Евсеев А.С. , Прибыткова Н.И.

Компьютерная анимация – раздаточный материал. КС и Т / ХНЭУ, 2007 г.

Лекция № 1. Введение в анимацию

Цель лекции: получение теоретических знаний об истории анимации принципов использования растровой и векторной графики в анимации, истории возникновения и применение кривых Безье, видах анимационных документов и приложений.

Ключевые слова: анимация, оптические игрушки, мультипликация, растровая графика, векторная графика, фрактальная графика, кривые Безье.

§ 1.1. История анимации

Из этого параграфа вы узнаете о: появлении первой анимации, ее назначении и содержательной нагрузке; разных типах анимации, способах создания и использования; перспективных направлениях развития технологий анимации.

 

Анимация может быть сделана лишь с использованием понимания фундаментального принципа работы человеческого зрения - инертности зрительного восприятия. Например, если в темной комнате выключить работающий телевизор или экран монитора, то еще некоторое время экран будет светлым. Если зажечь лампу, то глаз это заметит мгновенно. А вот если лампу выключить, то глаз будет видеть ее изображение еще 1/16 секунды.

__________________________________________________________

Эксперементы с анимацией были начаты с изготовления разных оптических игрушек. Они работали на  таком принципе: предыдущее изображение еще сохраняется в глазах, а глаз уже замечает следующее изображение. Изображение как бы накладываются одно на другое, и можно увидеть общую картинку. Впервые этот принцип был продемонстрирован в 1828 французом, Рафаэлем Рогетом (Paul Roget). Это был диск, на одной стороне которого была изображена птица, на другой - пустая клетка. Когда диск вращался, птица появлялась в клетке (рис. 1.1).  

Рис. 1.1. Оптические игрушки и аппараты

Рис. 1.2. Оптические игрушки и аппараты

Следующим шагом было изготовление аппаратов, которые создавали впечатление картинок, которые двигаются (рис. 1.2).

А. С. Вознесенский, со временем известный сценарист русского кино, в возрасте семнадцати лет напросился па беседу с Львом Толстым. Это было в 1897 году, а двадцать лет потом Вознесенский сознался, что от этой встречи в его памяти удержалась лишь одна деталь: «Больше всего меня заинтересовала штучка, которую Лев Николаевич взял со стола и перебирал пальцами во время беседы ... Это была крохотная книжечка, которую он придерживал левой рукой за корешок, большим же пальцем правой руки он заставлял быстро переворачиваться ее страницы, и от этого балерина, изображенная на страницах, медленно поднимала и потом опускала ногу». Такая игрушка называлась «фолиоскопом» и принадлежала к большому семейству оптических приборов, которые носили имена с похожими окончаниями: зоотроп, фантаскоп, стробоскоп, тауматроп, праксипоскоп. Все они тем или иным образом передавали движение, точнее, создавали иллюзию движения [25].

Этому определению соответствуют два наиболее распространенных метода получения изображения - рисованное и объемное. Рисованная анимация может быть выполнена покадровой съемкой графической информации, теневой (силуэтной), основанной на плоских марионетках и перекладках, включая коллажи. Объемная анимация делается покадровой съемкой кукол или барельефов [25].

На протяжении всего своего существования люди старались отразить ощущение движения в своем искусстве.

Разработка фотокамеры и проектора Томасом А. Эдисоном (Thomas A. Edison) и другими обеспечило первый реальный практический способ создания анимации.

Первым мультфильмом, который получил широкую популярность, продолжительная лента Дж. Стюарта Блэктона "Смешные лица" (Humorous Phases of Funny Faces, 1906), которая представляла собой серию простеньких рисунков с изображением забавных гримас (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Кадры первого известного мультипликационного фильма

Рис. 1.3. Кадры первого известного мультипликационного фильма

История компьютерной анимации тесно связана с появлением и развитием специализированных графических программных пакетов. Первым шагом в технологии визуальных эффектов была, придуманная в 1961 году Иваном Сазерлендом система Sketchpad, которая начала эру компьютерной графики. В этой системе с помощью светового пера пользователи могли создавать рисунки непосредственно на экране монитора (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Система Sketchpad

В 1967 году Сазерленд вместе с Девидом Евансом начали работу по созданию учебного курса компьютерной графики. Возрос интерес к этой области. В университете штата Юта (США), где были начаты исследования, в то время работали: Джим Кларк - основатель компании Silicon Graphics Inc., Ед Кетмул - один из пионеров в области создания фильмов с помощью компьютера, Джон Вернок - основатель компании Adobe Systems и разработчик таких известных продуктов, как Photoshop и Postscript.

Сначала объемное изображение объектов формировали на основе набора геометрических фигур (чаще всего треугольников). При этом геометрические фигуры имели однотонную заливку, а объекты переднего плана закрывали те, что размещаются на заднем плане. В 1971 году Генри Гуро предложил закрашивать треугольники с линейным изменением интенсивности между их вершинами. Это позволило получить более плавное изменение интенсивности поверхности объектов. В 1974 году Ед Кетмул предложил концепцию Z-Буфера, которая ускорила процесс удаления скрытых граней. Другим изобретением Кетмула является наложение текстуры на поверхность трехмерных объектов, которая обеспечивает реалистичность этих объектов. Ву Тонг Фонг предложил интерполировать оттенки всей поверхности полигона, который обеспечит лучшую сглаженность, хотя и требует значительно больших вычислений. Джеймс Блінн в 1976 году скомбинировал раскрашивание по Фонгу и наложение текстуры на поверхность объектов. В 1980 году Тернер Уиттед предложил новую технику визуализации (трассирование), которая заключается в отслеживании путей прохождения световых лучей от источника света к объективу камеры с учетом их отражения от объектов сцены. В 1986 году фирма AT&T выпустила первый пакет для работы с анимацией на персональных компьютерах (TOPAS), который стоил 10000 долларов и работал на компьютерах с процессором Intel286 и операционной системой DOS. В 1990 году фирма AutoDesk начала продажи продукта 3D Studio. В 1997 году компания Macromedia приобрела в компании FutureWare небольшую графическую программу для Web, из которой была начата ныне широко известная программа компьютерной анимации Macromedia Flash. В 1998 году начался выпуск приложения Maya, который стоил от 15000 до 30000 долларов.

Для плавного воспроизведения анимации необходима скорость, которая обеспечивает изменение частоты кадров не меньше 10 кадров в секунду. Для компьютерной анимации частота изменения кадров в секунду экранного времени составляет 10-16, для кинематографа - 24, для системы PAL или SECAM телевещания - 25, для системы NTSC телевещания - 30. Большее количество кадров позволяет добиться плавных движений персонажей и появления объектов в изображении в разные моменты времени. При недостаточном количестве кадров становятся заметные расхождения в последовательных изображениях объектов, которые приводят к их резким перемещениям. В компьютерной анимации на первый план выходит размер файла, в котором хранятся изображения. Поэтому при создании компьютерной анимации стараются найти компромисс между качеством анимации и размером файла, который и определяет общее количество кадров анимации.

.

.

.

Процесс создания анимации очень простой. Фактически он строится на повторении таких этапов:

- размещение объектов в заданных точках экрану;

- отображение объектов на протяжении определенного промежутка времени;

- вывод объектов.