Principios básicos de Animación por Computadora

Principios básicos de Animación por Computadora Facultad de Cs. de la Computación Juan Carlos Conde Ramírez Computer Animation

Contenido 1 Principios Básicos 2 Técnicas de Animación 2D 3 Técnicas de Animación 3D 4 Dinámica 1 / 40

Difuminado del movimiento Si las imágenes no se refrescan con la suciente velocidad, se produce lo que se conoce como efecto estroboscópico 1, las imágenes parecen que se muestran a saltos. Para evitar este fenómeno, cada fotograma es una interpolación de una imagen y la siguiente. 1 Efecto óptico que se produce al iluminar mediante destellos, un objeto que se mueve en forma rápida y periódica. 3 / 40

Anticipación Preparación de la siguiente acción (por ejemplo, antes de salir corriendo, forzar una postura en el sentido contrario). La anticipación permite: Preparar los músculos para la acción. Preparar al espectador y captar la atención hacia la acción principal. Obtener una acción mucho más intensa. Indicar la velocidad de la acción. 4 / 40

Anticipación 5 / 40

Estiramiento y compresión Son deformaciones que se usan para conseguir movimientos uidos y sensación de elasticidad. La deformación de los objetos se realiza en dirección del desplazamiento para dar la sensación de peso y gravedad. 6 / 40

Estiramiento y compresión La deformación es perpendicular a la trayectoria en los impactos. La regla básica consiste en mantener el volumen de los objetos constante. Con estas deformaciones se evita el efecto estroboscópico de forma semejante al difuminado por movimiento. 7 / 40

Solapamiento y continuación de las acciones El solapamiento consiste en iniciar la siguiente acción antes de terminar la anterior. Por ejemplo Para tomar un objeto, el personaje al acercarse va estirando la mano antes de llegar. 8 / 40

Solapamiento y continuación de las acciones La continuación signica que los movimientos no se detienen bruscamente, sino que continúan más allá de su posición nal. Por ejemplo Al golpear una pelota con una raqueta esta continua su movimiento por inercia mucho después de haber golpeado la pelota. 9 / 40

Animación por Fotogramas Clave Técnica utilizada en dibujos animados tradicionales: 1. Los dibujantes expertos crean las imágenes claves de una animación (inicio o nalización de un movimiento). 2. El resto del equipo dibuja la serie de fotogramas que los conectan. Esta técnica se combina con el uso de acetatos. Los fotogramas no se dibujan sobre papel, sino sobre películas transparentes de acetato, de tal modo que al superponer varías de ellas, se puede ver una escena compuesta por varios personajes animados de modo independiente. 11 / 40

Animación por Sprites Un sprite es una fotografía instantánea de un actor en movimiento. La animación por sprites consiste en mostrar, de modo sucesivo, todos los sprites para conseguir una sensación de movimiento. Un sprite puede ser estático (por ejemplo, las mascotas de ayuda de Microsoft), o bien desplazarse a medida que se mueve. Un mismo sprite puede tener varios patrones de movimiento, los cuales se activa en el momento adecuado. Esta técnica fue ampliamente utilizada en los primeros juegos por computadora. 12 / 40

Animación por Recortes Signica que cuando se mueve un personaje no se vuelve a dibujar por completo, sino simplemente las partes móviles, se dibujan, se animan y luego se montan. El problema de este tipo de animación, es el de las uniones entre piezas, que suelen trabajarse bastante para que no se note demasiado. Un ejemplo de este tipo de animación son los Simpsons. 13 / 40

Tecnología Digital Las técnicas de animación tradicional por fotograma clave y por sprites tienen su correspondiente en el mundo digital. Por ejemplo Una vez que se generan los fotogramas clave de una película, se pueden montar utilizando QuickTime. Esto permite la animación de dos clases de sprites: Los key frame sample que son los propios sprites. Los override sample que especican cambios en las propiedades del sprite. Además de estas técnicas, existen otras más especícas al mundo digital 2D. 14 / 40

Tecnología Digital Animación de grácos vectoriales En lugar de grácos de tipo mapa de bits (sprites) se utilizan grácos vectoriales 2. Este tipo de animación es menos realista que la animación por sprites. Además si se quiere alcanzar el mismo realismo, esta es mucho más costosa de generar automáticamente. Su única ventaja es que suele ocupar bastante menos espacio en memoria, además de poder escalarse sin problemas. Es muy utilizada en aplicaciones Internet. 2 Descripciones matemáticas de líneas, supercies, etc 15 / 40

Tecnología Digital Animación por trayectoria Al mismo tiempo que cambia o se mantiene el mismo gráco, un objeto puede desplazarse por la pantalla. A esto se le conoce como animación por trayectoria o path-based animation. El software actual permite a los animadores desplazar visualmente los objetos por la pantalla, deniendo los puntos iniciales y nales del movimiento, marcando con ello líneas rectas o curvas imaginarias que son las que determinan el camino (path) por el que se desplazará el sprite. También suele hablarse de control de movimiento (motion control). En los programas especializados se permite un control muy no sobre aspectos del camino, como aceleración o trayectorias complejas. La animación por trayectoria se resume en dos aspectos: 1. El camino a seguir 2. El tiempo de desplazamiento sobre ese camino 16 / 40

Tecnología Digital Animación por trayectoria Una aproximación clásica en los programas de creación de animaciones es utilizar una línea del tiempo (timeline) en la que se indican los distintos fotogramas que irán ocurriendo. Para marcar los movimientos se determinan fotogramas clave (keyframes), que determinan las posiciones clave de los sprites. El programa anima el objeto entre dos keyframes a lo largo del camino marcado, creando los fotogramas intermedios (in-between frames). Los keyframes establecen los puntos principales de la animación y son siempre, al menos, el inicial y el nal. 17 / 40

Tecnología Digital Animación por trayectoria Los procedimientos relacionados permiten al software... 1. Crear los cuadros intermedios entre dos puntos clave se denomina intercalado o tweening. 2. No sólo mover un sprite sobre la pantalla, sino cambiar su posición de giro de acuerdo al movimiento. 3. Hacer un cambio progresivo de color o de tamaño, etc. Para ello suele denirse en cada sprite su punto de control o de registro, que es una especie de centro de gravedad sobre el que actúa cuando se marca la trayectoria. 18 / 40

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ACTIVIDAD:Instalación de OpenGL y Code::Blocks OpenGL: Descargar: librerías de OpenGL contenidas en el archivo comprimido de nombre glut-3.7.6-bin.rar. Descargar: guía de instalación en Code::Blocks nombrada 00_Instalar OpenGL en CodeBlocks.pdf. Link: http://climate.cs.buap.mx/condejc/animacion/material/ Code::Blocks: Package: codeblocks-13.12mingw-setup.exe Link: http://www.codeblocks.org/downloads/26 * No se revisará esta actividad pero a partir de ahora se asume que ya se tienen instaladas estas herramientas. 20 / 40

Complejidad La animación 3D, igual que el diseño de grácos 3D, es mucho más compleja que la 2D, y requiere una gran potencia de cálculo para ser elaborada con calidad. Además requiere de una gran cantidad de tiempo de diseño para producir efectos realistas de movimiento, especialmente en lo que se reere a la animación de personajes virtuales o la generación de entornos renderizados. 22 / 40

Características La animación de personajes en 3D normalmente implica la denición de los distintos segmentos tridimensionales y la unión entre ellos. Se denen puntos de conexión y puntos de rotación que permitirán hacer la animación. Posteriormente habrá que denir cuáles son los frames que nos interesan y renderizar por separado cada uno de ellos, formando una secuencia de imágenes realistas que nalmente se unirá secuencialmente en la composición. 23 / 40

Técnicas La rotoscopia consiste en capturar un movimiento real y utilizar esa información para mover un diseño generado por computadora. La captura de los datos del movimiento real incluye: 1. Simplicación del modelo. normalmente, los movimientos reales (por ejemplo, el lanzamiento de un disco en atletismo) son demasiado complejos para intentar capturarlos íntegramente. Hay que identicar las partes fundamentales del movimiento. 2. Identicación y marcado de los puntos de referencia. Normalmente son las articulaciones y se suelen marcar con círculos de tela de un color vivo, pelotas de ping-pong,... 3. Realización de movimientos y obtención de datos. Mediante múltiples cámaras de video, o algún otro dispositivo. 24 / 40

Técnicas Rotoscopia 25 / 40

Técnicas Rotoscopia Una vez digitalizada la información, se aplica ésta al modelo 3D para controlar su movimiento. Mediante esta técnica se consiguen movimientos de gran realismo, ya que a nal de cuentas se está copiando el movimiento real. 26 / 40

Técnicas Animación paso a paso La animación paso a paso consiste en denir manualmente cada uno de los fotogramas. En algunos tipos de animación tradicional (animación de guras de plastilina), se usa esta técnica. Si se utiliza una computadora, se puede denir manualmente cada uno de los fotogramas de una animación, por ejemplo, dibujar cada uno de los mapas de bits de una pequeña animación cíclica. Esta técnica es muy lenta y solo se usa para pequeñas animaciones. 27 / 40

Técnicas Animación por cotas La animación por cotas consiste en basar el movimiento en keyframes (fotogramas fundamentales) y luego dejar que el sistema genere automáticamente los fotogramas intermedios mediante métodos de interpolación. Es importante que las cotas sean representativas del movimiento para que la interpolación tenga suciente información. 28 / 40

Técnicas Animación por cotas Esta técnica está basada en los métodos de trabajo de la animación tradicional, en la que los animadores más expertos dibujan los momentos fundamentales del movimiento (cotas o keyframes) y los animadores principiantes dibujan los fotogramas intermedios (in-between). 29 / 40

Técnicas Animación procedural La animación procedural consiste en describir el movimiento de forma algorítmica. Existe una serie de reglas que controlan como se van modicando los distintos parámetros (como por ejemplo, la posición o la forma) a lo largo del tiempo. Para movimientos sencillos (un péndulo o una rueda que gira) es una buena solución, pero para movimientos más complejos (una persona caminando o una moneda que cae al suelo), resulta difícil obtener buenos resultados. Hay algunas técnicas con resultados interesantes, como los sistemas de partículas o la simulación de movimientos grupales (animación comportamental). 30 / 40

Técnicas Animación tradicional La animación tradicional a menudo rompe las leyes de la naturaleza y suele denir movimientos realistas, pero imposibles en la realidad. Para realizar animaciones realistas, hay que tener en cuenta las leyes de la naturaleza: animación basada en física, que utiliza cinemática y dinámica. Es decir, muchos movimientos cotidianos son muy difíciles de reproducir. 31 / 40

Técnicas Animación tradicional La cinemática estudia los movimientos con independencia de las fuerzas que los producen y se una en animación con dos variantes. Cinemática directa. Permite mover algunas de las piezas de un personaje o escena 3D actuando sobre un punto y produciendo un movimiento sobre su eje o centro de rotación (por ejemplo, mover el brazo jada la rotación sobre el hombro). El programa de animación 3D genera con fórmulas geométricas simples todos los movimientos necesarios de las partes ligadas a su a vez a ella. En este caso, en la jerarquía de movimientos o giros denida, se parte de un eje jo más importante (por ejemplo, el hombro) para mover elementos más sencillos (por ejemplo, el brazo). 32 / 40

Técnicas Animación tradicional 33 / 40

Técnicas Animación tradicional Cinemática inversa. Permite el moviendo elementos más sencillos en la jerarquía, el programa interpola el resto de las articulaciones o puntos de giro, que pueden ser congurados por el animador para conseguir que se muevan de acuerdo a eso. Este tipo de movimiento es mucho más interesante, pero a la vez más complejo, ya que en general no hay un solo modo de rotar los elementos entre sí para conseguir el movimiento nal que pretende el usuario. Ejemplo, un codo puede girar en un sentido, pero no en otro. Por ello pueden congurarse márgenes de rotación que indiquen al software que límites tiene al momento de elegir unos movimientos u otros. 34 / 40

Técnicas Animación tradicional 35 / 40

Importancia La dinámica estudia el movimiento, tomando en cuenta las fuerzas que lo producen. Se puede obtener gran realismo, pero resulta difícil especicar la animación. Hay que tomar en cuenta la masa, aceleración, grados de libertad, restricciones del movimiento, movimientos prioritarios, etc. 37 / 40

Importancia La dinámica de los cuerpos rígidos articulados es más sencilla que la de los cuerpos deformables. Podemos distinguir: 1. Dinámica directa: a partir de las masas y fuerzas aplicadas, se calculan las aceleraciones. 2. Dinámica inversa: a partir de las masas y aceleraciones, se calculan las fuerzas que hay que aplicar. 38 / 40

TAREA 4: Técnicas de Modelado Avanzado Leer el artículo de nombre Advanced Modeling Techniques for Computer Graphics ubicado en la carpeta de LECTURAS. Posteriormente identicar cada subtema y llenar las siguientes tablas informativas Y contestar las siguientes preguntas: 1. Según la introducción, ¾Cuál es el propósito del artículo? 2. Según las conclusiones ¾Cuál es el futuro de las técnicas de modelado en grácos por computadora? *Tabla y preguntas se revisarán en la libreta y en limpio. 39 / 40

"Las actitudes son mas importantes que las aptitudes" Juan Carlos Conde Ramírez juanc.conde@cs.buap.mx 40 / 40