La investigación sobre la animación por computadora comenzó a principios de la década de 1960. En 1963, los laboratorios Bell de AT&T en Estados Unidos produjeron la primera caricatura por computadora. Antes de la década de 1980, la animación por computadora se centraba principalmente en el desarrollo de sistemas de animación bidimensionales, que se utilizaban en demostraciones didácticas y ayudaban a la producción de animación tradicional.
La investigación sobre la animación tridimensional comenzó a principios de los años 1970, cuando se desarrollaron algunos sistemas de animación tridimensional por ordenador. Hasta mediados y finales de la década de 1980, debido a la aparición de estaciones de trabajo de súper gráficos con capacidades de procesamiento en tiempo real, la tecnología de modelado geométrico tridimensional y la tecnología de generación de gráficos realistas lograron grandes avances, promoviendo el desarrollo de la tecnología de animación por computadora tridimensional con efectos muy realistas. El rápido desarrollo ha llegado al punto de la comercialización práctica. A principios de la década de 1990, la aplicación de la tecnología de animación por ordenador a los efectos especiales cinematográficos había logrado logros notables.
Al mismo tiempo, para satisfacer las necesidades de simulación dinámica, simulación visual, robótica y biomecánica en la investigación científica y sistemas complejos, el estudio del modelado físico y la animación se ha convertido en un tema importante en la animación por computadora. investigación. La animación humana es una nueva disciplina de la animación por ordenador desarrollada en los últimos años. Se trata del desarrollo de un sistema integral de animación basado en personajes artificiales, que produce animaciones de comportamiento que involucran personajes artificiales con conciencia humana en escenas tridimensionales. Dichos sistemas se basan en conocimientos, técnicas y métodos de diversas disciplinas como la animación, la mecánica, la robótica, la biología, la psicología y la inteligencia artificial. Puede lograr los siguientes propósitos: en primer lugar, puede generar automáticamente comportamientos humanos naturales generados por computadora; en segundo lugar, puede mejorar la complejidad y autenticidad de los movimientos, lo que no sólo se refleja en el realismo de los movimientos articulares, sino que también requiere del cuerpo. manos, la deformación de partes como la cara es real; en tercer lugar, se reduce la complejidad de la descripción del movimiento; Poser ahora es un software de animación 3D único para modelar el cuerpo humano producido por la famosa empresa MetaCreations.
La tendencia de desarrollo de la animación por computadora tridimensional:
¿Recuerdas los dinosaurios realistas en "Jurassic Park"? ¿Recuerdas la escena de "Titanic" donde el barco volcó y cayó al agua? Mientras disfrutamos de estos maravillosos éxitos de taquilla estadounidenses, apreciamos el magnífico encanto de la animación por computadora. La compañía Walt Disney de Estados Unidos incluso predice que las estrellas de cine del siglo XXI serán obedientes a los programas de computadora...
Con el rápido desarrollo de la tecnología de hardware informático y la investigación en profundidad sobre gráficos por computadora, las computadoras se utilizan para generar varias imágenes de escenas virtuales dinámicas y se han hecho posibles efectos especiales, lo que se conoce como tecnología de animación por computadora tridimensional. En 1998, Michael F. Cohen, ganador del premio ACM siggraph Computer Graphics Excellence Award, dijo en la conferencia siggraph de ese año: “En los últimos 25 años de la historia de Siggraph, nuestro mundo ha cambiado dramáticamente en la pantalla de cine, pocas personas estarán en la pantalla de cine. Sorprende cuando los dinosaurios se acercan a nosotros con una realidad increíble. La gente se ha acostumbrado al logo tridimensional brillante en la pantalla del televisor "Esto demuestra claramente que la animación por ordenador ha penetrado en la vida de las personas. La animación por computadora ha sido un tema de investigación candente en gráficos durante las últimas décadas. En Siggraph, el evento gráfico mundial, casi todos los años hay un tema especial sobre animación por ordenador. El Festival anual de animación por computadora ofrece a los animadores un mundo para mostrar su trabajo e imaginación. Una razón importante para promover el desarrollo de la animación por computadora es la demanda de las industrias del entretenimiento, como las acrobacias cinematográficas y televisivas. En la actualidad, la animación por computadora ha formado una industria enorme y existe una tendencia a seguir creciendo.
La animación por computadora es el producto de la combinación de gráficos por computadora y arte. Es una tecnología de alta tecnología desarrollada con el rápido desarrollo del hardware y los algoritmos gráficos. Utiliza de manera integral conocimientos de informática, arte, matemáticas, física y otras disciplinas relacionadas para utilizar computadoras para generar imágenes de realidad virtual coloridas y continuas, brindando a las personas un mundo nuevo que demuestra plenamente su imaginación personal y sus talentos artísticos.
En películas excelentes como "Terminator", "Jurassic Park", "Toy Story", "Titanic" y "Dinosaurs", podemos apreciar plenamente el magnífico encanto de la animación por computadora. La película "Jurassic Park" de 1993 ganó el Oscar a los mejores efectos visuales por sus secuencias de dinosaurios producidas con efectos especiales animados.
En 1996, se estrenó la primera película totalmente animada por computadora del mundo, "Toy Story", que no solo logró ingresos récord de taquilla, sino que también abrió una nueva forma de producción cinematográfica. En la película "Titanic" estrenada en 1998, muchas tomas de los pasajeros cayendo al agua cuando el barco volcó fueron sintetizadas usando computadoras, evitando las acciones difíciles y peligrosas del rodaje real. La compañía estadounidense Walt Disney predice que la estrella del siglo XXI será un programa informático obediente que ya no exigirá millones de dólares en compensación ni el primer puesto. La animación por computadora se puede utilizar no solo para acrobacias cinematográficas, sino también para anuncios comerciales, títulos de televisión, dibujos animados, lugares de entretenimiento, educación asistida por computadora, visualización informática científica, diseño militar, arquitectónico, simulación de vuelo, etc.
El desarrollo de la tecnología de hardware y los gráficos ha promovido el progreso de la tecnología de animación, y las funciones del software de animación se han vuelto cada vez más poderosas...
La llamada animación se refiere al uso de seres humanos. La característica visual residual conecta las imágenes estáticas reproducidas continuamente para formar un efecto dinámico. La animación por computadora se desarrolla a partir de la animación de dibujos animados tradicional. En el proceso de hacer animación de dibujos animados tradicional, el director primero divide el guión en tomas, y luego un animador senior determina el modelado de personajes para cada toma y dibuja el modelado de personajes en algunos momentos clave. Finalmente, el asistente de animación dibuja una transición natural de una forma clave a la siguiente basándose en estas formas clave y completa el trabajo de composición y relleno de color. Finalmente, las imágenes continuas de este cuadro se toman en secuencia para obtener un clip de animación.
En el proceso de producción anterior, dado que gran parte del trabajo aburrido se concentra en los asistentes de animación, es natural utilizar computadoras para reducir el trabajo de los asistentes de animación y así mejorar la eficiencia de la idea de producción de animación de dibujos animados. . En 1964, K. Knowlton de Bell Labs hizo el primer intento de resolver el problema anterior, anunciando así el comienzo de la era de la animación asistida por ordenador. Los primeros sistemas de producción de animación se basaban principalmente en el diseño de animación de dibujos animados bidimensionales. El punto de partida era utilizar la interpolación de formas y el relleno automático de color de área para completar todo o parte del trabajo del asistente de animación, mejorando así la eficiencia de la producción de animación de dibujos animados.
A finales de la década de 1970, con el desarrollo de la tecnología de hardware y gráficos por computadora, la tecnología de modelado por computadora y la tecnología de representación de gráficos realistas han logrado grandes avances, y ha habido una diferencia cualitativa con la animación por computadora en 3D. Desde principios de la década de 1980, se han lanzado al mercado muchos programas de animación 3D. Estos sistemas de animación por computadora brindan a los usuarios una serie de medios y herramientas para generar diversas animaciones y efectos visuales con una interfaz amigable. Los usuarios pueden usar estas herramientas en combinación para generar diversas acciones y efectos deseados. Es posible que pueda encontrar muchos aspectos insatisfactorios en las obras de animación por computadora de la década de 1980, pero el sistema de animación de la década de 1990 ha podido producir muchas acrobacias cinematográficas y televisivas que son casi tan falsas como las reales. "Terminator 2", etc. Se muestra vívidamente en la película y es difícil para el público distinguir qué escenas son generadas por animación por computadora y cuáles son el resultado de la producción de modelos.
La madurez de la tecnología de animación por ordenador ha impulsado el desarrollo de software de animación. Entre ellos, los software comerciales con mayor influencia son:
◆1991 3D Studio bajo entorno Dos lanzado por Autodesk de. En 1996, en los Estados Unidos se lanzó 3D Studio Max bajo el entorno Windows 95/NT, y Animator Studio se introdujo en 1995, un software de diseño de animación bidimensional que integra procesamiento de imágenes, diseño de animación, edición de música, síntesis de música, edición de guiones y animación. emisión;
◆TDI Explore de Francia (entorno Unix de estación de trabajo de gráficos SGI) se fusionó más tarde con Wavefront;
◆American Wavefront introducido en 1984 se fusionó más tarde con Alias;
◆Canada Alias (entorno Unix de estación de trabajo de gráficos SGI) se lanzó en 1985 y luego fue fusionado por SGI de los Estados Unidos
◆Se introdujo American maya (entorno SGI Unix o entorno Windows NT); en 1998;
◆ Lightwave3D estadounidense;
◆Softimage (entorno SGI Unix o entorno Windows NT) lanzado en Canadá en 1988 fue adquirido por Microsoft en 1996 y Avid en 1998;
◆Isla de Sumatra en Canadá.
Con la rápida mejora en la rentabilidad del hardware informático y la aplicación generalizada del estándar de gráficos Open GL, las empresas de software de animación comercial han lanzado versiones para microcomputadoras del software de animación. Por ejemplo, los costosos programas de animación Alias|Wavefront, Maya y Softimage que solían ejecutarse en estaciones de trabajo ahora tienen versiones NT, lo que promueve aún más la aplicación y el desarrollo de la animación por computadora. En los últimos años, la rentabilidad de las tarjetas aceleradoras de gráficos para PC ha mejorado rápidamente, haciendo que la producción de animación en estaciones de trabajo con microcomputadoras basadas en NT sea tan fácil como en estaciones de trabajo SGI. En la actualidad, el software de animación comercial es cada vez más potente y cómodo de usar.
El posprocesamiento juega un papel muy importante en la animación por ordenador. El posprocesamiento se refiere a la tecnología de edición y síntesis no lineal en la etapa posterior de la animación, incluida la incrustación, la síntesis, la deformación de la imagen, los efectos de iluminación especiales, etc. Teóricamente no pertenece a la categoría de animación por ordenador, pero es un proceso imprescindible en la producción de animación. En particular, la tendencia digital de la tecnología de vídeo ha atraído cada vez más atención. Existen muchos programas excelentes de síntesis de postproducción, como Flint, Flame, Jellio, Composer, Eddie, Premier, Aftereffects, etc. En estos software, se utilizan ampliamente el procesamiento de imágenes y la tecnología de visión por computadora (como la inversión de la cámara), lo que permite a los usuarios manejar fácilmente operaciones complejas como efectos especiales, seguimiento de movimiento y síntesis de profundidad.
En pocas palabras, la animación por ordenador se refiere a una serie de escenas generadas por un programa de dibujo, en las que el fotograma actual es una modificación parcial del fotograma anterior. La animación es un arte dinámico. Como dijo el maestro de animación John Halas, el movimiento es el elemento clave de la animación. En términos generales, el movimiento en la animación por computadora incluye cambios en la posición, orientación, tamaño y forma de la escena, movimiento de la cámara virtual y cambios en la textura y el color de la superficie de la escena. La animación por computadora produce un mundo virtual. Las escenas virtuales pueden ser marcas, coches, edificios, cuerpos humanos, moléculas, puentes, nubes, montañas, dinosaurios o insectos, etc. Realmente no es necesario construir escenas virtuales y no hay restricciones en el movimiento de objetos y cámaras virtuales. El animador es libre de crear el mundo de su imaginación.
La producción de animación por computadora incluye principalmente los siguientes pasos:
(1) Creatividad, según las necesidades del diseño, el director diseña el guión para la producción de animación
(2) Preprocesamiento: escanear imágenes externas, ingresar datos externos;
(3) Modelado de escena;
(4) Establecer materiales y fuentes de luz;
(5 ) Establecer animación;
(6) Dibujo de imágenes en movimiento
(7) Reproducción de animación
(8) Postprocesamiento;
(9) Grabación de animaciones;
(10) Doblaje (incluye música de fondo y líneas).
La animación por computadora estudia principalmente la tecnología de control de movimiento y el modelado, dibujo, síntesis y otras tecnologías relacionadas con la animación. Aunque la tecnología de modelado ha sido ampliamente estudiada en CAD y CAGD, la animación por computadora ha planteado algunos requisitos nuevos para el modelado tradicional de sólidos y superficies. Por un lado, la precisión del modelado de escenas en la animación por ordenador no es tan alta como en el diseño industrial, por otro lado, se exigen mayores exigencias a la flexibilidad de las herramientas de modelado y a la controlabilidad de los movimientos de las escenas. Esto ha llevado a muchas tecnologías de modelado diseñadas para aplicaciones de animación, como la tecnología de modelado de superficies con funciones implícitas y la tecnología de modelado de superficies discretas de Catmull-Clark. Además, los modelos de malla poligonal han recibido amplia atención en los sistemas de animación por computadora debido a su simplicidad y compatibilidad. El dibujo en sí es el principal contenido de investigación de los gráficos realistas, pero con el desarrollo de la tecnología de animación, la tecnología tradicional de dibujo de gráficos realistas debe reformarse para satisfacer las necesidades de la animación. Hay tantas técnicas de animación que es difícil clasificarlas con cuidado. En los siguientes artículos, brindaremos una introducción completa al estado de la investigación de la animación por computadora desde los aspectos de la animación de fotogramas clave, la animación de objetos degradados y deformados, la animación de procesos, la animación conjunta y la animación del cuerpo humano, la animación basada en la física, etc.
Hoy en día, la animación por ordenador ha logrado un gran éxito en teoría y aplicación, pero aún está lejos de las expectativas de la gente. Todavía es difícil simular muchos fenómenos naturales con animación por ordenador...
A juzgar por los artículos publicados y los resultados obtenidos en los últimos años, el autor cree que las siguientes direcciones de investigación merecen nuestra atención:
1 .Modelado y animación de superficies topológicas complejas
La novedad e innovación que persigue la animación han impulsado el desarrollo en esta dirección. El modelado de objetos y la animación suelen estar estrechamente relacionados, y algunos métodos de modelado nuevos a menudo proporcionan nuevos métodos de control de animación al mismo tiempo. Dado que las superficies NURBS tienen muchas dificultades para representar objetos topológicos complejos, el método de superficie de subdivisión propuesto por Catmull y Clark para generar superficies B-spline a partir de mallas de control de topología arbitrarias ha recibido cada vez más atención en la animación por computadora en los últimos años. papeles. En el siggraph de 1998 a 2000, hubo casi 10 artículos relacionados con las superficies de subdivisión de Catmull-Clark. Entre ellos, DeRose y otros de Pixar introdujeron las superficies de subdivisión en la animación de personajes y lograron muy buenos resultados. En el software de animación Maya, el modelado y la animación de superficies de subdivisión basados en Catmull-Clark se han convertido en un medio importante. También es importante el modelado y la animación de superficies implícitas.
2. Procesamiento de datos de animación de captura de movimiento
La tecnología de captura de movimiento ha logrado un gran éxito en la película "Titanic", en la que muchos pasajeros cayeron del barco al agua en un emocionante momento. escena Todo está hecho con acrobacias animadas. De hecho, la captura de movimiento se ha convertido en una herramienta indispensable para las películas modernas de alta tecnología. Los datos de animación de captura de movimiento incluyen datos de movimiento de las articulaciones y datos de animación de expresiones faciales. Merece más estudio cómo reutilizar los datos de animación de captura de movimiento y restablecer los objetivos.
3. Animación dinámica basada en la física
Las acrobacias cinematográficas y televisivas requieren que las escenas de acción virtuales puedan falsificarse, y la animación dinámica basada en la física puede cumplir mejor con este requisito. Esta investigación incluye cómo construir un modelo matemático más general, cómo reducir la cantidad de cálculos y cómo controlar eficazmente el proceso de animación.