Комп'ютерна анімація — мистецтво створення рухомих зображень за допомогою комп'ютерів.
Є підрозділом комп'ютерної графіки та анімації. На відміну від більш загального поняття «графіка CGI», що відноситься як до нерухомих, так і до рухомих зображень, комп'ютерна анімація має на увазі тільки рухомі. На сьогодні отримала широке застосування як в області розваг, так і у виробничій, науковій та діловій сферах. Як похідна від комп'ютерної графіки, анімація успадковує ті ж способи створення зображень:
Історія комп'ютерної анімації тісно пов'язана з появою і розвитком спеціалізованих графічних програмних пакетів.
Першим кроком у технології візуальних ефектів була придумана в 1961 році Айвеном Сазерлендом система Sketchpad, яка започаткувала еру комп'ютерної графіки. У цій системі за допомогою світлового пера користувачі могли створювати малюнки безпосередньо на екрані монітора. У 1967 році Сазерленд разом з Девідом Евансом розпочали роботу по створенню навчального курсу комп'ютерної графіки. В університеті штату Юта (США), де були започатковані такі дослідження, в цей час працювали: Джим Кларк — засновник компанії Silicon Graphics Inc., Ед Кетмелл — один з піонерів у галузі створення фільмів за допомогою комп'ютера, Джон Варнок — засновник компанії Adobe Systems і розробник таких відомих продуктів, як Photoshop і PostScript. Спочатку об'ємне зображення об'єктів формували на основі набору геометричних фігур (найчастіше трикутників). При цьому геометричні фігури мали однотонну заливку, а об'єкти переднього плану закривали ті, що розміщені на задньому плані.
У 1971 році Анрі Гуро запропонував зафарбовувати трикутники з лінійною зміною інтенсивностей між їх вершинами. Це дозволило отримати більш плавну зміну інтенсивностей вздовж поверхні об'єктів. У 1974 році Едвін Кетмелл запропонував концепцію Z-буфера, що прискорило процес вилучення прихованих граней. Іншим винаходом Кетмула є накладання текстури на поверхню тривимірних об'єктів, що забезпечує реалістичність цих об'єктів. Ву Тонг Фонг запропонував інтерполювати відтінки всієї поверхні полігону, що забезпечує кращу згладжуваність, хоча і вимагає значно більших обчислень.
Джеймс Блінн у 1976 році скомбінував розфарбовування за Фонгом і накладання текстури на поверхню об'єктів. У 1980 році Тернер Уіттед запропонував нову техніку візуалізації (трасування), яка полягає у відслідковуванні шляхів проходження світлових променів від джерела світла до об'єктива камери з врахуванням їх відбиття від об'єктів сцени. У 1986 році фірма AT&T випустила перший пакет для роботи з анімацією на персональних комп'ютерах (TOPAS), який коштував 10 000 доларів і працював на комп'ютерах з процесором Intel 80286 і операційною системою DOS. У 1990 році фірма Autodesk розпочала продаж продукту 3D Studio. У 1997 році компанія Macromedia придбала у компанії FutureWare невелику графічну програму для Web, з якої була започаткована свого часу широко відома програма комп'ютерної анімації Macromedia Flash. У 1998 році розпочався випуск програми Maya, що коштувала від 15 000 до 30 000 доларів.
Розстановка ключових кадрів проводиться аніматором. Проміжні ж кадри генерує спеціальна програма. Цей спосіб найбільш близький до традиційної мальованої анімації, тільки роль фазовщика бере на себе комп'ютер, а не людина.
Дані анімації записуються спеціальним обладнанням з реальних об'єктів, що рухаються і переносяться на їх імітацію в комп'ютері. Поширений приклад такої техніки — Motion capture (захоплення рухів). Актори в спеціальних костюмах з датчиками здійснюють рухи, які записуються камерами і аналізується спеціальним програмним забезпеченням. Підсумкові дані про переміщення суглобів і кінцівок акторів застосовують до тривимірних скелетів віртуальних персонажів, саме цим досягають високого рівня достовірності їх руху.
Такий же метод використовують для перенесення міміки живого актора на його тривимірний аналог в комп'ютері.
Процедурна анімація повністю або частково розраховується комп'ютером. Сюди можна включити такі її види:
Широке застосування в мережі отримали дві мови, за допомогою яких програмуються руху анімованих об'єктів:
Перевага програмованої анімації — у зменшенні розміру вихідного файлу, недолік — навантаження на процесор клієнта.
Для створення анімованих зображень існує безліч програм як платних, так і безкоштовних.
Комп'ютерна анімація може зберігатися в універсальних графічних файлах (наприклад, у форматі GIF) у вигляді набору незалежних зображень, або в спеціалізованих файлах відповідних пакетів анімації (3ds Max, Blender, Maya тощо) у вигляді текстур і окремих елементів, або в форматах, призначених для перегляду (FLIC[en]) та застосування в іграх (Bink[en]). Також, анімація може зберігатися у форматах, призначених для зберігання відео (MPEG-4).
Комп'ютерна анімація (послідовний показ слайд-шоу із заздалегідь підготовлених графічних файлів, а також комп'ютерна імітація руху за допомогою зміни і перемальовування форми об'єктів, або показу послідовних зображень з фазами руху, підготовлених заздалегідь або породжуваних під час анімації) може застосовуватися в комп'ютерних іграх, мультимедійних додатках (наприклад, енциклопедіях), а також для «оживлення» окремих елементів оформлення, наприклад, веб сторінок і реклами (анімовані банери) На веб сторінках анімація може формуватися засобами стилів (CSS) і скриптів (JavaScript) або модулями, створеними за допомогою технології Flash або її аналогів (флеш-анімація). З середини 1980-х років комп'ютерна анімація використовується для створення спецефектів у кінематографі. Першим фільмом, що містить ключові сцени, засновані на зображенні, синтезованому комп'ютером, став «Термінатор 2: Судний день».
Безсумнівною перевагою комп'ютерної 3D-анімації перед класичною мальованою є повна відсутність спотворень пропорцій об'єкта (рис обличчя тощо) при русі, неминучих при ручному промальовуванню.
Одним відкритим викликом в комп'ютерній анімації є фотореалістична анімація людини. В даний час більшість фільмів, створених з використанням комп'ютерної анімації, показують персонажів-тварин (Пригоди Фліка, У пошуках Немо, Рататуй, Льодовиковий період, Лісова братва, Сезон полювання), фантастичних персонажів (Корпорація монстрів, Шрек, Черепашки-ніндзя, Монстри проти прибульців), антропоморфні машини (Тачки, ВОЛЛ·І, Роботи) або мультяшну людину (Суперсімейка, Нікчемний я, Вперед і вгору). Фільм Остання фантазія: Духи всередині часто наводиться як перший комп'ютерний фільм в якому зроблена спроба максимально реалістично показати людей. Однак через складність будови людського тіла, рухів людини і біомеханіки людини, реалістична симуляція людини залишається, значною мірою, відкритою проблемою. Ще однією проблемою є неприязнь, як психологічна відповідь на перегляд майже ідеальний анімації людини, відома як «зловісна долина». Це один з «святих граалів» комп'ютерної анімації. У кінцевому рахунку, метою є створення програмного забезпечення, де аніматор зможе генерувати епізоди, в яких зображено фотореалістичного персонажа-людину, який піддається фізично правдоподібним рухам, разом з одягом, фотореалістичне волосся, ускладнений природний фон, і, можливо, взаємодію з іншими моделями персонажів-людей. Домігшись цього, глядач буде вже не в змозі довести, що певний епізод комп'ютерний, або створений з використанням реальних акторів перед кінокамерою. Досягнення повного реалізму може мати серйозні наслідки для кіноіндустрії.
Не менш серйозні наслідки таке досягнення може принести судовій системі — стане проблематичним використання відео або фотоматеріалів як доказів, підтвердження алібі і т. д., тому що необхідно буде однозначно доводити реальність знятого матеріалу.
На даний момент використовується тривимірна комп'ютерна анімація, і її можна розділити на два основних напрямки: фотореалістичний і не фотореалістичний рендеринг. Фотореалістична комп'ютерна анімація сама по собі може бути розділена на дві підкатегорії: реальний фотореалізм (де захоплення руху використовується для створення віртуального персонажа—людини) і стилізований фотореалізм. Реальний фотореалізм — це те, чого добилися в Final Fantasy і в майбутньому, швидше за все, здатний дати нам ігрове кіно з аспектами фентезі, як у Темний кристал без використання передового лялькового театру і аніматроніки, а Мураха Антц — приклад стилістичного фотореалізму (у майбутньому, стилізований фотореалізм зможе замінити традиційну анімацію руху стоп, як у мультфільмі Труп нареченої). Жоден із згаданих методів не досконалий, але прогрес не зупиняється.
Сьогодні окрім Flash-технології анімації засобами ImageReady, анімації засобами CorelDraw існує широкий спектр інших засобів, який постійно розширюється. Цей спектр включає як відносно прості засоби, які можна віднести до класу GIF-аніматорів, та засоби, вмонтовані в інструментальні засоби Web-дизайну, так і потужні засоби для 3D-анімації та анімації персонажів.
Коротка характеристика деяких засобів комп'ютерної анімації наведена нижче.
Maya від компанії Alias|Wavefront, що належить Silicon Graphics Inc., є одним з найпоширеніших пакетів серед програмного забезпечення для 3D анімації, і за останні роки стала лідером для анімації персонажів у художніх фільмах. Maya має значну і різнобічну систему моделювання, могутню анімацію персонажів і великі здатності по створенню візуальних ефектів. У той час як Maya є великим, складним для вивчення пакетом, він має удосконалений інтерфейс, представлений пензлеподібними інструментами, які дозволяють формувати і редагувати об'єкти в ході інтерактивного процесу, що нагадує малювання, і інструменти, які дозволяють намалювати траву, дерева й інші елементи в 3D-просторі у вигляді «мазків пензля», що візуалізуються. Динамічна імітація твердих тіл, тіл змінної форми, одягу, волосся, у сполученні з могутньою мовою сценаріїв, зробили Maya великим інструментом візуальних ефектів. Maya широко використовується для створення мультфільмів і кінофільмів, комп'ютерних ігор, рекламних роликів, для моделювання промислових розробок, архітектурних ансамблів, розробки бізнес-презентацій. Вартість базового пакету Maya на 2003 рік становить 7500 доларів.
До випуску Poser 3D-художники при потребі в реалістичних персонажах повинні були створювати їх моделі в програмі для тривимірної анімації. Усе це змінилося, коли був випущений Poser[en]. Тепер дизайнери можуть одержати необхідного їм персонажа, наданого у Poser, й експортувати його в свої сцени тривимірної графіки. Poser-персонажі можуть бути анімовані швидко, шляхом додавання ключових кадрів по шкалі часу, і змін пози персонажа в кожному ключовому кадрі. Програма поставляється з великою бібліотекою попередньо встановленої анімації, яка може модифікуватись.
Jasc[en] Animation Shop — це провідна програма для створення анімованих зображень, баннерів, накладання ефектів тощо. Програма поставляється як додаткова до професійної програми роботи із зображеннями Jasc Paint Shop Pro. Ця програма має дуже багато можливостей, які не мають інші програми анімації зображень, що робить її майже незамінною. Програма має зручний та простий у використанні інтерфейс. Користувачі можуть легко імпортувати багатошарові малюнки, щоб автоматично будувати анімації, чи використати Animation Wizard (майстер анімації) чи Banner Wizard (майстер банерів), щоб зібрати або створити нову анімацію.
LightWave 3D[en] (виробник — компанія NewTek[en]) — пакет тривимірного моделювання й анімації, що характеризується великим вибором інструментів, високою швидкістю візуалізації, відображенням змін при редагуванні в реальному масштабі часу. Про потужність і можливості цього пакета можуть сказати кадри з фільмів Морські пригоди і Вавилон 5.
Character Studio (виробник — компанія Unreal Pictures) — програма для створення персонажів, що складається з двох модулів: Biped (Двоногі) і Physique (Статура). За допомогою Biped створюється кістяк з потрібною кількістю кінцівок, пальців, з хвостом чи без нього. Підганяються пропорції частин тіла та їхнє положення під оболонку. Здійснюється анімація отриманого каркаса. За допомогою Physique створюються м'язи, що здуваються при вигині, та гладкі зчленування.
TreeDesigner (виробник — компанія JHubert Software) — програма для моделювання дерев, листя й інших ієрархічних структур. Модель може бути модифікована прямо у вікні перегляду за допомогою миші. Програма використовує «інтуїтивну» модель редагування структури дерев і в сполученні з WYSIWYG-інтерфейсом це робить моделювання дійсно легким і зрозумілим. Моделі, створені в TreeDesigner, можна експортувати в DXF, 3DS чи POV-Ray формат.
3D Exploration[en] (виробник — компанія X Dimension) — один з найкращих переглядачів 3D-графіки. На відміну від растрової і якоюсь мірою векторної графіки, у сфері 3D дотепер був відсутній явний лідер серед переглядачів. На цю роль претендували кілька програм, але універсальної і до того ж зручної програми не було. 3D Exploration має намір заповнити цей пробіл і в нього є всі передумови для цього. Він має нескладний інтерфейс із деревом каталогів і зоною перегляду. В ньому добре поставлена робота з кнопками миші. Права кнопка керує віддаленням або наближенням об'єкта. Ліва кнопка може змінювати свою дію в стандартному діапазоні 3D-програм: обертання, переміщення, масштабування.
3D Exploration здатний показувати моделі, створені практично в будь-якому розповсюдженому 3D-редакторі. Програма розуміє файли 3D Studio, TrueSpace[en], WaveFront, AutoCAD, LightWave 3D[en]. У найближчих версіях автори обіцяють встановити підтримку для 3D MAX і VRML. Процес візуалізації дуже швидкий. 3DE уміє розфарбовувати всі об'єкти сцен у їхні власні кольори і «розбирати сцену», вмикаючи-вимикаючи окремі об'єкти за допомогою деревоподібної структури. Для того, щоб полегшити перегляд об'єктів, програма пропонує кілька типів освітлення. Крім 3D-об'єктів, 3D Exploration показує також JPEG, BMP, PCX, TGA, PNG, TIFF і GIF-файли.
Xara 3D (виробник — компанія Xara Ltd) — програма для створення 3D-написів. Цей інструмент має всі основні властивості подібних продуктів, такі як обертання тексту, встановлення джерел освітлення, зміна кольору і текстур. Від своїх конкурентів відрізняється хорошим підбором інструментів, гарною швидкістю візуалізації і стійкістю в роботі. Букви в Xara3D можна робити з фасками на краях, тінню, а також змінювати вміст фону для майбутнього малюнка. Xara 3D, можливо, один із найкращих продуктів у своїй ніші. Крім статичних картинок, Xara уміє створювати також і анімовані GIF-файли зі словами і фразами, що обертаються. Але, на жаль, крім обертання навколо однієї з осей, Xara3D нічого більше не вміє.
До інших з багатьох програм, які нині існують на ринку, можна віднести такі:
На ринку графічних редакторів, які включають засоби анімації зображень, спостерігається певна спеціалізація. З одного боку представлені невеликі за обсягом програми для створення анімацій, графічні зображення для яких готуються за допомогою інших, потужніших графічних редакторів. До них належать різноманітні програми для створення банерів, GIF-аніматори тощо З іншого боку представлені потужні графічні редактори (Photoshop, CorelDRAW), до складу яких включені спеціальні програми для анімації зображень. Однак функціональні можливості таких програм по анімації зображень суттєво обмежені. Проміжне місце за можливостями створення зображень, але передове за можливостями їх анімації займають спеціальні програми для створення відеофільмів (Macromedia Flash). Суттєвою особливістю таких програм є використання вмонтованої мови опису сценаріїв (ActionScript).
Окрему нішу займають потужні засоби для створення і анімації тривимірних зображень (3ds MAX, Maya), засоби для анімації персонажів (Poser[en]). Версії графічних редакторів оновлюються практично щорічно. Вони вже досягли такого рівня, що з кожною черговою версією вводяться в основному «косметичні» поліпшення: змінюється інтерфейс, забезпечуються настроювання під конкретного користувача, інтеграція з іншими (як правило, «своїми») розробками, додаються другорядні функції. В наявності досягнення редакторами визначеної планки своїх можливостей. Тому вагомим аргументом при виборі того чи іншого графічного редактора є особисті симпатії, досвід роботи, рекомендації колег. Перспективи розвитку засобів комп'ютерної лежать у таких напрямках: — покращання зручності роботи користувачів шляхом спрощення та «олюднення» інтерфейсу; — інтелектуалізація інтерфейсу; — підвищення швидкодії; — підвищення точності формування елементів та трансформації зображень; — забезпечення мінімуму деформації зображень при їх перетвореннях; — спеціалізація засобів для вирішення конкретного класу задач.
Методологія анімації, що впроваджувалась історично з розвитком відповідних засобів, в наш час не є надто досконалою і ще малодосліджена. Мало досліджені також метрологічні характеристики як статичних, так і динамічних зображень. З великою достовірністю можна прогнозувати, що якісний стрибок в розвитку засобів комп'ютерної анімації буде пов'язаний якраз з розвитком досліджень методології анімації, винайденням нових методів та принципів анімації, дослідженням метрологічних характеристик зображень.
This article uses material from the Wikipedia Українська article Комп'ютерна анімація, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Вміст доступний на умовах CC BY-SA 4.0, якщо не вказано інше. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Українська (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.