Grafika 2D

Grafika 2D
Animacja - wstęp
opracowanie: Jacek Kęsik
Wykład obejmuje podstawowe pojęcia związane z
animacja komputerową
1
Animacja – podstawowe pojęcia
Scena
Rodzaje animacji
Symbole
Animacja
Animacja
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
Animacja jest procesem (automatycznego) generowania serii obrazów, gdy
kolejny obraz przedstawia pewną zmianę w stosunku do poprzedniego.
2
Animacja
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
Rodzaje animacji
• Animacja 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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
Rodzaje animacji – przesuwanie kamer i oświetlenia
Animacja 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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
Rodzaje animacji – morphing
Odmianą morfingu jest warping, gdzie obraz końcowy jest
zniekształconą wersją obrazu początkowego.
Często stosowany do tworzenia róŜnego rodzaju karykatur
8
Animacja
Podstawowe pojęcia
Rodzaje animacji – animacje powiązane
Hierarchia animacji
Animacja 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.
Animacja
Podstawowe pojęcia
Rodzaje animacji – animacje powiązane
Dwa podstawowe rodzaje
Animowanie
sekwencyjne
(forward
kinematics)
Przemieszczanie obiektu nadrzędnego powoduje automatyczną
animację obiektów z nim powiązanych (dzieci)
Np. Animacja przemieszczania ogniw łańcucha przymocowanego do
poruszanego obiektu
9
Animacja
Podstawowe pojęcia
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.
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
Animacja
Podstawowe pojęcia
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
skomplikowaną animację
animacji
moŜe
tworzyć
rozbudowaną
Dodatkowy stopień komplikacji wprowadza moŜliwość zapętlania
animacji podrzędnych oraz uniezaleŜniania ich odtwarzania od animacji
nadrzędnych
12