3D графика и анимация

Введение

Актуальность работы. Стремительные темпы развития информационных технологий требуют от участников бизнес-процессов использования современных инструментов для обмена информацией со своими потенциальными и имеющимися клиентами. Современные веб- порталы и другие виды интерактивных медиа используют в своем составе компоненты, которые построены в виде анимационных клипов, браузерных игр, инструментов сбора маркетинговой информации от пользователей, интерактивных веб-дополнений и 3D графика, пользуются большой популярностью у пользователей сети Интернет. Спрос на разработку отмеченных элементов очень большой на современном рынке информационных услуг, и востребованность в специалистах, которые имеют соответствующие компетентности, растет с каждым днем. Компьютерная анимация и 3D графика широко используется в процессе создания мультимедийных изданий, web-направленных проектов и рекламной продукции. Компьютерная анимация 3D графика позволяет не только улучшить мультимедийное издание путем повышения его наглядности и визуального эффекта, но и кое-где упростить задание разработки мультимедийного материала, сократив при этом расходы.
Цель работы: рассмотреть 3D графику и анимацию.
Объект исследования: 3D графика и анимация.
Предмет исследования: программное обеспечение и софт.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить такие задачи:
- рассмотреть анимацию;
- проанализировать 3D графику.


1. Анимация
Анимация («animation») - происходит от латинского слова «anima», что значит душа. То есть анимация это творческий процесс надела созданного образа душой, процесс одухотворения или оживления.
Становление понятия «animation» прошло значительный путь перевоплощения к современному толкованию. Теоретики и практики, каждый по-своему обосновывали значения, выделяя ту или другую стороны творческого процесса: от простого «предоставления жизни рисунку» (Загребская школа анимации), «Рисованного движения» Нормана Мак Ларена (Канада), «по кадровой записи» Естена Хейварда (...) к «наилучшей форме кино» Сергея Эйзенштейна (Россия).
Нынешнее время анимационного творчества предлагает следующие техники, которые стали плодотворной основой программы After Effects: ротоскопирования, кукольная мультипликация, пластилиновая, песочная, рисованная, компьютерная, Flash -анимации. Каждая из них на определенном этапе развития экранного искусства приобретала новый технологический элемент, а также имела собственную историю создания и применения. Так, например, еще и до сих пор остаются неразгаданными секреты кукольной анимации первого русского мультипликатора Александра Ширяева (1906) и удивительный факт его съемок, обнаруженный в архиве художника киноведом В.Бочаровим в 2009 году - протерта за время работы ногами дыра в паркете от постоянной поступи от кинокамеры к декорации и назад [1].
С появлением новых технологий анимация становится видом искусства, который начинает компьютерную анимацию изображения с помощью графических элементов, - графическую анимацию. Ее необходимость и актуальность для разных сфер деятельности человека на сегодняшний день обусловило большую потребность в хорошем программном обеспечении. Эту потребность удовлетворяет программа After Effects, которая помогает достигать таких целей как: визуальные эффекты, подвижная графика, видео презентации, промовидео, уникальны слайд-шоу, типографика, инфографика, графика внутри видео, заставки к видео, композитинг и коррекция, работа с трехмерными объектами, кеинг и ротоскопинг, работа из плагинами и много других, очень необходимого в работе фотовидеодизайнера. Развитие анимационных техник имеет определенную динамику развития - от простых форм создания экранных образов к сложным. Историческая динамика их развития свидетельствует о постепенном обогащении новыми элементами, технологиями, принципами анимации, которые совершенствуют и модернизируют творческую палитру современного фотовидеодизайнера [2].
Анимация - вид мультипликации, которая создается с помощью компьютера.
Анимацией также принято называть воссоздание движения путем отражения последовательности рисунков кадров с частотой, при которой обеспечивается целостное зрительное восприятие.
Компьютерная анимация (от англ. animation - оживление) - это совокупность средств и методов, сориентированных на получение на экране ЭВМ динамических графических изображений, то есть с передвижением и изменением формы изображений. Для создания анимации генерируются последовательность кадров, которые несколько отличаются один от другого, и таким способом создается иллюзия движения и изменение формы объектов.
Методы анимации базируются на модификациях такого алгоритма:
– выведение спрайта на экран;
– стирание спрайта;
– выведение с некоторым сдвигом другого варианта спрайта.
Спрайт - это логично завершенный элемент изображения на экране ЭВМ, который двигается.
Часто анимацию реализуют на основе использования видеостраниц. Выведение "изображений" на разные страницы видеопамяти обеспечивает более плавное движение спрайта и устраняет мигание экрана. Для этого применяют такой алгоритм:
– вывести изображение на страницу 0, которая является видимой по умолчанию;
– сформировать новое изображение на невидимой странице 1;
– сделать видимой страницу 1;
– сформировать новое изображение на невидимой странице 0 и так далее.
Используя четыре страницы видеопамяти, любую объемную фигуру можно рассматривать в плавном движении без мигания экрана. Для этого достаточно корректно построить соответствующую фазу движения фигуры на четко определенной странице.
Системы компьютерной анимации предоставляют пользователю возможности:
− подготовки отдельных статичных изображений (программно или интерактивно с помощью графических редакторов);
− описанию динамики графических изображений;
− качественного выведения компьютерных фильмов на экран дисплея;
− редактирование фильмов.
Они применяются для автоматизации подготовки мультфильмов, видеоклипов, художественных фильмов с 3D-спецефектами. Один из первых суперкомпьютерных центров был создан именно на студии Диснея и использовался для создания мультфильмов. Это объясняется тем, что при создании мультфильмов необходимо выполнять большой объем вычислительной работы для построения изображений, которые отвечают промежуточным фазам движения персонажа.
До недавнего времени технологии компьютерной графики использовались для имитации сцен, создания экзотических чудовищ, нереальных фантастических изображений и эффектов и других элементов, которые были лишь фоном для игры живых артистов. В 2001 г. вышел на экраны полнометражный фильм "Финальная фантазия", в котором все, включая людей, синтезировано компьютером - живые артисты лишь озвучили роли за кадром. Примером компьютерных анимационных систем является системы ANIMA, ANIMATOR, МОНТАЖ, ASAS, 3DStudio MAX [3].
GIF Animator - это наиболее популярная программа для создания профессиональной анимации. Она содержит ряд эффектов и переходов, имеет удобный интерфейс и возможность настройки скорости и размеров анимационного изображения, владеет широкими возможностями работы с текстом.
Macromedia Flash - принятый стандарт для использования в анимации векторных изображений, позволяет создавать высококачественную векторную анимацию (фильмы, рекламные ролики для размещения в Интернете).
3DStudio MAX - профессиональное программное обеспечение для трехмерного моделирования и анимации, разработки компьютерных игр и роликов.
Именно анимация впервые презентовала на экране сказочные, фантастические миры - плод режиссерской фантазии, а не фиксировала и воссоздавала реальный мир, чем сначала занимался кинематограф. Средства анимационной выразительности постоянно развиваются и трансформируются, совершенствуется техника, формируется эстетика, изменяются средства пластичного выражения и создания кино образа, а также критерии искусства и наши представления о его возможностях.
В начале ХХІ в. средствами компьютерных трансформаций изменяются и приумножаются выразительные возможности экранного искусства, которое существенно влияет на процесс создания анимационного образа. С появлением современных цифровых технологий роль и место анимации в культурной и социальной жизни значительно выросли, из сугубо кинематографической отрасли анимация превратилась в общеупотребительный элемент многих сфер. Компьютерную анимацию постоянно используют на телевидении, в кино и видеопродукции, в Интернете и компьютерных играх. Это повлекло появление новой трактовки самого понятия "анимация". Известно, что слово "анимация" происходит от латин. "anima" - душа, "animation" - одушевление или оживление. Также этот вид на постсоветском пространстве часто называют мультипликацией (от латин. "multiplication" - умножение). В основе первого названия ("анимация") лежит суть понятия - "оживление" неживого объекта (рисунка, куклы, теней и тому подобное), второе название означает способ, которым это достигается, а именно: "умножения" изображений, которые отличаются друг от друга фазой движения. Однако сегодня компьютерная анимация охватывает не только ту часть новых технологий, которая связана с анимацией как видом фильмов (мультипликация), но и в более широком контексте - с искусством одушевления статичного изображения в других видах кино. Компьютерная (спрайтовая) анимация реализуется с помощью языка программирования.
Быстро развиваясь, компьютерная анимация получила широкое использование в разных сферах деятельности - от рекламной продукции к бизнес-проектам и презентациям. Она имеет общий корень с компьютерной графикой, поэтому использует подобные способы и технологии создания цифрового изображения: векторная графика, растровая графика, фрактальная графика, трехмерная графика (3D). Компьютерная анимация "оживляет" статичные виртуальные модели, предоставляя им движение и действие.
В разных видах анимационного искусства - рисованной анимации, объемной (кукольная), теневой (игра светла и тени) и других, сегодня применяются компьютерные средства. В зависимости от вида существуют определенные технологии создания анимации, в частности, классическая (рисованная) является поочередным изменением рисунков, каждый из которых оригинальный, нарисованный вручную, здесь эффект "оживления" образуется за счет изменения рисунков в определенном порядке, от кадра к кадру. Этот достаточно трудоемкий и сложный процесс с использованием компьютерных технологий значительно упростился: ключевые кадры создает художник, промежуточные - компьютер. В кукольной (стоп-кадровой или объемной) анимации в пространстве размещают объекты, камера фиксирует каждое изменение их положения. С внедрением компьютерных технологий этот вид анимационного искусства испытал трансформации, в большинстве картин уже не используют обычные куклы, их заменили цифровыми моделями.
Отметим, что основные принципы и технология создания подвижных объектов и изображений, развитые в традиционной анимации в течение ХХ в., используются и в компьютерной анимации в сочетании с другими компьютерными технологиями

. Большинство общих принципов и технологий создания виртуального образа в анимационных фильмах сформулировано еще В. Диснеем (1901- 1966) для традиционной рисованной анимации. Сегодня ими пользуются во время работы с компьютерной анимацией. Эти технологические приемы получили широкий спектр использования и распространились далеко за пределы анимационного кино; они основанные на главных законах репрезентации визуальной информации и обеспечивают наилучший режим восприятия экранного произведения. Необходимо исследовать эти методы и проследить, как они частично или полностью перешли из традиционного анимационного искусства в компьютерную анимацию. Мы пользуемся полным перечнем и анализом этих методов, представленных в трудах "Принципы традиционной анимации, применены до 3D компьютерной анимации" Дж. Лассетера и "Цифровой характер анимации" Дж. Маестри.
Первый принцип - "сжимание и растяжение" / "squash and stretch" - заключается в том, что анимационный персонаж во время движения сжимается или растягивается, расширяется или продлевается. Использование этого приема создает иллюзию "ожившего" персонажа - перед прыжком он сжимается, как пружина, а во время прыжка, напротив, растягивается. Главным правилом этого принципа является постоянный объем персонажа. Во время растяжения (горизонтальная ось) персонаж обязательно должен быть сжат для сохранения объема своего тела (деформация по вертикальной осе). Без технологии "squash and stretch" тело персонажа вроде бы каменеет. Однако объекты из жесткого материала во время действия не изменяют свою форму, которая подчеркивает их твердую основу. Этот принцип был применен еще в первых картинах В. Диснея: "Белоснежка и семеро гномов" / "Snow White and the Seven Dwarfs" (1937), "Бемби" / "Bambi" (1942) и др. Сегодня его широко используют едва не в каждом анимационном компьютерном фильме ("Шрек"/ "Shrek" (2001), "Ледниковый период" / "Ice Age" (2002), "Мадагаскар" / "Madagascar" (2005) и тому подобное), где легко создать сжимание и растяжение 3D-персонажа без изменения его объема в специальных графических программах, которые сами генерируют модификацию объекта во время определенного действия. Аниматор лишь задает его параметры.
Следующим важным принципом создания анимационного образа персонажа является "подготовительное действие" / "аnticipation". Во время любого действия персонажу необходимо выполнить подготовительные движения: перед прыжком - присесть, бросая что-то - отвести руку назад, ударяя по мячу - отвести ногу назад (это называется "отказными" движениями, поскольку перед действием персонаж будто отказывается от нее). Такое движение готовит зрителя к дальнейшему действию персонажа и добавляет движениям инерции. Этот прием часто применяют в анимационных картинах, снятых за принципами "тотальной" анимации.
Самым общим принципом является "сценическая" / "staging", которая берет свое начало еще из истории давнего театра, и заключается в том, что для правильного восприятия персонажа все его движения и мимика должны быть простые и выразительные, а камеру располагают так, чтобы зритель видел все движения. Характер персонажа должен быть четким, детали - заметными, реплики - разборчивыми, текст - понятным. Этот принцип является универсальным и касается как анимационного, так и игрового кинематографа. "Ключевые кадры" / "pose to pose" (позиция к позиции) и "фазовое движение" / "straight ahead action" (прямо вперед) - очень важные технологии в анимационном искусстве. До их изобретения аниматор рисовал движение "прямо вперед", то есть от одного движения к следующему последовательно делал рисунки. Метод рисования за "ключевыми кадрами" предусматривает предыдущую компоновку движений: художник рисует основные моменты и располагает персонажа в сцене, потом ассистенты будут прорисовывать все промежуточные кадры - этот принцип увеличивает производительность и точность результата. Для создания конкретного движения необходима тщательная проработка ключевого кадра, длительность пребывания, на экране которого длиннее всего. Для этого ассистенты дорисовывали (или создавали на компьютере) движения так, чтобы больше всего кадров было рядом с ключевыми позициями. При разработке ключевых кадров аниматор достигает их максимальной выразительности и сконцентрирует на них основное внимание зрителя. С этой целью рассчитывается движение от одной компоновки к другой, чтобы основная часть времени была потрачена на их демонстрацию. Этот принцип называется "смягчение начала и конца движения" / "slow in и slow out". Он так же перешел из классической анимации в компьютерную.
Однако сегодня в компьютерной анимации для создания определенного движения не всегда используют принцип "ключевых кадров", добавились методы, характерные лишь для компьютерной анимации, которые задаются программным обеспечением. Например, во время моделирования аниматор задает параметры, которые имитируют физические явления - дождь, ветер и тому подобное, потом уже сама программа деформирует часть одежды или образует круги на воде на протяжении всех кадров. И хотя здесь нет непосредственного ручного создания движения, которое в традиционной анимации считалось определяющим признаком анимационного искусства, однако аниматор осуществляет полный контроль, корректируя компьютерную модель и настраивая параметры, пока не будет реализован его замысел.
"Сквозное движение и дублирование действия" /"follow through and overlapping actions" - этот принцип заключается в том, что персонаж постоянно находится в движении : даже когда он стоит, какие-то части тела все равно двигаются и деформируются (такие элементы, как уши, хвост, одел), что делает возможным "оживление" персонажа, обеспечивает плавность перехода от одной фазы движения к другой. "Дублирования действия" чаще всего используют в сценах изменения фаз движения, когда персонаж резко останавливается после быстрого движения, мягкие части тела не сразу останавливаются и продолжают движение в том направлении, куда двигался персонаж (движение волос, ушей, хвоста, одежды и тому подобное). Этот принцип применяют для предоставления персонажу большей естественности, пластичности и реалистичности, как в классической, так и компьютерной анимации, однако в последней он создается уже другими методами (компьютерным моделированием, рисованием на компьютерном планшете и др.).
Использование криволинейных траекторий естественного движения ("движения за дугами" / "arcs") зависит от скорости движения : когда персонаж двигается быстро - траектория распрямляется, когда медленно - еще больше загибается. Раньше в анимации применяли метод прямолинейного движения, потому пластика персонажей выглядела несколько механической, искусственной. В компьютерной анимации автор задает ключевые позиции, и траектория просчитывается программным обеспечением.
Принцип "дополнительного действия или выразительной детали" / "secondary actions" усиливает определенную идею в сцене - используется для предоставления образу персонажа большей выразительности, эмоциональности, резвости, служит для акцентирования внимания на чем-то (например, огорченный персонаж может часто сякатся в платочек, удивленный - пожимать плечами, веселый - все время смеяться и шутить). Подобные детали называются вторичными, или дополнительным действием, которое всегда подчиняется главной, и используются как в анимационном, так и в киноискусстве.
"Правильный расчет времени" /"timing" - это ключевой момент для восприятия кинообраза зрителем. Необходимо задать столько времен, чтобы подготовить зрителя к определенному действию: когда отводится многовато времени, то внимание рассеивается, когда мало - действие можно не заметить или не понять ее смыслу. Во время расчета времени для каждого персонажа учитывают его вес, инертность, объем и эмоциональное состояние. Настроение персонажа также передается скоростью его движений: подавленный персонаж двигается очень вяло, а вдохновенный - достаточно энергично. Тайминг движений, больше чем что-нибудь, определяет вес анимационного объекта. Сегодня в компьютерной анимации тайминг рассчитывается автоматически, задаются лишь ключевые параметры.
В картинах В. Диснея прослеживается "карикатурный реализм" (или гиперболизация): если персонаж грустен - его рисовали очень хмурым, счастливый - ослепительно сияющим, беспокойный - слишком раздраженным. Выразительно это прослеживается в таких лентах, как "Белоснежка и семеро гномов" / "Snow White and the Seven Dwarfs" (1937), "Дамбо" / "Dumbo" (1941), "Бембі" / "Bambi" (1942), "Красавица и чудовище" / "Beauty and the Beast" (1991) и др. С помощью гиперболизации усиливается эмоциональное влияние на зрителей, а персонаж приобретает карикатурный характер. Принцип "преувеличения и карикатуры" ("exaggerrate and caricature"), выделения главного через детали и действия персонажей, сегодня также используют режиссеры компьютерной анимации. Особенно ярко это представлено в таких анимационных фильмах, как "Шрек" / "Shrek" (2001), "Ледниковый период" / "Ice Age" (2002), "Мадагаскар" /"Madagascar" (2005).
Принцип "профессионального рисунка" запрещает рисовать "близнецов", то есть либо-какме элементы, которые повторяются дважды в кадре или являются симметричными копиями. Однако в компьютерной анимации проблема с "близнецами" несколько упрощается, поскольку в 3D-анимации можно использовать персонажей или определенные элементы в новой сцене, ведь каждый раз, когда виртуальную камеру повернуть другим ракурсом, изменить скорость движения или положения отдельных элементов, - сцена изменяется и выглядит иначе, и аналогии со старым материалом не возникает.
"Привлекательность" / "аppeal" - один из главных принципов для зрительского успеха картины. Привлекательным может быть либо-какой предмет, если смотришь на него с удовольствием, усматриваешь в нем простоту, хороший дизайн, обворожительность, магнетизм, от которого невозможно оторвать взгляду. В. Дисней считал, что привлекательным должен быть любой персонаж: например, вор все равно должен иметь свой шарм, иначе зрителю не захочется смотреть на него. Этот принцип останутся актуальными и для цифровой анимации.
Большинство принципов традиционной анимации были разработаны на студии В. Диснея в 1930-х годах, однако сегодня их широко используют в создании компьютерной анимации и игровых картин. Вспомним, что В. Дисней - первооткрыватель во многих сферах рисованного кино: технологии производства, создания новых форм мультипликационного движения, освоения звука, музыки, цвета. Популярность диснеевских героев, особенно Микки-Мауса, можно сравнить разве что со славой знаменитых звезд американского кино 1930-1940-х годов. Создавая свои мультфильмы с постоянными героями-масками, он учитывал и традиции популярной "комичной школы", и уже постоянный опыт института кинозвезд. В. Дисней в концептах своих персонажей опирался на фольклорный материал, переосмысливая характер сказочных героев в соответствии с художественно-идейными запросами в свое время .
Как отмечалось выше, основные принципы и технологии создания анимационных изображений, развитые еще в традиционной анимации, сегодня используют в компьютерной в сочетании с другими современными технологиями