3D grafiikka ja animaatio

Esitys aiheesta: "3D grafiikka ja animaatio"— Esityksen transkriptio:

1 3D grafiikka ja animaatio
Animaation alkeet; Harri Airaksinen

2 Animaatio Ihmisen näköaisti on yhdistäjä – kuuloaisti erottelija
Katsojalle näytetään yksittäisiä kuvia tietyllä taajuudella ja saadaan aikaan illuusio jatkuvasta muutoksesta Animaatiota voidaan tehdä monella eri tavalla: Kalvo (cel) animaatio (perinteisin) Pysäytetyt valokuvat (stop motion photography) Mocap – motion capture

3 Animaation yksikkö - frame -
Frame = yksittäinen kuva Yhdessä sekunnissa tavallista animaatioita on normaalisti 30 framiä = 30 fps = 30 frames per sec. Elokuvassa yhdessä sekunnissa 24 framiä Interaktiivisessa reaaliaikasessa 3D:ssä frames/sec. Otos (shot) – yhdellä kameralla keskeytymätön yksi kuvaus

4 Keyframe ja interpolaatio
Keyframe = “avainkuva”, määritetään objektin paikka ja asento animaatiosekvensin tärkeimmissä kohdissa – tiedetään että liikkuvan objektin täytyy olla tässä paikassa tietyllä ajanhetkellä  3D Studio Max – Autokey Ohjelmisto laskee keyframejen väliin muodostuvat kuvat = interpoloi, miten päästään tuohon paikkaan käytettävissä olevalla määrällä kuvia

5 Keyframe ja interpolaatio
Interpolaatiota käytetään laskemaan: objektin paikkaa tilassa objektin muodonmuutosta (morphing) muiden parametrien arvoja

6 Interpolaation tyyppit ja niiden vaikutus parametreihin
vakiomuutos  kulmakerroin, miten nopeasti muutos tapahtuu vaihteleva muutos, muutos ei lineaarinen, myös paremetrin muutos ei ole lineaarinen  kiihtyvä, hidastuva

7 Interpolaation tyyppit ja niiden vaikutus parametreihin
3D Studio Max, Key Info, voidaan säätää objektin arvojen muuttumisen nopeutta ja tyyliä

8 Interpolaation tyyppit ja niiden vaikutus parametreihin
Miten nämä ilmenevät animaatiossa?

9 Interpolation of Shape or attribute (MORPHING)
Objektin muodon morphaus Esim. Objektin (esim.valon, kameran, teksturin, läpinäkyvyyden) attribuutin morphaus

10 Forward kinematics (FK) - etenevä kimematiikka -
Jokainen eri liikkeen vaihe määritellään erikseen. Tarkempi ja “luonnollisempi” liike. Vie enemmän aikaa…

11 Inverse kinematics (IK) - käänteinen kimematiikka -
Jos rankarakenne tehty hyvin, meidän ei tarvitse määritellä kuin liikkeen alku- ja lopputilanne, ohjelma laskee muut tarvittavat ja sallitut liikkeet.

12 Animointi matemaattisilla funktioilla
Aalto funktiot (Wave Functions) Pinnan materiaalin animointi

13 Kameran animointi Kameran paikkaa muutetaan ajan funktiona - paikka muutos määrätään polulla (path) (2D käyrä) Kameran suunta: joko polua pitkin, kohti kohdetta tai kompinaatio näistä [The Art of 3-D Computer Animation and Imaging; Isaac Victor Kerlow]

14 Kameran animointi 3D Studio Max

15 Kameran animointi Muita kameran animointitapoja:
Polttovälin (Focal Length) ja muut kamera liikeet (zoom) Syvyystarkkuus (Depth of Field) Valon animointi (voimakkuus,väri, paikka …)

16 Muita mielenkiintoisia animaation lähteitä
Auringon animointi  liikkuvat varjot. Yleisesti: valonlähteiden pitäisi pysyä paikallaan, päälle – pois ja voimakkuuden säätö. Poikkeuksena otsalamppu Tuli ja hehkuvat kappaleet  katso kurssin materiaali, eri huijaustapoja

17 Muita mielenkiintoisia animaation lähteitä
Hierarkiset rakenteet (rankarakenteet, skeletons) Animaatio vaikuttaa rakenteen muihin osiin [The Art of 3-D Computer Animation and Imaging; Isaac Victor Kerlow]

18 Muita mielenkiintoisia animaation lähteitä
Hierarkiset rakenteet  rankarakenteet  nivelrakenteet  nivelten vapausasteet = monenko suuntaan nivel voi liikkua Pivot point

19 Animaation periaatteet
Tarinankerronta tietokone animaatiossa perustuu ajastukseen, miten visuaaliset tapahtumat jaksottuvat = ajastus (timing): Toiminta (action) on edellä tarinaa: Animaatiohahmo reagoi ääneen, joka kuuluu kameranäkymän ulkopuolelta ja kääntää päätään. Hahmon toiminta edellä tarinaa, koska liike viestittää, että jotain tapahtuu, vaikka vielä emme tiedä mitä. Toiminta (action) on jäljessä tarinaa: Yleisö tietää mitä tulee tapahtumaan – animaatiossa annetaan vihje. Esim. piano putoaa katolta kohti animaatio- hahmoa – hahmo itse ei tiedä eikä reakoi.

20 Animaation periaatteet
Animaatio on kombinaatio ajastuksesta, nopeudesta, rytmistä ja koreografiasta  tunnelma: Ensi- ja toissijaiset liikkeet Päällekkäiset tapahtumat/liikkeet Porrastetut tapahtumat/liikkeet Viivästetyt tapahtumat/liikkeet

21 Animaation periaatteet - tuotantoputki -
Esituotanto (Preproduction): kaikki projektiin liittyvä määrittely, suunnittelu ennen mallinnuksen alkua = screenwriting, projektin managerointi, storyboarding, ulkoinen ilme jne. Tuotantovaihe (Production stage): 1) modeling, 2) animation, and 3) rendering.  previewed in the form of digital flipbooks displayed on the screen. Kamerat, valot, materiaalit  lopputuotteena renderöidyt animaatiotiedostot Jälkituotanto (postproduction): Koostaminen, äänet, tekstitykset. Voidaan myös lisätä tehosteita, korjata värejä jne. Yleensä eri ohjelmistossa, missä mallinnus on tehty

22 Tarinnankerronta Storytelling
Tarinat sisältävät totuuksia Tarinat tarjoavat vastauksia kysymyksiin Tarinat mahdollistavat katsojan/kuuntelijan kokea erilaisia tunteita Tarinat voivat tarjota jokin aivan uuden tavan nähdä todellisuutta (esim. ilmaston/säätilan visualisointi  ihminen näkee vain ymmärillä olevan, ei koko maata)

23 Tarinnankerronta Storytelling
Vuokaavio tapahtumista Lineaarisia tapahtumia, yhtäaikaisia tapahtumia

24 Käsikirjoitus The Screenplay
Kirjoitettu dokumentti, joka kertoo tarinaa käyttäen: selityksiä (descriptions), dialogeja (dialogue) ja tuotantokommentteja (production notes ) Käsikirjoituksen sisältöön vaikuttavat: Mitä tarinassa tapahtuu Ketä/mitä animoitavat objektit ovat (huone, ihmishahmot) Mitä objekteille tapahtuu eri kohtauksissa

25 Rytmi, ryhti ja liike Huomaatko eron?
Pictures: [The Art of 3-D Computer Animation and Imaging; Isaac Victor Kerlow]

26 Animaation projektin tuotantotiimi
Creative Team: Creative Director -- (dude with the Vision) Art Director -- (Knows how it Should Look) Copywriter -- (Knows what it should rely to viewers) Producer -- (Big Man With The MONEY) Account Executive -- (Takes care of the money) Production Team: Animation Supervisor -- (Oversees the whole process) Senior Animator -- (Spanks the juniors and knows a lot) Junior Animators -- (Sweats 24h per day and makes the REAL work) Producer -- (Big man with money AND vision) Production Manager -- (Timetable Man) Technical Assistant -- (That you blame when nothing works)

27 Hieman lukuja Animaatio on raskasta=kallista tehdä! 30 frames/second
30 minutes = 54,000 frames 5 minutes/frame, 12 hours/day ~ 1 year Rajoitetaan animaatiota (Limited animation) Tietokoneavusteinen animaatio (Computer-assisted animation)

28 Tietokone avusteinen animaatio (Computer-Assisted Animation)
–Luodan ja piirretään framejä (Create & draw frames) –Tietokone auttaa värittämisessä ja piirtämisessä (Computer helps ink & paint) 3D –Mallintaminen, sijoittelu ja liike (Create models, sets, poses) –Interpolaatio laskenta (Computer interpolates) –Renderöinti laskenta ja koostaminen (Computer renders, composes)

29 Koska animaatio on näin vaikeaa…
Simuloidaan  tietokone laskee, melkein kaikkea voidaan simuloida, ei tarvita tarkkaa käsintehtyä animaatiota: Vaatteet Törmäykset Ilmakehän ilmiöt (tuli, savu, pöly, sumu, tuuli, sade) Hiukset Elastiset materiaalit