Geneza

Obecnie technika cyfrowa jest bardzo często wykorzystywana do tworzenia animacji. Prostymi, pracochłonnymi czynnościami można obciążyć program komputerowy, który w algorytmiczny sposób wykona zaprogramowane zadanie. W filmie i animacji tworzenie złudzenia ruchu polega na wyświetlaniu 24 lub więcej nieruchomych klatek na sekundę. Wykonanie animacji wymaga ustalenia pozycji obiektów i postaci w każdej chwili czasu, przedstawianej na kadrach filmu i wykonanie wirtualnego zdjęcia, czyli wyrenderowanie klatki animacji. Jest to zadanie, które niewątpliwie wymaga dużego nakładu pracy i może być wspomagane metodami komputerowymi. Wykonanie algorytmu wspierającego animatora w realizacji tego zadania jest przedmiotem prowadzonych badań. Algorytm ten wykorzystuje osiągnięcia animacji tradycyjnej oraz wnioskowanie w logice rozmytej.

Tradycyjne metody animacji rysunkowej doskonalone są od dziesiątków lat. Zdołano sformułować wiele ważnych reguł, teorii i wskazówek mówiących, w jaki sposób uzyskać realistyczny ruch – wymowny i bardzo wyraźnie nacechowany emocjonalnie. Logicznym krokiem w rozwoju animacji jest więc zbudowanie na bazie tej wiedzy systemu komputerowego, który umożliwiłby animatorowi szybkie przygotowanie animacji o wysokiej jakości subiektywnej. Zaproponowano wykorzystanie rozmytego przetwarzania danych opisowych animacji. Wnioskowanie oparte na logice rozmytej, stanowi analogię do sposobu rozumowania człowieka i pozwala operować na określeniach nieprecyzyjnych, pozostając jednocześnie intuicyjne i zrozumiałe dla animatora nie dysponującego rozległą wiedzą techniczną.

Animacja komputerowa:

Animacja obecna jest w wielu dziedzinach twórczości ludzkiej:

  • Filmy animowane
  • Gry komputerowe
  • Wizualizacje architektoniczne, inżynierskie
  • Wirtualne zwiedzanie, projektowanie
  • Symulacje zjawisk fizycznych, edukacja
  • Efekty specjalne
  • Reklamy
  • ...

Techniki uzyskiwania ruchu animowanego

Ruch w animacji uzyskiwany może być kilkoma metodami. Ostatnio najbardziej spektakularne wyniki są rezultatem przechwytywania ruchu aktora. Ruch jest naturalny, jego jakość zależy od umiejętności aktora i, niestety, w przypadku błędu możliwości poprawiania są ograniczone i często sprowadzają się do ponownego odegrania sekwencji.

Przechwytywanie ruchu Motion Capture:

  • Ruch naturalny
  • Efekt uzależniony od zdolności aktora
  • Niemodyfikowalny!

Z kolei metody syntezy ruchu opierają się na symulacji zjawisk fizycznych i modelowaniu układu nerwowo-ruchowego człowieka. Sztuczna inteligencja sterująca modelem postaci uczona jest najważniejszych zachowań, tj. balansowania, upadku, biegu, chwytania, które odtwarza zgodnie ze scenariuszem. Metody te nie pozwalają na tworzenie gry aktorskiej, ale znajdują zastosowanie do tworzenia efektów specjalnych.

Synteza ruchu:

  • Symulacja zjawisk fizycznych, ruch naturalny
  • Sztuczna inteligencja (np. metody genetyczne)
  • Bez gry aktorskiej, tylko ruch zgodny z prawami fizyki!

Metoda ręcznego projektowania ruchu przez animatora nie ma wspomnianych ograniczeń. Ponadto w zależności od umiejętności animatora możliwe jest uzyskiwanie ruchu stylizowanego, przejaskrawionego, niezgodnego z prawami fizyki. Możliwości zwiększenia efektywności tej metody są przedmiotem rozprawy.

Animacja tradycyjna:

  • Brak ograniczeń
  • Przejaskrawienie ruchu, stylizacja, animacja artystyczna
  • Łatwość edycji, intuicyjność

Najważniejsze cechy tej techniki opisane są poniżej

Animacja tradycyjna

Projektowanie animacji z wykorzystaniem komputera polega na wykorzystaniu siatki 3D opisującej geometrię ciała postaci oraz szkieletu, którego zadaniem jest odkształcać siatkę. Projektowane są pozy postaci a ruch między nimi jest interpolowany. Przedstawia to animacja poniżej. Widoczne są osobne pozy, które zdefiniowane są w tzw. klatkach kluczowych ruchu, a w klatkach pośrednich kształt obiektu, rozmiar, orientacja w przestrzeni są zmieniane automatycznie w sposób płynny.

Metoda „od pozy do pozy”:

  • Szkielet postaci
  • Zaprojektowanie póz
  • Ruch interpolowany między pozami
  • Siatka 3D opisująca geometrię
  • Tekstura
  • Szkielet modyfikuje siatkę

Poniższe animacje przedstawiają kolejne etapy tworzenia animacji na zasadzie klatek kluczowych z wykorzystaniem metody "od pozy do pozy".

1. klatki kluczowe

2 płynne przejścia między pozami

3 modyfikacja kształtu siatki

4 siatka z teksturą

Ostatnia animacja przedstawia w wielokrotnie przyspieszonym tempie cały proces przygotowywania bardzo prostej animacji.

  • Modelowanie: 4 min
  • Animowanie: 4 min
  • Poprawki: 5 min
  • Poprawki: 4 min
  • RAZEM: 17 min
  • Efekt końcowy: 2 s animacji
  • Tylko 4 kości i 31 klatek animacji!
Etapy powstawania animacji: w przyspieszonym tempie

Animacja postaci

Tylko od umiejętności animatora, od jego doświadczenia i wiedzy zależy efekt końcowy animacji i to, czy ruchomy obiekt będzie sprawiał wrażenie sztucznego, czy ruch będzie ciekawy, czy wyrażać będzie jakieś emocje.

  • Nieograniczona swoboda kreowania ruchu i charakteru postaci poprzez ruch!
  • Efekt zależny od wiedzy, doświadczenia i wyczucia animatora
  • Najważniejsze wskazówki dla animatorów: 12 reguł animacji Walta Disney'a

Reguły animacji

Wspomniane reguły animacji sformułowane są w literaturze w języku naturalnym, są często nieprecyzyjne, posługują się pojęciami subiektywnymi, tj. szybki, wolny, itp. Opisują sposób wykorzystania dodatkowych faz ruchu, które wzbogacają podstawową czynność, czyli zaprojektowane wcześniej przejścia między pozami. Przykłady poniżej obrazują jak wygląda ruch przed dodaniem faz i po ich dodaniu. Wyznacza się następujące etapy ruchu, związane z fazami dodatkowymi:

  • antycypacja to przygotowanie do wykonania głównej czynności. W przykładzie poniżej wyraża się ona wychyleniem głowy przed ruchem. Dla innych animacji może to być przysiad przed skokiem, zamach przed rzutem, itp.,
  • bezpośredniu po ruchu zauważyć można przerzut. Jest to przesunięcie ruchomych części ciała poza docelową pozycję, w celu pokazania stopnia bezwładności. Przeciwnieństwem byłoby gwałtowne zatrzymanie, które w animacji postaci występuje tylko w przypadku kolizji z innym obiektem,
  • po osiągnięciu pozy docelowej widoczne jest tzw. ruchome zatrzymanie, które pozwala utrzymać wrażenie życia postaci. Polega na wprowadzaniu nieznacznych ruchów o niewielkiej amplitudzie.

Wskazówki zawarte w literaturze, owe 12 reguł animacji, formułowane są nieprecyzyjnie w języku naturalnym. Dotoczą między innymi zastosowania faz dodatkowych:

  • Antycypacja, przerzut,
  • Ruchome zatrzymanie
Poniższe animacje prezentują różnicę w ruchu, który został wzbogacony o odpowiednie fazy:

Ruch bez faz antycypacji, przerzutu i ruchomych zatrzymań

Ruch z fazami antycypacji, przerzutu i ruchomych zatrzymań

dalej >>