克斯拍摄了“墨水小人”系列。观众可以看见弗莱雪的一只手在画画，与此同时小丑可可从墨水瓶中跳出来，开始和动画师以及周围的真实世界互动。
转描是一种特殊的动画工序，动画师通过把实拍片中的真人动作临摹下来，使动画动作看上去更加逼真、流畅。动作捕捉或者表演捕捉是转描技术的3D形式，它在表演者身上安装传感器，然后通过电脑记录下表演者的动作，再把这些捕捉到的动作应用到CG角色上。这种技术同样也能制造活灵活现的动作，还能把任何微妙的动作表演细节都迅速便捷地转换到CG角色身上。
拉迪斯洛夫·斯塔列维奇1882年生于莫斯科，父母均为波兰人。其作品对当代的定格动画师仍有深远影响。斯塔列维奇起初是一名敬业的昆虫学家，他之所以会拍摄第一部定格影片纯粹出于科学的目的。当年斯塔列维奇在为博物馆制作教学影片时遇到了麻烦，他发现自己根本无法拍摄鹿角甲虫的夜间搏斗，因为甲虫一照到光便会停止搏斗、僵直，然后进入睡眠状态。在观看过埃米尔·科尔的《活动火柴》（1908）之后斯塔列维奇决定利用昆虫标本拍摄定格动画来重现甲虫的搏斗。岂料这部《鹿角甲虫之战》（1910）不仅改变了他的人生轨迹，更改变了整个动画史。斯塔列维奇拍摄时毫无经验，但这部影片可算是定格动画中一部制作精良的里程碑式的作品。时隔数月，斯塔列维奇又拍摄了另一部动画《美丽的柳卡尼达》（1910），他在本片中不顾现实，对昆虫进行拟人化处理。之后的几年里，斯塔列维奇又拍摄了多部动画及真人影片，并开发出多种技术与特效，他也因此成为早期电影界的重要人物。
动画的出现和哪些科学技术的发展有着密切的联系？
你能否说出早期动画和现在的动画从制作上来说有哪些异同？