Методы компьютерной анимации. Компьютерная 3D – анимация.

Анимация - искусственное представление движения в кино, на телевидении или в компьютерной графике, путем отображения последовательности рисунков или кадров с частотой, при которой обеспечивается целостное зрительное восприятие образов (как правило, для плавного воспроизведения анимации необходима скорость, или частота кадров, не менее 10 кадров в секунду - инертность зрительного восприятия).

Частота смены кадров за секунду экранного времени составляет:

10...16 - для компьютерной анимации

24 - для кинематографа

25 - для системы PAL или SECAM телевещания

30 - для системы NTSC телевещания.

Разница между анимацией и видео: видео использует непрерывное движение и разбивает его на множество дискретных кадров. Анимация использует множество независимых рисунков или графических файлов, которые выводятся в определенной последовательности для создания иллюзии непрерывного движения.

Для создания компьютерной анимации существует множество программных приложений. Компьютерная анимация воспроизводится с помощью компьютера на экране компьютерного монитора или с помощью специальных аппаратных средств преобразуется в видеоформат и воспроизводится с помощью видеомагнитофона на видеомониторе.

Компьютерная анимация предполагает использование компьютерного оборудования и программного обеспечения для создания анимации.

 

Классическая анимация. Это метод представляющий собой поочередную смену рисунков, каждый из которых нарисован отдельно (принцип мультфильма). Этот метод очень трудоемкий из-за необходимости создания каждого рисунка. Способы создания кадров:

1. Кукольная анимация. В пространстве размещаются объекты - кадр фиксирует их положение, положение объектов меняется - и опять фиксируется следующим кадром.

2. Спрайтовая анимация. Реализуется при помощи языка программирования или специального инструментального средства. Отсутствует понятие кадра (принцип подвижных игр). Почти всегда базируется на работе с " прозрачным" цветом.

3. Морфинг. Преобразование одного графического образа в другой. Часто выполняется программно. Программное обеспечение морфинга генерирует заданное число промежуточных кадров, которое обеспечивает плавный переход начального образа в конечный.

4. Анимация цветом. Положение объектов не изменяется, меняется лишь цвет. Часто выполняется программно.

5. 3D-анимация. Создается с помощью специальных программ (3D Studio MAX, PovRay, LightWave, Maya,...). Картинка получается путем визуализации сцены. Каждая сцена представляет собой следующее: набор объектов; набор источников света; набор текстур; набор камер (хотя обычно используется одна).

6. Метод ключевых или опорных кадров (keyframing). Наиболее распространенный способ. Ключевым событием может являться как изменение параметров одного из возможных преобразований объекта (положения, поворота или масштаба), так и изменение любого из допускающих анимацию параметров (свойства источников света, материалов и др.). После определения всех ключевых кадров, система компьютерной анимации выполняет автоматический расчет событий анимации для всех остальных кадров, занимающих промежуточное положение между ключевыми - промежуточных кадров.

7. Процедурная анимация для моделирования движений, или эффектов, которые трудно воспроизвести с помощью ключевых кадров. Рассчитывают текущие значения параметров анимации, основываясь на начальных значениях, заданных пользователем, и на математических выражениях, описывающих изменение параметров во времени. Этот метод позволяет выполнять качественные анимации. Часто используется для разнообразных физических эффектов.

 

Методы анимации связанных в иерархическую цепочку объектов:

Инверсная (обратная) и прямая кинематика.

Прямая кинематика - перемещение объекта-родителя оказывает влияние на всю цепь объектов-потомков. Выглядит это так, будто опорные точки дочерних объектов связаны с опорными точками родительского объекта жесткими рычагами. Если перемещается родительский объект, дочерний объект также будет перемещаться, не изменяя своего положения относительно объекта-предка. Если родительский объект поворачивается, то дочерний перемещается и поворачивается таким образом, что его положение и ориентация по отношению к родительскому объекту остаются неизменными. Хотя дочерние объекты при преобразовании родительского объекта перемещаются и поворачиваются, ключи анимации для них не генерируются. Преобразование дочерних объектов выполняется автоматически.

Инверсная кинематика - движение задается перемещением самого младшего объекта-потомка, что заставляет всю остальную цепочку перемещаться в соответствии с ограничениями на работу сочленений объектов. В частности, это могут быть ограничения на вращение и на скольжение. Можно ограничить диапазон действия этих сочленений любыми осями координат, размером углового сектора или расстоянием. Выполняя настройки параметров сочленений, таких как приоритетность, наличие и сила трения и т.п., можно добиться построения реалистичных движений для сложных многозвенных объектов. В отличие от метода прямой кинематики, метод обратной кинематики допускает получение нескольких решений при наличии множества сочленений объектов.

9. Захват движения (Motion Capture). Новое направление в анимации. Дает возможность передавать естественные, реалистичные движения в реальном времени. Маленькие легкие датчики прикрепляются на живого актера в тех местах, которые будут приведены в соответствие с контрольными точками компьютерной модели для ввода и оцифровки движения. Координаты актера и его ориентация в пространстве передаются графической станции, и анимационные модели оживают.

10. Программная анимация. Результат выполнения программы.

 

Представление 3D-объектов

3D-объект - это объемное тело, у которого есть длина, ширина и глубина - свойства, которых у двухмерных компьютерных изображений нет. Ведь в действительности 3D-объекты существуют только в памяти компьютера и отображаются на плоской поверхности экрана по законам перспективы. Трехмерный объект характеризуется своей формой и текстурой поверхности.

Форма - это геометрия объекта, которая в простейшем случае описывается серией взаимосвязанных в трехмерном пространстве точек (вершин) и многоугольников (граней - замкнутых двумерных фигур с тремя или более сторонами). Например, куб имеет восемь вершин и шесть граней. Причем раньше для простоты в большинстве случаев в качестве базовых многоугольников выбирались треугольники. Несколько сотен или даже тысяч таких треугольников соединялись друг с другом и образовывали сложные трехмерные сетки.

Текстура - это особенности строения твердого вещества, обусловленные характером расположения его составных частей (кристаллов, зерен и т.п.) В компьютерной графике текстура описывает самые разные свойства поверхности объектов: цвет, прозрачность, отражающую способность, шероховатость и т.п. Для текстур обычно используются изображения, имитирующие материал, из которого сделана поверхность моделируемого объекта или так называемые карты поверхности, отражения, рельефа и т.п.

На моделируемой сцене размещаются источники света, при необходимости вводится осветляющий (обычный) или затемняющий (для эмуляции ночных условий) туман и задается точка обзора (камера).

Моделирование 3D-объектов. Три неотъемлимых составных части трехмерного объекта. На первом этапе объект представляет собой набор вершин (у куба их восемь), соединенных многоугольниками. На втором этапе в изображении появляется перспектива, а на третьем - становится видна текстура поверхности с деталями.

Основные понятия и термины 3D-технологий

Трехмерная графика. Для задания трехмерной (3D) компьютерной анимации, необходимо построить, с помощью одного из пакетов компьютерной анимации, трехмерную сцену.

Сцена включает следующие элементы:

· Трехмерные компьютерные модели реальных или вымышленных объектов

· Модели съемочных камер - компьютерные камеры необходимы, как и реальные камеры в кино и телевидении, для наблюдения за объектами с различных точек зрения.

· Модели источников света - предназначены для моделирования освещения компьютерной сцены. Среди них источники ненаправленного и направленного света, рассеянный свет.

· Моделирование среды (воздушная дымка, туман, снег, дождь и т.д.) - делает компьютерную сцену более реалистичной или более эффектной.

Трехмерные компьютерные модели объектов представляются трехмерными сетями. Элементы трехмерных сетей: Вершина, Ребро, Грань. Для придания реалистичности поверхности трехмерных объектов должны быть " изготовлены" из определенные материалов. Базовые параметры материалов: глянцевитость, непрозрачность, самосвечение, преломление.

Задание движений для компьютерных моделей объектов. Задание анимации строится на использовании понятий:

· Кадр

· Ключевой кадр

· Траектория, Сплайн

· Опорная точка

· Прямая кинематика

· Связывание объектов

· Обратная кинематика

· Морфинг

Трехмерная графика Область компьютерной графики, связанная с генерацией и отображением трехмерных объектов на двумерной плоскости (на экране дисплея). В зависимости от используемых моделей трехмерных объектов, системы трехмерной компьютерной графики имеют различные возможности отображения объектов - от проволочного каркаса, до фотореалистического представления.

Трехмерные модели широко используются в системах компьютерной анимации для создания телевизионных заставок, моделирования декораций и перемещения живых актеров в искусственную среду, создания кибернетических актеров-роботов, моделирования сложных визуальных эффектов на телевидении и в кино.

Множество современных компьютерных игр построено на широком использовании трехмерной графики. Обработка трехмерной графической информации связана с большими вычислительными затратами, поэтому для эффективной работы с трехмерной графикой на персональных компьютерах широко используются графические ускорители (графические акселераторы).
Для отображения трехмерных объектов в Интернет используется язык моделирования виртуальной реальности VRML.

Кадр (Frame)

1. Видимая часть сцены, наблюдаемая в окне камеры или в одном из окон проекций программы компьютерной анимации.

2. Одиночное изображение из множества изображений, составляющих анимационную последовательность и представленное в определенном графическом формате. В случае полукадровой визуализации (Field rendering) каждый кадр формируется в виде двух полукадров (fields), в один из которых записываются все четные строки изображения, а в другой - все нечетные строки.

Ключевой кадр (Keyframe)

В компьютерной анимации одна из точек на временной оси, определенных пользователем для задания анимации. Ключевые кадры соответствуют определенным событиям анимации. Ключевым событием может являться не только изменение параметров одного из возможных преобразований объекта (положения, поворота или масштаба), но также изменение любого из допускающих анимацию параметров (свойства источников света, материалов и др.). После определения всех ключевых кадров, система компьютерной анимации выполняет автоматический расчет событий анимации для всех остальных кадров, занимающих промежуточное положение между ключевыми - промежуточных (in-betweens) кадров.

Траектория (Trajectory)

Путь перемещения в пространстве объекта или точки объекта. В компьютерной анимации перемещение объектов происходит обычно по сплайновым траекториям, которые проходят через все ключевые точки анимации.

Сплайн (Spline)

Гладкая кривая, которая проходит через две или более контрольных точек, управляющих формой сплайна. Два из наиболее общих типов сплайнов - кривые Безье (Bezier curves) и В -сплайны (B-spline curves).

Опорная точка (Pivot point)

Точка, связанная с объектом, относительно которой выполняется вращение и масштабирование объекта. Может совпадать с началом локальной системы координат объекта. При создании новых объектов в 3D Studio Max опорные точки размещаются в геометрических центрах или в середине оснований этих объектов.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: