Компьютерная анимация

История

История компьютерной анимации тесно связана с появлением и развитием специализированных графических программных пакетов.

Первым шагом в технологии визуальных эффектов была придумана в 1961 году Айвеном Сазерлендом система Sketchpad, которая начала эру компьютерной графики. В этой системе с помощью светового пера пользователи могли создавать рисунки непосредственно на экране монитора. В 1967 году Сазерленд вместе с Дэвидом Эвансом начали работу по созданию учебного курса компьютерной графики. В университете штата Юта (США), где были основаны такие исследования, в это время работали: Джим Кларк — основатель компании Silicon Graphics Inc., Эдвин Катмелл — один из пионеров в области создания фильмов с помощью компьютера, Джон Уорнок — основатель компании Adobe Systems и разработчик таких известных продуктов, как Photoshop и PostScript. Сначала объемное изображение объектов формировали на основе набора геометрических фигур (чаще треугольников) . При этом геометрические фигуры имели однотонную заливку, а объекты переднего плана закрывали те, которые размещены на заднем плане.

В 1968 году в СССР был снят компьютерный мультфильм «Кошечка», демонстрирующий походку кошки. Движения были полностью созданы компьютером по введённым в него дифференциальным уравнениям. Сами кадры анимации были напечатаны на текстовом принтере, где роль пикселя исполняла русская буква «Ш».

В 1971 году Генри Гуро предложил закрашивать треугольники путём линейной интерполяции цветов их вершин. Это позволило получить более плавное изменение интенсивностей вдоль поверхности объектов. В 1974 году Эдвин Катмулл предложил концепцию Z-буфера, что ускорило процесс удаления скрытых граней. Другим изобретением Кэтмулла является наложение текстуры на поверхность трехмерных объектов, обеспечивает реалистичность этих объектов. Ву Тонг Фонг предложил интерполировать оттенки всей поверхности полигона, что обеспечивает лучшее сглаживание, хотя и требует значительно больших вычислений.

Джеймс Блинн в 1976 году скомбинировал раскрашивания по Фонгу и наложения текстуры на поверхность объектов. В 1980 году Тернер Уиттед предложил новую технику визуализации (трассировки), которая заключается в отслеживании путей прохождения световых лучей от источника света до объектива камеры с учётом их отражения от объектов сцены. В 1986 году фирма AT&T выпустила первый пакет для работы с анимацией на персональных компьютерах (TOPAS), который стоил 10000 долларов и работал на компьютерах с процессором Intel и операционной системой DOS. В 1990 году фирма AutoDesk начала продажу продукта 3D Studio. В 1997 году компания Macromedia приобрела у компании FutureWave Software небольшую графическую программу для Web, с которой была начата в своё время широко известна программа компьютерной анимации Macromedia Flash. В 1998 году начался выпуск программы Maya, стоившей от 15 000 до 30 000 долларов.

Запись движения

Данные анимации записываются специальным оборудованием с реально двигающихся объектов и переносятся на их имитацию в компьютере. Распространённый пример такой техники — Motion capture (захват движений). Актёры в специальных костюмах с датчиками совершают движения, которые записываются камерами и анализируется специальным программным обеспечением. Итоговые данные о перемещении суставов и конечностей актёров применяют к трёхмерным скелетам виртуальных персонажей, чем добиваются высокого уровня достоверности их движения.

Такой же метод используют для переноса мимики живого актёра на его трёхмерный аналог в компьютере.

Программирование кадров

Поскольку компьютер может считать «на лету», то у вас есть возможность обойтись без длинного списка описаний для кадров. Вы можете все упростить, описав только первый кадр и установив правила по созданию всех последующих кадров
. Теперь компьютер не просто создает картинку из описания, а:

сначала создает описание,
затем генерирует картинку на основе этого описания
и в конце показывает эту картинку.

Только представьте себе какое количество места вы могли бы сэкономить, используя такой подход! Картинки всегда занимают приличный объем дискового пространства и пропускной способности сетей. А 24 картинки в секунду могут стать просто «неподъемными». Если вам удастся свести все к одному описанию и определению правил, у вас появляется возможность уменьшить размер файла в сотни раз.

В 90 случаях из 100 даже самая объемная программа с правилами того, как объекты должны двигаться и взаимодействовать занимает меньше места, чем одна картинка среднего размера. Поэтому, один из первых эффектов, который был отмечен при изучении программной анимации — это ее экономичность с точки зрения размера файла
.

Определенно существует компромисс. Если ваша система начинает разрастаться, а правила становятся все сложнее и сложнее, то компьютер должен тратить все больше ресурсов для обработки каждой последующей сцены, а затем еще и значительное время для вывода их на экран.

Если вы стараетесь поддерживать определенную частоту кадров, то она порой не оставляет времени вашему процессору (миллисекунды) все это «переварить». Поэтому если компьютер не может просчитать сцену вовремя, то качество воспроизведения (частота кадров) будет страдать. С другой стороны, обычная анимация, основанная на картинке, мало заботится о том, что находится на сцене и насколько эта картинка сложна. Она просто вовремя показывает следующую картинку и все.

Cascadeur: Задача о падающей кошке

Все знают, что кошка всегда приземляется на 4 лапы, как бы ее ни бросили. Этот вопрос давно занимал физиков, и было предложено несколько моделей того, как это кошке удается. Все эти модели достаточно приблизительны и обычно ограничиваются цилиндрами. Однако, команда программы для physics-based анимации Cascadeur попробовала смоделировать переворот кошки на более подробной физической модели.
Раньше физики думали, что кошка может заранее рассчитать свое вращение и в начале падения успевает правильно оттолкнуться, приобретая начальный угловой момент. Но эксперименты показали, что даже если кошку подвесить за лапы на веревки, а потом резко перерезать их, то кошка все равно умудряется перевернуться.

Как визуализировать и анимировать (геофизические) модели. 3D анимация и визуализация 4D данных

Также смотрите другие статьи серии «Как визуализировать и анимировать (геофизические) модели»:

Вводная статья со списком используемого программного обеспечения
Показываем исходные данные
3D анимация и визуализация 4D данных
Информативность визуализации
Воксельные модели и сетчатые поверхности

Для визуализации анимированных 3D результатов без симуляции реальных процессов используются различные эффекты прозрачности и движения. При выполнении 3D симуляции — моделировании динамических процессов — нам необходимо уметь показывать 4D результаты. Когда анимированный результат визуально достаточно близок к результату симуляции, его нередко так и называют; в любом случае, во избежание ошибочной трактовки результатов необходимо ясно указывать используемые для визуализации данные и методы.

CGI в домашних условиях при помощи Unreal Engine и iPhone

Всем привет! Меня зовут Василий Мазалов, я работаю старшим видеомонтажером в компании Pixonic. Наш отдел занимается созданием видео-креативов для маркетинга и комьюнити: роликов для страниц в сторы, обзорных видео игровых нововведений и прочего контента.
Когда я не создаю креативы, я мониторю просторы интернета на предмет новых форматов и способов подачи материала, чтобы сделать наш собственный контент более разнообразным, интересным и привлекательным для новых игроков.
Год назад я наткнулся на следующее видео:
Что мы здесь видим? Парень нацепил на себя костюм захвата движения тела (пока ничего необычного), повесил перед собой iPhone (а вот это уже интересно) и таким образом транслирует анимацию лица и тела персонажа напрямую в режиме реального времени в Unreal Engine, и выглядит результат для столь незамысловатой реализации довольно качественно.
Классная идея, подумал я. Затем закрыл видео. И продолжил дальше работать.
Спустя полгода в открытом доступе оказался обучающий материал о том, как произвести захват анимации лица в Unreal Engine при помощи приложения на iPhone. В то же время я узнал, что в наш арт-отдел приобрели костюм для захвата движения. Посмотрел его совместимость с UE: всё подошло. Оставалось только найти iPhone для дальнейшей работы, но в наше время с этим проблем еще меньше.
Вопросов была масса. Передо мной было непаханное поле из неизученной анимации, Unreal Engine, моделирования человеческого лица и тела и других совершенно далеких от видеомонтажа вещей, но в то же время огромное желание воплотить в жизнь задуманное.
Начался долгий процесс изучения различной документации.
Что в результате получилось и как мы этого добились, читайте дальше.

Преимущества программной анимации

Следующее преимущество программной анимации по отношению к покадровой, которое мы сейчас обсудим, идет гораздо дальше простого размера файла. Это уже установленный факт, что программная анимация в большинстве случаев используется именно как динамическая
.

Вы, наверняка, смотрели фильм «Терминатор 2: Судный день». В конце фильма, каждый раз Терминатор исчезает в плавильном котле с фразой «I’ll be back». Он делает это в кинотеатрах, по телевизору и на DVD. Даже нажимая на кнопку «Стоп» или «Пауза», вы не в состоянии его остановить. И это потому, что обычный фильм — это не более чем последовательность картинок
. В конце этого фильма они (картинки) показывают исчезающего в пекле Терминатора и это все на что они способны.

Теперь давайте перейдем от Терминатора к обычному флеш-сайту. В конце 90-х, когда Flash стремительно набирал свою популярность, только ленивый не хотел использовать его возможности у себя на сайте:

двигающиеся, появляющиеся и исчезающие формы;
сопроводжающая музыка;
внезапно выскакивающий призыв к чему-нибудь;
появляющееся пятно света или тени.

Тогда подобные вещи были в новинку, поэтому и хотелось воскликнуть: «Круто!» Справедливости ради, нужно сказать, что не все из подобных сайтов были действительно крутыми. Вспоминая сегодня то, что я видел тогда, можно сказать, что только два или три из них, действительно, врезались в память.

По длительности анимация на них была не более минуты. Этого хватало только на то, чтобы я просмотрел их раза три подряд

Они что были плохими? Нет, просто после нескольких просмотров внимание слабело, потому что смотреть уже было больше нечего, как в фильме о Терминаторе. И здесь можно говорить об определенном парадоксе — в фильмах такого рода анимация не меняется, каждый кадр, от первого до последнего заранее предопределен

Вернемся к программной анимации. Она не обязательно должна быть динамической. Вы можете создать объект и с помощью кода, определить его местоположение на сцене и затем заставить его перемещаться вдоль нее. В такой ситуации, каждый раз при запуске такого клипа, будет работать тот же код, вызывая то же движение. И, очевидно, что динамики здесь нет.

А что, если взять тот же объект и с помощью кода, случайным образом определить местоположение этого объекта, направление его движения и скорость? В такой ситуации, после запуска ролика каждый раз, мы будем видеть нечто отличное от предыдущего.

Но есть и третий вариант. После запуска ролика будут определяться время дня, месяц и год и на основании этих данных строиться сцена, например, зимнее утро, летний полдень или сентябрьский вечер?

А вот и четвертый. Во время фильма, зритель, с помощью мыши или клавиатуры, по своему желанию, мог бы изменять некоторые факторы? Это позволило бы ему взаимодействовать с объектами на сцене. Такой фильм был бы уже далеко не таким каким мы его привыкли видеть, правда? Можно было бы, даже, спасти Терминатора!

Методы подготовки компьютерной анимации

Метод ключевого кадрирования. Позволяет устанавливать объект в необходимое положение, соотносить их относительно временных промежутков. Компьютерная система производит достраивание недостающих кадров в структуре (между опорными кадрами). Происходит воссоздание отсутствующих стадий движения.
Процедурная мультипликация. Применяется в том случае, если нет возможности добиться воспроизведения определенных действий с помощью ключевых кадров. Характеризует компьютерные виды анимаций с точки зрения последовательного построения отдельных кадровых структур.
Формирование одиночных кадров. Чаще всего выполняется с помощью различных графических редакторов. Создаются отдельные кадры изображений, которые в дальнейшем будут выстраиваться в определенной последовательности.
Растровый принцип построения анимации. Наиболее понятный из всех перечисленных ранее. Представляется в виде растровых изображений, сохраняющихся в едином файле. Обычно используется формат GIF. Существует ряд программ, позволяющих выпускать подобные файлы, такие, например, как Gimp.

Все приведенные виды компьютерной анимации позволяют понять, насколько многогранным является процесс создания движения.

Конструкторы анимаций

Для создания анимированных изображений существует множество программ как платных, так и бесплатных.

Adobe Photoshop — платная
Cinema 4D — платная
Vectorian Giotto — (достаточно мощный, похож на Adobe Flash) — бесплатная
Pencil2D (ранее — Pencil) — бесплатная
GIMP (чаще используется на Linux) — бесплатная
Adobe Animate — платная
CoffeeCup — условно бесплатная
Blender — бесплатная
Synfig — бесплатная
Pivot Stickfigure Animator — бесплатная
Stykz — бесплатная
Dimp Animator — бесплатная
Anime Studio — платная
Source Filmmaker — бесплатная (требует установку Steam)
MikuMikuDance — бесплатная

Анимационные техники

Когда весь мир понял, что такое анимация, стали появляться разные её виды. Со временем стали развиваться технологии для создания новых мультфильмов. Сейчас мы можем говорить о пяти распространенных техниках формирования движущейся картинки.

Ротоскопирование — это специальная техника, которая формирует отрезок за счет последовательной обрисовки отдельных кадриков. Каждый кадрик находится на реальной кинопленке. В съемках задействованы актеры и декорации. Сейчас эта техника также применяется. Но раньше нанимали художника, который вручную дорисовывал все что нужно, а сейчас весь процесс компьютеризирован. Если нужны спецэффекты, добавляют «блуждающую маску». Она перекрывает части реального изображения.

Еще одна техника — пластилиновая. Эта анимация знакома многим по мультфильму «Падал прошлогодний снег». Техника предполагает съемку пластилиновых элементов по кадрам. В этом случае меняется положение фигур для эффекта движения.

Песочная анимация менее популярна. Она предполагает работу с очищенным мелким песком, солью или кофе. Порошок высыпается тонким слоем на стекло и движениями рук формируется в картину.

Рисованная мультипликация ранее была очень популярна. До появления компьютеров являлась самой используемой. Эта техника заключается в покадровой съемке рисованных двухмерных объектов.

Какие личностные качества нужны и не нужны аниматору

Трудолюбие, умение действовать, а не рассуждать.

Это качество нужно в любой профессии, но аниматор совершенствует своё мастерство и растёт профессионально, только если постоянно работает, рисует и создаёт. Успешные молодые специалисты, которые быстро становятся востребованными и попадают на крупные студии, отличаются не особыми талантами, а именно трудолюбием и активностью.

Коммуникабельность

Умение выстраивать коммуникацию важно, чтобы находить интересные проекты, быть в курсе новинок индустрии, для работы в команде и обмена опытом с коллегами

Наблюдательность

Для аниматора важно замечать особенности движения, мимики людей, быть внимательным к деталям. Наблюдая за движением в окружающем мире, люди разработали основные принципы анимации

Аниматор постоянно исследует, как двигается персонаж, смотрит референсы (изображения, помогающие уточнить творческую задачу, уловить суть персонажа и точнее передать детали), изучает работы других аниматоров.

Ответственность

Профессиональный аниматор должен работать быстро, качественно, соблюдать сроки, ответственно относиться к своей задаче.

Усидчивость

Создавать анимацию — очень увлекательное занятие, поэтому темперамент для аниматора не имеет особого значения. Главное — любить свою работу, тогда усидчивость не понадобится.

Талант

В анимации, как и в любой другой творческой профессии, 99% труда, и только 1% таланта, и даже этот 1% не обязателен. Если он есть — повезло, если нет — можно без него обойтись.

Аниматор — очень востребованная профессия, аниматоры работают в кино, на телевидении, в рекламе, геймдизайне, и чем больше создаётся контента, тем сильнее ощущается нехватка специалистов.
Выучиться на аниматора можно в колледже или вузе, а можно закончить дистанционную онлайн-школу анимации. Там студентам преподают необходимые навыки и помогают собрать портфолио, которое понадобится при устройстве на работу. Для аниматора хорошее портфолио намного важнее, чем диплом самого топового вуза.
Выучиться на аниматора в онлайн-школе можно с нуля, для 3D-анимации не нужно даже уметь рисовать, а для 2D-анимации достаточно начальных навыков рисования. Главное для аниматора — уметь видеть и создавать изображение в динамике, оживлять персонажей, делать их интересными и запоминающимися.
Выучиться на аниматора можно не выходя из дома, а работать — по всему миру.
Чтобы стать успешным и востребованным аниматором, нужны трудолюбие, наблюдательность, коммуникабельность и умение работать в команде. А вот наличие таланта не так принципиально, главное — желание работать и набираться опыта.

Виртуальная реальность

Возможно, что наиболее интересный аспект динамической анимации — это применение к созданным в ней объектам законов математики и физики реального мира
. Вы можете не только заставить такой объект двигаться в случайном направлении, но и имитировать воздействие на него гравитации. В результате он начнет падать. Когда падение закончится, он ударится о землю и отскочит, но на высоту не равную той, с которой начал падать. В конце концов, он перестанет скакать и останется лежать на «земле».

После этого вы могли бы разрешить пользователю взаимодействовать с ним:

«взять» его мышью
или перемещать с помощью клавиатуры.

После того, как пользователь начнет взаимодействовать с ним таким способом, у него возникнет полное ощущение, что это реальный физический объект.

Вы можете в этом убедиться сами, поиграв с красным мячом ниже.

Создавая подобную анимацию, вы заставляете пользователя чувствовать, что он не просто смотрит на то, как движутся кадры, а что он находится в некоем пространстве, созданном вами
. Как долго он будет там находиться? Да ровно столько пока ему будет интересно. Чем больше вы ему дадите возможностей для взаимодействия, тем дольше он будет там оставаться, а потом еще и возвращаться многократно.

Применение

Компьютерная анимация (последовательный показ слайд-шоу из заранее подготовленных графических файлов, а также компьютерная имитация движения с помощью изменения и перерисовки формы объектов или показа последовательных изображений с фазами движения, подготовленных заранее или порождаемых во время анимации) может применяться в компьютерных играх, мультимедийных приложениях (например, энциклопедиях), а также для «оживления» отдельных элементов оформления, например, веб-страниц и рекламы (анимированные баннеры). На веб-страницах анимация может формироваться средствами стилей (CSS) и скриптов (JavaScript) или модулями, созданными с помощью технологии Flash или её аналогов (флеш-анимация).

С середины 1980-х годов компьютерная анимация используется для создания спецэффектов в кинематографе. Первым фильмом, содержащим ключевые сцены, основанные на изображении, синтезированном компьютером, стал «Терминатор 2: Судный день».

Несомненным преимуществом компьютерной 3D-анимации перед классической рисованной является полное отсутствие искажений пропорций объекта (черт лица и т. п.) при движении, неизбежных при ручной прорисовке.

Будущее

Одним открытым вызовом в компьютерной анимации является фотореалистичная анимация человека. В настоящее время большинство фильмов, созданных с использованием компьютерной анимации, показывают персонажей-животных (Приключения Флика, В поисках Немо, Рататуй, Ледниковый период, Лесная братва, Сезон охоты), фантастических персонажей (Корпорация монстров, Шрек, Черепашки-ниндзя, Монстры против пришельцев), антропоморфные машины (Тачки, ВАЛЛ-И, Роботы) или мультяшного человека (Суперсемейка, Гадкий я, Вверх, Ультрамарины).

Фильм Последняя фантазия: Духи внутри нас часто приводится в качестве первого компьютерного фильма, сделавшего попытку показать реалистично выглядящих людей. Однако из-за огромной сложности человеческого тела, движений человека, и биомеханики человека, реалистичная симуляция человека остаётся в значительной степени открытой проблемой. Ещё одной проблемой является неприязнь, как психологический ответ на просмотр почти идеальный анимации человека, известная как «зловещая долина». Это один из «святых граалей» компьютерной анимации. В конечном счёте целью является создание программного обеспечения, где аниматор сможет генерировать эпизоды, показывающие фотореалистичного персонажа-человека, подвергаемого физически правдоподобным движениям, вместе с одеждой, фотореалистичные волосы, усложнённый естественный фон, и, возможно, взаимодействие с другими моделями персонажей-людей. Добившись этого, зритель будет уже не в состоянии сказать, что определённый эпизод компьютерный, или создан с использованием реальных актёров перед кинокамерой. Достижение полного реализма может иметь серьёзные последствия для киноиндустрии.

Не менее серьёзные последствия данное достижение может принести судебной системе — станет проблематичным использование видео- или фотоматериалов в качестве улик, подтверждения алиби и т. д., так как необходимо будет однозначно доказывать реальность заснятого материала.

На данный момент используется трёхмерная компьютерная анимация, и её можно разделить на два основных направления: фотореалистичная и не фотореалистичный рендеринг. Фотореалистичная компьютерная анимация сама по себе может быть разделена на две подкатегории: реальный фотореализм (где захват движения используется в создании виртуального персонажа-человека) и стилизованный фотореализм. Реальный фотореализм это то, чего добились в Final Fantasy и в будущем, скорее всего, способен дать нам игровое кино с аспектами фентези, как в The Dark Crystal без использования передового кукольного театра и аниматроники, а Муравей Антц — пример стилистического фотореализма (в будущем, стилизованный фотореализм сможет заменить традиционную покадровую анимацию, как в мультфильме Труп невесты). Ни один из упомянутых не совершенен, но прогресс продолжается.

См. также

Стереоанимация
— статичное изображение, в котором «закодирована» информация для человеческого мозга, способного разглядеть в изображении анимацию (движение).
Аниме
— японская анимация.

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Синонимы

Анимализм
Аникеевка (платформа)

Смотреть что такое «Анимация» в других словарях:

Анимация
— технология мультимедиа; воспроизведение последовательности картинок, создающее впечатление движущегося изображения. Эффект движущегося изображения возникает при частоте смены видеокадров более 16 кадров в сек. По английски: Animation Синонимы:… … Финансовый словарь

АНИМАЦИЯ
— (лат.). Вдохновение, оживление; в судебной медицине момент, с которого плод считается одушевленным. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. анимация и, ж. (фр. animation … Словарь иностранных слов русского языка

анимация
— мультипликация Словарь русских синонимов. анимация сущ., кол во синонимов: 5 аниме (7) вдохно … Словарь синонимов

анимация
— и, ж. animation f. кино. Мультипликация. Ну подумайте, в каком еще кино возможно такое емкое, насыщенное лаконичной информацией художественное оформление жизни? Конечно же, только в мультипликации, или, как принято говорить во всем мире, в… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

анимация
— … Справочник технического переводчика

АНИМАЦИЯ
— создание изображения движущегося объекта, мультипликация … Юридическая энциклопедия

АНИМАЦИЯ
— технология, позволяющая при помощи неодушевленных неподвижных объектов создавать иллюзию движения. Наиболее популярная форма мультипликация, представляющая собой серию рисованных изображений. На каждом следующем рисунке фигурка представлена в… … Энциклопедия Кольера

анимация
— 3.1 анимация (animation): Имитация работы программного обеспечения (или отдельной его части), предназначенная для отображения существенных аспектов поведения программируемой электронной системы, связанной с безопасностью зданий и сооружений.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

анимация
— создание на киноэкране или экране дисплея (либо телевизора) движущихся изображений неподвижных объектов (воображаемых или реальных). Анимация в кинематографии, иначе мультипликация, достигается покадровой съёмкой отдельных фаз движения рисованных … Энциклопедия техники

АНИМАЦИЯ
— и; ж. . Мультипликация. ◁ Анимационный, ая, ое. А. фильм. * * * АНИМАЦИЯ АНИМАЦИЯ (англ. animation, от лат. animа душа, жизнь), вывод на экран последовательности слегка различающихся изображений, созданных средствами… … Энциклопедический словарь