Анімація - штучне уявлення руху в кіно, на телебаченні або в комп'ютерній графіці, шляхом відображення послідовності малюнків або кадрів з частотою, при якій забезпечується цілісне зорове сприйняття образів (як правило, для плавного відтворення анімації необхідна швидкість, або частота кадрів, не менше 10 кадрів в секунду - інертність зорового сприйняття).
Частота зміни кадрів за секунду екранного часу становить:
10. 16 - для комп'ютерної анімації
24 - для кінематографа
25 - для системи PAL або SECAM телемовлення
30 - для системи NTSC телемовлення.
Комп'ютерна анімація передбачає використання комп'ютерного обладнання і програмного забезпечення для створення анімації.
Класична анімація. Це метод представляє собою послідовну зміну малюнків, кожен з яких намальований окремо (принцип мультфільму). Цей метод дуже трудомісткий через необхідність створення кожного малюнка. Способи створення кадрів:
1. Лялькова анімація. У просторі розміщуються об'єкти - кадр фіксує їхнє становище, стан об'єктів змінюється - і знову фіксується наступним кадром.
2. спрайтові анімація. Реалізується за допомогою мови програмування або спеціального інструментального кошти. Відсутнє поняття кадру (принцип рухливих ігор). У більшості випадків базується на роботі з "прозорим" кольором.
3. Морфинг. Перетворення одного графічного образу в інший. Часто виконується програмно. Програмне забезпечення морфинга генерує заданий число проміжних кадрів, яке забезпечує плавний перехід початкового образу в кінцевий.
4. Анімація кольором. Положення об'єктів не змінюється, змінюється лише колір. Часто виконується програмно.
6. Метод ключових або опорних кадрів (keyframing). Найбільш поширений спосіб. Ключовою подією може бути як зміна параметрів одного з можливих перетворень об'єкта (положення, повороту або масштабу), так і зміна будь-якого з допускають анімацію параметрів (властивості джерел світла, матеріалів і ін.). Після визначення всіх ключових кадрів, система комп'ютерної анімації виконує автоматичний розрахунок подій анімації для всіх інших кадрів, що займають проміжне положення між ключовими - проміжних кадрів.
7. Процедурна анімація для моделювання рухів, або ефектів, які важко відтворити за допомогою ключових кадрів. Розраховують поточні значення параметрів анімації, ґрунтуючись на початкових значеннях, заданих користувачем, і на математичних виразах, що описують зміну параметрів в часі. Цей метод дозволяє виконувати якісні анімації. Часто використовується для різноманітних фізичних ефектів.
Методи анімації пов'язаних в ієрархічний ланцюжок об'єктів:
Інверсна (зворотна) і пряма кінематика.
Пряма кінематика - переміщення об'єкта-батька впливає на весь ланцюг об'єктів-нащадків. Виглядає це так, ніби опорні точки дочірніх об'єктів пов'язані з опорними точками батьківського об'єкта жорсткими важелями. Якщо переміщається батьківський об'єкт, дочірній об'єкт також буде переміщатися, не змінюючи свого положення щодо об'єкта-предка. Якщо батьківський об'єкт повертається, то дочірній переміщається і повертається таким чином, що його положення і орієнтація по відношенню до батьківського об'єкту залишаються незмінними. Хоча дочірні об'єкти при перетворенні батьківського об'єкта переміщаються і повертаються, ключі анімації для них не генеруються. Перетворення дочірніх об'єктів виконується автоматично.
Інверсна кінематика - рух задається переміщенням наймолодшого об'єкта-нащадка, що змушує всю решту ланцюжок переміщатися відповідно до обмежень на роботу зчленувань об'єктів. Зокрема, це можуть бути обмеження на обертання і на ковзання. Можна обмежити діапазон дії цих зчленувань будь-якими осями координат, розміром кутового сектора або відстанню. Виконуючи налаштування параметрів зчленувань, таких як пріоритетність, наявність і сила тертя і т.п. можна домогтися побудови реалістичних рухів для складних багатоланкових об'єктів. На відміну від методу прямої кінематики, метод зворотної кінематики допускає отримання кількох рішень при наявності безлічі зчленувань об'єктів.
9. Захоплення руху (Motion Capture). Новий напрямок в анімації. Дає можливість передавати природні, реалістичні руху в реальному часі. Маленькі легкі датчики прикріплюються на живого актора в тих місцях, які будуть приведені у відповідність з контрольними точками комп'ютерної моделі для введення і оцифровки руху. Координати актора і його орієнтація в просторі передаються графічної станції, і анімаційні моделі оживають.
10. Програмна анімація. Результат виконання програми.
3D-об'єкт - це об'ємне тіло, у якого є довжина, ширина і глибина - властивості, яких у двомірних зображень на комп'ютері в немає. Адже в дійсності 3D-об'єкти існують тільки в пам'яті комп'ютера і відображаються на плоскій поверхні екрану по законам перспективи. Тривимірний об'єкт характеризується своєю формою і текстурою поверхні.
Форма - це геометрія об'єкта, яка в найпростішому випадку описується серією взаємопов'язаних в тривимірному просторі точок (вершин) і багатокутників (граней - замкнутих двовимірних фігур з трьома або більше сторонами). Наприклад, куб має вісім вершин і шість граней. Причому раніше для простоти в більшості випадків в якості базових багатокутників вибиралися трикутники. Кілька сотень або навіть тисяч таких трикутників з'єднувалися один з одним і утворювали складні тривимірні сітки.
Текстура - це особливості будови твердої речовини, обумовлені характером розташування його складових частин (кристалів, зерен і т.п.) У комп'ютерній графіці текстура описує найрізноманітніші властивості поверхні об'єктів: колір, прозорість, яка відображає здатність, шорсткість і т.п. Для текстур зазвичай використовуються зображення, що імітують матеріал, з якого зроблена поверхня об'єкта, що моделюється або так звані карти поверхні, відображення, рельєфу і т.п.
На моделюється сцені розміщуються джерела світла, при необхідності вводиться освітлюючий (звичайний) або затемняють (для емуляції нічних умов) туман і задається точка огляду (камера).
Моделювання 3D-об'єктів. Три невід'ємних складових частини тривимірного об'єкту. На першому етапі об'єкт являє собою набір вершин (у куба їх вісім), з'єднаних багатокутниками. На другому етапі в зображенні з'являється перспектива, а на третьому - стає видно текстура поверхні з деталями.
Основні поняття і терміни 3D-технологій
Тривимірна графіка. Для завдання тривимірної (3D) комп'ютерної анімації, необхідно побудувати, за допомогою одного з пакетів комп'ютерної анімації, тривимірну сцену.
Сцена включає наступні елементи:
· Тривимірні комп'ютерні моделі реальних чи вигаданих об'єктів
· Моделі знімальних камер - комп'ютерні камери необхідні, як і реальні камери в кіно і телебаченні, для спостереження за об'єктами з різних точок зору.
· Моделі джерел світла - призначені для моделювання освітлення комп'ютерної сцени. Серед них джерела ненаправленного і спрямованого світла, розсіяне світло.
· Моделювання середовища (повітряний серпанок, туман, сніг, дощ і т.д.) - робить комп'ютерну сцену більш реалістичною або більш ефектною.
Тривимірні комп'ютерні моделі об'єктів представляються тривимірними мережами. Елементи тривимірних мереж: Вершина, Ребро, Грань. Для додання реалістичності поверхні тривимірних об'єктів повинні бути "виготовлені" з певні матеріалів. Базові параметри матеріалів: глянцевитость, непрозорість, самосвеченія, переломлення.
Завдання рухів для комп'ютерних моделей об'єктів. Завдання анімації будується на використанні понять:
Тривимірна графіка Область комп'ютерної графіки, пов'язана з генерацією та відображенням тривимірних об'єктів на двовимірної площині (на екрані дисплея). Залежно від використовуваних моделей тривимірних об'єктів, системи тривимірної комп'ютерної графіки мають різні можливості відображення об'єктів - від дротяного каркаса, до фотореалістичного уявлення.
Тривимірні моделі широко використовуються в системах комп'ютерної анімації для створення телевізійних заставок, моделювання декорацій і переміщення живих акторів в штучне середовище, створення кібернетичних акторів-роботів, моделювання складних візуальних ефектів на телебаченні і в кіно.
Безліч сучасних комп'ютерних ігор побудовано на широкому використанні тривимірної графіки. Обробка тривимірної графічної інформації пов'язана з великими обчислювальними витратами, тому для ефективної роботи з тривимірною графікою на персональних комп'ютерах широко використовуються графічні прискорювачі (графічні акселератори).
Для відображення тривимірних об'єктів в Інтернет використовується мова моделювання віртуальної реальності VRML.
1. Видима частина сцени, яка спостерігається у вікні камери або в одному з вікон проекцій програми комп'ютерної анімації.
2. Одиночне зображення з безлічі зображень, складових анімаційну послідовність і представлене в певному графічному форматі. У разі полукадровой візуалізації (Field rendering) кожен кадр формується у вигляді двох полів (fields), в один з яких записуються всі парні рядки зображення, а в іншій - всі непарні рядки.
Ключовий кадр (Keyframe)
У комп'ютерній анімації одна з точок на тимчасової осі, визначених користувачем для завдання анімації. Ключові кадри відповідають певним подіям анімації. Ключовою подією може бути не тільки зміна параметрів одного з можливих перетворень об'єкта (положення, повороту або масштабу), але також зміна будь-якого з допускають анімацію параметрів (властивості джерел світла, матеріалів і ін.). Після визначення всіх ключових кадрів, система комп'ютерної анімації виконує автоматичний розрахунок подій анімації для всіх інших кадрів, що займають проміжне положення між ключовими - проміжних (in-betweens) кадрів.
Шлях переміщення в просторі об'єкта або точки об'єкта. У комп'ютерній анімації переміщення об'єктів відбувається зазвичай по сплайна траєкторіях, які проходять через всі ключові точки анімації.
Гладка крива, яка проходить через дві або більше контрольних точок, які керують формою сплайна. Два з найбільш загальних типів сплайнів - криві Безьє (Bezier curves) і В -сплайни (B-spline curves).
Опорна точка (Pivot point)
Точка, пов'язана з об'єктом, щодо якої виконується обертання і масштабування об'єкта. Може збігатися з початком локальної системи координат об'єкту. При створенні нових об'єктів в 3D Studio Max опорні точки розміщуються в геометричних центрах або в середині підстав цих об'єктів.