Введение Компью́терная анима́ция — вид мультипликации

Введение
Компью́терная анима́ция — вид мультипликации, создаваемый при
помощи компьютера. В отличие от более общего понятия «графика CGI»,
относящегося как к неподвижным, так и к движущимся изображениям,
компьютерная анимация подразумевает только движущиеся. На сегодня
получила широкое применение как в области развлечений, так и в
производственной, научной и деловой сферах. Являясь производной от
компьютерной графики, анимация наследует те же способы создания
изображений:
 Векторная графика
 Растровая графика
 Фрактальная графика
 Трёхмерная графика (3D)
История компьютерной анимации тесно связана с появлением и развитием
специализированных графических программных пакетов.
Первым шагом в технологии визуальных эффектов была придумана в 1961
году
Айвеном
Сазерлендом
система
Sketchpad,
которая
начала
эру
компьютерной графики. В этой системе с помощью светового пера
пользователи могли создавать рисунки непосредственно на экране монитора. В
1967 году Сазерленд вместе с Дэвидом Эвансом начали работу по созданию
учебного курса компьютерной графики. В университете штата Юта (США), где
были основаны такие исследования, в это время работали : Джим Кларк —
основатель компании Silicon Graphics Inc., Эдвин Катмулл — один из пионеров
в области создания фильмов с помощью компьютера, Джон Уорнок —
основатель компании Adobe Systems и разработчик таких известных продуктов,
как Photoshop и PostScript. Сначала объемное изображение объектов
формировали на основе набора геометрических фигур (чаще треугольников) .
При этом геометрические фигуры имели однотонную заливку, а объекты
переднего плана закрывали те, которые размещены на заднем плане.
3
В 1968 году в СССР был снят компьютерный мультфильм «Кошечка»,
демонстрирующий походку кошки. Движения были полностью созданы
компьютером по введённым в него дифференциальным уравнениям. Сами
кадры анимации были напечатаны на текстовом принтере, где роль пикселя
исполняла русская буква «Ш».
В 1971 году Генри Гуро предложил закрашивать треугольники линейной
изменением интенсивностей между их вершинами. Это позволило получить
более плавное изменение интенсивностей вдоль поверхности объектов. В 1974
году Эдвин Катмулл предложил концепцию Z-буфера, ускорило процесс
извлечения скрытых граней. Другим изобретением Кэтмулла является
наложение текстуры на поверхность трехмерных объектов, обеспечивает
реалистичность этих объектов. Ву Тонг Фонг предложил интерполировать
оттенки всей поверхности полигона, что обеспечивает лучшее сглаживание,
хотя и требует значительно больших вычислений.
Джеймс Блинн в 1976 году скомбинировал раскрашивания по Фонгу и
наложения текстуры на поверхность объектов. В 1980 году Тернер Уиттед
предложил новую технику визуализации (трассировки), которая заключается в
отслеживании путей прохождения световых лучей от источника света до
объектива 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 продажу продукта 3D Studio. В 1997 году
компания
Macromedia
приобрела
у
компании
FutureWare
небольшую
графическую программу для Web, с которой была начата в свое время широко
известна программа компьютерной анимации Macromedia Flash. В 1998 году
начался выпуск программы Maya, стоившая от 15 000 до 30 000 долларов.
4
1. Зарождение графики
Любые визуальные образы, получаемые с помощью "компьютера", в
принципе можно называть "компьютерной графикой". "Компьютер" в данном
случае является инструментом, средством, с помощью которого человек может
реализовывать свои образные идеи. Художник, желающий делать хорошие
работы, обязан в совершенстве владеть своим инструментом - разбираться в
красках, кистях, холсте, бумаге и т.д. В нашем случае, мы должны понимать,
каким образом вычислительная машина (компьютер) способна генерировать
под "разумным" управлением человека, различного рода графические образы,
изображения. В настоящее время, возможности компьютерной техники очень
возросли. Если вспомнить, что из себя представляли компьютеры 15-ти, 20-ти
летней давности, наверное, даже станет смешно. Но так или иначе, основы
компьютерной графики закладывались именно тогда. Немного истории не
помешает, думаю наоборот, будет полезно и интересно знать, как развивались
графические возможности компьютера. Речь пойдёт о компьютерах серии IBM.
Первый компьютер, который выпустила компания IBM, был построен на
микропроцессоре Intel 8086 и комплектовался черно-зелёным монитором, на
котором можно было увидеть только символы. Зелёный цвет люминофора
кинескопа был неспроста. Дело в том, что человеческий глаз наиболее
чувствителен к зелёной части спектра. В то время вычислительная машина
использовалась исключительно для каких-то расчетов. После того, как начали
появляться первые графические адаптеры, начала появляться и компьютерная
графика. Развитие шло в двух направлениях - увеличение цветов и увеличение
размера растра (количество точек по ширине и высоте). Оба направления вели к
увеличению "видеопамяти". По количеству видеопамяти, сейчас можно судить
о
возможностях
видеоадаптера.
Изначально,
графические
возможности
компьютера определялись черно-белым растром, т.е. было всего два цвета черный и белый. Далее, точка на экране монитора могла иметь четыре цвета,
затем 16, 256, 65535,... Развитие видеоадаптеров велось по пути обязательной
поддержки всех предыдущий базовых видеорежимов, вплоть до всех текстовых
5
режимов
(текстовый
режим
-
самый
первоначальный
режим работы
видеоадаптера, когда, на экране монитора возможно отображение только
символов). Сейчас же, видеоадаптеры развиваются в направлении скорости
работы и всяческим наворотам в области 3D-функций и аппаратной поддержки
MPEG.
Вся компьютерная графика, которая существует на данный момент может
разделиться на два класса - векторная и растровая. Векторная графика
подразумевает параметрическое определение образа с помощью касательных
(векторов). Растровая графика подразумевает сохранение графического образа
в виде матрицы точек (пикселей). Каждая точка (пиксель) может менять свой
цвет в определённом диапазоне. Векторная графика в свою очередь бывает
двухмерной и трехмерной. Нужно отметить, что логическим завершением
векторной графики является её растровый дубликат (хотя бы для отображения
графического образа на экране монитора). Для того, что бы владеть
"компьютерной
графикой"
как
инструментом
выражения
своих
идей,
необходимо: знать особенности представления "цвета" (света) с точки зрения
вычислительной машины, и дальнейшем отображении на мониторе (бумаге);
знать особенности основных графических форматов; владеть растровым
редактором; владеть векторным редактором (желательно); ну и главное условие
- иметь богатое художественное воображение:). В следующем уроке речь
пойдёт о том, как представляется "цветовой оттенок" в компьютере.
6
2. Виды графики
ГРАФИКА
(от греч. grapho
–
пишу,
рисую)
–
один
из видов
изобразительных искусств. Графикой называют рисунок и отпечаток на листе
бумаги (в древности – на папирусе, на пергаменте). Существует станковая
графика (рисунок, эстамп, лубок), книжная графика (иллюстрации, виньетки,
заставки, буквицы, титул, авантитул, переплет, обложка, суперобложка),
журнальная и газетная графика, миниатюра (вариант книжной графики),
промышленная графика, экслибрис, плакат, шелкография, линогравюра.
Графика связана с изображением на плоскости. Белая или цветная бумага,
являющаяся основой графики, играет роль фона, на котором большую
выразительность обретают линия, штрих, пятно.
По способу исполнения и возможностям воспроизведения (тиражирования)
графику делят на уникальную и печатную.
Уникальная графика создает произведение в единственном экземпляре:
рисунок, акварель, гуашь, монотипия, коллаж, аппликация, фотомонтаж.
С помощью печатной графики (гравюры) получают тираж художественных
произведений, оттиски
которых
являются авторскими
произведениями.
Гравюра в зависимости от материала, способа его обработки (гравирования) –
механического (резьба, процарапывание) или химического (травление), от вида
«глубокой», «высокой» или «плоской» печати делится на следующие техники:
ксилография, линогравюра, цинкография, литография, гравюра на картоне,
гравюра резцом на меди, офорт, меццо-тинто, акватинта, сухая игла и др.
Гравюры могут быть выполнены в одной из этих техник или в их сочетании, в
черно-белом или в цветном вариантах.
К современным типам графики относится компьютерная графика, которая
формируются в электронных системах.
7
Самостоятельную область образует графика письма (эпиграфика, искусство
шрифта,
каллиграфия),
имевшая
большое
художественное
значение
в
эстетических системах древности и Востока (арабская вязь, китайские и
японские иероглифы, индийские шрифты и др.).
Гравюра - (фр. gravure, от graver – вырезать) – вид графики, включающий
произведения (гравюры), напечатанные с доски, на которую нанесен рисунок
(зеркальный по отношению к оттиску), обработанные различными способами
гравирования.
Искусство гравюры состоит в том, что на плоскую поверхность материала
наносится рисунок, который затем покрывается краской и оттискивается на
бумаге. Число оттисков варьируется в зависимости от техники гравирования и
материала. Основные материалы гравюры – металл (медь, цинк, сталь), дерево
(самшит, пальма, груша, вишня и др.), линолеум, картон, в 20 в. пластик,
оргстекло.
Обработка
гравюрной
доски
производится
механическими
средствами, стальными инструментами или же травлением кислотой.
Особенностью гравюры является возможность получать значительное число
оттисков, ее стилистика, связанная с работой в твердых материалах.
В Европе гравюра появилась в 15 в., как искусство для народа. Дешевые
гравированные листки продавались на ярмарках, становились украшением
жилищ,
нередко
заменяли
собой
книги,
являлись
пропагандой
нравоучительных историй.
К произведениям станковой графики, самостоятельным по назначению и по
форме, относятся станковый рисунок и станковый лист печатной графики
(эстамп). Станковая графика предназначена для музейных, выставочных
коллекций, для украшения общественных и жилых интерьеров.
Рисунок - самостоятельный вид искусства, занимающий важнейшее место в
изобразительном
искусстве,
а
также
основа
живописи,
скульптуры,
архитектуры. Рисунком называют произведения, выполненные карандашом
8
(графитным, серебряным, свинцовым, итальянским, цветными), пером, соусом,
сангиной, углем, пастелью и другими материалами.
Книжная графика - составная часть книжного издания. Книга включает в себя
литературу, графику, искусство шрифта и полиграфическое искусство.
Художники книги разрабатывают тип издания, конструкцию книги, ее
декоративное оформление, иллюстрационный цикл. Конструкция книги
традиционна: книжный блок, обложка, переплет, суперобложка, форзац,
титульный лист, шмуцтитулы, иллюстрации (фронтиспис, полосы, заставки,
концовки, инициалы и т.д.), шрифты. Эти элементы, подчиняясь законам
композиции, объединяются в единый ансамбль.
История книги начинается с папирусных свитков (с 3 тыс. до н.э. в
Древнем Египте), в первых веках н.э. появляются пергаментные кодексы (тип
современной книги) – те и другие украшались рисунками и миниатюрами. Эта
система оформления богато и сложно разрабатывается в бумажной книге
средних веков Европы и Азии. Изобретение книгопечатания в середине 15 в.
создало классическую европейскую книгу с сочетанием шрифта и гравюр
(сначала на дереве, с 17 в. на металле). В 19 – нач. 20 вв. быстрое развитие
репродукционной техники сблизило книжную графику с полиграфией, создало
профессию художника книги, иллюстратора.
Фотомонтаж - композиция, составленная из фотографий и их фрагментов,
иногда дополненная графическими элементами. Применяется в 20 в. в печатной
графике, плакате. Название было придумано берлинскими дадаистами для
обозначения произведений, смонтированных из фотографий. Фотомонтаж
использовали Дж. Хартфилд (1891–1968), А.М.Родченко, Л.М.Лисицкий.
9
3. Исторические моменты в развитии анимации
В 1953 году был представлен фильм под названием «Чудовище с глубины 20
000 морских саженей» (В СССР был известен как «Чудовище из глубины
океана»), спецэффектами которого занимался Рэй Харрихаузен (рисунок 1).
Именно с этой картины получило широкое применение метод монтажа
натурных съёмок и анимации, при котором сначала снимался задний план в
естественных условиях: город, пустыня, побережье и так далее. Полученные
кадры проецировались на небольшой экран, служивший фоном для действия
анимационных моделей. В свою очередь, на эту запись накладывались кадры с
действиями
актёров.
Таким
образом,
фантастические
персонажи
взаимодействовали вместе с актёрами на одной сцене кадра, наложенные друг
на друга слоями из «живых» киносъёмок. На рисунке 2 представлен кадр из
фильма «Чудовище с глубины 20 000 морских саженей».
1975 г. - Повсеместное применение компьютерной графики на американском
телевидении
для
Компьютерная
производства
анимация
логотипов,
используется
заставок,
большинством
рекламы
студий,
и
т.п.
которые
выпускают коммерческие анимационные фильмы.
1976 г. - Американец Мартин Ньюэлл на показе «Siggraph» демонстрирует
трехмерное изображение чайника для заваривания чая, представленный на
рисунке 5, это изображение было представлено на экспозиции в Бостонском
Компьютерном
музее
рядом
с
чайником-оригиналом
на
рисунке
6.
Искривлённые и пересекающиеся поверхности чайника хорошо подходят для
тестирования различных видов материалов и параметров визуализации
объектов реального мира.
10
4. История развития Flash Анимации
Flash анимация стала развиваться намного позже кино и мультипликации, но
с течением времени она также достигла своих высот. Все мы повсеместно в
интернете видим анимированные интерактивные баннеры, видеоплееры,
воспроизводящие видеоролики онлайн, красиво оформленные интерактивные
сайты, игры, анимационные ролики и так далее. А всё началось с появления
самого интернета, точнее, с появлением World Wide Web в 1994 году. Ещё
тогда многие пользователи мечтали о том, чтоб интернет помимо текста мог
вмещать в себя разные мультимедиа, благодаря которым сайты были бы
удобней и привлекательней. Для размещения анимационных роликов на сайтах,
использовался формат GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена
графическими данными), в этом формате изображения могли последовательно
сменять друг друга без участия пользователя. Позже веб-мастера внедряют на
своих сайтах анимацию, изготовленную с использованием одной из технологий
векторной графики. Но из-за большого разнообразия программных средств и
разработчиков программных продуктов, возникала проблема с отображением
анимации на компьютере пользователя. Для отображения того или иного
формата необходимо было устанавливать всё новые и новые плагины. Если же
они не были установлены, то посетители сайта не могли чего-либо увидеть на
этом сайте. Выход был один - одна из компаний создателей векторной графики
объединяется с гигантом анимации и становится доминирующей на рынке
векторной анимации. Такими компаниями стали Future Splash Animator и
Macromedia. Джонатан Гай, основатель компании Future Splash Animator
пытался сначала договориться с одним из гигантов - Adobe. Но сделка с этой
компанией не состоялась.
На сегодняшний момент компания Adobe всё-таки поглотила в себя
Macromedia Flash. К концу 20-го века возможности веб-анимации достигли
уровня
обычных
видеороликов,
и
ограничивались лишь
скоростными
возможностями Интернета, что, по сути, и сдерживает графическое развитие
Flash-технологий. Но в Macromedia Flash внедрены такие возможности, о
11
которых не могут и мечтать создатели видеофильмов - это диалог и участие
пользователя в анимации. Первоначально это были банальные кнопочки, от
нажатия которых происходили те или иные графические изменения. Но очень
быстро Macromedia Flash превратилось в среду разработки профессиональных
приложений: сайтов, справочников, игр. Появление встроенного языка
программирования Action Script, позволяет разработчикам создавать CGI
программы, полнофункциональные HTTP приложения. В настоящий момент
для создания таких приложений программисту необходимо быть немного и
дизайнером, знать графические возможности Flash и Action Script. На рисунке
34 представлен интерфейс Adobe Flash Pro CS6.
12
Заключение
У компьютерной анимации богатая и интересная история, она тесно
связана также и с самой анимацией. В настоящее время компьютерная
анимация стала более мощной и доступной. Сейчас у всех есть компьютер,
большой выбор программного обеспечения и возможность брать вдохновение
из интернета. В данной работе мы рассмотрели историю развития анимации, её
особенности и способ её создания с помощью компьютерных технологий.
Развитие компьютерной анимации не стоит на месте, мультфильмы становятся
всё более реалистичными, их производство становится проще и ведь ещё с
давних времен этого и добивались первые художники-аниматоры, чтобы
воплотить всю свою фантазию и заставить нас удивиться как братья Люмьер.
Анимация в играх очень важный элемент без которого не обходится ни
одна игра. Она отвечает за передвижение персонажей, взаимодействие их с
окружающим миром. Также компьютерная анимация (последовательный показ
слайд-шоу из заранее подготовленных графических файлов, а также
компьютерная имитация движения с помощью изменения и перерисовки
формы объектов или показа последовательных изображений с фазами
движения, подготовленных заранее или порождаемых во время анимации)
может
применяться
в
мультимедийных
приложениях
(например,
энциклопедиях), а также для «оживления» отдельных элементов оформления,
например, веб-страниц и рекламы (анимированные баннеры). На веб-страницах
анимация может формироваться средствами стилей (CSS) и скриптов
(JavaScript) или модулями, созданными с помощью технологии Flash или её
аналогов (флеш-анимация).
Компьютерная графика, за последнее десятилетие переросшая тесные
рамки научных и технических приложений и прочно обосновавшаяся во многих
областях масс-медиа, включая прессу, кино и телевидение, привлекает все
большее внимание не только специалистов, но и далеких от этой области
людей. Учитывая стремительное удешевление компьютеров и появление все
13
большего
разнообразия
инструментов
для
художников,
аниматоров
и
кинопроизводителей, можно сказать, что наступает время, когда любой может
попробовать себя в этой области. Так же, это подтверждает и наличие большого
число свободного программного обеспечения для создания различного вида
компьютерной анимации.
Компьютерная анимация может применяться в компьютерных играх,
мультимедийных приложениях (например, энциклопедиях), а также для
«оживления» отдельных элементов оформления, например, веб-страниц и
рекламы (анимированные баннеры).
14
Список литературы
1. Бубнов А.Е. Компьютерный дизайн. Основы, Мн: Знание, 2009 г.
2. Кричалов А.А. Компьютерный дизайн. Учебное пособие, Мн.: СТУ МГМУ,
2010 г.
3. Стоянов П.Г. Работа с цветом и графикой, Мн.: БГУИР, 2011 г.
4. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник
для вузов. 2-е издание– М.: «Альянс – Пресс», 2012 г.
5. Голикова: М.Н. Понятие и виды анимации 2013 г.
15