Компьютерная имитация движения с помощью изменения формы объекта или показа
Обновлено: 07.07.2024
Компьютерная анимация - вид анимации, создаваемый при помощи компьютера. 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
- ·Трёхмерная графика (3D)
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 компьютерных играх, 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).
Баннер один из преобладающих форматов интернет - рекламы. Представляет собой графическое изображение, аналогичное рекламному модулю в прессе, но могущее содержать анимированные (редко видео-) элементы, а также являющееся гиперссылкой на сайт рекламодателя или страницу с дополнительной информацией.
Более новые баннеры изготавливаются по технологиям Flash или Java. В отличие от традиционных, использующих растровую графику, эти баннеры используют векторную графику, что позволяет делать анимационные эффекты при небольшом размере баннера. Кроме того, Flash-баннеры предоставляют возможность использования звуковых эффектов, что повышает эффективность баннера как рекламного носителя по сравнению с традиционным.
Принцип кодирования графической информации в векторной графике принципиально отличается от растровой. В векторной графике все изображения описываются в виде математических объектов - контуров. Каждый контур представляет собой независимый объект, который можно перемещать, масштабировать, изменять множество раз. Все линии определяются начальными точками и формулами, описывающими сами линии. Поэтому при изменении размера рисунка пропорции и очертания всегда точно выдерживаются. Векторную графику часто называют также объектно-ориентированной графикой, так как изображение состоит из отдельных объектов - прямых и кривых линий, замкнутых и разомкнутых фигур, прямоугольников, эллипсов и т.п., каждый из которых имеет свои характеристики цвета, толщины контура, стиля линии и т.д.
При изготовлении flash-баннера для рекламной кампании, необходимо максимально ярко показать предмет рекламы. При этом с другой стороны большинство площадок накладывают жесткие ограничения на предоставляемый материал. Одним из самых важных критериев является размер (или «вес») flash-баннера. При подготовке баннера к размещению на таких площадках как yandex, rambler или mail.ru, максимум, на что можно рассчитывать, это 20-25 кб. Существует два основных принципа представления изображений в электронном виде - растровая графика и векторная графика. При создании flash-анимации вполне можно использовать растровые изображения. Но при этом зачастую приходится ограничиться одним-двумя изображениями, причем не самого высокого качества. Векторная отрисовка объектов для flash-анимации позволяет добиваться максимальной четкости изображения. При этом существенно снижается конечный "вес" flash-баннера. Заказчик получает возможность разместить значительно больше информации, не нарушая технических требований площадки. Профессиональный баннермейкер при создании векторного изображения не использует автоматическую векторизацию (трассировку), трассированные изображения не являются полными копиями исходных растровых рисунков и представляют собой лишь их значительно упрощенный вариант. К тому же при использовании трассировки для flash вероятнее всего получится значительно больший «вес» flash-баннера, чем даже при использовании растрового изображения. Все объекты для flash-анимации отрисовываются только вручную. При этом получаются изображения максимально приближенные к исходному. А так же возможность поместить максимум информации во флэш, несмотря на жесткие технические требования.
По принципу анимирования можно выделить несколько видов компьютерной анимации:
- 1)Анимация по ключевым кадрам: расстановка ключевых кадров произодится аниматором. Промежуточные же кадры генерирует специальная программа. Этот способ наиболее близок к традиционной рисованной анимации, только роль фазовщика берет на себя компьютер, а не человек.
- 2)Запись движения: данные анимации записываются специальным оборудованием с реально двигающихся объектов и переносятся на их имитацию в компьютере. Распространённый пример такой техники - Motion capture (захват движений).
- 3)Процедурная анимация: Процедурная анимация полностью или частично рассчитывается компьютером. Сюда можно включить следующие её виды:
- ·Симуляция физического взаимодействия твёрдых тел.
- ·Имитация движения систем частиц, жидкостей и газов.
- ·Имитация взаимодействия мягких тел (ткани, волос).
- ·Расчёт движения иерархической структуры связей (скелета персонажа) под внешним воздействием (Ragdoll).
- ·Имитация автономного (самостоятельного) движения персонажа. Примером такой системы является программа Euphoria.
Теперь немного подробней о технологии «Запись движения».
- 1. Маркерная система motion capture, где используется специальное оборудование. На человека надевается костюм с датчиками, он производит движения, требуемые по сценарию, встаёт в условленные позы, имитирует действия; данные с датчиков фиксируются камерами и поступают в компьютер, где сводятся в единую трёхмерную модель, точно воспроизводящую движения актёра, на основе которой позже (или в режиме реального времени) создаётся анимация персонажа. Также этим методом воспроизводится мимика актёра (в этом случае на его лице располагаются маркеры, позволяющие фиксировать основные мимические движения).
- 2. Безмаркерная технология, не требующая специальных датчиков или специального костюма. Безмаркерная технология основана на технологиях компьютерного зрения и распознавания образов. Актер может сниматься в обычной одежде, что сильно убыстряет подготовку к съемкам и позволяет снимать сложные движения (борьба, падения, прыжки, и т. п.) без риска повреждения датчиков или маркеров. Несколько практически применимых безмаркерных систем были разработаны в последние годы, хотя исследования подобной технологии проводятся уже долгое время. На сегодняшний день существует программное обеспечение «настольного» класса для безмаркерного захвата движений. В данном случае не требуется специального оборудования, специального освещения и пространства. Съёмка производится с помощью обычной камеры (или веб-камеры) и персонального компьютера.
На сегодняшний день существуют большое количество меркерных систем захвата движений. Различие между ними заключается в принципе передачи движений:
1. Оптические пассивные. На костюме, входящем в комплект такой системы, прикреплены датчики-маркеры, которые названы пассивными, потому что отражают только посланный на них свет, но сами не светятся. В таких системах свет (инфра-красный) на маркеры посылается с установленных на камерах высокочастотных стробоскопов и, отразившись от маркеров, попадает обратно в объектив камеры, сообщая тем самым позицию маркера.
Минус оптических пассивных систем заключается в длительности размещения маркеров на актёре. Так же иногда при быстром движении или близком расположении маркеров друг к другу система может их путать (поскольку эта технология не предусматривает идентификации каждого маркера по отдельности).
2. Оптические активные названы так потому, что вместо светоотражающих маркеров, которые крепятся к костюму актёра, в них используются светодиоды с интегрированными процессорами и радио-синхронизацией. Каждому светодиоду назначается ID (идентификатор), что позволяет системе не путать маркеры друг с другом, а также узнавать их, после того как они были перекрыты и снова появились в поле зрения камер. Во всём остальном принцип работы таких систем схож с пассивными системами.
Минусы активных систем:
oОтсутствие возможности захвата движений и мимики лица
oДополнительный контроллер, крепящийся к актёру и подключенный к маркерам-светодиодам, сковывает его движения
oХрупкость и относительно высокая стоимость маркеров-светодиодов
3. Магнитные системы, в которых маркерами являются магниты, а камерами - ресиверы, система высчитывает их позиции по искажениям магнитного потока.
Минусы магнитных систем:
oМагнитные системы подвержены магнитным и электрическим помехам от металлических предметов и окружения (электропроводки помещения, оргтехники, арматуры в плитах строения)
oПеременчивая чувствительность сенсоров в зависимости от их положения в рабочей зоне
oМеньшая по сравнению с оптическими системами рабочая зона
oОтсутствие возможности захвата движений и мимики лица
oДополнительный контроллер, прикреплённый к актёру и подключенный к магнитным маркерам, или даже связка проводов, тянущаяся от актёра к компьютеру.
oВысокая стоимость магнитных маркеров
4. Механические системы напрямую следят за сгибами суставов, для этого на актёра надевается специальный механический mocap-скелет, который повторяет следом за ним все движения. В компьютер при этом передаются данные об углах сгибов всех суставов.
Минусы механических систем:
oMocap-скелет, с дополнительным контроллером, прикреплённым к актёру и подключенным к сенсорам сгибов, а в некоторых случаях и провода, тянущиеся от скелета, сильно ограничивают движения актёра.
oОтсутствие возможности захвата:
Движений и мимики лица
Движений тесного взаимодействия двух и более актёров (борьба, танцы с поддержками и т. д.)
Движений на полу - кувырки, падения и т. д.
oРиск поломки механики при неосторожном использовании.
5. Гироскопические / инертные системы для сбора информации о движении используют миниатюрные гироскопы и инертные сенсоры, расположенные на теле актёра - также как и маркеры или магниты в других mocap-системах. Данные с гироскопов и сенсоров передаются в компьютер, где происходит их обработка и запись. Система определяет не только положение сенсора, но также угол его наклона.
Минусы гироскопических / инертных систем:
oОтсутствие возможности захвата движений и мимики лица
oДополнительный контроллер, прикреплённый к актёру и подключенный к магнитным маркерам, или даже связка проводов, тянущаяся от актёра к компьютеру.
oВысокая стоимость гироскопов и инертных сенсоров
oДля определения положения актёра в пространстве нужна дополнительная мини-система (оптическая или магнитная)
Такой же метод используют для переноса мимики живого актера на его трёхмерный аналог в компьютере
Человек изначально расположен к такому визуальному продукту в силу оригинальности и образности мультипликационного ролика.
Мультимедиа-инфоpмация содержит не только текст, графику, аудиоинформацию, но также видео и анимационные последовательности. Человек воспринимает 95 % поступающей к нему извне информации визуально в виде изображения. Такое представление информации по своей природе более наглядно и легче для восприятия. В настоящее время во многих областях науки и техники ощущается потребность в переработке видеоинформации. «Видеоинформация — это зафиксированное на каком- либо носителе изображение реального мира, полученное с помощью каких-либо датчиков таким, каким его видит глаз человека» [40]. Основными свойствами видеоинформации являются: наглядность, избыточность и компактность. Видеоинформация отражает реальные свойства двух- и трехмерных реальных изображений
Использование видеоряда (от лат. video — смотрю + ряд) — последовательность изображений на экране, сопровождающая какой-либо текст, «картинка» [40]) в составе мультисреды предполагает решение значительно большего числа проблем, чем использование аудио. Одна из них — разрешающая способность экрана и количество цветов. При использовании реалистических изображений приходится экспериментировать, искать приемлемое решение выбора того или иного разрешение. Зачастую как альтернативное решение данной проблемы является использование механизма смены палитр, программно реализующей выбор тех 256 цветов, которые дают наиболее натуральное представление данного объекта.
Следующая проблема использования видеоряда — это очень большой объем информации. Такие значительные объемы сразу определяют высокие требования к носителю информации, видеопамяти и скорости передачи данных. Для преодоления данной проблемы чаще всего используется уменьшение размеров изображения, а также вывод на экран только отличий следующего кадра от предыдущего.
статический — включает графику (рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме) и фото (фотографии и сканированные изображения);
динамический — представляет собой последовательность статических элементов (кадров). В динамическом видеоряде можно выделить три типовых группы:
• анимация — последовательность рисованных изображений;
• обычное видео (life video) — последовательность фотографий (около 24 кадров в секунду);
• квазивидео — разреженная последовательность фотографий (6—12 кадров в секунду);
Отличием анимации от видео является технология получения, создания изображения. Живое действие использует камеры для захвата изображений, которые после этого воспроизводятся. Для анимации необходимо нарисовать каждое изображение и затем создать имитацию движения. Существует несколько определений понятия «анимация».
Анимация — это процесс создания множества изображений, демонстрации изменений объекта во времени и воспроизведение этих изображений с такой скоростью, что они сливаются в плавное движение [51].
Анимация (от фр. animation — оживление, одушевление) — вид киноискусства и его произведение, а также соответствующая технология.
Анимация — процесс придания способности двигаться и/или видимости жизни объектам и мертвым телам в выдуманных мирах художественных произведений и играх жанра фэнтези [28].
Основными технологиями создания анимации являются следующие.
Ротоскопирование — создание анимации путем последовательной обрисовки каждого кадра натурного фильма с реальными актерами и декорациями. Как разновидность данной технологии применяют анимацию, называемую «запись движения». Эта анимация записывается специальным оборудованием с реально двигающихся объектов и переносится на их имитацию в компьютере.
Пластилиновая анимация — покадровая съемка пластилиновых объектов, которые модифицируются в промежутках между снятыми кадрами.
Песочная анимация — создание изображения и имитация его движения происходит за счет перемешивания слоев легкого порошка, расположенного на стекле тонкими слоями, передающееся на экран с помощью диапроектора или световой доски.
«Мультипликация (от лат. multiplicatio — умножение, увеличение, возрастание, размножение) — технические приемы получения движущихся изображений, иллюзий движения и/или изменения формы (морфинг) разнообразных объектов живой и неживой природы [43], в частности, персонажей или сцен кино- или телефильмов. Благодаря технике мультипликации появилось мультипликационное анимационное искусство кинематографа и художественного телевидения» [Википедия].
Принцип мультипликации был найден задолго до изобретения братьями Люмьер кинематографа. Многие ученые и изобретатели использовали для воспроизведения на экране движущихся изображений вращающийся диск или ленту с рисунками, систему зеркал и источник света — фонарь. Днем рождения рисованной мультипликации считается 30 августа 1877 года, когда было запатентовано изобретение Эмиля Рено. Слова «мультипликация» и «анимация» можно считать синонимами, несмотря на различное происхождение этих слов и их значений, при условии, что термин «анимация» воспринимать только технически.
• вид анимации, создаваемый при помощи компьютера, в котором все кадры синтезируются специальными компьютерными программами;
• последовательный показ заранее подготовленных графических файлов, а также компьютерная имитация движения с помощью изменения (и перерисовки) формы объектов или показа последовательных изображений с фазами движения [51].
Компьютерная анимация получила широкое применение в компьютерных играх, мультимедийных приложениях, для оформления web-страниц и рекламы, а также в производственной, научной и деловой сферах.
Аниме (от англ. animation — анимация) — японская анимация, предназначенная в основном для подростковой и взрослой аудитории. Аниме отличается характерной манерой отрисовки персонажей и фонов. [13]. Источниками для сюжета аниме-сериалов чаще всего являются: японские комиксы, лайт-новеллы или компьютерные игры, иногда используются произведения классической литературы.
Анимация использует те же способы создания изображений, что и компьютерная графика. Анимированное изображение, значит движущееся с течением времени, т. е. добавляется еще некая временная составляющая, в отличие от статической картинки. Самый известный способ формирования этой временной составляющей — это анимация путем смены отдельных картинок с некоторой частотой. Любой видеофильм можно представить как последовательность отдельных кадров, которые очень быстро сменяют друг друга. Этот поток изображений выглядит как одна движущаяся картинка, поскольку физиологически человеческий глаз не улавливает смену кадров. Для достижения такого эффекта частота кадров должна быть достаточно велика. В зависимости от способа хранения и представления отдельных кадров фильма компьютерная анимация относится к одному из двух видов — покадровой или трансформационной анимации [65].
Покадровая анимация — это наиболее вид анимации, представляющий собой набор кадров, хранящихся как отдельные изображения и сменяющих друг друга с большой скоростью. Покадровая анимация незаменима при создании сложных фильмов с богатой графикой.
Трансформационная анимация сразу задает поведение того или иного примитива, для чего создаются два ключевых кадра (расстановку которых осуществляет аниматор), определяющие начальное и конечное состояние изображения. Остальные промежуточные кадры будут сформированы программой проигрывателем на основе заданных ключевых кадров.
Трансформационную анимацию чаще всего создают на основе векторной графики, поскольку для создания параметров примитивов всех промежуточных кадров достаточно взять параметры ключевых кадров. Несмотря на некоторое ограничение возможностей, трансформационная анимация получила довольно широкое распространения за счет таких своих преимуществ (по сравнению с покадровой технологией), как простота создания, компактность, легкость правки. Трансформационная анимация широко используется для разработки элементарных анимационных эффектов для веб-страниц, для создания простейших фильмов для рекламы, развлечения и обучения.
Технология открытых систем позволяет объединить достоинства и избавиться от недостатков этих двух видов анимации, поскольку дает возможность работать сразу с несколькими пакетами, а также расширить функции профессиональных пакетов за счет дополнительных приложений.
Компьютерные технологии открыли новые эффективные возможности создания анимации. Двухмерная (2D графика) анимация использует традиционный метод покадровой анимации. В некоторых случаях используется твининг (tweening) — автоматическое генерирование промежуточных кадров. Применяется также морфинг, деформирование изображений, разнообразные оптические эффекты и циклическое изменение света. Для реализации трехмерной (3D-графика) анимации необходимо создать сами объекты, объединить в единую сцену, установить освещение и камеру, а затем задать количество кадров и траекторию движение предметов [13]. Для создания реалистичных трехмерных изображений используются методы совмещения видеозаписи и анимационных эффектов
Часто объекты создаются трехмерной графикой, а с помощью конвертирующих фильтров приобретают вид плоской анимации. Такая технология обеспечивает точность и скорость анимации, а также предсказуемость визуализации, что особенно важно при медленных движениях.
Зачастую выделяют еще процедурную и программируемую анимации, как отдельные техники создания движения изображения [34].
• Процедурная анимация — полностью или частично рассчитывается компьютером. Она включает в себя имитацию движения и взаимодействия твердых и мягких тел, частиц, жидкостей и газов, а также расчет движения системной структуры связей под каким-либо воздействием.
• Программируемая анимация — движения анимируемых объектов полностью программируются компьютером. Наиболее широкое применение получили такие языки, как Java-Script (браузерный язык) и Action-Script (язык работы с приложениями Flash). Преимущество программируемой анимации — в уменьшении размера исходного файла, недостаток — нагрузка на процессор клиента.
Для создания анимированных изображений существует множество программ: Adobe Photoshop, Gimp, Adobe Flash Professional и другие. Нередко для создания анимации используют цифровой фотоаппарат, управление которым, а также полученными изображениями осуществляется через компьютер со специальным программным обеспечением.
Один из наиболее важных компонентов персонального компьютера — это видеоподсистема, которая состоит из двух основных частей: монитора и видеоадаптера. Монитор является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию. Созданием изображения на мониторе управляет обычно аналоговый видеосигнал, формируемый видеоадаптером (видеокартой, видеоплатой). Данное устройство интегрировано в системную плату или находится в качестве самостоятельного компонента (рис. 1.38).
Главной функциональной задачей видеоадаптера является преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора.
Видеокарта состоит из памяти, контроллера, цифро-аналогового преобразователя и постоянного запоминающего устройства (рис. 1.39).
Видеопамять — предназначена для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеокарты.
Видеоконтроллер — его функциональной задачей является вывод изображения из видеопамяти, регенерация ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора. Многие видеоконтроллеры является потоковыми: их работа основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков графической информации [3]. Видеоконтроллер с потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором, или ускорителем, и служит для разгрузки центрального процессора.
ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) или RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) предназначен для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на монитор. Его параметрами определяется возможный диапазон цветности изображения (за исключением плоскопанельных мониторов).
Видео-ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — в него записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. Данное устройство необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS. В результате выполнения центральным процессором программ из ПЗУ, происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти.
Одним из самых важных моментов, влияющим на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров, является передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Практически на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения [39].
Рассмотрим принцип работы видеокарты (рис. 1.40): двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных (в цифровом виде) попадают в видеопроцессор, где начинается их обработка. После этого цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение.
Скорость обмена данными между центральным процессором и графическим процессором напрямую зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Таким образом, чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера. Для нормальной работы графической платы видеопамять должна быть постоянно доступна для графического процессора и RAMDAC, которые должны постоянно осуществлять чтение и запись. Увеличение производительности видеопамяти идет по пути совершенствования различных типов памяти, с улучшенными свойствами и возможностями, а также увеличение ширины шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамятью. Все это особенно актуально для профессиональной работы в области графики, анимации, САПР [25].
Существует два типа видео: аналоговое и цифровое. Аналоговый видеосигнал в телевидении содержит 625 строк в кадре при соотношении размера кадра 4 × 3, что соответствует телевизионному стандарту. Этот сигнал является композитным и получается сложением яркостного сигнала Y, сигнала цветности (два модулированных цветоразностных сигнала U и V) и синхроимпульсов. Высокое качество компонентного сигнала достигается, если все три составляющих (Y, U, V) передаются отдельно.
Цифровое видео первоначально представляло собой преобразованный в цифровой формат аналоговый сигнал [2]. Появления цифровых видеокамер позволило получать сигнал сразу в цифровой форме. Цифровое видео и обработка видеоизображений являются самым широким направлением использования ПК как среди специалистов, так и среди обыкновенных пользователей компьютерной техники.
Основными операциями, производимыми при вводе видеосигнала в компьютер, являются следующие.
• Захват кадра — заключается в разделении принимаемого аналогового видеосигнала на компоненты RGB или YUV с помощью цветового декодера [20].
Качество зафиксированного в компьютере изображения зависит от: глубины оцифровки, частоты дискретизации видеосигнала, степени сжатия видеопоследовательности. Совместное использование RGB-входа и оцифровки 8 : 8 : 8 (отношение Y : U : V) обеспечивает наилучшее качество захвата изображения.
• Получение цифрового представления для отдельных кадров или видеоряда. Одной из важных характеристик устройств ввода видеосигнала является также емкость буферной памяти, которая устанавливается на самом устройстве. В зависимости от ее объема происходит полная (объем буферной памяти > 1.5 Мбайт) или неполная (емкость буферной памяти < 768 Кбайт) оцифровка видеосигнала.
Большинство устройств ввода видеосигнала могут отображать видеофильм на мониторе [12]. Это обеспечивается за счет того, что видеоадаптеры имеют средства связи с источниками телевизионных сигналов и встроенные системы захвата кадра (компрессии/декомпрессии видеосигналов) в реальном масштабе времени, а также за счет быстрой видеопамяти видеоадаптеров и специальных графических 3D-ускорителей процессора. Это позволяет обеспечивать вывод подвижных полноэкранных изображений.
• Запись последовательности кадров в память (или на какой-либо носитель) Сохранение оцифрованного изображения требует от компьютера больших объемов внешней памяти.
Видеоизображение состоит из тысяч элементов, формирующих отдельные кадры видеоряда. Последовательность данных кадров недостаточно только запомнить, ее надо вывести на экран в соответствующем темпе (около 30 Мбайт/с). Такой скоростью передачи информации не обладает ни одно из существующих внешних запоминающих устройств. Для того чтобы вывести на монитор компьютера оцифрованное видео, необходимо уменьшить объем передаваемых данных, что приводит к ухудшению качества изображения. Решение данной задачи происходит с помощью методов сжатия/развертки данных, которые позволяют сжимать информацию перед записью на внешнее устройство, а затем считывать и разворачивать в реальном режиме времени при выводе на экран [46].
Для уменьшения объема цифровых видеофайлов используют методы сжатия данных, которые базируются на математических алгоритмах устранения, группировки и усреднения схожих данных, присутствующих в видеосигнале [20, 22]. Все существующие алгоритмы сжатия (Compact Video, Motion-JPEG, MPEG, Intel Indeo, DivX, Cinepak, Sorenson Video и др.) могут быть разделены на следующие группы.
Сжатие в режиме реального времени — система оцифровки видеосигнала с одновременным сжатием [64]. Для качественного выполнения этих операций требуются высокопроизводительные специальные процессоры. При использовании данного алгоритма сжатия зачастую нарушается плавность изображения и его синхронизация со звуком, поскольку большинство плат ввода/вывода видео на PC пропускают кадры.
Симметричное сжатие — оцифровка и запись производится при параметрах последующего воспроизведения.
Асимметричное сжатие — обработка выполняется при существенных затратах времени (например, отношение асимметричности 100 : 1 указывает, что 1 минута сжатого видео соответствует затратам на сжатие в 100 минут реального времени).
Сжатие с потерей или без потери качества. Практически все методы сжатия приводят к некоторой потере качества.
Качество видео зависит от используемого алгоритма сжатия, параметров видеоплаты оцифровщика, конфигурации компьютера и даже от программного обеспечения.
![]()
По принципу анимирования можно выделить несколько видов компьютерной анимации.
Содержание
Анимация по ключевым кадрам
Расстановка ключевых кадров производится аниматором. Промежуточные же кадры генерирует специальная программа. Этот способ наиболее близок к традиционной рисованной анимации, только роль фазовщика берет на себя компьютер, а не человек.
Запись движения
Такой же метод используют для переноса мимики живого актера на его трёхмерный аналог в компьютере.
Процедурная анимация
Процедурная анимация полностью или частично рассчитывается компьютером. Сюда можно включить следующие её виды:
- Симуляция физического взаимодействия твёрдых тел.
- Имитация движения систем частиц, жидкостей и газов.
- Имитация взаимодействия мягких тел (ткани, волос).
- Расчёт движения иерархической структуры связей (скелета персонажа) под внешним воздействием (Ragdoll).
- Имитация автономного (самостоятельного) движения персонажа. Примером такой системы является программа Euphoria.
Программируемая анимация
Широкое применение в сети получили два языка, с помощью которых программируются движения анимируемых объектов:
Конструкторы анимаций
Для создания анимированных изображений существует множество программ как платных, так и бесплатных.
Создание анимации с помощью цифрового фотоаппарата
Сегодня программное обеспечение, позволяющее задействовать цифровой фотоаппарат для съёмки анимации, применяется также часто, как и ставшие привычными 3D- или 2D-пакеты. Любая программа такого типа обеспечивает управление цифровым фотоаппаратом через компьютер и работу с полученными кадрами.
Хранение
Применение
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 компьютерных играх, 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). С середины 1980-х годов компьютерная анимация используется для создания спецэффектов в кинематографе. Первым фильмом, содержащим ключевые сцены, основанные на изображении, синтезированном компьютером, стал «Терминатор 2: Судный день» [1] .
Несомненным преимуществом компьютерной 3D-анимации перед классической рисованной является полное отсутствие искажений пропорций объекта (черт лица и т.п.) при движении, неизбежных при ручной прорисовке.
Будущее
Одним открытым вызовом в компьютерной анимации является фотореалистичная анимация человека. В настоящее время большинство фильмов, созданных с использованием компьютерной анимации, показывают персонажей-животных (Приключения Флика, В поисках Немо, Рататуй, Ледниковый период, Лесная братва, Сезон охоты), фантастических персонажей (Корпорация монстров, Шрек, Черепашки-ниндзя, Монстры против пришельцев), антропоморфные машины (Тачки, ВАЛЛ-И, Роботы) или мультяшного человека (Суперсемейка, Гадкий я, Вверх). Фильм Последняя фантазия: Духи внутри нас часто приводится в качестве первого компьютерного фильма сделавшего попытку показать реалистично выглядящих людей. Однако из-за огромной сложности человеческого тела, движений человека, и биомеханики человека, реалистичная симуляция человека остаётся в значительной степени открытой проблемой. Еще одной проблемой является неприязнь, как психологический ответ на просмотр почти идеальный анимации человека, известная как «зловещая долина». Это один из «святых граалей» компьютерной анимации. В конечном счёте, целью является создание программного обеспечения, где аниматор сможет генерировать эпизоды показывающие фотореалистичного персонажа-человека, подвергаемого физически правдоподобным движениям, вместе с одеждой, фотореалистичные волосы, усложнённый естественный фон, и, возможно, взаимодействие с другими моделями персонажей-людей. Добившись этого, зритель будет уже не в состоянии сказать, что определённый эпизод компьютерный, или создан с использованием реальных актёров перед кинокамерой. Достижение полного реализма может иметь серьёзные последствия для киноиндустрии.
Не менее серьезные последствия данное достижение может принести судебной системе - станет проблематичным использование видео- или фотоматериалов в качестве улик, подтверждения алиби и т.д., так как необходимо будет однозначно доказывать реальность заснятого материала.
На данный момент используется трёхмерная компьютерная анимация, и её можно разделить на два основных направления: фотореалистичная и не фотореалистичный рендеринг. Фотореалистичная компьютерная анимация сама по себе может быть разделена на две подкатегории: реальный фотореализм (где захват движения используется в создании виртуального персонажа-человека) и стилизованный фотореализм. Реальный фотореализм это то, чего добились в Final Fantasy и в будущем, скорее всего, способен дать нам игровое кино с аспектами фентези, как в The Dark Crystal без использования передового кукольного театра и аниматроники, а Муравей Антц пример стилистического фотореализма (в будущем, стилизованный фотореализм сможет заменить традиционную анимацию движения стоп, как в мультфильме Труп невесты). Ни один из упомянутых не совершенен, но прогресс продолжается.
Презентация на тему: " Анимация Анимация - компьютерная имитация движения с помощью изменения (и перерисовки) формы объектов или показа последовательных изображений с фазами." — Транскрипт:
1 Анимация Анимация - компьютерная имитация движения с помощью изменения (и перерисовки) формы объектов или показа последовательных изображений с фазами движения.
2 Анимация с использованием видеостраниц SetActivePage(n); - устанавливает активную видеостраницу SetVisualPage(n); - устанавливает отображаемую (видимую) видеостраницу Нумерация видеостраниц с 0.
3 Алгоритм анимации с использованием видеостраниц 1)рисуем первую фазу на одной видеостранице 2)рисуем вторую фазу на другой видеостранице 3)показываем первую видеостраницу 4)ждём 5)показываем вторую видеостраницу 6)ждём 7)переходим на шаг 3
6 Процедура Delay (задержка) delay(ms); - задерживает выполнение программы на ms миллисекунд 1 мс = 1/1000 с На современных компьютерах delay(1000) задержке на 1 с Процедура delay расположена в модуле CRT.
7 uses crt, graph; var … procedure DrawMan1; … < первый чел. >procedure DrawMan2; … < второй чел. >begin InitGraph …; DrawMan1; SetActivePage(1); DrawMan2; repeat delay(5000); SetVisualPage(1); delay(5000); SetVisualPage(0); until keypressed; while keypressed do readkey; CloseGraph; end.
8 uses crt, graph; var p: byte; … procedure DrawMan1; … < первый чел. >procedure DrawMan2; … < второй чел. >begin InitGraph …; DrawMan1; SetActivePage(1); DrawMan2; p:=0; repeat delay(5000); if p=0 then p:=1 else p:=0; SetVisualPage(p); until keypressed; while keypressed do readkey; CloseGraph; end. p:=(p + 1) mod 2;
9 Анимация движущихся объектов Алгоритм анимации: 1)рисуем объект в точке (x, y) 2)ждём 3)стираем объект в точке (x, y) 4)изменяем координаты (x, y) 5)переходим к шагу 1
10 uses crt, graph; var … begin InitGraph …; for x:=0 to GetMaxX do begin setcolor(15); circle(x,50,10); delay(5000); setcolor(0); circle(x,50,10); end; CloseGraph; end.
11 uses crt, graph; var … begin InitGraph …; for x:=0 to GetMaxX div 5 do begin setcolor(15); circle(x*5,50,10); delay(5000); setcolor(0); circle(x*5,50,10); end; CloseGraph; end.
12 (0; 0) (GetMaxX; GetMaxY) (x; y)
13 uses crt, graph; var … begin InitGraph …; for x:=0 to GetMaxX div 5 do begin setcolor(15); circle(x*5,round(GetMaxY/GetMaxX*x*5),10); delay(5000); setcolor(0); circle(x*5,round(GetMaxY/GetMaxX*x*5),10); end; CloseGraph; end.
15 Режимы вывода линий Режим Первонача льный цвет Новый цветРезультат NormalPut XORPut
16 Установка режима вывода линий SetWriteMode(mode); mode: NormalPut, XORPut, ANDPut, ORPut
17 uses crt, graph; var … begin InitGraph …; SetWriteMode(XORPut); setcolor(15); for x:=0 to GetMaxX div 5 do begin circle(x*5,50,10); delay(5000); circle(x*5,50,10); end; CloseGraph; end.
18 Анимация вращения линий
19 Полярная система координат и её связь с прямоугольной СК x y a r y x x = r * cos(a) y = r * sin(a) 0
20 uses crt, graph; var a: integer; begin InitGraph …; SetWriteMode(XORPut); setcolor(15); for a:=0 to 360 do begin line(GetMaxX div 2, GetMaxY div 2, GetMaxX div 2 + round(100*cos(a*pi/180)), GetMaxY div 2 – round(100*sin(a*pi/180))); delay(5000); line(GetMaxX div 2, GetMaxY div 2, GetMaxX div 2 + round(100*cos(a*pi/180)), GetMaxY div 2 – round(100*sin(a*pi/180))); end; CloseGraph; end.
21 Системная дата и время GetTime(h,m,s,s100); SetTime(h,m,s,s100); GetDate(y,m,d,dw); SetDate(y,m,d); Модуль DOS dw: 0 – Sunday 1 – Monday 2 – Tuesday 3 – 4 – Thursday 5 – Friday 6 - Saturday
22 uses crt, graph, dos; var h,m,s,s100,h1,m1,s1: word; Procedure DrawWatch; < рисование циферблата >Procedure DrawSecHand(s: word); begin line(GetMaxX div 2, GetMaxY div 2, GetMaxX div 2 + round(150*cos((90-6*s)*pi/180)), GetMaxY div 2 – round(150*sin((90-6*s)*pi/180))); end; Procedure DrawMinHand(m: word); < рисование мин. стр>Procedure DrawHourHand(h,m: word); begin line(GetMaxX div 2, GetMaxY div 2, GetMaxX div 2 + round(50*cos((90-h*30-m*0.5)*pi/180)), GetMaxY div 2 – round(50*sin((90-h*30-m*0.5)*pi/180))); end;
23 begin InitGraph …; DrawWatch; SetWriteMode(XORPut); GetTime(h,m,s,s100); DrawHourHand(h,m); DrawMinHand(m); DrawSecHand(s);
24 repeat GetTime(h1,m1,s1,s100); if s1s then begin DrawSecHand(s); if m1m then begin DrawMinHand(m); DrawHourHand(h,m); h:=h1; m:=m1; DrawHourHand(h,m); DrawMinHand(m); end; s:=s1; DrawSecHand(s); end; until keypressed; CloseGraph; End.
Читайте также:
