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设计阶段主要包括创意设计、策划、创作剧本、分镜头设计、角色设计、造型设计和场景设计等。创意设计、策划、剧本等不涉及视觉范畴，分镜头设计、角色设计、造型设计和场景设计等则需要有经验的动画设计人员甚至工业造型、环境艺术等专业人员的参与。设计阶段不涉及三维技术，是以手绘为基础的创意视觉化过程。
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建模是在计算机上创造三维形体的过程，建模是三维动画的基础，没有一个好的模型，其他好的效果都难以表现。三维建模的基本方法主要有：利用二维形体的技术、直接进行三维物体建模、造型组合等。
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利用二维形体进行建模的技术的主要思想是首先创建简单的二维形体，如样条线和形状等，然后对这些创建的二维形体进行挤压、旋转、放样等操作以创建三维造型。
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直接进行三维物体建模的常用方法有多边形建模、面片建模、NURBS建模等。
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造型组合是把已有的物体组合成新的物体，其中布尔运算是最重要的组合技术。
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建模完成之后，下面的工作就是要为模型添加表面或者皮肤，这个过程称为贴图。贴图的过程还包括添加颜色、图案、材质和纹理、发光度和透明度等属性。
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许多建模程序包含大量的预设纹理，这就极大地简化了贴图过程。可以从程序中选择塑料、木材、金属盒、玻璃灯等。自动应用预设纹理可以添加材质的特殊性质，如颜色、透明度和反光方式等。
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给物体打上灯光可以创作出恰如其分的氛围，让观众的注意力集中。设置恰当的灯光会增强对象的效果和突出主题。基本的灯光有三种：散射光、直射光和点光源。
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动画是指让各种造型能够动起来，常见的三维动画方式有：几何变换动画、角色动画、粒子系统动画、摄影机动画和变形动画。
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几何变换动画是通过对场景中的几何对象进行移动、旋转、缩放的几何变换操作，从而产生动画的效果，其特点是几何对象是其自身大小或其在场景中的相对位置发生变化，而本身形状并未改变。
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角色动画主要是指人体动画，也包括拟人化的动物、植物以及卡通角色。
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粒子系统动画是指系统中的粒子在任一时刻其形状、大小、颜色、透明度、运动方向和运动速度等属性随时间推移发生位置、形态的变化。粒子系统充分体现了不规则模糊物体的动态和随机性，能很好地模拟火、云、水、森林和原野等自然景观。
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摄影机动画也称镜头动画，是通过对摄影机的推、拉、摇、移使镜头画面改变，从而产生动画的效果，常用于制作建筑物漫游动画，要求摄影机在运行过程中平稳、节奏自然、镜头切换合理、重点内容突出。虽然摄影机动画是一种简洁的动画手段，但却是人们在现实生活中经常遇到的。
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变形动画是一种基于节点的动画技术，是通过物体节点序列的变换矩阵实现的。相对于几何变换动画缺乏生气的不足，变形动画通过赋予每个角色以个性，并通过形状变形渲染某些夸张的效果。
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通过渲染可以得到模型与动画的最终显示效果，是从观众的视点观察的场景效果。渲染主要分为预渲染和实时渲染两类，不管是预渲染还是实时渲染，其速度都非常慢。预渲染的计算强度很大，通常用于电影制作；实时渲染常用于三维视频游戏，通常依靠带有三维硬件加速器的图形卡完成这个过程。
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