Компьютерная графика. Технология создания виртуальных персонажей

ВСЕРОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

КИНЕМАТОГРАФИИ  им. С. А. ГЕРАСИМОВА

 

 

Кафедра продюсерского

мастерства  и менеджмента

 

 

 

 

Реферат по дисциплине

«Киновидеотехника и технология»

 

на тему: «Компьютерная  графика. Технология создания виртуальных  персонажей.»

 

 

 

 

           Мельниковой О.А.

IVкурс, менеджмент организации

дневное отделение                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2012

Содержание

 

 

Введение……………………………………………………………………………..……….…..3

Виды компьютерной графики………………………………………………………….……….4

Компьютерная графика CGI…………………………………………………………………….6

Хромакей……………………………………………………………………………...………….7

Motion-capture………………………………………………………………………………....….7

Massive…………………………………………………………………………………..……... 10

Создание виртуальных персонажей………………………………………………………..….10

Заключение………………………………………………………………….…………………..15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В последнее время значительно широкое использование в кино получила компьютерная графика. Применение компьютерных технологий внесло в мир кино новейшие стандарты зрелищности, привлекательности для зрителя и реалистичности. Спецэффекты на сегодняшний день – одна из важнейших составляющих коммерческого потенциала будущей картины. Голливудские студии мейджоры тратят многомиллионные бюджеты на создание спецэффектов и компьютерной графики в фильмах.

Такие яркие, динамичные фильмы уверенно становятся лидерами проката и собирают огромные кассовые сборы по всему  миру. Поэтому вопрос использования  современных технологий в производстве аудиовизуальной продукции является очень актуальным.

На сегодняшний день применение спецэффектов позволяет  визуализировать сцены, которые  при обычной съемке не могут быть запечатлены, и очень экономят бюджет, если съемки живой такой сцены  намного затратнее. Благодаря современным технологиям Голливуд получил возможность создавать невероятные, потрясающие и невозможные раньше сцены в фильмах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виды компьютерной графики

 

Компьютерная гра́фика — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Также компьютерной графикой называют результат такой деятельности.

 

По способам задания  изображений графику можно разделить на категории:

 

1. Двухмерная графика

 

Двухмерная (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.

 

• Векторная 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. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

 

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.

 

• Растровая 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, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший  объём памяти, необходимый для  работы с изображениями, потери при  редактировании.

 

• Фрактальная графика

 

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. Трёхмерная графика

 

Трёхмерная 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.

На данный момент существует множество пакетов для создания 3-мерной компьютерной графики и анимации, имеющих свои достоинства и недостатки. Из существующего обилия графических программ, присутствующих на рынке графических технологий, сразу можно выделить нескольких фаворитов: это такие пакеты, как MAYA, 3Dstudio Max, SoftImage, Light Wave. Помимо этих пакетов, конечно, существует еще огромное количество графических программ, таких, как: Rhino, NUGraphRenderer, BMRT, RenderMan, Houdini.

3D Studio MAX - лидер на рынке программного обеспечения для трехмерного моделирования, анимации и визуализации. История 3DSMAX достаточно молода и берет свое начало где-то в конце 80-х. Несколько талантливых программистов из разных городов США, именующих себя Yost Group, объединили свои усилия с целью создания первого профессионального 3-х мерного графического пакета на платформе PC. Тогда это был прорыв, и все компьютерные журналы взахлеб писали о новых возможностях, открывающихся для платформы PC. Потом были 2-я, 3-я и 4-я версии 3Dstudio для системы MS-DOS, пакет имел большую популярность и даже стал понемногу использоваться на телевидении и в кино-видеопроизводстве, сначала робко, но с течением времени все более и более закрепляя свои позиции на рынке программ создания компьютерной графики для кино-видео индустрии. Возможности пакета постоянно расширялись за счет написания специальных дополнительных процессов, добавляющих различные, новые функции (они назывались IPAS Process). Для платформы PC это было просто сногсшибательным результатом. К сожалению, 3Dstudio для DOS имела ряд существенных недостатков, не позволяющих этому пакету в то время тягаться с продуктами Alias/Wavefront для компьютеров SGI. В числе этих недостатков, в первую очередь, ограничение на объем используемой памяти (до 64-х Мбайт). Помимо этого, пакет был не очень производителен в работе с точки зрения интерфейса.

 

Компьютерная графика CGI

 

CGI (англ. computer-generated imagery, букв. «изображения, сгенерированные компьютером») — спецэффекты в кинематографе, телевидении и симуляторах, созданные при помощи трёхмерной компьютерной графики. CGI позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники, и может заменить декорации и работу каскадёров и статистов. Сегодня многие фильмы, в особенности цифровые, создаются при помощи CGI-графики. Применение этой технологии стало почти незаметным для зрителя. Даже волосы или мех, одни из самых сложных элементов, сегодня можно изобразить с помощью CGI настолько реалистично, что отличить их от реальных будет практически невозможно. Границы между реальностью  и компьютерной графикой постепенно стираются. Семантически же она олицетворяет целое направление спецэффектов, основанных на возможности получения виртуальных двух- и трехмерных изображений, не имеющих аналогов или не подлежащих съемке в реальном мире. С помощью CGI-технологий создают статичные и перемещающиеся объекты, фоны, компьютерные персонажи, а также выполняют дорисовку реальных кадров, которую широко применяют для увеличения масштабности картинки за счет добавления движущихся объектов или элементов декорации (например, многократное впечатывание актеров массовки). Большинство кинопроектов осуществляется с помощью стандартных наборов программного обеспечения. Но для фильмов с большим объемом компьютерной графики разрабатываются уникальные технологии, которые позволяют реализовать творческие идеи, автоматизировать отдельные процессы производства и оптимизировать управляемость системы, а также снизить издержки производства за счет правильного перераспределения ресурсов. Преимущества собственных технологических решений заключаются не только в том, что они позволяют решать творческие задачи и дают возможность студии оптимизировать производство проектов. Удачная технология становится объектом интереса других компаний, и разработчик превращается из кинопроизводителя в поставщика инструментов или подрядчика, выполняющего специальные заказы партнерских студий.

 

Впервые в полнометражном фильме компьютерная графика использовалось в «Мире Дикого Запада», вышедшем на экраны в 1973 году. Для этого была разработана специальная программа оцифровки и обработки изображений. Создание 10-секундного эпизода потребовало 8 часов машинного времени.

 

Во второй половине 1970-х  появились фильмы, использующие элементы трёхмерной компьютерной графики, в том числе «Мир будущего», «Звёздные войны» и «Чужой». В «Парке юрского периода» (1993) впервые при помощи CGI удалось заменить каскадёра; в том же фильме впервые удалось непрерывно соединить CGI (кожа и мышцы динозавров были созданы при помощи компьютерной графики) с традиционной съемкой и аниматроникой. В 1995 году вышел первый полнометражный мультфильм, полностью смоделированный на компьютере — «История игрушек». В фильме «Последняя фантазия: Духи внутри нас» (2001 год) впервые фигурировали реалистические CGI-изображения людей.

 

 

Хромакей

 

Хромакей - технология совмещения двух и более изображений или кадров в одной композиции, цветовая рирпроекция (или рир-проецирование), использующаяся на телевидении и в современной цифровой технологии кинопроизводства. Во время съёмок объект помещается на однотонный цветной фон. При совмещении в кадре объекта с фоном во время записи сцены или при монтаже вместо фона можно поместить другое изображение. Также в повседневной жизни хромакеем называют сам рир-экран, на фоне которого снимают. Ещё одним распространённым названием технологии является кеинг (англ. keying, color keying).

 

Самыми распространёнными  цветами, использующимися при рир-проецировании, являются зелёный и синий (голубой), потому что такие цвета не встречаются в тонах человеческой кожи. Однако практически может использоваться любой цвет, в том числе белый и чёрный. Самый популярный цвет фона для комбинированных съёмок в кинопроизводстве — зелёный (что дало название технологии «Green screen»), для телевизионных программ чаще применяется синий фон («Blue screen»), хотя цвет рир-экрана зависит от поставленной режиссёром творческой задачи и характеристик оборудования, на котором производится рир-проецирование.

 

Минусом хромакея является то, что если на одежде человека присутствует цвет, схожий с цветом фона, то человек начинает «просвечивать» («светиться»). Поэтому, при подборе костюма актёра или телеведущего стараются избегать цветов, совпадающих с фоном.

 

 

Motion capture

 

Motion capture — метод анимации персонажей и объектов. Дословный перевод с английского — захват движения.

 

Метод применяется в  производстве CGI-мультфильмов, а также  для создания спецэффектов в фильмах. Широко используется в игровой индустрии. С использованием этого метода в 2004 году созданы мультфильмы «Полярный экспресс» (модель — Том Хэнкс), «Последняя фантазия» (в качестве моделей выступили добровольцы) и другие, также motion capture использовалось при анимации сгенерированного компьютером киноперсонажа Голлум в трилогии «Властелин колец» (модель — Энди Серкис). В 2006 году при помощи этой технологии был создан «Ренессанс», в 2007 году — «Беовульф», в 2009 году — «Рождественская история», «Аватар». Также с помощью этой технологии было создано лицо Волан-де-Морта в фильмах «Гарри Поттер».