Transcript 8.2 多媒体信息的数字化

第8章 多媒体信息处理与应用
8.1
8.2
8.3
8.4
多媒体技术概述
多媒体信息的数字化
PhotoShop及其简单图像处理
Flash及其基本动画制作
1
8.1 多媒体技术概述
8.1.1 多媒体技术的基本概念
1. 媒体与媒体的分类
（1）感觉媒体：使人能直接产生感觉的一类媒体 。视
觉媒体（文本、图形图像等）；听觉媒体（语言、音乐
等）。
（2）表示媒体：人为地研究出来的媒体，即用于数据
交换的编码。如语言编码、电报码、条形码等。
（3）表现媒体：使电信号与感觉媒体之间转换的媒体，
如键盘、鼠标器、显示器、打印机等输入、输出设备。
（4）存储媒体：用于存储表示媒体的媒体，如纸张、
磁带、磁盘、光盘等。
（5）传输媒体：用于传输表示媒体的媒体，常用的有
电话线、电缆、光纤、电磁波等。
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8.1 多媒体技术概述
8.1.1 多媒体技术的基本概念
2. 计算机中媒体的含义
媒体在计算机领域有两种含义：一种是指用以存储
信息的实体，如磁带、磁盘、光盘和半导体存储器，中
文译为媒质；另一种是指传递信息的载体（即计算机中
的数据），如数字、文字、声音、图形、图像、视频动
画等，中文译为媒介。
在计算机多媒体技术中的媒体是指传递信息的载
体（即计算机中的数据） 。
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8.1 多媒体技术概述
8.1.1 多媒体技术的基本概念
3. 多媒体的定义
多媒体是一种以计算机为中心的多种媒体的有机
组合，这些媒体包括文本、声音、图形、图像、动
画、视频等，并且人们在接受这些媒体信息时具有
一定的主动性和交互性。
多媒体定义强调三点：
① 以计算机为中心；
② 各种媒体的有机结合。
③ 交互性。
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8.1 多媒体技术概述
8.1.2 多媒体技术的基本特征
1.多维性：在处理信息范围上具有空间扩展和放大的
能力。
2.集成性：不仅是多种媒体信息的集成；而且是多种
技术的集成。
3.交互性：传统信息交流特点——单向性；多媒体信
息交流特点——双向性。
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8.1 多媒体技术概述
8.1.3 多媒体技术的应用
1. 家庭娱乐
2. 教育与培训
3. 商业应用
4. 网络通信
5. 办公自动化
以上列举的是一些主要应用领域，还有其他….。
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8.1 多媒体技术概述
8.1.4 多媒体计算机系统的组成
1. 多媒体计算机硬件系统
（1）光盘存储器
① CD-ROM光盘 ：只读存储器；主要存储计算机程序。
② CD-R与CD-RW光盘 ： CD-R单次写入、多次可读
光盘； CD-RW可修改、可删除、可重写数据光盘。
③VCD光盘：含视频的光盘，可存74分钟影视节目。
④ DVD光盘 ：大容量数字通用光盘；有单、双面，单、
双层之分；容量：几个GB～十几个GB。
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8.1 多媒体技术概述
8.1.4 多媒体计算机系统的组成
1. 多媒体计算机硬件系统
（2）音频卡：俗称声卡。
（3）视频卡：处理视频信息的硬件，种类多：
① 视频捕捉与播放卡：捕捉、压缩、存储、编辑
和播放视频和音频信号。
② 视频压缩卡：按JPEG或MPEG标准对视频和
音频信号进行压缩和还原。
③ 视频转换卡：将计算机输出的数字视频信号转
换为各种制式的模拟电视信号。
④ MPEG卡 ：基于MPEG标准的压缩和解压缩。
（4）其他设备 ：投影机、触摸屏、扫描仪、数码相
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机、摄像机、录像机等。
8.1 多媒体技术概述
8.1.5 多媒体信息的计算机处理
1. 视觉媒体处理
视觉媒体处理通常包括：视频处理，即视频的数字
化及编辑加工。图像处理，即图像的数字化、各种编辑
加工、图形和图像的动态生成。图像压缩，包括静态图
像压缩编码、动态视频压缩编码。
2. 听觉媒体处理
听觉媒体处理简单地说就是对声音的处理，即音频
处理，包括音频采样、量化、压缩编码、合成及处理、
语音识别等。
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8.2 多媒体信息的数字化（重点、难点）
8.2.1 模拟信号与数字信号
1. 模拟信号
在时间上或幅度上连续的信号称为模拟信号。
图8-1 模拟信号
图(a) ：时间和幅度都连续；图(b)：时间离散，但幅
度连续（只要时间足够长，各种幅值都有）。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.1 模拟信号与数字信号
2. 数字信号
如果把信号幅度的取值数目人为加以限定（量化处
理），得到由有限种数值大小组成的信号就被称为离散幅
度信号。
采样值经过量化处理后在幅度值上也取离散值。在时
间和幅度上都是离散的数值可以称为数字信号（准数字信
号）；严格说来还要经过编码表示才是真正的数字信号。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.2 模拟信号的数字化
1.抽样
所谓抽样（也叫采样）就是每隔一定的时间间隔T，
抽取模拟信号的一个瞬时幅度值(抽样值)，抽样后所得出
的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列 。
抽样的作用是使得信号在时间上离散化。
2.量化
对时间离散数据用有限数目的幅值表示，即利用预先
规定的有限个值来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。
量化的作用是使得信号在幅度上离散化。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.2 模拟信号的数字化
2. 量化 ：线性量化(最简单)、非线性量化(复杂)。
线性量化也叫均匀量化，就是把原信号的取值范围按等
距离分割的量化。其量化间隔Δ取决于输入信号的最大值
umax、最小值umin 、量化值数目M(量化区间数M-1 )。即：
Δ＝（umax － umin）/ (M-1)
一般情况下，由于M>>1，所以量化间隔Δ可近似为:
Δ≈（umax － umin）/ M
模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，如果用
k位二进制码组来表示该样值的大小，那么，k位二进制码
组只能表示M=2k个离散样值。例如，采用8位编码可将模拟
信号量化为28=256个量化级(即样值序列中只可能有256种不
同值)，实际中常采取24位或30位编码。量化后样值的取值
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大小就是有限的了。
8.2 多媒体信息的数字化
8.2.2 模拟信号的数字化
3. 编码
需要把抽样、量化后的信号转换成数字编码脉冲，这一过
程称为编码。
最简单的编码方式是二进制编码。具体说来，就是用n比特
二进制码来表示已经量化了的样值，每个二进制数对应一个量
化值，然后把它们排列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。
编码前一般要确定两个因素：
（1）每一个量化值的编码位数，它决定量化精度；
（2）每一组代码与量化值对应的规则（如，常用自然二进制
编码，即编码值对应量化值的二进制数）。
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一种均匀量化和自然二进制编码示意图：
图8-3 量化和编码原理示意图
8种区间的中值分别为：0,1,…,7。前三个取样点对应
的区间中值分别为4，5，6；则前三个取样点的量化
值分别为4，5，6；编码值则分别为100,101,110。 15
8.2 多媒体信息的数字化
8.2.3 数字化声音
1. 声音信号数字化
声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上
就是采样、量化和编码。
图8-4 声音的采样、量化和编码
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.3 数字化声音
2.取样频率 (Hz, KHz)
取样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样才
能能把以数字表达的声音还原成原来的声音，这叫做无损
数字化(Lossless Digitization)。
3. 样本精度(Bit Per Sample, bps)
若量化一个样本信号用n位二进制信息表示，其相应
量化级数为2n，则量化信号精确度可达1/2n。即1个单位大
小的信号，最多引起1/2n数量级的量化误差，与这个量化
误差数量级相当的信号强度叫做量化噪声强度。因此，量
化位数越多，声音的质量越高，但需要的存储空间也越多。
把存储一个样本信号所需的二进制位数叫做样本精度，也
叫样本位数、位深。度量单位是bps(Bit Per Sample)。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.3 数字化声音
3. 样本精度
采样精度的另一种表示方法是信号噪声比，简称为信噪
比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，并用下式计算：
SNR＝10 log [(Vsignal)2 / (Vnoise)2]＝20 log (Vsignal / Vnoise) (db)
其中，Vsignal 表示信号电压，Vnoise 表示噪声电压；SNR
的单位为分贝(db)
例如：假设Vnoise＝1，采样精度为1位表示Vsignal＝21，它
的信噪比SNR＝6分贝。(注：log(2)=log10(2)=0.301.)
又如：假设Vnoise＝1，采样精度为16位表示Vsignal＝216，
则它的信噪比SNR＝20 log (216) ＝96分贝。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.3 数字化声音
4. 声音质量与数据率
根据声音的频带，声音的质量分成5个等级。由低到高分
别是电话到数字录音带(DAT)的声音。参见教材表8-1。
声音的数据率、数据量的计算公式：
数据率=采样频率（Hz）× 样本精度（bps）× 声道数/8,
（单位：Bps，字节/秒）。
声音数据量 = 声音数据率×时长
例如: 估算下列CD音质的声音文件的大小：声音的采样频率
为44.1kHz，分辨率为16位（即样本精度=16bps），立体声
（即声道数＝2），录音时间为10s。
解答：声音数据量 = （44.1×1000）×16×2×10（b）
≈1764（KB）。 （估算采用工业近似：1KB ≈1000B) 19
8.2 多媒体信息的数字化
5. 常见声音文件的格式及其转换
（1）常见声音文件的格式
WAV、MP3、WMA、RA、MID、VQF、CD，等常见音频格式。
（2）音频格式的转换
一些常见的格式转换软件：
① 极速火龙CD压缩器； ② Audio Converter；
③ RealAudio Encoder ；④ Wisecroft Ripper ；
⑤ Midi2Wav ；
⑥ Amazing MIDI 。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.4 数字化图像
1. 图像的数字化
（1） 图像数字化的步骤
采样、量化与编码。
（2）图像数字化的设备
扫描仪和数码相机。
2.数字图像的基本概念
（1）图形和图像
矢量图形或几何图形，简称图形（Graphics）。点阵
图像或位图图像，简称图像（Image）。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.4 数字化图像
（2）分辨率
屏幕分辨率：计算机的显示屏幕由若干点（称为像素）组
成，屏幕分辨率是指屏幕上的像素总数，即屏幕上的最大显示
区域。通常表示为：宽度×高度，单位是像素。
以VGA方式的640×480屏幕分辨率为例，表明整个屏幕宽
度方向每行为640个像素，高度方向为每列480个像素。
图像分辨率：是指在每个单位长度上包含的像素数，度
量单位为ppi（Pixel Per Inch，ppi），即“像素／英寸”。有时
人们也把“图像的像素大小（宽度×高度）”称作图像分辨率
，如说256×256分辨率的图像；严格地讲，256×256是指图像
的像素大小（总共含多少像素点），而不能称作图像的分辨率
。
像素分辨率：是指一个像素的长和宽的比例（也称为像素
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的长度比），通常是1:1的(小正方形点）。
8.2 多媒体信息的数字化
8.2.4 数字化图像
（3）颜色深度
图像中可能出现的不同颜色的最大数目，用存储一个像
素所需的二进制位数表示。如某图像中每个像素的颜色用24个
二进制位来描述，则该图像的颜色深度为24，可以包含（224＝
）16777216种不同的颜色（真彩色）。
（4）图像文件大小
图像文件的大小是指在磁盘上存储整幅图像所需占的字节
数，估算公式（单位：字节）：
位图数据字节数＝图像像素数目×图像深度/8 (字节)
如,像素大小为256×256、颜色深度为8位的图像，其数据量
为： 256×256×8/8 B = 256×256 /1024 KB = 64 KB.
注：在Windows下看到的文件大小比上述计算结果略大(为
66KB)，是因为实际文件还包含文件头信息。(演示1～2个文件)23
8.2 多媒体信息的数字化
8.2.4 数字化图像
3. 图像文件的常见格式及其转换
（1）数字图像文件的常见格式
BMP文件、GIF文件 、TIF（TIFF）文件 、PCX文件 、JPG
文件 、PNG文件 、TGA文件 、WMF文件 、EPS文件 。
（2）数字图像文件格式的转换
① Windows自带的“画图”程序 ；
② Ms Office工具中的“Microsoft Photo Editor”；
③ Adobe Photoshop ；
④ 图像格式转换专家V2.1 ；
⑤ Konvertor v3.45.1 。
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8.2 多媒体信息的数字化
8.2.5 数字化视频图像和动画
1. 数字化视频图像
（1）视频与图像
视频与图像是两个既有联系又有区别的概念。静止的图
片称为图像，运动的图像称为视频。也就是说视频信息实际上
是由许多幅单一图像画面构成的，每一幅画面称为帧。
（2）视频的模拟信号和数字信号
数字视频与模拟视频的不同:首先是扫描线数和方式不同;其
次是视频颜色不同。
在计算机上显示模拟视频必须将其转化成数字视频信号，这
一工作主要由视频卡来完成。 即，视频卡的作用是实现视频模
拟信号向视频数字信号的转换。
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8.2 多媒体信息的数字化
2. 数字化动画
按动画性质分类：帧动画和矢量动画。
按动画表现形式分类：二维动画、三维动画和变形动画。
帧动画：构成动画的基本单位是帧，由很多帧组成动画。
矢量动画：是经过计算机计算而生成的动画，主要表现为变
换的图形、线条和文字，（其画面只有一帧）。
二维动画：又叫“平面动画”，具有非常灵活的表现手段、
强烈的表现力和良好的视觉效果。
三维动画：又叫“空间动画”，主要表现三维的动画主体和
背景。三维动画的特点是：动画主体的三维造型是经过计
算得到的，无需画出物体在旋转和翻滚时的各个面。
变形动画：属于平面动画，其显著特点是：通过计算，把变
形参考点和颜色有序地重新排列形成变形效果。
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8.2 多媒体信息的数字化
3. 视频和动画文件的格式及其转换
（1）影像视频格式
① AVI格式；② MOV格式（Quick Time）；③ MPG文件
④ DAT文件； ⑤ DIR格式 。
（2）流式视频格式
① RM格式 ；② MOV格式(Quick Time)；③ ASF格式 ；
④ WMV格式 ；⑤ DivX格式 。
（3）动画文件格式
① FLIC（FLI／FLC）格式；② SWF格式(Flash动画)。
（4）常见视频和动画文件的格式转换
“超级解霸3000英雄版”、“豪杰视频通2.0”、
“豪杰超级DVDIII”、“超级转换秀” 。
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8.3 Photoshop及其简单图像处理
8.3.1 Photoshop CS软件简介
Photoshop CS（简称PS）的界面主要由菜单栏、选项栏、工
具箱、调板和工作窗口组成。
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8.3 Photoshop及其简单图像处理
8.3.2图像变换
1．图像缩小和放大
操作步骤如下：
（１）打开原始图像文件。单击菜单命令“文件/打开
” 菜单，…
（２）通过“图像大小”对话框调整图像大小。单击
Photoshop CS菜单命令“图像/图像大小”，弹出
“图像大小”对话框；…
（３）图像另存。单击Photoshop CS菜单命令“文件/
存储为”，弹出“存储为”对话框；…
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8.3 Photoshop及其简单图像处理
2．图像的其他变换
•调整图像的“亮度/对比度”，“色阶”：单击Photoshop
CS菜单命令“图像/调整”，然后选择子命令。
•图像旋转：单击Photoshop CS菜单命令“图像/旋转画布”，
可以将图像进行任意角度的旋转。
•图像滤镜：选取Photoshop CS“滤镜”菜单中不同的子菜单
命令，可以对图像使用不同的“滤镜”效果。如：模糊、
平均模糊、进一步模糊、高斯模糊、动感模糊、杂色、添
加杂色、去斑、蒙尘与划痕、中间值、锐化、锐化边缘、
进一步锐化、USM 锐化、风格化、浮雕效果、查找边缘和
曝光过度，等等。
最后，将变换后的图像用Photoshop CS菜单命令“文件
/存储为”保存为新的文件。
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8.3 Photoshop及其简单图像处理
8.3.3 图像合成
1．图层的概念
在Photoshop中用到一个很重要的概念，即图层（Layers）。
它体现了数字作图和物理作图的根本区别；图层几乎可以说是
Photoshop软件的基础。简单说来，图层就是重叠的透明层，每
层独立放置画面，又依顺序互相遮挡，用来对各个画面进行管
理。图层可以不断添加，后加入的图层将至于先有图层上面。
2．图像合成的操作步骤
（1）启动Photoshop 后，利用菜单命令“文件/打开”打开一个
背景图片文件，如“草原.jpg”文件。－－图层1.
（2）在其它图像软件中打开另一幅图片（如“飞鸟.jpg”）；
并将该图像复制到Windows剪贴板。
（3）在Photoshop中，执行菜单命令“编辑/粘贴”。－－图层
2.
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（4）在Photoshop中用“套索”工具（最好是其子工具“磁性
套索”
8.3 Photoshop及其简单图像处理
8.3.3 图像合成
2．图像合成的操作步骤
（4）在Photoshop中用“套索”工具（最好是其子工具“磁性
套索”）选定图层2所需要的图像区域（可能是不规则的）；
然后反选区域（“Ctrl＋Shift＋I”组合键 );然后删除不需要的区
域（Delete键）。－－－至此，实现了两个图层内容的合成。
（5）新建一个文字层。单击菜单栏系列命令“图层/新建/图
层”;…选择工具箱中的文字工具（选右下角的小三角按钮，选
择子工具“横排文字工具”）；然后在当前图像区域单击鼠标，
则出现文字插入光标，可以输入文字。
（6）文件另存盘输出。
演示：合成图像“小鸟在草原上空飞翔”。
提示：根据上述原理和类似的操作，还可以实现由更多图层
合成的图像。
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8.4 Flash及其基本动画制作
8.4.1 Flash软件与基本概念
1 . Flash软件的功能和特点
Flash是Macromedia公司推出的一款著名动画制作软件 。
2. Flash软件界面
“主菜单栏”、“主工具栏、“文档选项卡”、“时间轴”
、“舞台”、“工具箱”，“面板” 。
3 .几个基本概念
（1）Flash文档。一件Flash动画称作一个Flash文档。
（2）时间轴。是用连续的时间点串接起来的一根时间线；它
形象地表现了Flash动画变化过程的先后各个时间点。
（3）关键帧。能使动画在播放过程中发生变化的时间点。关
键帧中可以加入动作脚本，所谓动作脚本即控制Flash动作的一
些程序代码。
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8.4 Flash及其基本动画制作
8.4.1 Flash软件与基本概念
3 .几个基本概念
（4）普通帧。又叫静态帧或时间帧，它是使动画在播放过程
中保持原有画面和状态，不产生动画变化的时间点。时间帧不
能加入动作脚本。
（5）空白帧。不包含任何动画符号和元素的帧，空白帧不能
加入动作脚本。
（6）空白关键帧。一种特殊关键帧，没有任何动画符号和元
素，但可以加入动作脚本。
（7）舞台。位于Flash工作区内部，是编辑和显示动画的地方。
（8）绘图纸。绘图纸是时间轴控制区下部5个按钮的统称，它
们用于控制帧的显示状态。
（9）图层 ：类似PhotoShop的图层概念。
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8.4 Flash及其基本动画制作
8.4.2 动画制作
1.逐帧动画
原理：在连续的关键帧中分解动画动作，也就是每一帧中的
内容不同，连续播放而成动画。
（1）导入静态图片建立逐帧动画
演示： “奔跑的豹子”逐帧动画的制作步骤，介绍操作方法
。
① 新建影片文档
② 创建背景图层
③ 创建动画图层，并导入系列图片
④ 调整对象位置（注意锁定背景层，再用到绘图纸按钮）
⑤ 创建文字图层，并设置标题文字 （用到“文本工具” ）
⑥ 测试存盘
（2）制作由变化文字组成的逐帧动画
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演示：“变化的数字”逐帧动画的制作步骤，介绍操作方法。
8.4 Flash及其基本动画制作
8.4.2 动画制作
1.逐帧动画
（2）制作由变化文字组成的逐帧动画
① 新建一个文档，单击“工具箱”中的“文本工具” ； 选中时
间轴的第1帧，在舞台中央输入文本“1”。 …..
② 选中时间轴上第2帧，连续按8次“F6”键，插入8个关键帧（即
第2到第9个关键帧为插入的关键帧）。每当插入一个关键帧时，
系统会自动将前一帧的内容复制到后一帧。
③ 选中时间轴的第2帧，双击舞台中的文本，将其原来的文字“1”
改为“2”。
④ 重复与步骤③相同的操作，将第3帧的文本由“1”改为“3”；
直至将第9帧的文本由“1”改为“9”。这时，动画制作完毕。
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8.4 Flash及其基本动画制作
8.4.2 动画制作
2．补间动画
补间动画即过渡变形动画，包括动作补间和形状补间。补间动画
只需制作动画的首末两个关键帧，
（1）动作补间动画的制作实例
演示： “小球作直线运动”逐帧动画的制作，介绍操作方法。
①新建一个Flash文档，在第1帧画正圆（“椭圆工具” 、Shift键
）
②将正圆转换为图形元件（F8键，“转换为符号”对话框 ） 。
③ 在图层1第9帧位置插入一个关键帧（F6键）。
④ 选择第9帧的图形元件，将其沿水平方向拖到舞台的另一位置。
再单击第l帧；并展开“属性”面板，单击“补间” 下拉框的下拉
箭头，选择“动作”。
⑤ 动画制作完毕，按“Ctrl+Enter”键测试影片效果。
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8.4 Flash及其基本动画制作
8.4.2 动画制作
2．补间动画
补间动画即过渡变形动画，包括动作补间和形状补间。补间
动画只需制作动画的首末两个关键帧。
（2）形状补间动画的制作实例
演示：“正圆渐变为正方形” 形状补间动画制作，介绍操作方法
。
①新建一个Flash文档，在第1帧画正圆（“椭圆工具” 、Shift键
）
② 用鼠标右键单击时问轴上的第9帧，选择插入“空白关键帧”。
③ 选定图层的第9帧，单击“工具箱”中的“矩形工具”，各项
参数取默认值。按住“Shift”键的同时在舞台右上角位置画出一个
正方形（若不加“Shift”键，则画出的是长方形），尽量使正方形
的大小也与第1帧的椭圆相同。
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④ 用鼠标左键选择时间轴的第1帧，再单击“属性”面板中“补
基本Flash动画制作小结
F5：插入普通帧；F6：插入关键帧；F8：转换为图形元件。
1. 逐帧动画：各关键帧中分别设置多幅不同图画（可导入）。
2.形状补间动画：起点关键帧、终点关键帧各设不同形状图
片，设置起点关键帧的属性为“补间－形状”。
3. 动作补间动画：起点关键帧、终点关键帧各设一图片（形
状可同，但置于舞台的不同位置），设置起点关键帧的属性
为“补间－动作”。
4*. 引导路径动画：一个普通图层中设置一图画（需转换成图
形元件），另一个“运动引导层”画一轨道曲线，两层具有
相同的关键帧数。设置普通图层中起点帧属性为“补间－动
作”且“调整到路径”，起点帧图形元件中心对齐引导曲线
一端；终点帧图形元件中心对齐引导曲线另一端。图形元件
将沿曲线运动。----自学实验教材提高。
5*. 时间轴特效、遮罩层动画。 ----自学实验教材提高。 39