Комп’ютерна анімація

Загальні положення

Розрізняють дві основних області комп’ютерної анімації:

· 2D-анімація - традиційна двовимірна анімація;

· 3D-анімація - основана на тривимірному комп’ютерному моделюванні об’єктів.

В 2D-анімації використовуються традиційні методи покадрової або cel-анімації. Термін cel
відповідає окремому зображенню в традиційній мультиплікації, намальованому на прозорій
плівці. Кожне нове cel-зображення містить зміну у порівнянні з попереднім, що і сприймається як
рух. Коли множина cel-зображень слідують одне за одним з певною швидкістю, створюється
анімаційне переміщення об’єкту. Cel-зображення можуть переміщуватись над фоном шляхом,
визначеним користувачем. Для деяких випадків можна генерувати кадри між визначеними
початковою та кінцевою точками. Цей процес називається твінінгом (tweening) або створенням
проміжних кадрів. Можна застосовувати до комп’ютерних зображень морфінг (плавне перетворення одного об’єкту в інший), деформування, різноманітні оптичні ефекти і циклічну зміну освітлення.

3D-анімація починається із створення тривимірних комп’ютерних моделей об’єктів. В типовому тривимірному просторі об’єкти існують як геометричні об’єкти, у яких складові їх ліній мають прив’язку до координат X, Y, Z. В загальному випадку створюється сцена з геометричних об’єктів, що мають грані. Кожна грань являє собою плоский об’єкт з нескінчено малою товщиною. В розпорядженні користувача є також набір типових тривимірних тіл (куля, конус, піраміда), можливість надати об’єм плоским зображенням за допомогою різноманітних прийомів, а також додаткові бібліотеки, що містять детально пророблені об’єкти реального світу.

Після цього настає черга поверхневого опису об’єктів. Крім звичайного розфарбування,
поверхня може бути покрита двовимірними зображеннями (текстурами), що відповідають зовнішньому вигляду того або іншого матеріалу. На додаток до цього, існує можливість додати
інші властивості, такі як глянець (glossing), прозорість (transparency), відбиття (reflectivity). Можна просто вибрати характеристику поверхні з бібліотек матеріалів, або створити матеріали, не існуючі в реальному фізичному світі.

Після цього виконують розташування джерел світла і камер в тривимірному світі. За допомогою правильного розташування джерел світла можна добитись більш реалістичного вигляду об’єктів тривимірної сцени. Можна також задавати траєкторії переміщення об’єктів, що входять в сцену, або їх складових частин.

Головним етапом є візуалізація або рендерінг (rendering) отриманої сцени. Комп’ютер аналізує весь об’єм інформації для кожного кадру, визначає видимість об’єктів, враховує характеристики матеріалів та вплив джерел освітлення на вигляд поверхні, і все це - для кожної грані зображення. В результаті буде отримано послідовність статичних растрових зображень, яка при відтворенні з певною швидкістю створює дуже складну анімацію.

В більшості пакетів роботи з тривимірною графікою використовуються наступні режими візуалізації:

§ Wire Frame - режим дротяного каркаса, в якому при візуалізації об’єкта відображаються
тільки ребра утворюючих його поверхонь;

§ Hidden Wire Frame - режим дротяного каркаса, з видаленням невидимих

граней, аналогічний попередньому режиму, за виключенням того, що ребра поверхонь, що закриваються іншими поверхнями і в зв’язку з цим невидимі, не відображаються;

§ Flat shading - режим обробки площин напівтонів, при цьому колір кожної грані
визначається в залежності від кута джерел світла і області перегляду; згладжування не
застосовується;

§ Gouraud - згладжуюча обробка напівтонів за методом Гуро, при цьому грані всіх об’єктів
згладжуються, але не відображаються тіні від об’єктів, і не використовуються карти
рельєфа матеріалів;

§ Phong - згладжуюча обробка напівтонів за методом Фонга, кращий з методів візуалізації,
хоча і найповільніший; на відміну від попереднього режиму, основаного тільки на
вершинах кожної лицевої поверхні, за цим методом візуалізації обчислюється правильний
колір кожного піксела.

Крім основних режимів, в розпорядженні користувача є опції для настройки візуалізації, які дозволяють покращити якість зображення:

§ Anti-aliasing (згладжуваність) - дозволяє за допомогою спеціальних алгоритмів згладити ступінчаті краї границь об’єктів;

§ Bump maps (карти рельєфу) - дозволяють створювати рельєф на поверхні об’єкту і
створити матеріал в кінцевій анімації більш гладким і природнім, спектр їх застосування
досить широкий: від чеканної поверхні монети до цегляної кладки;

§ Image mapping - дозволяє врахувати вплив властивостей матеріалу на процес розсіювання
світла, що падає на об’єкт від джерела, в протилежному випадку використовується
розсіяний колір об’єкта.