Kulisy animacji komputerowej

Kulisy animacji komputerowej
Ryszard Tadeusiewicz. Fot. Naukowiec AGH, absolwent myślenickiego LO

W poprzednim tygodniach pisałem o początkach, a potem o rozwoju animacji komputerowej jako techniki tworzenia filmów – początkowo głównie dla dzieci, ale potem dla widzów w każdym wieku. Dzisiaj chcę opisać (w skrócie), jak się obecnie takie animacje tworzy. Skupię się na komputerowym tworzeniu animowanych postaci (ludzi, zwierząt albo tworów fantazyjnych – Shrek, Avatar itp.), bo animacja innych obiektów – na przykład tonącego Titanica – jest o wiele łatwiejsza.

Początkowo tworzono zestawy zasad, jakie powinny być stosowane przez programy komputerowe animujące postacie ludzi i zwierząt. Zalecano na przykład, by rozpoczynając ruch animowanego obiektu powoli zwiększać szybkość tego ruchu, bo nagłe „szarpnięcie” przy przejściu od bezruchu do ruchu wygląda nienaturalnie. Rekomendowano, żeby ruch animowanych obiektów odwzorowujących żywe organizmy nie odbywał się po linii prostej, tylko po łuku, bo prostoliniowy ruch zarezerwowany był dla obiektów technicznych (na przykład aut). Takich zaleceń było kilkanaście i ich przestrzeganie rzeczywiście dawało dobre efekty – ale potem przyjęto inną, wygodniejszą metodę, nazywaną motion capture (przechwytywanie ruchu). Metoda ta, którą po raz pierwszy zastosował Edward Muybridge polega na filmowaniu (z kilku różnych punktów widzenia) sylwetki człowieka, który wykonuje te ruchy, jakie potem w filmie ma wykonywać animowana postać (która nie musi być człowiekiem, tylko na przykład wielką małpą albo robotem).

Żeby ułatwić owo przeniesienie ruchu z żywego aktora do animowanego bohatera filmu – aktor ma na sobie czarny kombinezon, ruch filmuje się na czarnym tle, a na ciele aktora w wybranych punktach umieszczone są świecąca markery. Komputer analizując obrazy z kamer rejestrujących ruchy aktora wyodrębnia i śledzi trójwymiarowe położenia tych markerów i ich przemieszczenia, po czym łącząc liniami te ruchome punkty uzyskuję coś na kształt ruchomego szkieletu poruszającego się człowieka. Grafik komputerowy z kolei nakłada na ów szkielet rysunek „ciała” bohatera wytwarzanego filmu, dzięki czemu wyimaginowana postać zaczyna się poruszać (na kolejnych klatkach animowanego filmu) tak samo, jak poruszał się aktor. Efekt jest bardzo dobry!

Najtrudniejszym obiektem do zamodelowania jest twarz i jej mimika. Tu także stosuje się metodę motion capture, ale stosuje się zwykle urządzenie zaprojekowane przez Paula Debeveca i wytwarzane przez firmę Image Metrics w postaci nakładanej na głowę aktora kuli z rozmieszonymi wewnątrz 156 źródłami światła i wieloma kamerami filmującymi każdy ruch mimiczny. To także dodaje się do owego szkieletu obrazującego ruchy całego ciała.

Oczywiście trzeba jeszcze wielu zabiegów, by ów rysunkowy bohater nabrał cech fotorealistycznych. Trzeba określić cechy powierzchni pokrywających wirtualny szkielet, ich barwę, teksturę, sposób odbijania światła, trzeba zasymulować odpowiednie oświetlenie wraz z efektami towarzyszącymi (cienie), trzeba komputerowo modelować płynne przejście od jednej sceny do drugiej w ramach tak zwanego morfingu oraz wygładzić wszystko w procesie renderingu.

W przypadku, gdy obok wymyślonych przez grafików postaci rysunkowych na filmie mają się pojawić także żywi ludzie stosuje się technikę tzw. blue box. Aktora wykonującego określone ruchy filmuje się na gładkim niebieskim tle, które potem komputer może zamienić na dowolne, graficznie wyobrażone, fałszywe środowisko z mnóstwem animowanych elementów.

Tak powstają animowane filmy oraz scenografie gier komputerowych. I technika ta ustawicznie się rozwija!