Animacja komputerowa

Animacja komputerowa to sztuka tworzenia ruchomych obiektów z wykorzystaniem komputerów. Jest poddziedziną grafiki komputerowej i animacji. W coraz większym zakresie jest ona realizowana jako animacja 3D (trójwymiarowa), choć w zastosowaniach dysponujących niską przepustowością sprzętową i wymagających przetwarzania obrazów w czasie rzeczywistym cały czas ważną pozycję utrzymuje animacja 2D (dwuwymiarowa, płaska). Czasami docelowym medium animacji jest sam system komputerowy, ale zdarza się, że animacja przeznaczona jest dla innych mediów, takich jak film. Animację komputerową czasami określa się skrótem CGI (od ang. Computer Generated Imagery, lub Computer Generated Imaging) – szczególnie w zastosowaniach kinematograficznych.

By stworzyć iluzję ruchu, na ekranie komputera wyświetlany jest określony obraz, po czym szybko zamienia się go na następny – podobny do poprzedniego, lecz z nieznacznymi zmianami w pozycji obiektów. Technika ta jest identyczna z zastosowaniami telewizyjnymi i kinowymi.

Animacja komputerowa jest generalnie rzecz biorąc cyfrowym spadkobiercą sztuki animacji nieruchomych obiektów trójwymiarowych (np. kukiełek) i animacji poklatkowej ilustracji płaskich.

W przypadku animacji 3D, obiekty (modele) budowane (modelowane) są na ekranie komputera, po czym trójwymiarowe figury otrzymują wirtualny szkielet.

W przypadku animacji płaskich, korzysta się z oddzielnych obiektów (ilustracji) i oddzielnych przezroczystych warstw, nie zawsze zaś z wirtualnych szkieletów. Kończyny, oczy, usta, czy ubrania modelu są następnie poruszane przez animatora w kolejnych klatkach kluczowych (element łączący klatki  w procesie animacji. Klatka kluczowa tworzona przez animatora zawiera kluczową dla danej sekwencji ruchu informację na temat pozy w przypadku animacji człowieka lub rozmieszczenia elementów danej sceny w przypadku animacji obiektów. Występuje co określoną, ale niekoniecznie stałą, liczbę zwykłych klatek pośrednich).

klatki_kluczowe

Różnice wyglądu między klatkami kluczowymi są następnie przeliczane przez komputer, korzystając z procesów tweeningu (proces generowania klatek pośrednich między dwoma obrazami, sprawiający wrażenie, że pierwszy obraz rozwija się płynnie do drugiego obrazu)

tweening

i morfingu (technika przekształcania obrazu polegająca na płynnej zmianie jednego obrazu w inny, stosowana w filmie i animacji komputerowej).

morfing

Ostatnim stadium prac jest rendering (przedstawienie informacji zawartych w dokumencie elektronicznym w formie najbardziej właściwej dla danego środowiska).

W przypadku animacji trójwymiarowych konieczny jest rendering wszystkich klatek po zakończeniu modelowania. W pracach nad dwuwymiarowymi animacjami wektorowymi, proces renderingu jest tożsamy ze stworzeniem każdej klatki kluczowej, zaś klatki pośrednie są renderowane w razie potrzeb. W przypadku prezentacji, które są przeznaczone do późniejszego odtworzenia, wyrenderowane klatki są przenoszone do postaci filmu cyfrowego, lub na zewnętrzne medium (np. film). Poszczególne klatki mogą również być renderowane w czasie rzeczywistym, w trakcie przeprowadzania prezentacji materiału wideo. Animacje przesyłane przez Internet i zadowalające się niską przepustowością łącza (dwuwymiarowe animacje Flash, X3D) często korzystają z oprogramowania zainstalowanego na komputerze klienta, które renderuje materiał w czasie rzeczywistym, co stanowi przeciwwagę dla materiału przygotowanego wcześniej i przesyłanego strumieniowo przez łącza o dużej szybkości.

By oko i mózg dały się nabrać na iluzję gładko poruszającego się obiektu, kolejne klatki animacji (kompletne obrazy) powinny się pojawiać z częstotliwością co najmniej 12 razy na sekundę. Jeśli zmiany będą następować szybciej, niż 70 razy na sekundę, widz nie odczuje zwiększonego realizmu, czy gładkości animacji, co jest związane ze specyfiką przetwarzania obrazu przez oczy i mózg. Gdy częstotliwość pojawiania się nowych klatek spada poniżej 12 razy na sekundę, większość obserwatorów odczuwa „rwanie” się animacji i zauważa proces pojawiania się kolejnych klatek, co psuje iluzję realistycznie płynnego ruchu. Tradycyjnie animowane kreskówki podają widzowi w ciągu sekundy 15 nowych klatek obrazu, by możliwa była oszczędność w ilości niezbędnych do wykonania rysunków. Takie rozwiązanie jest jednak najczęściej do zaakceptowania, ze względu na samą naturę filmów rysunkowych. Przez fakt, że animacja komputerowa przedstawia widzom o wiele bardziej realistyczne efekty, w celu osiągnięcia zamierzonego efektu płynności wymagana jest większa ilość klatek przedstawianych w ciągu sekundy.

Przyczyna tego, że oko ludzkie nie odczuwa „rwania się” animacji przy wyższych częstotliwościach odświeżania obrazu leży w efekcie powidoku (zjawisko optyczne polegające na tym, że po wpatrywaniu się w jakiś kształt, a następnie odwróceniu wzroku, w oczach pojawia się na chwilę ten sam, zamazany kształt w barwie dopełniającej, np. czerwone zachodzące słońce pozostawi w oczach swój okrąg w barwie zielono-niebieskiej). Od czasu do czasu oko pracujące razem z mózgiem przechowuje obserwowane obrazy przez ułamek sekundy i wygładza automatycznie pomniejsze przeskoki. Filmy wyświetlane w kinach najczęściej w ciągu sekundy prezentują 24 klatki, co jest ilością absolutnie wystarczającą do stworzenia złudzenia ciągłego ruchu. Wiele osób daje się „nabrać” na efekt poruszania się obrazów właśnie ze względu na dużą szybkość ich prezentacji.