Основные инструменты создания 3d-анимации
С 1988 Тон Розендал (Ton Roosendaal), соучредитель Голландской студии анимации NeoGeo. NeoGeo, быстро становится самой крупной в Нидерландах и одной из лидирующих студий в Европе по созданию 3D-анимации. NeoGeo создавала отмечаемые наградами продукты (European Corporate Video Awards в 1993 и 1995 гг) для больших корпоративных клиентов, таких как многонациональная компания Philips. В NeoGeo, Тон был на двух должностях: художественный директор и разработчик софта для внутренних нужд компании. После долгих раздумываний, Тон пришел к выводу что текущий 3D-инструментарий NeoGeo, слишком стар и тяжело поддается апгрейдам и его нужно было полностью заново переписать. И в 1995 началось перенаписание, в результате которого, на свет появился софт для 3D-моделинга, который мы сейчас все знаем и любим - Blender. Blender совершенствовался и развивался, и Тон понял, что Blender мог бы стать инструментом и для других художников, вне компании NeoGeo.
В 1998, Тон решил основать новую компанию, под названием Not a Number (NaN), как дополнение к NeoGeo, чтобы в дальнейшем заниматься сбытом и разработкой Blender'а. Внутри NaN было желание создавать и распространять компактную, кроссплатформенную 3D-программу для моделирования бесплатно. На то время, это была революционная концепция, так как большинство коммерческих 3D-моделеров стоят несколько тысяч (US)долларов. NaN надеялась принести для основной компьютерной публики, софт для 3D-моделинга и анимации профессионального уровня. Бизнес модель NaN, включала и коммерческое ПО и сервис для Blender'а. В 1999 NaN посещает свою первую конференцию Siggraph для более широкого продвижения Blender'а. Летом 2000, был выпущен Blender v2.0. Эта версия Blender'а, по мимо 3D-инструментов, имела интегрированный игровой движок. Апреле 2001. NaN выпускает первый коммерческий продукт Blender Publisher. Этот продукт был нацелен на интерактивные 3D-приложения основанные на Веб. Основная цель Blender Foundation, была найти способ продолжить разработку и продвижение Blender'а как общественнооснованый проект с открытыми исходниками - Open Source. В Июле 2002, Тон сумел получить согласие инвесторов NaN на уникальный план Blender Foundation, делающий Blender как opensource продукт.
Майя – редкий пример того, когда в одну программу запихнули возможности нескольких других и, что удивительно, все это вместе работает. Что уже просто не вероятно — это работает великолепно!
Считается, что история современной Autodesk Maya началась в феврале 1998 года, когда объединившиеся компании Alias и Wavefront, а также примкнувшая к ним (а точнее, поглощенная Wavefront) TDI выпустили Maya 1.0 под операционную систему IRIX.
Однако, более верным будет считать, что все начиналось в далеком 1984 году, когда три компании — Alias Research из Торонто (Канада), Wavefront Technologies из Санта-Барбары (США) и Thomson Digital Images (TDI) из Парижа (Франция) независимо друг от друга занялись разработкой программного обеспечения для компьютерной анимации и спецэффектов. Alias/1 — программный комплекс моделирования и анимации. Она успешно применялась в пост-продакшн на телевидение и в промышленном дизайне. Одним из первых крупных постоянных заказчиков Alias Research была компания General Motors, которая использовала Alias/1 при разработке новых автомобилей. Как и конкурирующая Wavefront Technologies, Alias тесно сотрудничала с производителем компьютеров Silicon Graphics Incorporated (SGI) по внедрению и дистрибьюции программного обеспечения для промышленного дизайна — как мы увидим, это дружба сильно повлияла на создание Maya в последствии. Новейшие разработки в моделинге и рендеринге Alias Research для создания промышленного дизайна использовали крупнейшие компании — BMW, Honda, Ford, Apple, Sony, Motorola и множество других. Применяя их в разработке, визуализации, презентации своих товаров, лидеры рынка экономили огромное количество времени с момента возникновения концепции продукта до его запуска в производство.
В 1999-2001 программный пакет портируется на все версии Windows, Linux и Mac OS и разделяется на три разновидности
Надо отметить, что история создания 3ds max загадочна и сама по себе заслуживает отдельной статьи. По официальной версии, все начиналось в 1986, когда компания Autodesk занялась разработкой пакета компьютерной анимации. Основными разработчиками были Джейми Клей (Jamie Clay) и основатель Autodesk Джон Уолкер (John Walker). Программа получила название AutoFix.
В 1990 году группа анонсирует первый релиз программы (под DOS), попутно перед этим умудрившись выпустить в свет пакет Autodesk Animator – пакет построения изображений и 2D анимации.
В апреле 1996-го выходит анонсированная на SIGGRAPH'95 версия 3D Studio под Windows. Теперь она носит название 3D Studio MAX.
Компрессия видео. Виды компрессии.
Сжатие нужно для уменьшения объема цифровых видеофайлов, предназначенных для хранения, максимально сохраняя при этом качество оригинала. Различают сжатие:
обычное (в режиме реального времени). Многие системы оцифровывают видео и одновременно сжимают его, иногда параллельно совершая обратный процесс декомпрессии и воспроизведения. Для качественного выполнения этих операций требуются очень мощные специальные процессоры, поэтому большинство видеоплат не способны оперировать с полнометражным видео и часто пропускают кадры. Пропущенные кадры нарушают плавность видеоизображения. Пропуск кадров приводит также к рассинхронизации звука и изображения. Поэтому видеоплата для оцифровки должна обеспечивать производительность не ниже 24 кадров/с без пропуска кадров, что не позволит нарушить плавность видеоизображения;
симметричное и асимметричное. Отличия связаны с соотношением способов сжатия и декомпрессии видео. Симметричное сжатие предполагает возможность проиграть видеофрагмент с разрешением 640х480 при скорости в 30 кадров/с, если оцифровка и запись его выполнялись с теми же параметрами. Асимметричное сжатие (АС) – это процесс обработки видео за значительно большее время. Степень асимметричности сжатия задаётся в виде соотношения. Например, цифры 150:1 означают, что одна минута сжатого видео соответствует примерно 150 минутам реального времени. АС более удобно и эффективно для достижения качественного видео и оптимизации скорости его воспроизведения. Но при этом кодирование полнометражного ролика может занять слишком много времени, поэтому подобный процесс выполняют специализированные компании, куда отсылают для кодирования исходный материал (что соответственно увеличивает временные и материальные затраты на проект);
с потерей качества и без потери . Чем выше коэффициент сжатия, тем больше страдает качество видео. Все методы сжатия приводят к некоторой потери качества, даже если это незаметно для глаза. Только один алгоритм выполняет сжатия без потерь - разновидность Motion-JPEG Kodak Photo CD, ориентированный только для фотоизображений (коэффициент сжатия 2:1).
При работе с цифровым видео обращают особое внимание на коэффициент сжатия, который нельзя путать с коэффициентом асимметричности сжатия. Коэффициент сжатия – это цифровое выражение между объёмами сжатого и исходного материала. Например, коэффициент 181:1 означает, что оригинал по сравнению со сжатым видеоизображением занимал объём, в 181 раз больший.
При сжатии качество видео зависит от:
используемого алгоритма - для MPEG стандартом считается 200:1 с сохранением неплохого качества. Различные варианты Motion-JPEG работают с коэффициентами от 5:1 до 100:1, хотя даже при уровне 20:1 трудно добиться хорошего качества;
параметров видеоплаты;
конфигурации компьютера;
программного обеспечения.
Все методы сжатия используют математические алгоритмы для устранения, группировки, усреднения схожих данных, присутствующих в видеосигнале. Существует большое разнообразие алгоритмов сжатия, включая Compact Video, Indeo и целый ряд других, но только Motion-JPEG, MPEG-1, MPEG-2 признаны международными стандартами для сжатия видео. Широкое же распространение получило цифровое видео, сжатое по стандарту MPEG.
10. Flash-анимация.
Значительным этапом в развитии компьютерной анимации было создание технологии Flash – анимации. В 1995 году эта программа была выпущена компанией Future Animation и называлась Future Splash Animator. Она была пригодна для создания анимированных кнопок и логотипов. Для показа прыгающей и моргающей кнопки на маломощном компьютере заказчика нужно было установить plugin, а чтобы пользователь увидел эту кнопку, нужно было написать пояснение на сайте.
Потом программу купила и надстроила компания Macromedia, и оказалось, что ее можно использовать не только для анимирования кнопок и логотипов, но и для производства настоящих маленьких мультиков.
Возможности программы в анимации очень широки — можно делать классическую анимацию «компоновками», покадровую анимацию, перекладку с использованием motion tweening, совмещать их в разных пропорциях. Доступны и монтажные эффекты — наплывы, затемнения и пр.
Анимация является основой любого мультипликационного фильма. Однако далеко не каждый человек имеет представление о том, что это такое.
Анимация представляет собой движение определенного объекта. С технической точки зрения, это своего рода последовательность изменяющихся изображений, которая происходит за определенный промежуток времени. Данный временной промежуток или, как его еще называют, шаг, должен быть очень коротким. Только тогда появится возможность добиться максимально точного эффекта реалистичности изображения.
Анимационные рисунки представляют собой кадры, которые сменяют друг друга за единицу времени. Таким образом создается иллюзия движения. Именно она называется анимацией.
Итак, разобравшись с основным понятием, самое время поговорить о разновидностях. Одной из самых распространенных и востребованных является Flash-анимация. Она используется преимущественно в web-технологиях. Как правило, среди основных задач, которые она охватывает, особого внимания заслуживает создание флэш-сайтов, заставок, рекламных блоков, баннеров, презентаций и, конечно же, флэш-мультфильмов. Одним из самых ярких примеров является серия мультфильмов про Масяню, которые пользуются огромной популярностью у наших соотечественников.
Каким же образом происходит создание таких мультиков? Для создания «флэшей» используют специальную программную среду или оболочку, выпускаемую фирмой Adobe, которая получила название Adobe Flash MX. С ее помощью можно достаточно быстро и легко создать для себя любой анимационный объект.
11. Методы компьютерной анимации.
Базовые методы в анимации Методы компьютерной анимации разделяют на методы, основанные на процедурной анимации, и методы, основанные на использовании ключевых кадров.
Процедурная анимация В этом виде анимации движение алгоритмически описывается списком преобразований (переносов, поворотов и т.д.). Каждое преобразование определяется параметрами (такими как угол поворота). Эти параметры могут изменяться в процессе анимации согласно законам физики.
Типичный пример анимационной последовательности (взято в [20]):
Create CLOCK(…);
For FRAME:=1 to NB_FRAMES
TIME:= TIME + 1/24;
ANGLE:= A * SIN(OMEGA*TIME + PHI);
MODIFY(CLOCK,ANGLE);
draw CLOCK;
record CLOCK;
erase CLOCK;
Анимация, основанная на использовании ключевых кадров Задание анимации объектов во многих ранних компьютерных анимационных системах было основано на задании значений переменных, связанных с этими объектами, на некоторых кадрах (называемых ключевыми), и автоматизированном расчете значений этих переменных в остальных кадрах. Вышеупомянутые переменные могут отражать в себе координаты положения или углы ориентации объекта, степень прозрачности грани объекта и т.д. Эти переменные в литературе часто называют сочлененными переменными (articulation variables – avars [3]).
Интерполяция В кадрах, которые не являются ключевыми, значения интересующих параметров получают, интерполируя значения в ключевых кадрах. При этом, основываясь на особенностях конкретной решаемой задачи, рассматривают следующие моменты [1, с.83–87]:
Выбирают между интерполяцией и аппроксимацией. Если задано множество точек, описывающих кривую, важно вначале определить, представляют ли заданные в ключевых кадрах значения точки, через которые кривая должна пройти, или они используются для управления формой кривой и не являются точными значениями. В первом случае часто используют сплайны Эрмита и сплайны Кэтмула-Рома. Во втором – кривые Безье и Б-сплайны.
Рисунок 6 – интерполяция (слева) и аппроксимация (справа)
Сложность. Напрямую зависит от выбранного интерполирующего уравнения – чем оно проще, тем быстрее вычислить значение интерполирующей функции, заданной этим уравнением.
Непрерывность. Выбор интерполирующего или уравнения в зависимости от необходимой гладкости кривой.
Глобальное или локальное управление. Определение метода интерполирования в зависимости от нужд пользователя при редактировании значений кривой в ключевых кадрах – необходимо ли, чтобы при изменении значения в какой-либо ключевом кадре менялась вся кривая, либо только ее ограниченная область.
Управление скоростью Построение кривой, связанной со значениями параметром в ключевых кадрах, является только первым шагом в анимации. Скорость, с которой происходит движение вдоль кривой, зачастую должна быть под контролем аниматора. Прежде всего, он должен иметь возможность двигаться вдоль кривой значений параметров с постоянным шагом, после чего он может легко ускорить или замедлить движение. Для движения с постоянным шагом требуется установить связь между расстоянием вдоль кривой и значением параметра. Эту связь называют параметризацией длиной дуги пространственной кривой. Для ее определения используют методы численного интегрирования [1, с.91-102]. После параметризации пространственной кривой становится возможным управлять скоростью, с которой происходит движение по кривой. Движение по кривой с постоянной длиной дуги приводит к движению с постоянной скоростью. Возможности ускорения/замедления могут быть получены при помощи функций управления скоростью, которые сопоставляют равноотстоящим значениям параметра (т.е. времени) такие длины дуг, что получается желаемое движение по кривой. Наиболее распространенным примером такого управления скоростью является движение с плавным входом/плавным выходом. При таком способе управления скоростью происходит плавное движение при ускорении объекта из состояния с нулевой скоростью до некоторой, плавное достижение максимальной скорости и плавное торможение. Для этого функцию скорости часто выбирают синусоидой.
Движение вдоль кривой. Различные сложности могут возникнуть при движении (изменении интересующего параметра) по выбранной кривой с определенной скоростью. Если, к примеру, этим параметром является положение трехмерного объекта, а параметрической кривой – траектория его движения, то необходимо принять во внимание также и ориентацию объекта. Если объект или камера движутся вдоль кривой, то их ориентацию можно сделать непосредственно зависимой от кривой. Для этого используют рамку Френе. Рамку Френе определяют как движущуюся правостороннюю координатную систему, задаваемую тремя нормализованными векторами T, N, B, где T – вектор, обладающий направлением касательной к кривой, B ортогонален к T и имеет направление второй производной кривой, N является векторным произведением T и B [4].
Рисунок 7 – рамка Френе
При движении камеры по кривой для определения ее ориентации обычно опираются на задание точки, в которую камера смотрит (центр интереса камеры).
Если один объект движется по поверхности другого объекта, то ориентацию первого можно рассчитывать исходя из нормали к поверхности второго в точке, где находится первый объект.