Techniki animacji komputerowej 1
Animacja filmowa Pojęcie animacji pochodzi od ożywiania i ruchu. Animować oznacza dawać czemuś życie. Słowem animacja określa się czasami film animowany jako taki. Animacja komputerowa oznacza tworzenie ruchomych obiektów z wykorzystaniem komputerów. Jest poddziedziną grafiki komputerowej i animacji. 2
Animacja wspomagana komputerem oznacza skomputeryzowanie tradycyjnej animacji obrazków rysowanych ręcznie. Animacja komputerowa opisuje i generuje ruch obiektów graficznych (2D i 3D). CGI - obrazy generowane komputerowo (ang. computer generated imagery), cyfrowe efekty specjalne 3
Animator używa gotowych pakietów do tworzenia animacji (np.: Houdini, Nuke, Softimage, Maya, 3dsMax, Mantra, Mental ray, Vray). Programista animacji komputerowej wybiera techniki i projektuje narzędzia, aby animatorzy mogli wyrazić to, co zamierzają. Dla programisty animacja komputerowa to wszelkie obliczenia komputerowe stosowane do generowania obrazów i uzyskania wrażenia ruchu. 4
Programowanie animacji komputerowej związane jest z projektowaniem algorytmów i technik przetwarzania trójwymiarowych danych graficznych. Dowolna wielkość, którą można zmieniać, może być animowana. Można zmieniać położenie obiektu w przestrzeni 3D, ale animować można również parametry cieniowania obiektu, współrzędne tekstury, parametry źródła światła i kamery. 5
Techniki animacji Można wyróżnić trzy ogólne podejścia do sterowania ruchem: o animacja artystyczna animator odpowiada za kształtowanie ruchu. Podstawą animacji artystycznej jest interpolacja o animacja sterowana przez dane ruch rzeczywistych obiektów jest zamieniany na dane numeryczne, a następnie odwzorowywany na obiekty graficzne. Podstawową techniką jest tu rejestrowanie (przechwytywanie) ruchu (motion capture, mocap) o animacja proceduralna wykorzystuje się tu model obliczeniowy, np. symulacje fizyczne, symulacje zachowań. 6
Należy zauważyć, że sterowanie ruchem jest tylko jednym z wielu zagadnień, które wymagają wysiłku podczas powstawania animacji komputerowej. Przykład potoku produkcyjnego animacji komputerowej: 7
Dział Fabuły Dział Artystyczny Dział Modelowania Dział Cieniowania Dział Rozmieszczenia Dział Animacji Dział Oświetlenia Dział Zdjęciowy 8
Interpolacja Podstawą znacznej części animacji komputerowej jest interpolacja. Interpolacja oznacza, że podane są początkowe oraz końcowe wartości parametrów i należy wyznaczyć wartości pośrednie. Interpolować można nie tylko położenie obiektu w przestrzeni, ale dowolny parametr, który ma wpływ na scenę i jej wizualizację (np. przezroczystość obiektu, barwa światła). 9
Animator może podać listę wartości ustalonego parametru dla wybranych klatek animacji (tzw. klatek kluczowych). Problemem, który należy rozwiązać jest wybranie najlepszego sposobu wyznaczenia tego parametru dla klatek pozostałych. 10
Interpolacja a aproksymacja Porównanie krzywej interpolacyjnej z krzywą aproksymacyjną Złożoność używanych w interpolacji wzorów jest istotna, ponieważ przekłada się to na efektywność obliczeniową. Im prostsze wzory, tym szybciej przebiegają obliczenia W praktyce łatwe do stosowania są wielomiany. Zwykle stosuje się krzywe wielomianowe stopnia 3, które pozwalają na uzyskanie zadowalającej gładkości i elastyczności krzywych. 11
Ruch po ścieżce Animowanie obiektu za pomocą przemieszczania go po ścieżce (krzywej) jest powszechnie stosowaną techniką. Technika ta jest również jedną z prostszych do zaprogramowania. Ruch po ścieżce. Lokalny układ współrzędnych. 12
Interpolacja w przestrzeni wielowymiarowej. Interpolacja jest wykorzystywana do płynnego przechodzenia między kilkoma różnymi kształtami. Często jest stosowana w animacji ludzkich twarzy. 13
Rejestrowanie ruchu (motion capture, mocap) Uzyskanie realistycznego ruchu często jest trudnym zadaniem. Czasem animatorowi łatwiej jest zapisać ruch prawdziwego obiektu i nadać go obiektowi syntetycznemu, niż samemu zaprojektować realistyczny ruch. Zapisywanie ruchu obiektu fizycznego i wprawianie w ten ruch obiektu syntetycznego (cyfrowego) jest nazywane rejestrowaniem (przechwytywaniem) ruchu (ang. motion capture) 14
Rejestrowanie ruchu obejmuje pomiary, zamianę na postać cyfrową i zapamiętywanie ruchu obiektu. Celem rejestrowania obrazu jest zrekonstruowanie trójwymiarowego ruchu obiektu fizycznego i zastosowanie go do modelu syntetycznego. Do pomiarów mogą być stosowane czujniki elektromagnetyczne, znaczniki optyczne, ubrania z przetwornikami elektromagnetycznymi, szkielety cyfrowe. 15
Motion capture jest potężnym narzędziem i jego rola w animacji będzie coraz większa. Tworzone są biblioteki ruchów, z których korzystają animatorzy i twórcy gier. 16
Animacja z wykorzystaniem modeli fizycznych Animacja modelu fizycznego zwykle polega na wprowadzeniu sił utrzymujących powiązania między elementami geometrycznymi. (Siły te mogą, ale nie muszą być fizycznie poprawne). 17
Modele ruchu oparte na zasadach fizyki, przykłady fałdy tkaniny, kolizje (zderzenia ciał), systemy cząsteczek, płyny (ciecze, gazy), włosy. 18