背景
在目前的二維動畫製作軟體市場上，還沒有任何一款軟體能在提供關鍵幀的情況下自動生成中間幀。市場上主流的軟體品牌，如Toonz、Toonboom和Retas，雖然有提供一些跟自動生成中間幀相關的功能，但只適用於如圓、四方形等最基本的形狀，使用起來也還有諸多限制和約束。
尤其當一個鏡頭中出現多個人物形象時，現在的製作軟體根本無法為之自動生成中間幀。
CACAni最大的優勢就在於提供了根據實際製作需要專門設計的各種工具，能為各種複雜的鏡頭自動生成矢量化的中間幀。
CACAni還可套用於自動著色的製作環節，相對於其他軟體工具能進一步提高動畫製作的效率。
CACAni是一款為二維動畫製作單位和個人量身定做的獨立動畫軟體，能極大地提高製作效率，並保證製作質量。CACAni強大而具適用性的功能，使之成為領先的二維動畫製作軟體。
2. CACAni
介紹
CACAni是我們為專業二維動畫製作開發的一個套用軟體，其技術核心是基於餅狀及和球狀B樣條曲線技術Disk and Ball B-Spline curve (DBBS)。任意給出兩個或兩個以上的關鍵幀，CACAni能自動生成中間幀。這些中間幀採用矢量表達，沒有數量和精度上的限制，也就是說要生成多少箇中間幀都可以，中間幀的精度要多高都可以，而且不產生額外的費用。因此它對任何類型的動畫製作，如TV、OVA等等，都非常適合。CACAni能有效地提高動畫製作的效率，並提高動畫製作的質量。
2.1 背景技術簡介: DBBS
CACAni以DBBS、一種先進的二維和三維立體繪畫表現形式為主要技術基礎。DBBS是通過定義一系列的控制點、控制點所在的控制半徑、以及和這些點相聯繫的B樣條曲線來表現2D和3D繪畫的。控制點和對應的控制半徑可以定義相應的餅形或球形。整條餅形B樣條曲線由分段的中心點和相應的半徑來定義。套用B樣條曲線的造型功能，我們可以定義餅形和球形B樣條曲線的屬性和算法，並將之套用於2D動畫製作的中間幀自動生成技術中。
2.2 DBBS的優勢
目前三角格線和NURBS曲面是兩個主要的曲面造型模型。相比而言，DBBS方法具有以下優勢：
(i) DBBS有精確的數學定義，能夠對一個模型的屬性進行準確的計算和求解，如導數、法線、弧度、矢量域、標量域等等，而三角格線只能獲得近似值。
(ii) DBBS不僅能表示一個區域內的所有點，還可以表示這個區域內的中心線。這使得利用DBBS能方便靈活地對自由曲面的模型進行處理、變形和變體。如圖1所示邊界和變化的偏移量都能很清楚地表示出來，這些對於三角格線和NURBS造型技術來說是非常困難和不精確的。
(iii) DBBS是一種連貫的模型，在傳輸和顯示任何圖形的時候，沒有精度的限制，比如套用在隨選和漸進傳輸的情況。雖然NURBS也具有這個特性，但NURBS不能提供中心線或中心面。
(iv) DBBS建模使用的數據更少。這意味著在存儲和傳輸時效率更高。雖然三角格線方法派生有各種幾何壓縮算法來解決存儲和傳輸效率問題，但一直以來在上述隨選和漸進傳輸的情形下還是存在著局限性，往往不能達到傳輸要求。
3. CACAni 的特點
基於以上的DBBS技術，我們開發出了CACAni，一個為專業的二維動畫製作服務的套用軟體。 CACAni的用戶界面如圖3所示：
CACAni在Windows作業系統下運行，基於.NET語言開發使用，具有如下的重要特點：
3.1 創建關鍵幀
(a) 基本繪圖和描摹
CACAni支持兩種類型的輸入方法：繪畫和描摹。使用畫筆工具，使用者可以通過滑鼠或手寫板自由地繪畫，DBBS能即時將作品自動矢量化。使用描摹工具，即使沒有受過專業繪畫訓練的使用者也能用滑鼠創作出優美的作品。所畫的作品根據用戶的要求可以選擇是否經過反走樣處理（anti-aliasing）渲染。CACAni會檢測用戶在繪畫或描摹時對手寫板的壓力，用以模擬在紙上作畫的感覺。使用者的筆觸力度不同，線條的粗細和稠密度也會隨之變化。
作品矢量化時，可以表現不同的繪畫形式。例如，選sharp in / sharp out功能就能模擬類似鉛筆畫的風格，
(b) 自動吸附
自動吸附功能指的是使用者在描摹時，CACAni能自動搜尋背景圖像上或者已畫的線條上的一些點，給使用者提示相應的位置以便於比較容易地描摹或連線筆畫，避免誤差，能極大地提高描摹的效率。
3.2 自動生成中間幀
(a) 自動生成中間幀
使用CACAni，動畫製作者使用者只需要畫出關鍵幀，所有的中間幀都會自動生成。給出矢量化的關鍵幀，中間禎在數秒內就能被計算生成，並且完全自動化。它極大地減少製作時間和費用，提高動畫製作者的創造力和效率。最終產品的質量也得以提高。傳統的二維動畫製作由於預算等原因，中間幀的數量不得不被限制。CACAni 則能從根本上去除這種限制。只要提供關鍵幀，可以自動生成任意數量的中間幀，並且中間幀的數量還可以隨時根據製作者要求的效果進行即時調整。
(b) 特殊中間幀的生成
CACAni提供多種不同的中間幀生成方法。有些方法在日本動畫生產中套用非常廣泛。CACAni還在陸續增加更多的中間幀生成方法，逐步形成一個動作資源庫。
DBBS模型可以套用非線性插值來靈活地控制每一個筆劃的形狀和位置。為了生動表現不同動作的特徵，可以通過改變插值的參數來得到不同的中間幀生成方法，以此生成不同效果的中間幀。
(c) 鎖定
CACAni提供鎖定功能用以避免輸入的關鍵幀或生成的中間幀中的筆劃間產生空隙.當兩個筆劃在某一幀中被鎖定後,他們所對應的筆劃將會在所有幀中被鎖定.
在繪畫/描摹或填補空隙時，在一個或多個圖層上的兩個或更多的筆劃可以被鎖定。CACAni記錄下每幀的鎖定，然後能自動檢測出其他幀中相對應的筆劃並且將其鎖定。如果一個關鍵幀中的筆劃被鎖定了，那么其他關鍵幀和生成的中間幀中對應的筆畫也將自動被鎖定。
3.3 自動著色
(a) 基本著色
類似於其他圖像處理軟體，使用者能很簡單的為任意幀著色。使用者只需從調色板中選取一種顏色，用滑鼠點擊要著色的區域即可。改變任意區域的已著色的方法也很簡單，使用者只需選擇相應的區域，然後在調色板上選擇用於替換的顏色。
(b) 自動著色
使用CACAni，使用者為關鍵幀著色之後，能將著色信息傳遞給其前後的各幀，或者特定選取範圍內的所有幀，從而大大減少製作時間和成本。已著色的動畫幀中的色彩能自動被相鄰幀的對應區域所繼承，而且使用者可以實時查看著色效果。為了增加著色準確性，使用者可以為兩幀(通常是一個序列中的起始幀和終止幀)著色，他們之中的幀將根據這兩幀的色彩信息被自動著色。
3.4 分層
(a) 分層
一個動畫人物的不同部分可以畫在不同的圖層上面。有了圖層，三維信息例如不同部分之間的遮擋關係等就可以表現出來，另外，圖層也可以幫助模擬三維運動例如頭部旋轉等。
(b) 動畫合併
利用CACAni的動畫合併功能，合併後的動畫幀能表現不同部位的遮擋關係。CACAni支持任意大小，精度以及多種輸出格式(*.jpg, *.png, *.bmp, *.gif, *.tif, *.tga)，滿足不同的製作需求。
合併後的動畫幀保留了動畫人物不同部份的三維信息。 由於可以輸出各種大小精度與檔案格式，合併後的動畫幀可以輸入任意圖象處理軟體進行進一步的數碼圖像處理。
3.5 其他特性
(a) “洋蔥皮”功能
使用者可以開啟或關閉“洋蔥皮”。這個功能可以將當前幀及其前面（或後面）數個連續幀都顯示出來，用於檢查動畫效果。這個功能能幫助使用者靈活控制動畫效果和提高工作效率。
(b) 背景載入, 定位和切換
CACAni可以為任意幀載入背景圖像（通常是掃描的關鍵幀線條畫），或者為一個幀序列自動載入一個背景圖象序列。CACAni能根據圖像的命名規則檢測到一個背景圖像序列(例如*1.png,*2.png … 或*a.gif,*b.gif …)，然後自動生成新動畫幀並為他們載入這些背景圖象。
掃描的背景圖像一般不會象使用定位尺那樣排列整齊。CACAni提供了數字定位尺幫助用戶把每幀的背景圖像排列整齊。如圖13所指出，數碼定位孔能被放大/縮小，背景圖像可以被移動來對齊圖像上的定位孔和數碼定位孔。CACAni也即將推出旋轉對齊和自動對齊功能。
在CACAni中，一個動畫幀可以擁有數個背景圖像。在為某幀或一個幀序列載入背景圖像後，不同背景間的切換可以用鍵盤控制。使用者因此可以在關鍵幀線條畫作和動畫導演的修正圖之間自由切換，來檢查他們的繪圖或描摹。
4. 優勢小結
CACAni所提出的創新性的繪畫表達模型，DBBS，用極小的數據，能準確模擬繪畫風格和方式，比其他矢量系統更有表現力。
CACAni為跨網路合作和進一步圖像處理提供了一個效率更高的動畫幀存儲和傳輸方法。
CACAni所支持的編輯、縮放和著色處理流程，絲毫不會降低圖像質量，因此使用其製作的動畫很適合在高畫質電視上播放。
動畫業界對於對生成的線條和動作的有著嚴格的要求，因此自動生成中間幀到目前為止還沒有很成功解決。 CACAni能做到這一點，因為CACAni可以生成平滑的和風格各異的線條。同時CACAni通過使用非線性插值可以提供不同的自動生成中間幀的方法，能夠很好地表現各種運動的特徵，使得動畫效果更加生動，更有表現力。
動畫形象的一部分三維信息可以通過CACAni的分層功能來表現。三維運動，比如一個動畫人物的頭部旋轉，也很容易通過CACAni來表現出來。而對於目前現有的其他二維動畫軟體來說這是相當困難的。
以前動畫製作人員需要花費數小時才能全手工完成中間幀的繪畫和著色工作。現在CACAni可以接手這些沉悶費時的工作，自動生成中間幀、自動著色，完成相同的工作只需區區數秒。
動畫製作人員將因此從中間幀、著色等環節解放出來，從而有更多的精力投入別的更有創意的創作之中。
