Grafika 2D - wstęp opracowanie: Jacek Kęsik Wykład obejmuje podstawowe pojęcia związane z animacja komputerową 1
podstawowe pojęcia Scena Rodzaje animacji Symbole Bardzo szybkie wyświetlanie sekwencji obrazów zawierających grafikę 2D lub 3D w celu wytworzenia iluzji ruchu. Uzyskuje się optyczną iluzję ruchu spowodowaną fenomenem utrzymywania się powidoku na siatkówce oka przez około 1/25 sekundy UwaŜa się, Ŝe minimalna prędkość animacji powodująca jeszcze wraŝenie ruchu to 12 klatek/s podczas gdy wartość 70 klatek/s jest wartością graniczną uzyskania wraŝenia poprawy jakości (płynności) animacji jest procesem (automatycznego) generowania serii obrazów, gdy kolejny obraz przedstawia pewną zmianę w stosunku do poprzedniego. 2
Pierwsza animacja komputerowa Została stworzona przez Edwarda E. Zająca, pracownika AT&T Bell Labs. w 1963 r. Miała obrazować działanie systemu Ŝyroskopowego, utrzymującego orbitującego satelitę skierowanego zawsze w stronę ziemi http://econ.arizona.edu/zajac/zajacvideopage.htm Scena Tak jak w przypadku rzeczywistego przedstawienia, w animacji moŝemy mówić o scenie i kulisach Scena animacji jest to obszar widziany przez widza. W przypadku animacji 2D jest to pewien prostokąt Elementy animacji wykraczające poza scenę są obcinane zgodnie z zasadami clippingu Z punktu widzenia odtwarzania animacji, kulisy obszar roboczy poza sceną, nie jest potrzebny 3
Scena i obszar roboczy Obszar roboczy jest jednak znacznym ułatwieniem dla projektanta animacji. Łatwiej jest stworzyć i zarządzać całą animacją odbywającą się częściowo na scenie niŝ jej częściami z koniecznością ich synchronizacji Rodzaje animacji poklatkowa Metoda klatek kluczowych keyframing Motion capture Przesuwanie kamer i oświetlenia Morphing (płynne przekształcanie) i warping (zniekształcanie obrazów) odpowiednikiem jest Shape Tween we Flashu Łączenie hierarchiczne system kości 4
Rodzaje animacji animacja poklatkowa (Stop motion) Bezpośrednie przeniesienie do animacji komputerowej zasad animacji analogowej Rejestracja obrazów statycznych (klatek animacji). KaŜdy kolejny obraz róŝni się w niewielkim stopniu od poprzedniego W animacjach analogowych nie było moŝliwości uzyskania efektu rozmycia ruchu, co moŝna wprowadzic w animacji komputerowej Rodzaje animacji klatki kluczowe (keyframing, tweening) Pochodzi jeszcze z animacji analogowych. Klatki kluczowe główne elementy animacji były tworzone przez głównego animatora. Klatki pośrednie uzupełniał jego zespół W przypadku animacji komputerowej rolę zespołu przejmuje odpowiedni algorytm Klatki kluczowe definiują początek i koniec sekwencji. Klatki pośrednie określają czas trwania przejścia Keyframing ma sens dla animacji dłuŝszych od kilku klatek, gdy zmiana następuje w sposób płynny i niezbyt gwałtowny 5
Rodzaje animacji klatki kluczowe (keyframing) Algorytmy generowania klatek pośrednich bazują na tych samych zasadach co algorytmy przetwarzania obiektów wektorowych przemieszczanie wierzchołków i ponowne łączenie liniami z uwzględnieniem zmian parametrów opisujących je krzywych. Bardziej złoŝonym problemem jest sytuacja róŝnej ilości wierzchołków obiektu początkowego i końcowego. Skomplikowane kształty obiektów mogą spowodować ogłupienie algorytmu Rodzaje animacji motion capture Metoda wykorzystywana głównie do tworzenia realistycznych animacji ruchu człowieka. Bazuje na odczycie połoŝenia strategicznych elementów ciała ludzkiego w ruchu Przechwytywanie połoŝeń najczęściej realizowane jest przez optyczny odczyt pozycji markerów umieszczonych na ciele lub odpowiednim stroju 6
Rodzaje animacji motion capture Wadą rozwiązania optycznego jest przesłanianie markerów zmuszające do budowania specjalistycznych (i bardzo drogich) studio Ostatnio popularne staje się wykorzystanie czujników inercyjnych zastępujących markery uwolnienie od konkretnego obszaru Rodzaje animacji przesuwanie kamer i oświetlenia wykorzystywana raczej w przypadku grafiki 3D. Obiekty na scenie pozostają w bezruchu. Przemieszczana jest kamera i/lub źródła światła. W tym drugim przypadku animowane są cienie na powierzchni obiektów 7
Rodzaje animacji morphing Technika przekształcania obrazu polegająca na płynnej zmianie jednego obrazu w inny Polega na takim odkształcaniu łączonych obrazów, aby przez cały czas przejścia obraz pozostawał wyraźny, a zmiana kształtów odbywała się w sposób płynny https://secure.wikimedia.org/wikipedia/pl/wiki/morfing Rodzaje animacji morphing Odmianą morfingu jest warping, gdzie obraz końcowy jest zniekształconą wersją obrazu początkowego. Często stosowany do tworzenia róŝnego rodzaju karykatur 8
Rodzaje animacji animacje powiązane Hierarchia animacji układów złoŝonych, gdzie chcemy wymusić określone zachowanie jednego elementu będącego częścią większej całości. Posiadającego tym samym ograniczenia w swobodzie ruchu Hierarchia pozwala określić zaleŝności pomiędzy poszczególnymi segmentami obiektu złoŝonego nadrzędnymi (rodzicami) i podrzędnymi (dziećmi) Łączenia hierarchicznego uŝywa się do powiązania ze sobą poszczególnych segmentów układu np. postaci lub kości szkieletu. Rodzaje animacji animacje powiązane Dwa podstawowe rodzaje Animowanie sekwencyjne (forward kinematics) Przemieszczanie obiektu nadrzędnego powoduje automatyczną animację obiektów z nim powiązanych (dzieci) Np. przemieszczania ogniw łańcucha przymocowanego do poruszanego obiektu 9
Rodzaje animacji animacje powiązane Dwa podstawowe rodzaje Kinematyka odwrotna (inverse kinematics) Ruch obiektu nadrzędnego wyznaczany jest na podstawie ruchu obiektu podrzędnego. Ruch obiektu podrzędnego moŝe odbywać się tylko w zakresie wyznaczanym przez ograniczenia nakładane przez obiekt(y) nadrzędny(e) Np. przemieszczanie dłoni pociąga za sobą odpowiednie ruchy przedramienia, ramienia i ew. pochylenie torsu, dłoni nie moŝna przesunąć poza zasięg ramienia. Warstwy animacji W przypadku wielu jednoczesnych animacji stosowany jest zabieg rozdzielania poszczególnych animacji na warstwy. Dwie przyczyny Podział logiczny ułatwia zarządzaniem animacji przez projektanta Ograniczenie technologiczne algorytmów generowania klatek pośrednich wymusza pozostawienie na warstwie tylko obiektu animowanego. 10
Symbole i instancje JuŜ w czasie animacji analogowych pewne obiekty (najczęściej statyczne) były wykorzystywane wielokrotnie w trakcie trwania animacji drzewa, budynki, itp. Powielano równieŝ sekwencje animacji głównych postaci np. bieg psa. Realizowano to przez nakładanie rysunków umieszczonych na celuloidzie, odpowiedniku warstw w grafice komputerowej Symbole i instancje W animacji komputerowej pomysł powielania obiektów i sekwencji został rozwinięty przez wykorzystanie zasad programowania obiektowego Wprowadzone zostały symbole, odpowiedniki klas, zawierające obiekt lub sekwencje jego animacji Obiekt ten moŝe być wielokrotnie uŝyty w trakcie animacji. Na scenie animowane są instancje symbolu, odpowiedniki obiektów. Rozwinięciem w stosunku do wersji analogowej jest moŝliwość wprowadzania globalnych zmian do kaŝdej instancji (np. przekształcenia afiniczne, przezroczystość, przesuniecie zakresu kolorów ) 11
Symbole i instancje Zaletą stosowania symboli jest równieŝ ich hierarchiczność. Definicja obiektów składowych symbolu moŝe zawierać instancje innych symboli, zawierających kolejne instancje itd ZłoŜenie kilku prostych animacji moŝe tworzyć rozbudowaną skomplikowaną animację Dodatkowy stopień komplikacji wprowadza moŝliwość zapętlania animacji podrzędnych oraz uniezaleŝniania ich odtwarzania od animacji nadrzędnych 12