Dataanimasjon - Computer animation

Et eksempel på datamaskinanimasjon som er produsert fra " motion capture " -teknikken

Dataanimasjon er prosessen som brukes for digital generering av animerte bilder. Det mer generelle uttrykket datagenererte bilder (CGI) omfatter både statiske scener og dynamiske bilder, mens dataanimasjon bare refererer til bevegelige bilder. Moderne datamaskinanimasjon bruker vanligvis 3D-datagrafikk for å generere et tredimensjonalt bilde, selv om 2D-datagrafikk fortsatt brukes for stilistiske, lave båndbredder og raskere gjengivelser i sanntid . Noen ganger er målet for animasjonen selve datamaskinen, men noen ganger film også.

Dataanimasjon er i hovedsak en digital etterfølger for å stoppe bevegelsesteknikker , men ved å bruke 3D-modeller og tradisjonelle animasjonsteknikker ved å bruke bilde-for-ramme-animasjon av 2D-illustrasjoner. Datagenererte animasjoner kan også tillate en enkelt grafiker å produsere slikt innhold uten bruk av skuespillere, dyre dødballer eller rekvisitter . For å skape en illusjon av bevegelse, vises et bilde på dataskjermen og erstattes gjentatte ganger med et nytt bilde som ligner det, men avanserte litt i tid (vanligvis med en hastighet på 24, 25 eller 30 bilder/sekund). Denne teknikken er identisk med hvordan illusjonen om bevegelse oppnås med TV og film .

For 3D -animasjoner er objekter (modeller) bygget på dataskjermen (modellert) og 3D -figurer er rigget med et virtuelt skjelett . For 2D -figuranimasjoner brukes separate objekter (illustrasjoner) og separate transparente lag med eller uten det virtuelle skjelettet. Deretter flyttes lemmer, øyne, munn, klær osv. I figuren av animatoren på nøkkelrammer . Forskjellene i utseende mellom nøkkelrammer beregnes automatisk av datamaskinen i en prosess som kalles tweening eller morphing . Til slutt gjengis animasjonen .

For 3D -animasjoner må alle rammer gjengis etter at modellen er fullført. For 2D -vektoranimasjoner er gjengivelsesprosessen nøkkelramme -illustrasjonsprosessen, mens tweened -rammer gjengis etter behov. For forhåndsinnspilte presentasjoner overføres de gjengitte bildene til et annet format eller medium, for eksempel digital video. Rammer kan også gjengis i sanntid etter hvert som de blir presentert for sluttbrukerpublikummet. Animasjoner med lav båndbredde overført via internett (f.eks. Adobe Flash , X3D ) bruker ofte programvare på sluttbrukerens datamaskin for å gjengi i sanntid som et alternativ til streaming eller forhåndslastede animasjoner med høy båndbredde.

Forklaring

For å lure øyet og hjernen til å tro at de ser et objekt som beveger seg jevnt, bør bildene tegnes med rundt 12 bilder per sekund eller raskere. (En ramme er ett komplett bilde.) Med hastigheter over 75-120 bilder i sekundet, kan ingen forbedring av realisme eller glatthet oppfattes på grunn av måten øyet og hjernen både behandler bilder på. Med hastigheter under 12 bilder per sekund kan de fleste oppdage rykninger forbundet med tegning av nye bilder som forringer illusjonen av realistisk bevegelse. Konvensjonell håndtegnet tegneserie-animasjon bruker ofte 15 bilder i sekundet for å spare på antall tegninger som trengs, men dette aksepteres vanligvis på grunn av tegneserienes stiliserte natur. For å produsere mer realistiske bilder krever datamaskinanimasjon høyere bildefrekvenser.

Filmer sett på kinoer i USA går med 24 bilder per sekund, noe som er tilstrekkelig til å skape en illusjon av kontinuerlig bevegelse. For høy oppløsning brukes adaptere.

Historie

Tidlig digital datamaskinanimasjon ble utviklet ved Bell Telephone Laboratories på 1960 -tallet av Edward E. Zajac, Frank W. Sinden, Kenneth C. Knowlton og A. Michael Noll. Andre digitale animasjoner ble også praktisert på Lawrence Livermore National Laboratory .

I 1967 ble en datamaskinanimasjon kalt "Hummingbird" laget av Charles Csuri og James Shaffer. I 1968 ble en datamaskinanimasjon kalt " Kitty " laget med BESM -4 av Nikolai Konstantinov, som skildrer en katt som beveger seg rundt. I 1971 ble det laget en datamaskinanimasjon kalt "Metadata", som viser forskjellige former.

Et tidlig skritt i dataanimasjonshistorien var oppfølgeren til filmen Westworld fra 1973 , en science-fiction-film om et samfunn der roboter lever og jobber blant mennesker. Oppfølgeren, Futureworld (1976), brukte 3D- wire-frame bilder, som inneholdt en datamaskin-animert hånd og ansikt som begge ble laget av nyutdannede ved University of Utah Edwin Catmull og Fred Parke . Dette bildet dukket opprinnelig opp i studentfilmen A Computer Animated Hand , som de fullførte i 1972.

Utviklingen innen CGI -teknologier rapporteres hvert år på SIGGRAPH , en årlig konferanse om datagrafikk og interaktive teknikker som deltar av tusenvis av dataprofesjonelle hvert år. Utviklere av dataspill og 3D-skjermkort streber etter å oppnå den samme visuelle kvaliteten på personlige datamaskiner i sanntid som er mulig for CGI-filmer og animasjoner. Med den raske fremgangen i sanntidskvalitet, begynte kunstnere å bruke spillmotorer for å gjengi ikke-interaktive filmer, noe som førte til kunstformen Machinima .

Film og fjernsyn

"Spring", en 3D -animert kortfilm laget med Blender

CGI -kortfilmer har blitt produsert som uavhengig animasjon siden 1976. Tidlige eksempler på spillefilmer som inneholder CGI -animasjon inkluderer Tron (1982) og den japanske anime -filmen Golgo 13: The Professional (1983). VeggieTales er den første amerikanske fullt 3D -animerte serien som selges direkte (laget i 1993); suksessen inspirerte andre animasjonsserier, for eksempel ReBoot i 1994 og Transformers: Beast Wars i 1996.

Den første datamaskinanimerte TV -serien i full lengde var ReBoot , som debuterte i september 1994; serien fulgte eventyrene til karakterer som bodde inne i en datamaskin. Den første datamaskinanimasjonsfilmen med lang lengde var Toy Story (1995), som ble laget av Pixar . Det fulgte et eventyr sentrert rundt leker og deres eiere. Filmen forteller historien om en cowboydukke som må bli en venn når en superhelt rommannshandlingsfigur erstatter ham som favorittleketøyet. Denne banebrytende filmen var også den første av mange fullt dataanimerte filmer.

Populariteten til datamaskinanimasjon (spesielt innen spesialeffekter ) skyt i været i den moderne epoken med amerikansk animasjon . Filmer som Avatar (2009) og The Jungle Book (2016) bruker CGI for størstedelen av filmtiden, men inkorporerer fortsatt menneskelige skuespillere i blandingen.

Animasjonsmetoder

3D -spillfigur animert ved hjelp av skjelettanimasjon .
I denne .gif av en 2D Flash animasjon, hver 'pinne' av figuren er keyframed over tid for å skape bevegelse.

I de fleste 3D -datamaskinanimasjonssystemer oppretter en animator en forenklet fremstilling av karakterens anatomi, som er analog med et skjelett eller en pinne . De er ordnet i en standardposisjon kjent som en bindestilling , eller T-Pose. Posisjonen til hvert segment av skjelettmodellen er definert av animasjonsvariabler, eller Avars for kort. Hos menneske- og dyrfigurer tilsvarer mange deler av skjelettmodellen de faktiske beinene, men skjelettanimasjon brukes også til å animere andre ting, med ansiktstrekk (selv om det finnes andre metoder for ansiktsanimasjon ). Karakteren "Woody" i Toy Story bruker for eksempel 700 Avars (100 i ansiktet alene). Datamaskinen gjengir vanligvis ikke skjelettmodellen direkte (den er usynlig), men den bruker skjelettmodellen til å beregne den nøyaktige posisjonen og retningen til den bestemte karakteren, som til slutt gjengis til et bilde. Ved å endre verdiene til Avars over tid, skaper animatoren derfor bevegelse ved å få tegnet til å bevege seg fra ramme til ramme.

Det er flere metoder for å generere Avar -verdiene for å oppnå realistisk bevegelse. Tradisjonelt manipulerer animatører Avars direkte. Snarere enn sett Avars for hver ramme, de vanligvis satt Avars på strategiske punkter (rammer) i tid og la datamaskinen interpolere eller tween mellom dem i en prosess som kalles keyframing . Keyframing legger kontrollen i hendene på animatoren og har røtter i håndtegnet tradisjonell animasjon .

I kontrast bruker en nyere metode som kalles motion capture, opptak av live action . Når datamaskinanimasjon drives av bevegelsesopptak, opptrer en ekte utøver på scenen som om de var karakteren som skulle animeres. Hans/hennes bevegelse blir spilt inn på en datamaskin ved hjelp av videokameraer og markører, og den ytelsen blir deretter brukt på den animerte karakteren.

Hver metode har sine fordeler, og fra 2007 bruker spill og filmer en eller begge metodene i produksjoner. Keyframe -animasjon kan produsere bevegelser som ville være vanskelige eller umulige å utføre, mens bevegelsesfangst kan gjengi finessene til en bestemt skuespiller. For eksempel, i filmen Pirates of the Caribbean: Dead Man's Chest fra 2006 , ga Bill Nighy forestillingen for karakteren Davy Jones . Selv om Nighy ikke vises i filmen selv, tjente filmen på hans opptreden ved å registrere nyansene i kroppsspråket, holdningen, ansiktsuttrykkene osv. Dermed er bevegelsesopptak passende i situasjoner der det er nødvendig med troverdig, realistisk oppførsel og handling. , men de nødvendige tegnene overstiger det som kan gjøres gjennom den konvensjonelle kostymen.

Modellering

3D datamaskinanimasjon kombinerer 3D -modeller av objekter og programmerte eller hånd "nøkkelrammede" bevegelser. Disse modellene er konstruert av geometriske hjørner, ansikter og kanter i et 3D -koordinatsystem. Gjenstander er skulpturert omtrent som ekte leire eller gips, fra generelle former til spesifikke detaljer med forskjellige skulpturverktøy. Med mindre en 3D -modell er ment å ha en ensfarget farge, må den males med " teksturer " for realisme. Et bein/ledd animasjonssystem er satt opp for å deformere CGI -modellen (f.eks. For å få en humanoid modell til å gå). I en prosess som kalles rigging , får den virtuelle marionetten forskjellige kontrollere og håndtak for å kontrollere bevegelser. Animasjonsdata kan opprettes ved hjelp av bevegelsesopptak eller keyframing av en menneskelig animator, eller en kombinasjon av de to.

3D -modeller rigget for animasjon kan inneholde tusenvis av kontrollpunkter - for eksempel bruker "Woody" fra Toy Story 700 spesialiserte animasjonskontrollere. Rhythm and Hues Studios jobbet i to år for å lage Aslan i filmen The Chronicles of Narnia: The Lion, the Witch and the Wardrobe , som hadde rundt 1 851 kontrollere (742 i ansiktet alene). I filmen The Day After Tomorrow fra 2004 måtte designere designe krefter for ekstremvær ved hjelp av videoreferanser og nøyaktige meteorologiske fakta. For nyinnspilling av King Kong i 2005 ble skuespilleren Andy Serkis brukt til å hjelpe designere med å finne gorillaens beste beliggenhet i skuddene og brukte uttrykkene hans til å modellere "menneskelige" egenskaper på skapningen. Serkis hadde tidligere gitt stemme og ytelse for Gollum i JRR Tolkien 's The Lord of the Rings -trilogien.

Utstyr

En strålesporet 3D-modell av en jack i en terning, og jacken alene nedenfor.

Dataanimasjon kan opprettes med en datamaskin og en animasjonsprogramvare. Noen imponerende animasjoner kan oppnås selv med grunnleggende programmer; gjengivelsen kan imidlertid kreve mye tid på en vanlig hjemmemaskin. Profesjonelle animatorer for filmer, TV og videospill kan lage fotorealistisk animasjon med høye detaljer. Dette kvalitetsnivået for filmanimasjon ville ta hundrevis av år å lage på en hjemmemaskin. I stedet brukes mange kraftige arbeidsstasjon -datamaskiner. Grafiske arbeidsstasjon -datamaskiner bruker to til fire prosessorer, og de er mye kraftigere enn en faktisk hjemmemaskin og er spesialiserte for gjengivelse. Mange arbeidsstasjoner (kjent som en " gjengivelsesgård " ) er koblet til nettverk for effektivt å fungere som en gigantisk datamaskin, noe som resulterer i en datamaskinanimert film som kan fullføres på omtrent ett til fem år (denne prosessen består imidlertid ikke bare av gjengivelse ). En arbeidsstasjon koster vanligvis $ 2 000-16 000 med de dyrere stasjonene i stand til å gjengi mye raskere på grunn av den mer teknologisk avanserte maskinvaren de inneholder. Profesjonelle bruker også digitale filmkameraer , filmopptak av bevegelse/ ytelse , bluescreens , programvare for filmredigering , rekvisitter og andre verktøy som brukes til filmanimasjon. Programmer som Blender tillater at folk som ikke har råd til dyr animasjon og gjengivelsesprogramvare, kan jobbe på samme måte som de som bruker utstyr av kommersiell karakter.

Ansiktsanimasjon

Den realistiske modelleringen av menneskelige ansiktstrekk er både et av de mest utfordrende og ettertraktede elementene i datagenererte bilder. Datamaskin ansiktsanimasjon er et svært komplekst felt der modeller vanligvis inneholder et veldig stort antall animasjonsvariabler. Historisk sett viste de første SIGGRAPH -opplæringene om toppmoderne ansiktsanimasjon i 1989 og 1990 å være et vendepunkt i feltet ved å samle og konsolidere flere forskningselementer og vekke interesse blant en rekke forskere.

Den Facial Handling Coding System (med 46 "action enheter", "leppe bite" eller "myse"), som hadde blitt utviklet i 1976, ble et populært utgangspunkt for mange systemer. Så tidlig som i 2001, MPEG-4 inkluderte 68 Face Animasjon Parametere (FAPS) for lepper, kjeve, etc., og feltet har gjort betydelige fremskritt siden da, og bruk av ansiktsMikroUttrykk har økt.

I noen tilfeller kan et affektivt rom , PAD emosjonell tilstandsmodell , brukes til å tildele spesifikke følelser til ansiktene til avatarer . I denne tilnærmingen brukes PAD-modellen som et emosjonelt rom på høyt nivå, og det lavere nivået er MPEG-4 Facial Animation Parameters (FAP). Et mellomrom på delvis nivå uttrykk parametere (PEP) brukes deretter til i en to-nivå struktur-PAD-PEP kartlegging og PEP-FAP oversettelsesmodell.

Realisme

Joy & Heron - Et typisk eksempel på realistisk animasjon

Realisme i dataanimasjon kan bety å få hver ramme til å se fotorealistisk ut , i den forstand at scenen gjengis for å ligne et fotografi eller gjøre karakterenes animasjon troverdig og naturtro. Dataanimasjon kan også være realistisk med eller uten den fotorealistiske gjengivelsen .

En av de største utfordringene innen dataanimasjon har vært å skape menneskelige karakterer som ser og beveger seg med den høyeste grad av realisme. En del av vanskeligheten med å lage behagelige, realistiske menneskelige karakterer er den uhyggelige dalen , konseptet der det menneskelige publikum (til et punkt) har en tendens til å få en stadig mer negativ, emosjonell respons etter hvert som en menneskelig kopi ser ut og virker mer og mer menneskelig. Filmer som har forsøkt fotorealistiske menneskelige karakterer, som The Polar Express , Beowulf og A Christmas Carol, har blitt kritisert som "skumle" og "forvirrende".

Målet med datamaskinanimasjon er ikke alltid å etterligne live action så tett som mulig, så mange animasjonsfilmer inneholder i stedet tegn som er antropomorfe dyr , legendariske skapninger og karakterer, superhelter eller på annen måte har ikke-realistiske, tegneserielignende proporsjoner. Dataanimasjon kan også skreddersys for å etterligne eller erstatte andre typer animasjoner, som tradisjonell stop-motion-animasjon (som vist i Flushed Away eller The Peanuts Movie ). Noen av de mangeårige grunnprinsippene for animasjon , som squash og stretch, krever bevegelse som ikke er strengt realistisk, og slike prinsipper ser fortsatt utbredt anvendelse i datamaskinanimasjon.

Animasjonsstudioer

Noen bemerkelsesverdige produsenter av datamaskinanimerte spillefilmer inkluderer:

Webanimasjoner

Populariteten til nettsteder som tillater medlemmer å laste opp sine egne filmer som andre kan se, har skapt et voksende fellesskap av uavhengige og amatører datamaskinanimatorer. Med verktøy og programmer som ofte er inkludert gratis i moderne operativsystemer , kan mange brukere lage sine egne animerte filmer og shorts. Flere gratis og åpen kildekode- animasjonsprogrammer finnes også. Hvor enkelt disse animasjonene kan distribueres, har også tiltrukket seg profesjonelle animasjonstalenter. Selskaper som PowToon og Vyond prøver å bygge bro over gapet ved å gi amatører tilgang til profesjonelle animasjoner som utklipp .

De eldste (mest bakoverkompatible) nettbaserte animasjonene er i det animerte GIF- formatet, som enkelt kan lastes opp og sees på nettet. Imidlertid reduserer raster -grafikkformatet for GIF -animasjoner nedlasting og bildefrekvens, spesielt med større skjermstørrelser. Den økende etterspørselen etter nettbaserte animasjoner av høyere kvalitet ble møtt av et vektorgrafikkalternativ som stolte på bruk av et plugin . I flere tiår var Flash -animasjoner det mest populære formatet, til webutviklingssamfunnet forlot støtten for Flash Player -pluginet. Nettlesere på mobile enheter og mobile operativsystemer støttet aldri Flash -pluginet fullt ut.

På dette tidspunktet økte internettbåndbredden og nedlastningshastigheten, noe som gjorde rastergrafiske animasjoner mer praktiske. Noen av de mer komplekse vektorgrafiske animasjonene hadde en langsommere bildefrekvens på grunn av kompleks gjengivelse enn noen av de rastergrafiske alternativene. Mange av GIF- og Flash -animasjonene ble allerede konvertert til digitale videoformater, som var kompatible med mobile enheter og reduserte filstørrelser via videokomprimeringsteknologi . Imidlertid var kompatibiliteten fortsatt problematisk ettersom noen av de populære videoformatene som Apples QuickTime og Microsoft Silverlight krever plugins. YouTube , det mest populære videodelingsnettstedet, stolte også på Flash -pluginet for å levere digital video i Flash Video -format.

De siste alternativene er HTML5 -kompatible animasjoner. Teknologier som JavaScript og CSS -animasjoner gjorde sekvensering av bevegelse av bilder på HTML5 -websider mer praktisk. SVG -animasjoner tilbød et vektorgrafisk alternativ til det opprinnelige Flash -grafiske formatet, SmartSketch . YouTube tilbyr et HTML5 -alternativ for digital video. APNG (Animert PNG) tilbød et rastergrafisk alternativ til animerte GIF-filer som muliggjør åpenhet på flere nivåer som ikke er tilgjengelig i GIF-er.

Detaljerte eksempler og pseudokode

I 2D datamaskinanimasjon blir objekter i bevegelse ofte referert til som " sprites ". En sprite er et bilde som har en posisjon knyttet til det. Plasseringen av sprite endres litt mellom hver ramme som vises, slik at spriten ser ut til å bevege seg. Følgende pseudokode får en sprite til å bevege seg fra venstre til høyre:

var int x := 0, y := screenHeight / 2;
while x < screenWidth
drawBackground()
drawSpriteAtXY (x, y) // draw on top of the background
x := x + 5 // move to the right

Dataanimasjon bruker forskjellige teknikker for å produsere animasjoner. Oftest brukes sofistikert matematikk til å manipulere komplekse tredimensjonale polygoner , bruke " teksturer ", belysning og andre effekter på polygonene og til slutt gjengi det komplette bildet. Et sofistikert grafisk brukergrensesnitt kan brukes til å lage animasjonen og arrangere koreografien. En annen teknikk som kalles konstruktiv solid geometri definerer objekter ved å utføre boolske operasjoner på vanlige former, og har fordelen at animasjoner kan produseres nøyaktig i hvilken som helst oppløsning.

Datastøttet vs. datamaskingenerert

Å animere betyr i overført betydning å "gi liv til". Det er to grunnleggende metoder som animatorer vanligvis bruker for å oppnå dette.

Datamaskinassistert animasjon er vanligvis klassifisert som todimensjonal ( 2D ) animasjon. Tegninger er enten håndtegnet (blyant til papir) eller interaktivt tegnet (på datamaskinen) ved hjelp av forskjellige hjelpeapparater og er plassert i spesifikke programvarepakker. I programvarepakken plasserer skaperen tegninger i forskjellige nøkkelrammer som grunnleggende skaper en oversikt over de viktigste bevegelsene. Datamaskinen fyller deretter ut "mellomrammene", en prosess som vanligvis kalles Tweening . Datastøttet animasjon bruker nye teknologier for å produsere innhold raskere enn det er mulig med tradisjonell animasjon , samtidig som de beholder de stilistiske elementene til tradisjonelt tegnet tegn eller objekter.

Eksempler på filmer produsert ved hjelp av datamaskinassistert animasjon er The Little Mermaid , The Rescuers Down Under , Beauty and the Beast , Aladdin , The Lion King , Pocahontas , The Hunchback of Notre Dame , Hercules , Mulan , The Road to El Dorado og Tarzan .

Datagenerert animasjon er kjent som tredimensjonal ( 3D ) animasjon. Skaperne designer et objekt eller tegn med en X-, en Y- og en Z -akse. Ingen blyant-til-papir-tegninger skaper måten datamaskingenerert animasjon fungerer på. Objektet eller tegnet som er opprettet, blir deretter tatt inn i en programvare. Nøkkelframing og tweening utføres også i datagenerert animasjon, men det er mange teknikker som ikke er relatert til tradisjonell animasjon . Animatører kan bryte fysiske lover ved å bruke matematiske algoritmer for å jukse masse- , kraft- og tyngdekraftregler . I utgangspunktet kan tidsskala og kvalitet sies å være en foretrukket måte å produsere animasjon på, ettersom de er viktige aspekter forbedret ved bruk av datagenerert animasjon. Et annet positivt aspekt ved CGA er det faktum at man kan skape en flokk med skapninger for å opptre uavhengig når de opprettes som en gruppe. Et dyrs pels kan programmeres til å vinke i vinden og ligge flatt når det regner i stedet for å programmere hver hårstrå separat.

Noen få eksempler på datagenererte animasjonsfilmer er Toy Story , Antz , Ice Age , Happy Feet , Despicable Me , Frozen og Shrek .

Se også

Referanser

Sitater

Siterte arbeider

Eksterne linker