Techniki animacji komputerowej

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