Animace
Kurz počítačové grafiky
Autor: Jiří Hnídek / jiri.hnidek@tul.cz
Druhy animace
- Animace může být součástí interaktivní aplikace (simulátory, hry) nebo neinteraktivní (2D/3D video sekvence: filmy, vizualizace, atd.)
- Animaci můžeme dělit na nízkoúrovňovou (např. klíčování) a vysokoúrovňovou (simulace davů)
Story board
- Vizuální varianta scénáře
- Pomáhá umělcům/tvůrcům/programátorům si ujasnit, jak bude animace/aplikace vypadat
Stop motion
Obnovovací frekvence (Frame Rate)
- Hodnota se udává v FPS (Frames per Seconds)
- Udává kolikrát za vteřinu je zobrazen snímek animace
- Typické hodnoty jsou: 24, 25, 30, 50, 60
- Video sekvence může být tzv. prokládaná
- Animace je ukládaná/přenášena s poloviční frekvencí než je obnovovací frekvence
- Každý snímek obsahuje v sobě jakoby dva snímky (lichá řádky první, sudé druhý)
- Dříve používáno při přenosu televizního signálu
Keying alias Klíčování
- Termín vznikl ve 20. letech 20. století ve studiu Walta Disneyho
- Základ animace je vytvořen pouze v klíčových snímcích
- Mezilehlé snímky vytvářeli dříve méně talentovaní/zkušení kreslíři
- Dnes mezilehlé snímky dopočítává počítač
Animování rastrové grafiky
- Spíše připomíná stop motion
- Pokud animační program dokáže nakreslenou čáru převést na lomenou/hladkou čáru, tak lze provádět klíčování a interpolaci tvaru křivky.
Interpolace parametrů
- Hodnota poslední klíčové hodnoty
- Lineární interpolace
- Interpolace polynomem (často Bézierova křivka)
Extrapolace parametrů
- Hodnoty klíčovaných parametrů před prvním a posledním klíčovým stavem je nutné nějak definovat
- Konstantní funkce
- Přímka se směrnicí odpovídající tečnému vektoru v prvním/posledním klíčovém stavu
- Cyklické opakování klíčových stavů
- Cokoliv dalšího, co kreativní hlavička vymyslí
Animace transformace objektů
- Jednoduchý případ animace kdy se animuje pouze poloha, rotace a velikost objektů
- Lze použít klíčování a mezilehlé snímky lze snadno dopočítat
- Příklad: první krátké animované filmy studia Pixar: Luxo aneb i s malým kašpárkem lze hrát velké divadlo.
Deformace tvaru objektu
- Tvar objektu lze deformovat mnoha způsoby
- Nejjednodušší způsob spočívá v tom, že máme objekt se dvěma stavy souřadnic vertexů a mezi těmito stavy provádím jednoduchý blending pomocí lineární interpolace.
Deformace objektu mřížkou
- Prostorová mřížka obepínající objekt
- Deformace mřížky deformuje i objekt(y)
- Objekt mimo mřížku není deformovaný (průchod objektu deformovanou mřížkou)
Animační křivky
- Může to být v podstatě libovolná parametrická křivka $Q(t)$
- Parametr $t$ zde chápeme jako čas animace. Při změně $t$ dochází i ke změně polohy objektu.
- Aby se objekt i natáčel ve směru pohyby, tak je potřeba spočítat tři vektory.
- Z tečného vektoru $\vec{q}'(t)$ reprezentující rychlost a druhé derivace $\vec{q}''(t)$ reprezentující zrychlení spočítáme binormální vektor $\vec{b}(t) = \vec{q}'(t) \times \vec{q}''(t)$
- Orientaci nelze určit v inflexním bodě, kde $\vec{q}'(t) = k \vec{q}''(t); k \neq 0$
Animace postav
- Předpokládejme, že postava je vytvořena jako 3D objekt s ploškovou reprezentací
- Pro její snadnou animaci se většinou používá vnitřní hierarchická kostra
- Kostra je tvořena jednotlivými kostmi, které mohou mít mezi sebou vztah rodič-potomek
- Poslední kost, která nemá žádného potomka se nazývá koncový efektor
- Mezi kostmi mohou být definovány další vazby, které snižují stupeň volnosti kostry.
Dopředná kinematika
- Výsledná animace tvaru kostry je určena postupným natáčením jednotlivých kostí
- Jak interpolovat rotaci kostí mezi klíčovými stavy? Robustní řešení poskytují kvaterniony.
Inverzní kinematika
- Klíčuje se pozice koncového efektoru a natočení ostatních kostí vůči sobě se dopočítává.
- Nejednoznačné: pro koncový stav efektoru existuje více řešení.
- Jisté řešení poskytují vazby a omezení na rotaci kostí vůči sobě.
Dynamika postav
- Především interaktivní aplikace
- Nezáleží pouze na tvaru kostry, ale i na hmotnosti a působících silách.