Понятие о компьютерной анимации

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире, интерес к компьютерной графике и анимации очень велик. И на сегодняшний день компьютерная графика и анимация прочно вошли в нашу жизнь. Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. В каждой организации возникает потребность в рекламных объявлениях, листовках, буклетах и т.д. В связи с появлением и развитием Интернета появилась широкая возможность использования графических программных средств.
С понятием «компьютерная графика» знаком почти каждый, ученики понимают его как создание рисунков и чертежей с помощью компьютера. А вот компьютерная анимация – это несколько более широкое явление, сочетающее компьютерный рисунок с движением.
Мы настолько привыкли видеть фильмы, рекламные ролики, видеоклипы, игры, в которых присутствует компьютерная анимация, созданная при помощи определенных программ, как быстро эта молодая отрасль мультипликации и рекламы завоевала мир. И многие думают, что компьютерная анимация – это в первую очередь игры с виртуальной реальностью и рекламные ролики. Меж тем, компьютерная графика и компьютерная анимация – это наука. Под определение «компьютерная анимация» подходят различные технологии. Компьютерная анимация может быть двухмерной и трехмерной, существует и компьютерная перекладка. Поначалу художники-аниматоры воспринимали компьютер просто как помощника, который избавит их от самой трудной и скучной работы, но со временем выяснилось, что его возможности куда богаче: он позволяет имитировать любую технику, любые материалы, любой стиль. Однако даже самый совершенный компьютер остается всего лишь инструментом. Многие считают, что будущее – за компьютерными технологиями, и все же то, каким получится фильм, зависит только от сидящего за компьютером человека.
В работе будет рассмотрено понятие о компьютерной анимации, виды анимации, а также рассмотрено программное обеспечение для создания компьютерной анимации.
1 КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА1.1 Основное определениеКомпьютерная графика— область деятельности, в которой компьютеры используются в качестве инструмента как для синтеза (создания)изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Помимо термина «анимация» широко употребляется также и термин «мультипликация» (лат. multiplicatio — умножение, размножение).
1.2 Основные области примененияНаучная графика Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства - графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика - область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчетная документация, статистические сводки - вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы.
Иллюстративная графика - это произвольное рисование и черчение на экране компьютера.
Художественная и рекламная графика - ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации.

2 ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ2.1 Двухмерная графикаДвухмерная (2D— от англ. two dimensions — «два измерения») компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.
2.2 Векторная графикаВекторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.
Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов. При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей.
Вместе с тем, не всякое изображение можно представить, как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.
2.3 Растровая графикаРастровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.
Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается «красивым» видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.
В растровом виде представимо любое изображение, но этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.
2.4 Фрактальная графикаФрактальная графика, как и векторная вычисляемая, но отличается тем, что никакие объекты в памяти не хранятся. Изображение строится по уравнению, или системе уравнений, поэтому ничего кроме формулы хранить не надо. Изменив коэффициенты можно получить совершенно другую картину. Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы (снежинка, ветка папоротника). Способность фрактальной графики моделировать образы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций, поверхности местности.
Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.
Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.
2.5 Трёхмерная графикаТрёхмерная графика (3D — от англ. three dimensions — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.
В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.
Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы. В компьютерной графике используется три вида матриц:
матрица поворота
матрица сдвига
матрица масштабирования
Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.
2.6 Компьютерная анимация2.6.1 Понятие компьютерной анимацииКомпьютерная анимация — вид анимации, 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).
Так же компьютерную анимацию можно разделить на виды: Flash-анимация, покадровая классическая, 3D анимация.
2.6.2 Flash-анимацияFlash-анимация основана на принципе анимации 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.
Процесс создания мультфильмов состоит из нескольких этапов:
Первый этап - идея и сценарий;
Второй – раскадровка;
Третий - Создание аниматика (грубый макет мультфильма. Уже на основе аниматика можно судить о происходящем действии, В аниматике уже присутствует анимация, но движения персонажей могут быть изменены на следующем этапе),
Четвертый и самый продолжительный – Анимация;
Пятый - чистовая обрисовка;
Шестой - монтаж и сборка фильма.
2.6.3 Покадровая компьютерная анимация-69850218694000Основные виды компьютерной анимации: покадровая анимация, анимация движения объектов и анимация формы. Покадровая анимация (мультипликация) состоит в прорисовке всех фаз движения. Все кадры при этом являются ключевыми. Автоматическая анимация движения или формы заключается в рисовании ключевых кадров, соответствующих основным фазам или этапам движения, и последующем автозаполнении промежуточных кадров.
В основе любой анимации лежит фиксация фаз движения объектов -определение в каждый момент времени их положения, формы, размеров и иных свойств, например, цвета. Эту операцию называют фазовкой или таймингом.
Чтобы уменьшить трудозатраты и избежать ошибок при работе на компьютере, полезно сначала наметить фазы на бумаге. При анимации движения неодушевленных объектов можно ограничиться указанием траектории движения и фиксацией объектов в наиболее важных для данной ситуации положениях. При этом следует учитывать, что механическое движение любых объектов подчиняется законам физики.
2.6.4 Трёхмерная компьютерная анимацияТрёхмерная компьютерная анимация - создание перемещающихся картин в трёхмерной цифровой среде, основана на упорядочивание последовательных изображений, такие изображения ещё называют «кадром». Этот процесс упорядочивания последовательных кадров называется моделированием. При моделировании каждый кадр следует друг за другом.
В основном она создаётся с помощью компьютеров, при использовании концепции окружающей среды, то есть трёхмерной среды. Таким образом, вместо обычной анимации, используя компьютер, можно создать трёхмерные объекты, которые выглядят и двигаются более реалистично, чем их двухмерные аналоги.
2.6.5 Область применения компьютерной анимацииОбласть применения компьютерной анимации очень большая. С ее помощью создаются мультфильмы, (Симпсоны созданы с помощью Flash-анимации), компьютерные игры, мультимедийные приложения (например, в энциклопедиях), реклама (анимированные баннеры) и отдельные элементы оформления web-страниц с целью их «оживления». Одним из вызовов компьютерной анимации является создание фотореалистичной анимации человека. Пока большинство фильмов, использующих компьютерную анимацию, изображают персонажей-животных.
2.6.6 Хранение компьютерной анимацииКомпьютерная анимация может храниться в универсальных графических файлах (например, в формате GIF) в виде набора независимых изображений, либо в специализированных файлах соответствующих пакетов анимации (swf, 3ds Max, Blender, Maya и 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, AVI, MPEG-4).
3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ АНИМАЦИИAdobe Photoshop — является платной программой. Основное назначение программы Adobe Photoshop – создание фото реалистических изображений, работа с цветными сканированными изображениями, ретуширование, цветокоррекция, коллажирование, трансформации, цветоделение, создание анимированного покадрового изображения и другое.
GIMP — свободный графический редактор, который поддерживает больше тридцати форматов изображений, умеет работать со слоями, масками, фильтрами и режимами смешивания. Данный графический редактор позволяет создать анимационную графику в арсенале программы есть огромный спектр инструментов для цветокоррекции и обработки любых фотографий и изображений.
Adobe Flash – мультимедийная платформа компании Adobe для создания веб-приложений или мультимедийных презентаций. Широко используется для создания рекламных баннеров, анимации, игр, а также воспроизведения на веб-страницах видео- и аудиозаписей. Adobe Flash Professional — является платной программой.
Blender — свободный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео, а также создания интерактивных игр. Blender чаще используется на Linux.
Бесплатная программа Toon Boom Animation-ish предназначена для создания анимации, поздравительных открыток, web-сайтов, презентаций и школьных проектов. Благодаря несложному интерфейсу подходит для школьников. Toon Boom Animation-ish – простая программа для создания мультипликации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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 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). На веб-страницах анимация может формироваться модулями, созданными с помощью технологии Flash или её аналогов (флеш-анимация).

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Селезнев, В. А.  Компьютерная графика: учебник и практикум для академического бакалавриата / В. А. Селезнев, С. А. Дмитроченко. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2019. — 218 с
Канивец Е.К. Информационные технологии в профессиональной деятельности. Курс лекций / Е.К. Канивец; Оренбургский гос.ун-т – Оренбург: ОГУ, 2015. 108 с.
Математика и информатика: учебное пособие / Балдин К. В., Уткин В. Б., Рукосуев А. В. Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2016. 468
Анимация для любых объектов [Электронный ресурс]: https://www.adobe.com/ru/products/animate.html (Дата обращения 20.11.2020)
Рубрика: Анимация и риггинг [Электронный ресурс]: https://blender3d.com.ua/category/animation/ (Дата обращения 20.11.2020)