Есть несколько разных путей подготовки компьютерной анимации. Один из них - использование специального программного обеспечения трехмерной или двухмерной анимации. Подобные программы позволяют создавать модели объектов, задавать движение, освещение, материальные свойства объектов и выполнять рендеринг.
Наиболее распространенным способом создания анимации является метод ключевых или опорных кадров (keyframing). При использовании этого метода объекты вручную устанавливаются в требуемые положения, соответствующие моментам времени ключевых кадров, а система компьютерной анимации автоматически строит все недостающие кадры между опорными, изображая объекты на промежуточных стадиях их движения.
Для моделирования движений, или эффектов, которые трудно воспроизвести с помощью ключевых кадров, используется процедурная анимация. Процедурные контроллеры анимации рассчитывают текущие значения параметров анимации, основываясь на начальных значениях, заданных пользователем, и на математических выражениях, описывающих изменение параметров во времени. Этот метод позволяет выполнять качественные анимации.
Другой путь для создания компьютерной анимации - это использование стандартных средств компьютерной графики (графических редакторов) для рисования одиночных кадров и компоновки их в необходимой последовательности. Одиночные кадры могут быть позднее сохранены в необходимом компьютерном формате или выведены на видео.
Еще один метод создания компьютерной анимации – это использование переходов и других специальных эффектов, таких как морфинг для внесения изменений в существующие графические изображения и видео.
Растровая анимация - это наиболее простой и старый способ компьютерной анимации. Растровая анимация является набором растровых картинок. В простейшем случае на каждый кадр анимации приходится одна картинка. Естественно, это означает пропорциональное увеличение размеров файла в зависимости от длительности анимации. То есть, если одна картинка имеет объем 500 килобайт, то четырехсекундная последовательность при 25 кадрах в секунду (телевизионный стандарт PAL) будет занимать уже 50 мегабайт.
С самого начала появления компьютерной анимации пытались как-то уменьшать размеры файла путем применения различных методов компрессии, экономии на паузах и другими подобными хитростями. Но все же характерной особенностью растровой анимации является ее большой объем.
Размер картинки на экране также пропорционально связан с размерами файла. И для экономии можно уменьшать линейные размеры кадра. Однако даже крохотные анимационные фильмы для сети с размерами кадра 120 на 90 точек изображения, при jpeg компрессии с потерями, вытягивают на целые мегабайты. Это не существенно для современных компьютеров с их большими дисками на несколько десятков гигабайт, но это очень существенно для каналов связи Интернета.
Растровая анимация стала раньше всего использоваться профессиональными аниматорами. Но поначалу это было лишь вспомогательное использование. Качество ее было недостаточно для большого экрана. Выглядело это примерно так. Делались обычным способом наброски и кальки. Потом это оцифровывалось с помощью телекамеры или сканера (сканеры появились чуть позднее).
Сборка такой черновой анимации часто производилась на компьютере типа Amiga, весьма эффективном и дешевом, а потому доступном для студий любого уровня. Этот компьютер стал своеобразным этапом в развитии компьютерной графики для телевидения вообще. Уже первые его модели, у которых иногда даже не было винчестера, позволяли весьма бойко крутить простую анимацию на полном экране и имели встроенный выход телевизионного сигнала в одном из мировых стандартов PAL или NTSC без преобразования видеосигнала.
Видеоподсистема Amiga работала на частотах этих стандартов, что обеспечивало удивительное по тем временам быстродействие. Именно это и использовалось для просмотра анимации в контуре.
У профессиональных аниматоров предварительный просмотр анимации долгое время был проблемой. Снимать промежуточные результаты кинокамерой было делом долгим и дорогим. Переделывать мультипликат на последних этапах еще дороже. Предварительный просмотр на компьютере существенно упрощал решение этой проблемы.
Со временем появлялось все больше программ, которые позволяли удобно работать с растровой анимацией, применять различные эффекты, комбинировать рисованную анимацию с реальным видео. На сегодня существует несколько классов подобного программного обеспечения.
Пакеты начального уровня мало отличаются от игрушек и обычно не используются профессионалами. В них часто реализована некая интересная идея, которая при этом недостаточно хорошо проработана. Набор средств рисования и редактирования бывает довольно ограничен. Средства импорта / экспорта либо отсутствуют вообще, либо примитивны. Работать в таких программах может почти любой. Но редко результаты этой работы используются для серьезных целей. Часто эти программы написаны одним-двумя программистами.
Пакеты среднего уровня могут использоваться для создания уже вполне профессиональной анимации для телевидения, рекламы, презентаций, небольших авторских работ. Набор средств подобных пакетов может быть весьма разнообразен. Они содержат достаточные средства для импорта и экспорта анимации. Их отличительной особенностью является направленность на одиночного пользователя. То есть один человек может, в принципе, создать законченную работу с помощью такой программы. Однако эти программы позволяют организовывать и работу в команде на уровне обмена файлами и разделения общей работы на отдельные фрагменты.
Пакеты профессионального уровня стоят на порядок дороже пакетов описанных выше и предназначены для коллективной работы. Они могут содержать несколько вполне автономных модулей, каждый для своих задач (контуровка, заливка, монтаж). Часто обладают открытой архитектурой и богатыми возможностями по импорту и экспорту. Это пакеты для студий анимации, и они используются при создании полнометражных анимационных фильмов. Обычно они допускают использование различных типов графики при создании фильма, но конечный результат получается только в растровом формате. Для эффективного использования подобных пакетов иногда требуется конвейер из нескольких десятков художников. Но и результаты, получаемые при использовании подобных средств, поистине великолепны. Это могут быть самые удивительные сочетания живого видео, трехмерной графики и традиционной классической анимации. Причем трехмерные вкрапления зачастую трудно отличить от обычной рисованной анимации. Есть специальные средства для стилизации 3D картинки под рисованный мультипликат.
В основе создания векторных изображений всегда лежит сравнительно сложный математический аппарат. Векторная графика подразделяется на трехмерную 3D и двухмерную 2D. Некоторым может показаться, что 2D является всего лишь частным случаем 3D. С точки зрения математики это, возможно, так и есть. Но способы реализации двухмерной и трехмерной векторной графики существенно отличаются.
Если провести эксперименты в редакторе Flash, то можно заметить, что описание простого сплайна укладывается (с учетом компрессии) в 12-15 байт. При этом линия может менять свою форму в достаточно широких пределах. Она может изменяться от прямой линии до петли, пересекающей саму себя (во Flash это будет уже объект из нескольких сплайнов). Реальные линии состоят из нескольких элементарных кривых.
Трехмерная графика тоже использует кривые. Но гораздо важнее в 3D графике понятие полигона. Полигон может быть треугольным или четырехугольным, двухсторонним или односторонним. И если трехмерный объект моделируется с помощью сплайнов, то на конечном этапе он, как правило, преобразуется в полигональную модель. Полигональный способ описания трехмерных объектов более универсален и понимается абсолютным большинством 3D редакторов. Но что более важно - этот способ представления позволяет проще обмениваться объектами между различными программами.
Любой редактор векторной графики, будь то 2D или 3D, работает с объектами, и этапы создания объекта и его визуализации на экране можно четко разделить. Один и тот же объект может отображаться в различных режимах начиная от простого контурного представления и заканчивая тончайшим просчетом освещения и текстурирования (для 3D). В продвинутых системах это позволяет иметь одну копию объекта, которая используется многократно. Это экономит память и иногда даже сокращает время визуализации (для двухмерных редакторов).
С точки зрения анимации это означает еще более важный факт. Нам вовсе не обязательно описывать объект каждый раз заново для нового кадра. Достаточно давать описание изменения его характеристик во времени. В большинстве случаев это приводит к колоссальной экономии на требуемом для описания объеме данных. Кроме того, это упрощает редактирование движения.
Кадры, в которых делается описание изменившихся параметров объекта, называют ключевыми. Промежуточные кадры при этом не несут никакой информации, кроме задания временного промежутка между ключевыми кадрами. Поэтому промежуточные кадры могут добавляться и удаляться совершенно безболезненно в любой момент. При визуализации редактор будет просчитывать изменения объекта, полагаясь на информацию только в ключевых кадрах. Положение в каждом из промежуточных кадров будет рассчитано как экстраполяция между ключевыми кадрами.
Если систематизировать основные подходы создания компьютерной анимации, то получится схема:
Автоматическая анимация движения (tweening) упрощает работу аниматора интерполяцией промежуточных кадров между двумя ключевыми. Под движением понимается как перемещение объекта, так и ряд других аффинных преобразований.
«Морфинг» - методы, в которых аниматор создает произвольные иллюстрации в ключевых кадрах, а промежуточные кадры рассчитываются программой. Морфинг применяется как в растровой, так и в 2- и 3-мерной векторной анимации.
Одной из технологий морфинга для анимации мимики и артикуляции является захват движения. Этот метод изначально применялся при создании виртуальной реальности. Специальные костюмы с датчиками, расположенными в контрольных точках, фиксировали перемещение датчиков и передавали значения перемещения соответствующим точкам 3d-модели. Для анимации мимики 2-мерных персонажей используются кадры видеозаписи, по которым вычисляются контрольные точки, и по этим точкам осуществляется морфинг.
Анимация камеры. В 3-мерной графике камеры обладают широким спектром средств управления, которые можно анимировать. Среди них команды управления окном проекции, фокусное расстояние объектива, положения плоскостей отсечения и диапазон внешней среды. Анимировать камеру можно также методом ключевых кадров или назначая для нее путь движения.
Анимацию камеры применяют и при создании 2d-визуализации обычных фотографий. В этом случае автоматически пересчитываются угол обзора. Редактируются задние планы и текстуры.
Для создания естественной анимации сложных сочлененных структур недостаточно нарисовать оболочку - необходимо учитывать связь отдельных частей. Моделирование и анимация персонажа включает в себя несколько этапов: проектирование оболочки модели, создание скелета, настройка весов в иерархии скелета и непосредственно анимация.
Оболочка так и останется статичной оболочкой, которую нельзя реалистично анимировать. Однако достаточно легко можно заставить персонаж выглядеть естественно с помощью инструмента Bone (Кость), позволяющего создать кости, соединяющие различные части тела и образующие скелет.
Создание костей и привязка к ним оболочки применяется и в 2 – в 3-мерной графике.
Для того, чтобы задать взаимосвязи между различными костями, необходимо настроить иерархию элементов скелета, а чтобы определить степень влияния каждой кости на вершины сетки, необходимо настроить вес костей.
Настройка анимации во многом зависит от выбранного метода анимации:
прямая кинематика (Forward Kinematics), при которой рисуются последовательно кадр за кадром анимации
обратная кинематика (Inverse Kinematics), при которой создаются ключевые кадры, а потом дорисовываются промежуточные
Этот метод мультипликации не следует путать с инверсной кинематикой, применяемой при создании анимируемых моделей в пакетах трехмерной графики. Инверсная кинематика позволяет управлять цепочкой связанных объектов, перемещая только один из объектов-потомков.
Захват движения (motion capture) – способ автоматической анимации, при котором движение опорных точек движущегося реального объекта переносится на аналогичные точки изображения. Для «захвата» требуется специальная аппаратура: костюм для виртуальной реальности или 3d-сканер (Рис. 1.59).
Процедурная анимация – методы создания фильма, в которых и изображение, и его изменения создаются программным способом. Такую 3d-анимацию можно создать, например, в OpenGL или с помощью языка сценариев во Flash.
Следует обратить внимание и на определение такого термина, как мультимедиа. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.
Таким образом, под компьютерной анимацией понимают получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.
Можно определить следующие основные направления применения анимации.
Анимационные заставки (анимация заставки) – подобные продукты можно использовать как анимацию заставку для корпоративных фильмов, можно как анимированную заставку на сайт. Это универсальный продукт, который можно задействовать для любого носителя. Особенно популярны/актуальны – трехмерные заставки (3D заставки). Данные вид позволяет добавить ролик реалистичности – трехмерности изображения.
Анимация или анимационные вставки – в данном случае анимационные ролики могут быть использованы в качестве web анимации для сайта, для рекламных роликов и корпоративных фильмов в качестве анимации специальных эффектов, для flash презентаций, как анимация презентации и т.д. В любом случае вставки анимации добавят любому продукты жизненности и эффектности.
Презентационный ролик (имиджевый ролик) – идеален для использования при проведении или участии в любых мероприятия. Презентационный ролик легко адаптируем под плазменные панели, проекционные экраны – фактически любые видео носители. С помощью имиджевого ролика, можно «украсить» доклад, оживить выставочный стенд.
Анимация открытки (создание Flash открытки) – данный вариант анимации подходит если необходимо создать уникальную корпоративную открытку. Эта открытка будет не только ярким динамичным поздравлением, но и фактически реальным подарком, который получатель с удовольствием сможет продемонстрировать коллегам.
Лекция №7