Комп'ютерна анімація — мистецтво створення рухомих зображень за допомогою комп'ютерів. Є підрозділом комп'ютерної графіки та анімації. На відміну від більш загального поняття «графіка CGI», що відноситься як до нерухомих, так і до рухомих зображень, комп'ютерна анімація має на увазі тільки рухомі. На сьогодні отримала широке застосування як в області розваг, так і у виробничій, науковій та діловій сферах. Як похідна від комп'ютерної графіки, анімація успадковує ті ж способи створення зображень: Векторна графіка Растрова графіка Фрактальна графіка Тривимірна графіка (3D)
Історія Докладніше: Історія комп'ютерної анімації та . Історія комп'ютерної анімації тісно пов'язана з появою і розвитком спеціалізованих графічних програмних пакетів.
Першим кроком у технології візуальних ефектів була придумана в 1961 році Айвеном Сазерлендом система Sketchpad, яка започаткувала еру комп'ютерної графіки. У цій системі за допомогою світлового пера користувачі могли створювати малюнки безпосередньо на екрані монітора. 1967 року Сазерленд разом з Девідом Евансом розпочали роботу по створенню навчального курсу комп'ютерної графіки. В університеті штату Юта (США), де були започатковані такі дослідження, в цей час працювали: Джим Кларк — засновник компанії Silicon Graphics Inc., Ед Кетмелл — один з піонерів у галузі створення фільмів за допомогою комп'ютера, Джон Варнок — засновник компанії Adobe Systems і розробник таких відомих продуктів, як Photoshop і PostScript. Спочатку об'ємне зображення об'єктів формували на основі набору геометричних фігур (найчастіше трикутників). При цьому геометричні фігури мали однотонну заливку, а об'єкти переднього плану закривали ті, що розміщені на задньому плані.
У 1971 році Анрі Гуро запропонував зафарбовувати трикутники з лінійною зміною інтенсивностей між їх вершинами. Це дозволило отримати більш плавну зміну інтенсивностей вздовж поверхні об'єктів. 1974 року Едвін Кетмелл запропонував концепцію Z-буфера, що прискорило процес вилучення прихованих граней. Іншим винаходом Кетмула є накладання текстури на поверхню тривимірних об'єктів, що забезпечує реалістичність цих об'єктів. Ву Тонг Фонг запропонував інтерполювати відтінки всієї поверхні полігону, що забезпечує кращу згладжуваність, хоча і вимагає значно більших обчислень.
Джеймс Блінн у 1976 році скомбінував розфарбовування за Фонгом і накладання текстури на поверхню об'єктів. 1980 року Тернер Уіттед запропонував нову техніку візуалізації (трасування), яка полягає у відслідковуванні шляхів проходження світлових променів від джерела світла до об'єктива камери з врахуванням їх відбиття від об'єктів сцени. 1986 року фірма AT&T випустила перший пакет для роботи з анімацією на персональних комп'ютерах (TOPAS), який коштував 10 000 доларів і працював на комп'ютерах з процесором Intel 80286 і операційною системою DOS. 1990 року фірма Autodesk розпочала продаж продукту 3D Studio. 1997 року компанія Macromedia придбала у компанії FutureWare невелику графічну програму для Web, з якої була започаткована свого часу широко відома програма комп'ютерної анімації Macromedia Flash. 1998 року розпочався випуск програми Maya, що коштувала від 15 000 до 30 000 доларів.
Анімація за ключовими кадрами Аніматор розставляє ключові кадри, а проміжні кадри генерує спеціальна програма. Цей спосіб найближчий до традиційної мальованої анімації, тільки роль фазувальника виконує комп'ютер, а не людина.
Запис руху Дані анімації записує спеціальнє обладнання з реальних об'єктів, що рухаються і переносяться на їх імітацію в комп'ютері. Поширений приклад такої техніки — Motion capture (захоплення рухів). Актори в спеціальних костюмах з датчиками здійснюють рухи, які записують камери й аналізує спеціальне програмне забезпечення. Підсумкові дані про переміщення суглобів і кінцівок акторів застосовують до тривимірних скелетів віртуальних персонажів, саме цим досягають високого рівня достовірності їх руху.
Такий же метод використовують для перенесення міміки живого актора на його тривимірний аналог в комп'ютері.
Процедурна анімація Процедурна анімація повністю або частково розраховується комп'ютером. Сюди можна включити такі її види: Симуляція фізичної взаємодії твердих тіл. Імітація руху систем частинок, рідин і газів. Імітація взаємодії м'яких тіл (тканини, волосся). Розрахунок руху ієрархічної структури зв'язків (скелета персонажа) під зовнішнім впливом (Ragdoll). Імітація автономного (самостійного) руху персонажа. Прикладом такої системи є програма Euphoria.
Програмована анімація Широке застосування в мережі отримали дві мови, за допомогою яких програмуються руху анімованих об'єктів: JavaScript — браузерна мова ActionScript — мова роботи з додатками Flash Перевага програмованої анімації — у зменшенні розміру вихідного файлу, недолік — навантаження на процесор клієнта.
Конструктори анімацій Для створення анімованих зображень існує безліч програм як платних, так і безкоштовних. Adobe Photoshop — платна GIMP (частіше використовується на Linux) — безкоштовна Adobe Flash Professional — платна CoffeeCup — умовно безкоштовна Blender (частіше використовується на Linux) — безкоштовна Synfig — безкоштовна Pivot Stickfigure Animator — безкоштовна Stykz — безкоштовна TISFAT — безкоштовна Dimp Animator — безкоштовна
Зберігання
Комп'ютерна анімація може зберігатися в універсальних графічних файлах (наприклад, у форматі GIF) у вигляді набору незалежних зображень, або в спеціалізованих файлах відповідних пакетів анімації (3ds Max, Blender, Maya тощо) у вигляді текстур і окремих елементів, або в форматах, призначених для перегляду () та застосування в іграх (). Також, анімація може зберігатися у форматах, призначених для зберігання відео (MPEG-4).
Застосування Комп'ютерна анімація (послідовний показ слайд-шоу із заздалегідь підготовлених графічних файлів, а також комп'ютерна імітація руху за допомогою зміни і перемальовування форми об'єктів, або показу послідовних зображень з фазами руху, підготовлених заздалегідь або породжуваних під час анімації) може застосовуватися в комп'ютерних іграх, мультимедійних додатках (наприклад, енциклопедіях), а також для «оживлення» окремих елементів оформлення, наприклад, веб сторінок і реклами (анімовані банери) На веб сторінках анімація може формуватися засобами стилів (CSS) і скриптів (JavaScript) або модулями, створеними за допомогою технології Flash або її аналогів (флеш-анімація). З середини 1980-х років комп'ютерна анімація використовується для створення спецефектів у кінематографі. Першим фільмом, що містить ключові сцени, засновані на зображенні, синтезованому комп'ютером, став «Термінатор 2: Судний день».
Безсумнівною перевагою комп'ютерної 3D-анімації перед класичною мальованою є повна відсутність спотворень пропорцій об'єкта (рис обличчя тощо) при русі, неминучих при ручному промальовуванню.
Майбутнє Одним відкритим викликом в комп'ютерній анімації є фотореалістична анімація людини. Тепер більшість фільмів, створених з використанням комп'ютерної анімації, показують персонажів-тварин (Пригоди Фліка, У пошуках Немо, Рататуй, Льодовиковий період, Лісова братва, Сезон полювання), фантастичних персонажів (Корпорація монстрів, Шрек, Черепашки-ніндзя, Монстри проти прибульців), антропоморфні машини (Тачки, ВОЛЛ·І, Роботи) або мультяшну людину (Суперсімейка, Нікчемний я, Вперед і вгору). Фільм Остання фантазія: Духи всередині часто наводиться як перший комп'ютерний фільм в якому зроблена спроба максимально реалістично показати людей. Однак через складність будови людського тіла, рухів людини і біомеханіки людини, реалістична симуляція людини залишається, значною мірою, відкритою проблемою. Ще однією проблемою є неприязнь, як психологічна відповідь на перегляд майже ідеальний анімації людини, знана як «зловісна долина». Це один з «святих граалів» комп'ютерної анімації. У кінцевому рахунку, метою є створення програмного забезпечення, де аніматор зможе генерувати епізоди, в яких зображено фотореалістичного персонажа-людину, який піддається фізично правдоподібним рухам, разом з одягом, фотореалістичне волосся, ускладнений природний фон, і, можливо, взаємодію з іншими моделями персонажів-людей. Домігшись цього, глядач буде вже не в змозі довести, що певний епізод комп'ютерний, або створений з використанням реальних акторів перед кінокамерою. Досягнення повного реалізму може мати серйозні наслідки для кіноіндустрії.
Не менш серйозні наслідки таке досягнення може принести судовій системі — стане проблематичним використання відео або фотоматеріалів як доказів, підтвердження алібі і т. д., тому що необхідно буде однозначно доводити реальність знятого матеріалу.
На даний момент використовується тривимірна комп'ютерна анімація, і її можна розділити на два основних напрямки: фотореалістичний і не фотореалістичний рендеринг. Фотореалістична комп'ютерна анімація сама по собі може бути розділена на дві підкатегорії: реальний фотореалізм (де захоплення руху використовується для створення віртуального персонажа—людини) і стилізований фотореалізм. Реальний фотореалізм — це те, чого добилися в Final Fantasy і в майбутньому, найімовірніше, здатний дати нам ігрове кіно з аспектами фентезі, як у Темний кристал без використання передового лялькового театру і аніматроніки, а Мураха Антц — приклад стилістичного фотореалізму (у майбутньому, стилізований фотореалізм зможе замінити традиційну анімацію руху стоп, як у мультфільмі Труп нареченої). Жоден із згаданих методів не досконалий, але прогрес не зупиняється.
Характеристика засобів комп'ютерної анімації
Сьогодні окрім Flash-технології анімації засобами ImageReady, анімації засобами CorelDraw існує широкий спектр інших засобів, який постійно розширюється. Цей спектр включає як відносно прості засоби, які можна віднести до класу GIF-аніматорів, та засоби, вмонтовані в інструментальні засоби Web-дизайну, так і потужні засоби для 3D-анімації та анімації персонажів.
Коротка характеристика деяких засобів комп'ютерної анімації наведена нижче.
Autodesk Maya Maya від компанії Alias|Wavefront, що належить Silicon Graphics Inc., є одним з найпоширеніших пакетів серед програмного забезпечення для 3D анімації, і за останні роки стала лідером для анімації персонажів у художніх фільмах. Maya має значну і різнобічну систему моделювання, могутню анімацію персонажів і великі здатності по створенню візуальних ефектів. У той час як Maya є великим, складним для вивчення пакетом, він має удосконалений інтерфейс, представлений пензлеподібними інструментами, які дозволяють формувати і редагувати об'єкти в ході інтерактивного процесу, що нагадує малювання, і інструменти, які дозволяють намалювати траву, дерева й інші елементи в 3D-просторі у вигляді «мазків пензля», що візуалізуються. Динамічна імітація твердих тіл, тіл змінної форми, одягу, волосся, у сполученні з могутньою мовою сценаріїв, зробили Maya великим інструментом візуальних ефектів. Maya широко використовується для створення мультфільмів і кінофільмів, комп'ютерних ігор, рекламних роликів, для моделювання промислових розробок, архітектурних ансамблів, розробки бізнес-презентацій. Вартість базового пакету Maya на 2003 рік становить 7500 доларів.
Poser До випуску Poser 3D-художники при потребі в реалістичних персонажах повинні були створювати їх моделі в програмі для тривимірної анімації. Усе це змінилося, коли був випущений . Тепер дизайнери можуть одержати необхідного їм персонажа, наданого у Poser, й експортувати його в свої сцени тривимірної графіки. Poser-персонажі можуть бути анімовані швидко, шляхом додавання ключових кадрів по шкалі часу, і змін пози персонажа в кожному ключовому кадрі. Програма поставляється з великою бібліотекою попередньо встановленої анімації, яка може модифікуватись.