Добавлен: 05.07.2023
Просмотров: 45
Скачиваний: 2
Введение
Компью́тернаяанима́ция—видмультипликации, создаваемый припомощикомпьютера. 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 откомпьютерной графики,анимация наследует те же способы создания изображений: Векторная графикаРастровая графика Фрактальнаяграфика Трёхмерная графика(3D)
Компьютерные анимации. История
Тонг Фонгпредложил интерполировать оттенки всей поверхности полигона, что обеспечивает лучшее сглаживание, хотя и требует значительно больших вычислений.Джеймс Блиннв 1976 году скомбинировал раскрашивания по Фонгу и наложения текстуры на поверхность объектов. В 1980 годуТернер Уиттедпредложил 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 фирмаAT&Tвыпустила первый пакет для работы с анимацией на персональных компьютерах (TOPAS), который стоил 10000 долларов и работал на компьютерах с процессором Intel286 и операционной системойDOS. В 1990 году фирмаAutoDeskначала продажу продукта3D Studio. В 1997 году компанияMacromediaприобрела у компанииFutureWareнебольшую графическую программу для Web, с которой была начата в свое время широко известна программа компьютерной анимацииMacromedia Flash. В 1998 году начался выпуск программыMaya, стоившая от 15000 до 30000 долларов.
Компьютерные анимации. Анимация по ключевым кадрам6Анимация по ключевым кадрамРасстановка ключевых кадров производитсяаниматором. Промежуточные же кадры генерирует специальнаяпрограмма. Этот способ наиболее близок к традиционнойрисованной мультипликации, только рольфазовщикаберёт на себя компьютер, а не человек.
Компьютерные анимации. Запись движения7Запись движенияДанные анимации записываются специальным оборудованием с реально двигающихся объектов и переносятся на их имитацию в компьютере. Распространённый пример такой техники—Motion capture(захват движений). Актёры в специальных костюмах с датчиками совершают движения, которые записываются камерами и анализируется специальным программным обеспечением. Итоговые данные о перемещении суставов и конечностей актёров применяют к трёхмерным скелетам виртуальных персонажей, чем добиваются высокого уровнядостоверности их движения.Такой же метод используют для переноса мимики живого актёра на его трёхмерный аналог в компьютере.
Компьютерные анимации. Процедурная анимация8Процедурная анимацияПроцедурная анимацияполностью 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 программаEuphoria.
Компьютерные анимации. Программируемая анимация9Программируемая анимацияШирокое применение в сети получили два языка, с помощью которых программируются движения анимируемых объектов:JavaScript—браузерный язык ActionScript—язык работы с приложениями FlashПреимущество программируемой анимации—в уменьшении размера исходного файла, недостаток—нагрузка на процессор клиента.
Компьютерные анимации. Конструкторы анимаций10Конструкторы анимацийДля создания анимированных изображений существует множество программ как платных, так и бесплатных. Adobe Photoshop—платная GIMP(чаще используется наLinux)—бесплатнаяAdobe FlashProfessional—платная CoffeeCup—условно бесплатнаяBlender(чаще используется наLinux)—бесплатная Synfig—бесплатная Pivot Stickfigure Animator—бесплатная Stykz—бесплатная Dimp Animator—бесплатная Anime Studio—платная
Компьютерные анимации. Хранение11ХранениеКомпьютерная анимация может храниться в универсальных графических файлах (например, вформатеGIF) в виде набора независимых изображений, либо в специализированных файлах соответствующих пакетов анимации (3dsMax,Blender,Mayaи т. п.) в виде текстур и отдельных элементов, либо в форматах, предназначенных для просмотра (FLIC(англ.)) и применения в играх (Bink). Также, анимация может сохраняться в форматах, предназначенных для хранения видео (например,MPEG-4).
Компьютерные анимации. Применение12ПрименениеКомпьютерная 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 вкомпьютерных играх, мультимедийных приложениях (например, энциклопедиях), а также для «оживления» отдельных элементов оформления, например,веб-страници рекламы (анимированныебаннеры). На веб-страницах анимация может формироваться средствами стилей (CSS) искриптов (JavaScript) или модулями, созданными с помощью технологииFlashили её аналогов (флеш-анимация). С середины1980-хгодов компьютерная анимация используется для созданияспецэффектоввкинематографе. Первым фильмом, содержащим ключевые сцены, основанные на изображении, синтезированном компьютером, стал «Терминатор 2: Судный день».Несомненным преимуществом компьютерной 3D-анимации перед классической рисованной является полное отсутствие искажений пропорций объекта (черт лица ит.п.) при движении, неизбежных при ручной прорисовке.
Вы, наверное, хорошо помните, как легко было жить в эпоху VHS (стандартные бытовые видеокассеты). Для того чтобы запустить фильм, достаточно было вставить кассету в видеомагнитофон, по удобнее устроиться перед телевизором и нажать кнопку «Play» на пульте управления. Все кассеты были одинаковыми, а наличие единого для всех бытовых видеомагнитофонов стандарта позволяло вам не иметь никакого представления о технической стороне вопроса: все необходимые знания ограничивались информацией о том, какой стороной вставить кассету в проигрыватель. Конечно, случались и проблемы - вспомнить хотя бы «зажёванную» плёнку, но технические сбои всегда возможны…
Те времена давно позади. Приход цифрового видео не только облегчил обмен клипами, роликами и фильмами (как своими, так и чужими; причём последнее зачастую незаконно) и создал новые возможности для их редактирования, но и породил множество проблем для пользователей, желающих просто посмотреть хороший фильм после тяжёлого рабочего дня. Открывая видеофайл загружённый из Интернета или переписанных с компьютера друга, вы никогда точно не знаете, что вас ожидает. Фильм может не проигрываться вовсе или проигрываться совсем не так, как вам хочется: изображение вполне может оказаться перевёрнутым или растянутым либо слишком тёмным.
Вы скажете, что с DVDдела обстоят не в пример лучше. Отчасти вы правы, но и тут есть свои недостатки: чего, стоит, например, защита, «привязывающая» ваш привод к дискам, произведённым для фиксированного региона. А что вы скажите о шифровании, не позволяющем сделать полагающую вам по закону резервную копию купленного за немалые деньги видеофильма или вырезать из записи «умопомрачительно остроумную» рекламу, которую отдельные производители не стесняются записывать на диск.
Давайте посмотрим, что такое цифровое видео, что оно из себя представляет и как оно работает, а также актуальные программы для работы с компьютерным видео.
Что такое аналог .
Самым ранним методом передачи видеосигналов является аналоговый метод. Одним из первых видеоформатов на основе этого принципа стал композитный видеосигнал. Композитное аналоговое видео комбинирует все видеокомпоненты (яркость, цвет, синхронизацию и т. п.) в один сигнал. Из-за объединения этих элементов в одном сигнале качество композитного видео далеко от совершенства. В результате мы имеем неточную передачу цвета, недостаточно "чистую" картинку и другие факторы потери качества.
Композитное видео быстро уступило дорогу компонентному видео, в котором различные видеокомпоненты представлены как независимые сигналы. Дальнейшие усовершенствования этого формата привели к появлению различные его вариаций: S-Video, RGB, Y, Pb, Pr и др.
Тем не менее, все вышеперечисленные форматы остаются аналоговыми по своей сути, и, следовательно, обладают одним существенным недостатком: при копировании дубль всегда уступает по качеству оригиналу. Потеря качества при копировании видеоматериала аналогична фотокопированию, когда копия никогда не бывает такой же четкой и яркой, как оригинал.
Если вы присмотритесь к изображению на экране телевизора или монитора, то заметите, что оно состоит из небольших точек – пикселов, каждый из которых может иметь собственный цвет и собственную яркость. Все они в совокупности образуют картинку, а смена это картинки – двадцать пять раз в секунду – создаёт иллюзию движения. Задача видеозаписи – и аналоговой, и цифровой – состоит в том, чтобы сперва зафиксировать, а затем воспроизвести цвет и яркость всех пикселов в каждом кадре. И VHS- магнитофон, и DVD – проигрыватель решают именно эту задачу. Но делают это совершенно по – разному.
В случае с аналоговым видео (а именно оно бывает записано на VHS-кассетах) все, что мы видим на экране или слышим через динамики, определяется степенью намагниченности плёнки в определённом месте ленты. Хотя механизм записи довольно сложен, в основе его лежит простой принцип, использовавшийся еще в фонографе: магнитная запись фиксирует «образ» сигнала, легко восстановимый с помощью относительно несложной техники. Но с течением времени плёнка размагничивается и звук становится тише, а изображение – едва различимым.
Цифровое видео
Недостатки, присущие аналоговому способу воспроизведения видео, в конце концов, привели к разработке цифрового видеоформата. На смену аналоговому видео пришло цифровое. В отличие от аналогового видео, качество которого падает при копировании, каждая копия цифрового видео идентична оригиналу.
Хотя современный видеоряд базируется на цифровой основе, практически все цифровые видеоформаты до сих пор в качестве носителя исходного сигнала используют пленку с последовательным доступом. Поэтому большинству профессионалов в области видео все еще привычней работать с пленкой, чем с компьютером.
Конечно, пленка в качестве источника данных все еще остается более предпочтительной, чем жесткий диск компьютера, поскольку вмещает значительно больший объем данных. Но зато для цифрового видеомонтажа использование компьютеров дает ряд существенных преимуществ: не только обеспечивает прямой доступ к любому видеофрагменту (что невозможно при работе с пленкой, поскольку к необходимым участкам можно добраться лишь последовательно просматривая видеоматериал), но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие).
Это достаточно веские причины для перехода видеопроизводства с традиционного оборудования на компьютерное.
Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанный с ними звук. Элементы видео хранятся в цифровом формате.
Существует множество способов захвата, хранения и воспроизведения видео на компьютере. С появлением компьютерного цифрового видео стихийно стали возникать самые разнообразные форматы представления видеоданных, что поначалу привело к некоторой путанице и вызвало проблемы совместимости. Однако в последние годы благодаря усилиям Международной организации по стандартизации (ISO - International Standards Organisation) выработаны единые стандарты на форматы видеоданных.
Цифровое видео хранится в файлах, имеющих достаточно сложную структуру. Точно так же, как киноплёнка или VHS-кассета, видеофайл должен содержать и «картинку», и звук. Проблема здесь состоит в том, что записывать данные можно по–разному – а значит, возможны разные виды или форматы файлов, несовместимые между собой и обладающие разными свойствами. Например, файлы, записываемые на видео DVD, содержат меню, несколько аудиодорожек и субтитры, а в видеофайл формата MOV можно записать несколько видеодорожек и информацию о прозрачности.
Если в файл будут записываться все данные для каждого пиксела стандартного телевизионного экрана, одна секунда фильма потребует примерно 20Мб дискового пространства. Часовая запись займёт в этом случае «всего-навсего» 70 Гб – согласитесь, что даже при современных ценах на жёсткие диски это слишком много. Для уменьшения объёма результирующих файлов в цифровом видео используется сжатие данных.
Сжатие видеоданных.
Следует исходить из разумной достаточности при определении необходимой степени сжатия. Чем больше глубина цвета, выше разрешение и лучше качество, тем большая производительность компьютера вам потребуется, не говоря уж о громадных объемах дискового пространства, необходимого под цифровое видео. Учитывая эти характеристики, можно выбрать оптимальный коэффициент сжатия. Надо отметить, что в профессиональном видео действует простое правило - чем ниже коэффициент сжатия, тем лучше.
Если вам приходилось, когда ни будь иметь дело с киноплёнкой, вы знаете, что соседние кадры отличаются друг от друга весьма незначительно, а основная часть картинки остаётся неизменной. Это значит, что записывать на диск кадры целиком не обязательно: для коррективной передачи движения вполне достаточно описать лишь изменения, произошедшие в кадре. Именно так и работает сжатие видео: целиком записываются только некоторые «ключевые» кадры, а остальные получаются из них с помощью преобразования отдельных фрагментов: сдвига, вращения, изменения интенсивности… В результате размер видеофайла можно уменьшить в десятки и сотни раз, сделав его вполне пригодным для записи на стандартный CD или трансляции по Интернету. Сжимается и звук, но, в этом случае принцип иной: сохраняется только информация, хорошо воспринимаемая человеческим слухом. Вариантов сжатия существует множество, и форматы файлов в большинстве случаев не имеют к ним никакого отношения. Как именно «упаковано» именно это видео или конкретно этот звук – формат файла не имеет к нему непосредственного отношения.