Анимация и 3D графика

В любом процессе – тем более, в процессе человеческой деятельности – можно наблюдать смену синкретической, аналитической и синтетической фаз, они представляют собой этапы единого движения. В художественном творчестве, а мультипликация (как мы уже выяснили) не может жить без него, они соответствуют этапам предварительного замысла (синкретизм), конструктивной разработки образа (анализ) и окончательного оформления завершённого произведения (синтез). Для мультипликатора, как и любого художника, специфика того или иного этапа связана с преобладанием интуитивного или рационального, эмоции или логики в подходе к предмету. В творческом процессе важно и то, и другое; однако первоимпульсом, «зерном» нового произведения является либо локальный синкретический образ, самораскрывающийся в некоторое целое по принципу метонимии, - либо размытый эмоционально-образный фон, из которого «локализуются» соответствующие конструкции и детали.

Эмоционально-образный первоимпульс, с которого начинается творческий процесс, даёт аниматору неограниченную свободу в выборе средств; образ изначально не привязан к способу его воплощения. Выбор средств реализации замысла зависит от индивидуальных «настроек» сознания аниматора и является этапом более поздним; это явление подобно построению в геометрии проекций одного предмета (первоимпульс) на различные плоскости (способы воплощения). Они и определяют траекторию последующего разворачивания эмоционально-образного первоимпульса.

Именно «настройки» сознания приводят к тому, что живописец «видит» всё красками, поэт – словами, композитор – звуками, и т.д. Проецируясь на эти «настройки», эмоционально-образный первоимпульс практически одновременно распадается на эскиз произведения и «каскад» этюдов к нему (план поэмы и отдельные строки, композиция большого полотна и пленэрные зарисовки, драматургия симфонии и темы или фактурные фрагменты). Их соотношение можно сравнить, например, с соотношением между арсеналом используемого оружия (этюды) и диспозицией сражения (эскиз). Появление множества этюдов свидетельствует о подборе конкретных языковых средств; тогда как эскиз произведения относится к сфере общей драматургии, часто не зависящей от конкретных используемых средств (явление «целостного гештальта»). Любой художник (независимо от того, поэт, композитор, аниматор или живописец) должен быть драматургом – в широком смысле этого слова, то есть обладать способностью к композиционному выстраиванию целого.

Дальнейшей конкретизацией эскиза, является формирование представления о типе движения, общем ритмическом фоне, динамике, интенсивности цвета, колорите, оттенке, и т.д.

В настоящее время анимация нуждается в новом синтезе всех выразительных средств – по принципу не соревновательности, а полного слияния в единое эмоционально-образное поле. Этот синтез исходит органично из самой природы художественного мышления, являясь наиболее адекватным воплощением синкретического эмоционального-образного первоимпульса.

Исторические пути преобразования художественного мышления соответствуют пути преобразования замысла в индивидуальном творческом сознании. Такое единство филогенеза и онтогенеза ещё раз доказывает безусловность, естественную природу синтетических жанров.

Таблица 1

Рейтинг самых популярных мультипликационных студий (пятибалльная система оценивания)

2. 3D графика. Развитие 3D графики

Трёхмерная графика (3D) — раздел компьютерной графики, совокупности приёмов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

Началом развития 3D графики считают обычное 2D изображение. За несколько десятков лет графика достигла огромного развития. Благодаря многолетним разработкам, человечество узнало, что такое видеодизайн и трехмерные изображения.

Появлению 3D предшествовало двухмерное изображение, которое имело две оси координат, формирующих ширину и высоту рисунков. И только в 90-х годах 20-го века стало известно о возможности создания третьего измерения- объема. Такое открытие было по силам лишь человеку, с хорошим пространственным представлением, где его предметная визуализация смогла бы отражать все характеристики объекта. Поэтому две существующие оси координат пополнились третьим критерием, глубиной, соответственно осью «Z». В 20 веке первые компьютеры, на которых приходилось работать, были очень громоздкими, но это нисколько не смущало людей, для которых электроника была истинным смыслом жизни.

Одним из гениальнейших исследователей был Иван Сазерленд. Он, будучи всего лишь аспирантом, разработал программу, с помощью которой можно было конструировать простейшие трёхмерные изображения. Именно он впервые создал кафедру компьютерной графики в родном университете. Эти события открыли миру путь в 3D моделирование, без которого сейчас жизнь даже невозможно представить. Помогали аспиранту его лучшие студенты Эд Катмулл и Джим Блинн. Катмулл, под руководством своего руководителя Ивана Сазерленда, смоделировал первый объемный объект, которым была его собственная рука.

Другой студент ввел в оборот понятие 3D анимация, «научив» объемные фигуры двигаться. Как ни странно, но первый мультфильм такого типа зародился еще в СССР и шел всего лишь  40 секунд. Его создатель – советский ученый-математик Константинов. В основе такой работы лежала 3D иллюстрация кошки, которая ходила по комнате. Постепенное развитие техники привело к созданию новейших технологий не только в сфере кинематографа, но и усовершенствований в компьютерных играх. Сейчас уже современная игровая компьютерная графика, в которой 3D персонажи заменяют привычные двухмерные картинки, никого не удивит.

В настоящее время трехмерная графика достигла необычайных высот. Появляется возможность просматривать экстерьеры зданий и домов. Это понятие обратно термину интерьеры, оно старается как можно ярче и наиболее полно представить и обсудить детали будущей постройки или создать уникальный и эффектный проект.

Среди программных комплексов трехмерной графики, предназначенных для работы на компьютерах типа PC, лидирующее место занимает 3D Studio MAX2(табл.2).

Общее представление о 3D. В самом названии рассматриваемой области - “трехмерная графика” заложено указание на то, что нам предстоит иметь дело с тремя пространственными измерениями: шириной, высотой и глубиной. Если взглянуть вокруг: все, что нас окружает, обладает тремя измерениями: стол, стул, жилые здания, промышленные корпуса и даже тела людей. Однако термин “трехмерная графика” все же является искажением истины. На деле трехмерная компьютерная графика имеет дело всего лишь с двумерными проекциями объектов воображаемого трехмерного мира.

Чтобы проиллюстрировать сказанное, можно представить оператора с видеокамерой, с помощью которой он снимает объекты, расположенные в комнате. Когда во время съемок он перемещается по комнате, то в объектив попадают различные трехмерные объекты, но при воспроизведении отснятой видеозаписи на экране телевизора будут видны всего лишь плоские двумерные изображения, представляющие собой запечатленные образы снятых несколько минут назад трехмерных объектов. Сцена на экране выглядит вполне реально благодаря наличию источников света, естественной расцветке всех объектов и присутствию теней, придающих изображению глубину и делающих его визуально правдоподобными, хотя оно и остается всего лишь двумерным образом.

1. Программный комплекс 3D Studio MAX2

В компьютерной графике объекты существуют лишь в памяти компьютера. Они не имеют физической формы - это не более чем совокупность математических уравнений и движение электронов в микросхемах. Поскольку объекты, о которых идет речь, не могут существовать вне компьютера, единственным способом увидеть их является добавление новых математических уравнений, описывающих источники света и съемочные камеры.

Использование программы для создания компьютерной графики во многом сходно со съемкой с помощью видеокамеры комнаты, полной сконструированных объектов. Программа позволяет смоделировать комнату и ее содержимое с использованием разнообразных базовых объектов, таких как кубы, сферы, цилиндры и конусы, а также с использованием инструментов, необходимых для реализации разнообразных методов создания более сложных объектов.

Программный комплекс 3D Studio MAX2 позволяет выполнять все вышеперечисленные операции. Использование программы, подобной 3D Studio MAX2, во многом сходно со съемкой с помощью видеокамеры комнаты, полной сконструированных объектов. Программный комплекс 3D Studio MAX2 позволяет смоделировать комнату и ее содержимое с использованием разнообразных базовых объектов, таких как кубы, сферы, цилиндры и конусы, а также с использованием инструментов, необходимых для реализации разнообразных методов создания более сложных объектов. После того как модели всех объектов созданы и должным образом размещены в составе сцены, можно выбрать из библиотеки любые готовые материалы, такие как пластик, дерево, камень и т.д. и применить эти материалы к объектам сцены. Можно создать и собственные материалы, пользуясь средствами редактора материалов Material Editor 3D Studio MAX2, с помощью которых можно управлять цветом, глянцевитостью, прозрачностью и даже применять сканированные фотографии или нарисованные изображения, чтобы поверхность объекта выглядела так, как это было задумано. Применив к объектам материалы, необходимо создать воображаемые съемочные камеры, через объективы которых будет наблюдаться виртуальный трехмерный мир, и производиться съемка наполняющих его объектов. За счет настройки параметров виртуальных камер можно получить широкоугольную панораму сцены или укрупнить план съемки, чтобы сосредоточить свое внимание на отдельных мелких деталях. Пакет 3D Studio MAX2 поддерживает модели камер с набором параметров свойственных настоящим фото- или видеокамерам, с помощью которых можно наблюдать сцену именно в том виде, какой требуется по замыслу сценария. Чтобы сделать сцену еще более реалистичной, можно добавить в ее состав источники света. MAX позволяет включать в сцену источники света различных типов, а также настраивать параметры этих источников. Реализация геометрических принципов в 3D Studio MAX2 Трехмерное пространство, работая с 3D Studio MAX2 пользователь имеет дело с воображаемым трехмерным пространством. Трехмерное пространство это куб в кибернетическом пространстве, создаваемый в памяти компьютера. Кибернетическое пространство отличается от реального физического мира тем, что создается и существует только в памяти компьютера благодаря действию специального программного обеспечения. Однако подобно реальному пространству, трехмерное пространство также неограниченно велико. Задача поиска объектов и ориентации легко решается благодаря использованию координат. Наименьшей областью пространства, которая может быть занята каким-то объектом, является точка point. Положение каждой точки определяется тройкой чисел, называемых координатами coordinates.

Примером координат может служить тройка 000, определяющая центральную точку трехмерного пространства, называемую также началом координат origin point. Другими примерами координат могут являться тройки 20067496 или 236712. Каждая точка трехмерного пространства имеет три координаты, из которых одна определяет высоту, другая ширину, третья глубину положения точки. Таким образом, через каждую точку можно провести три координатных оси киберпространства. Координатная ось axis это воображаемая линия киберпространства, определяющая направление изменения координаты. В MAX имеются три стандартные оси, называемые осями X, Y и Z. Можно условно считать, что ось X представляет координату ширины, ось Y высоты, а ось Z глубины. 3D объекты Если соединить две точки в киберпространстве, то будет создана линия line. Например, соединяя точки 000 и 550 получается линия. Если продолжить эту линию, соединив ее конец с точкой 930 то получиться полилиния poliline, то есть линия, состоящая из нескольких сегментов. В 3D Studio MAX2 термины линия и полилиния взаимозаменяемые. Если соединить последнюю точку с первой, то получиться замкнутая форма closed shape, то есть форма, у которой есть внутренняя и наружная области. Нарисованная форма представляет собой простой трехсторонний многоугольник polygon, называемый также гранью face, и составляет основу объектов, создаваемых в виртуальном трехмерном пространстве.

В наше время CGI-образы (от слов Computer Graphics Imagery – изображение созданное на компьютере) окружают нас повсеместно: на телевидении, в кино и даже на страницах журналов. Компьютерная графика превратилась из узкоспециальной области интересов ученых-компьюторщиков в дело, которому стремиться посвятить себя множество людей. Среди программных комплексов трехмерной графики, предназначенных для работы на компьютерах типа PC, лидирующее место занимает 3D Studio MAX2.

1. Трехмерное пространство

Работая с 3D Studio MAX2 пользователь имеет дело с воображаемым трехмерным пространством. Трехмерное пространство – это куб в кибернетическом пространстве, создаваемый в памяти компьютера. Кибернетическое пространство отличается от реального физического мира тем, что создается и существует только в памяти компьютера благодаря действию специального программного обеспечения.

Однако подобно реальному пространству, трехмерное пространство также неограниченно велико. Задача поиска объектов и ориентации легко решается благодаря использованию координат.

Наименьшей областью пространства, которая может быть занята каким-то объектом, является точка (point). Положение каждой точки определяется тройкой чисел, называемых координатами (coordinates). Примером координат может служить тройка (0;0;0), определяющая центральную точку трехмерного пространства, называемую также началом координат (origin point). Другими примерами координат могут являться тройки (200;674;96) или (23;67;12).

Каждая точка трехмерного пространства имеет три координаты, из которых одна определяет высоту, другая – ширину, третья – глубину положения точки. Таким образом, через каждую точку можно провести три координатных оси киберпространства.

Координатная ось (axis) – это воображаемая линия киберпространства, определяющая направление изменения координаты. В MAX имеются три стандартные оси, называемые осями X, Y и Z. Можно условно считать, что ось X представляет координату ширины, ось Y – высоты, а ось Z – глубины.

2. 3D объекты

Если соединить две точки в киберпространстве, то будет создана линия (line). Например, соединяя точки (0;0;0) и (5;5;0) получается линия. Если продолжить эту линию, соединив ее конец с точкой (9;3;0) то получиться полилиния (poliline), то есть линия, состоящая из нескольких сегментов. (В 3D Studio MAX2 термины линия и полилиния взаимозаменяемые.) Если соединить последнюю точку с первой, то получиться замкнутая форма (closed shape), то есть форма, у которой есть внутренняя и наружная области. Нарисованная форма представляет собой простой трехсторонний многоугольник (polygon), называемый также гранью (face), и составляет основу объектов, создаваемых в виртуальном трехмерном пространстве. У многогранника имеются следующие базовые элементы: вершина, ребро, грань.

Вершина (vertex) – это точка в которой соединяется любое количество линий. Грань (face) – это фрагмент пространства, ограниченный ребрами многоугольника. Ребро (edge) - это линия, формирующая границу грани.

В 3D Studio MAX2 объекты составляются из многоугольников, кусков Безье или поверхности типа NURBS, причем чаще всего используются многоугольники, расположенные таким образом, чтобы образовать оболочку нужной формы. В ряде случаев для формирования объекта требуется всего несколько многоугольников. Однако в большинстве случаев формирование объектов требует использования сотен и тысяч многоугольников, образующих огромный массив данных. Так, например, в процессе работы с кубом компьютер должен отслеживать положение восьми вершин, шести граней и двенадцати видимых ребер. Для более сложных объектов число элементов состоящих из многоугольников может достигать десятков и сотен тысяч.

3. Проекции 3D объектов

Точка наблюдения (viewpoint) – это позиция в трехмерном пространстве, определяющая положение наблюдателя. Точки наблюдения являются основой формирования в MAX окон проекций (viewports), каждое из которых демонстрирует результат проекции объектов трехмерной сцены на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения из определенной точки.

Воображаемая плоскость, проходящая через точку наблюдения перпендикулярно линии взгляда, называется плоскостью отображения, которая определяет границы области видимой наблюдателю. Плоскость отображения иногда называют плоскостью отсечки.