计算机技术对艺术创作领域的介入始于 20 世纪中叶，伴随着计算机硬件与软件的 发展，计算机图形技术开辟了艺术发展的崭新空间。20 世纪 70 年代，计算机三维图形 技术开始萌芽。20 世纪 80 年代，三维动画应用于影视领域并开始进行自身艺术类型的 探索。20 世纪 90 年代，三维动画以巨大的技术优势引起了行业的关注，完成了美学特 征的确立。21 世纪前 10 年，三维动画呈现出迅猛发展的势头，全面的介入传统影视行 业，并对于传统动画电影产生了强烈的冲击。2010 年至今，三维动画完成了自身发展必 要的积累，进入了全盛时期。
三维动画隶属于计算机图形学研究范畴，早期的计算机图形学研究与尝试在 20 世
纪 40 年代即已开始。50 年代末至 60 年代，大型计算机开始配备图形计算与显示设备， 在大型研究机构与教育机构中开始普及，如：美国波音公司、新泽西州贝尔实验室、麻 省理工学院林肯实验室等。由戴维·伊万斯（David Evans）于 1965 年创建的美国犹他大 学计算机科学系是这一时期计算机动画研究的主要中心。许多三维计算机图形学的基本 技术是在这里发展起来的。研究成果包括 Gouraud、Phong、Blinn shading、纹理映射、 隐藏表面算法，曲面细分，实时绘制线段、光栅图像显示硬件，以及早期的虚拟现实工 作[1]。罗伯特·里夫林（Robert Rivlin）在他 1986 年出版的著作《算法图像:计算机时代 的图形视觉》中写道:“现代计算机图形界几乎每一个有影响力的人要么通过犹他大学， 要么以某种方式与之接触”[2]。
1972 年，美国犹他大学艾德文·卡特姆（Edwin Catmull）和弗雷德·帕克(Fred Parke)
创作了世界上第一部三维动画实验短片《计算机动画手》（A Computer Animated Hand）
（见图 2-1），描绘了手的旋转、伸展与合拢，指向镜头，最后放大到手的内部的三维动 态画面。这部实验性质的短片展示了将三维形式植入电脑的潜力，具有开创性的意义， 被誉为动画和电影艺术的革命。
该短片是卡特姆在犹他大学任职期间为一个研究生课程项目创作的。首先对他本人 的左手进行石膏翻模，再进行精细的计算划分几何面，在模型上绘制了 350 个三角形和 多边形，将划分好几何面的模型扫描进计算机将其数据化，并在自己编写的三维动画程 序中进行了动画制作。在创作过程中，卡特姆提出了纹理映射和 B 样条线、设计算法实 现反走样、Z 通道等概念，这些概念后来成为计算机图形学的基础。1976 年的电影《未 来世界》使用了这部短片的片段。
1974 年，纽约理工学院(NYIT)建立了计算机图形学实验室(CGL)，70 年代后期，该 实验室在图像渲染技术领域做出了许多创新性的贡献，并制作了很多有影响力的软件， 包括动画程序 Tween，绘画程序 paint，以及动画程序 SoftCel。同年，第一个商用帧缓冲
（framebuffer）系统 Evans 问世，帧缓冲又称为位映射图(Bit Map)或光栅，这项技术的 发展至 20 世纪 90 年代成为标准并沿用至今，几乎所有具有图形功能的个人计算机都使 用光栅图形系统来生成视频信号。
1975 年奥斯卡获奖动画短片《了不起的人》（Great）中出现了大东方号蒸汽轮船的 旋转线框模型的简短片段。1977 年电影《星球大战》（Star Wars），在死星、X 翼战斗机 的目标计算机和千年隼号宇宙飞船的场景中使用了三维线框图像；迪士尼的电影《黑洞》
（The Black Hole）使用线框图描绘了片中的黑洞图像（见图 2-2）。同年，雷德利•斯科 特(Ridley Scott)执导的科幻恐怖电影《异形》(Alien)也使用了线框模型图形，用来渲染 飞船上的导航监视器。
1977 年，JPL 的计算机图形实验室成立。实验室人员吉姆·布林为 NASA 的可视化 任务制作了一系列的宇航飞行模拟。开发了许多有影响力的新建模技术，包括环境贴图、 改进的高光模型、“斑点”模型、褶皱表面模拟、灰尘表面模拟。
1981 年，硅谷图形公司(SGI)成立，其产品 IRIS(集成光栅成像系统)，是当时最高端 的计算机图形工作站，在此后相当长的时期都是电影、电视等领域的数字图像制作设备 首选。
1982 年，Quantel 发布了 Quantel Mirage 数字实时视频效果处理器，通过纹理映射 到任意的三维形状来扭曲实时视频流，观众可以围绕这个形状自由旋转或实时缩放，并 可实现在两个不同的形状之间的插值或变形的效果制作。被认为是第一个实时 3D 视频 效果处理器，也是后来 DVE (Digital video effect)设备的前身。同年日本大阪大学开发了 用于绘制真实 3D 计算机图形的 LINKS-1 超级计算机系统。日本信息处理学会表示:“三 维图像渲染的核心是从给定的视点、光源和物体位置计算构成渲染表面的每个像素的亮 度。实现可独立并行处理每个像素的光线跟踪图像渲染方法。通过高速图像渲染算法的 开发，能够快速渲染高度真实的图像，被用来制作世界上第一个完全由计算机图形制作 的三维类行星的视频[1]。
1982 年，迪士尼出品首部采用数字图像技术制作的影片《电子世界争霸战》（TRON）， 史蒂文·利斯伯吉尔执导，获得了巨大的商业成功。该片广泛使用立体 3D CGI 技术， 被誉为业界的一个里程碑。片中的三维动画技术主要用于展示数字地形场景以及光轮、 坦克和船只等交通工具。为了制作虚拟数字场景，迪士尼求助于当时领先的四大计算机 绘图公司:Information International Inc、Robert Abel and Associates、MAGI 和 Digital Effects。
（见图 2-3）
1983 年，蒙特利尔大学(University of Montreal)推出三维动画短片《梦幻飞行》（Dream Flight），被认为是第一部叙事三维动画。影片完全使用 MIRA 图形语言进行编程[2]。这 部电影获得了多个奖项，并在 1983 年的 SIGGRAPH 电影展上放映。
1984 年，环球影业/洛里玛出品《最后的星际战士》（The Last Starfighter）。尼克·卡 斯尔执导，是最早使用 CGI 技术来描绘众多星际飞船、环境和战斗场景的电影之一。片 中总共制作了 27 分钟的 CGI 成品，电脑动画技术的应用使得片中的特效部分工作效率
[1] LINKS-1 Computer Graphics System-Computer Museum. http://museum.ipsj.or.jp/en/computer/other/0013.html.
[2] Nadia Magnenat Thalmann, Daniel Thalmann. The Use of 3D High-Level Graphical Types in the MIRA Anima tion System. IEEE Computer Graphics and Applications, 1983，3（9）：797-808
倍增，远远领先于同时期仍在使用传统影视特效模型的《绝地归来》(Return of the Jedi)
等电影。新技术的使用使这部影片获得了商业成功，在预算 1500 万美元的情况下获得
了 2800 万美元的票房。
1984 年，隶属于卢卡斯影业 Graphics Group（皮克斯动画工作室前身）制作了三维 动画短片《安德鲁和威利的冒险》（The Adventures of Andre & Wally B）（见图 2-4），于 1984 年 7 月 25 日在 1984 SIGGRAPH 大会上首映，8 月 17 日在多伦多国际动漫节上发 布，引起了电影行业对三维动画的兴趣。首次在 CG 动画和复杂的 3D 背景中使用了运 动模糊，并实现了传统动画中挤压拉伸变形的效果，使用了一台 Cray X-MP/48 超级计 算机和 10 台 VAX-11/750 超级计算机完成制作。
1985 年，《托尼·德·佩尔特里》（Tony de Peltrie）是第一部通过人物面部表情和肢 体动作来表达情感的计算机动画，作为《SIGGRAPH》的闭幕影片首映，打动了观众。
1986 年，《星际迷航 4:回家的旅程》（Star Trek IV: The Voyage Home），由伦纳德·尼 莫伊（Leonard Nimoy）执导，乔治·卢卡斯的工业光魔公司(ILM)制作了视觉效果。在 这部电影中一段梦境的片段里，船员们穿越回过去，他们的面部图像相互转化，ILM 采 用了 Cyberware 公司开发的一种新的 3D 扫描技术，实现了演员头部数字模型的生成。
同年，在苹果公司联合创始人乔布斯(Steve Jobs)的资助下，皮克斯被分拆为独立公司。 只做了三维动画短片《顽皮跳跳灯》（Luxo Jr.）（见图 2-5）。片中使用了包括阴影贴图的 动态渲染技术[1]，并运用了迪士尼经典动画原理来传达数字角色的情感，被认为是动画 领域的一次突破，改变了传统动画行业对电脑动画的解读。成为第一部获得奥斯卡最佳 动画短片提名的三维动画作品。
1987 年，加拿大工程学院庆祝成立 100 周年活动在蒙特利尔的艺术广场举行。活动 中放映了一部名为《蒙特利尔的重逢》(Rendez-vous)[2]的三维动画短片，模拟了玛丽莲·梦 露和亨弗莱·鲍嘉在蒙特利尔老城区咖啡馆见面的场景。
80 年代末，计算机动画迎来了新的里程碑，由华特迪士尼公司与皮克斯合作开发的 软件、扫描仪和联网工作站的定制集合 “计算机动画制作系统”，即“CAPS”将传统动 画电影的绘制和后期制作过程数字化，以替代传统赛璐珞动画制作方式，从而使后期制 作更加丰富和高效。动画线稿被扫描到计算机中，进行填色和序列生成。利用摄像机运 动、图层效果、3D 图像合成等技术，将角色和背景进行合成。该系统首次测试用于长篇 电影《小美人鱼》 (1989)。第一个全面使用的“CAPS”完成的动画电影是 1990 年《救 难小英雄澳洲历险记》(The Rescuers Down Under)，成为了历史上第一部完全由数字技 术实现的动画电影。
1988 年，皮克斯动画工作室制作了第三部短片《锡铁小兵》（Tin Toy）（见图 2-6）， 片长五分钟。这部短片在 1988 年 8 月的 SIGGRAPH 大会上，获得了科学家和工程师们 的起立鼓掌，公众和评论家也对行业的创新和技术给予了高度评价，称之为“皮克斯最 好的短片之一”[3]、 “一种新兴艺术形式的迷人一瞥”[4]。《锡铁小兵》获得了 1988 年 奥斯卡最佳动画短片奖，成为第一部获得奥斯卡奖的 CGI 电影，标志着计算机动画在计 算机图像学研究领域与动画电影节体系之外，作为一种新的动画艺术形式为行业所接受。 美国电影艺术与科学学院理事会成员、动画师威廉·利特尔约翰（William Littlejohn）认 为，《锡铁小兵》是证明三维动画这一新兴媒介发展潜力的窗口，他告诉《纽约时报》: “相当惊人的真实感”、“它模仿摄影，但带有艺术展现”。加州艺术学院(CalArts)角色动 画项目负责人罗伯特·温奎斯特(Robert Winquist)预测计算机动画“将在短时间内占据主 导地位”，公开建议动画师，“放下你的铅笔和画笔，换一种方式实现”。2003 年，《锡铁 小兵》被美国国会图书馆(Library of Congress)选为“具有文化、历史或美学意义”的影。这部作品实现了三维技术层面的巨大飞跃。在该片的创作中，正式投入皮克斯开发 的新动画制作软件 Menv 进行了建模和动画制作，为流程动画处理和二次动画处理提供 了强有力的技术支持。并完成了 RenderMan 渲
