Animacion

Introducción

• Animación por ordenador es el conjunto de técnicas que emplean el ordenador para generación escenas que produzcan la sensación de movimiento.

• Orígenes: apoyo a los dibujantes de animación tradicional.– 1974: Una película generada por ordenador gana el festival de

Cannes– Uso masivo en la industria cinematográfica para crear efectos

especiales

• Existen procesos físicos que deben ser simulados empleando animación por ordenador: simulación de accidentes.

• La animación aporta información importante a las escenas modeladas.

Introducción

• Las animaciones más complejas requieren el uso de métodos de disciplinas muy variadas: robótica, dinámica analítica, dinámica de fluidos, biología, sistemas caóticos, psicología e inteligencia artificial.

• Considerar estos factores introduce sensación de realidad• En este tema:

– Técnicas básicas de animación tradicional– Animación asistida por ordenador– Animación generada por ordenador

– Animación controlada automáticamente

Animación tradicionalFundamentos

• Animación se refiere al proceso de generación de imágenes donde cada imagen es una alteración de la anterior.

• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente

produce la sensación de movimiento.



• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente produce la sensación de movimiento.

• Ejemplo:



• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente produce la sensación de movimiento.

• Ejemplo:

cuadros


• Ejemplo:

• Los cuadros, marcos o frames se graban en fotogramas de una película y se proyecta a una velocidad alta

cuadros


• Persistencia de la visión:– Propiedad del sistema ocular que permite la subsistencia de una

imagen en la retina durante un breve instante de tiempo.– Si llega otra imagen antes de que se desvanezca la primera, el

cerebro las funde.– Umbral crítico de fusión.– En cine se utilizan 24 cuadros por segundo.

• Gran volumen de trabajo -> técnicas específicas– Animación por cuadros clave– Animación por capas– Rotoscopia

Animación tradicionalAnimación por cuadros clave

• El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes• Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre

cuadros clave.


• El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes• Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre

cuadros clave.• Ejemplo:


• Animación por cuadros clave– El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes– Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre

cuadros clave: in-betweening

– Ejemplo:

Animación tradicionalAnimación por capas (cel animation)

• Los objetos se dibujan en acetatos transparentes

• El fondo se dibuja en otro acetato

• Las escenas se crean superponiendo capas


• Los objetos se dibujan en acetatos transparentes

• El fondo se dibuja en otro acetato

• Las escenas se crean superponiendo capas

• Ejemplo:


• Ejemplo:

• Ventajas– Permite reutilizar trabajo– Facilita la animación– Explosión de partes

Animación tradicionalRotoscopia

• Proceso:– Grabación de un movimiento complejo– Copia del movimiento por parte del dibujante

• Paso hacia la producción industrial:– Reutilización, división de tareas, especialización,

solapamiento en el tiempo.

• Los computadores entran a formar parte del proceso de producción de animación tradicional para reducir el tiempo de trabajo -> animación asistida por computador.

Animación Asistida por ComputadorIntroducción

• Objetivo:Liberar al dibujante de las actividades más tediosas. El computador sustituye al dibujante en algunas tareas.

• Tareas: – Creación de cuadros – In-betweening – Movimiento a lo largo de trayectorias

Animación Asistida por ComputadorCreación de cuadros

• Empleo de editores gráficos: – Escanear bocetos, retocarlos y colorearlos

– Guardar personajes, recuperarlos y modificarlos: librerías de personajes.

• Superposición de objetos para la animación por capas.

Animación Asistida por ComputadorIn-Betweening

• El animador especifica dos dibujos clave y el ordenador calcula los dibujos intermedios.

• Calcula puntos intermedios entre dos puntos correspondientes de los cuadros clave mediante interpolación

• Ejemplo:

Po

Pf [ ]10∈ −+ = , ),( λλλ oPfPoPP

+++= 1,

1.......,,

12,

11,0

nn

nnλ


• Cuando el objeto es más complejo es más difícil establecer la correspondencia – Modelos de esqueletos


• Modelos de esqueletos

• Ejemplo:


• Modelos de esqueletos

• Ejemplo:

• Si uno de los claves tiene más puntos que otros, se subdividen los segmentos de la imagen con menos puntos.

Animación Asistida por ComputadorMovimiento a lo largo de trayectorias

• La interpolación lineal no es adecuada porque:– Los movimientos no se suelen hacer a lo largo de trayectos

rectos.– Los cuadros intermedios están separados por un intervalo

constante en el tiempo y en el espacio -> velocidad constante.

• Las curvas P son un artificio que permite especificar trayectorias introduciendo información espacial y temporal en la misma gráfica.


• Ejemplo de Curvas P– Los símbolos de los

cuadros están equiespaciados en el tiempo.

– A mayor distancia espacial entre símbolos mayor sensación de velocidad.


• Ejemplo de Curvas P– Los símbolos de los

cuadros están equiespaciados en el tiempo.

– A mayor distancia espacial entre símbolos mayor sensación de velocidad.

– También se utilizar para realizar in-betweening

Animación Generada por ComputadorIntroducción

• En animación generada por computador se generan las escenas 3D con los métodos conocidos de I.G. y se introducen movimientos en dichas escenas

• Puede no tener nada que ver con la animación tradicional.• Realiza animaciones que un dibujante no podría crear a mano.• En animación generada por ordenador o animación 3D:

– Se especifican las escenas, dando valores a las características de las entidades que las componen.

– Se especifica la evolución temporal de los valores de las características.

• Para los instantes de tiempo en los que se deben dibujar los cuadros, se calculan los valores de las características y se hace el rendering de la escena.

Animación Generada por ComputadorTipos

• En función de qué características de qué entidades se modifiquen distinguimos los siguientes tipos de animación:– Objetos

• Posición, orientación.• Forma.• Color, transparencia.

– Cámara:• Posición.• Punto hacia el que apunta.• Apertura del angular.

– Fuentes de iluminación:• Posición.• Intensidad, Color,

Animación Generada por ComputadorTipos

• En función de cómo se especifique la evolución de las características distinguimos los siguientes tipos de animación:

– Animación basada en la forma de los objetos clave

– Animación paramétrica de cuadros clave

– Animación capturada

– Animación procedural

Animación Generada por ComputadorAnimación basada en la forma de los objetos clave

• Los objetos se definen por los valores de sus vértices.

• La animación se especifica definiendo los objetos clave y la

correspondencia entre vértices.

• Los objetos intermedios se calculan interpolando los valores de

los vértices.


• Los objetos se definen por los valores de sus vértices.

• La animación se especifica definiendo los objetos clave y la

correspondencia entre vértices

• Los objetos intermedios se calculan interpolando los valores de

los vértices

• Ejemplo:


– Fundamento del Morphing 3D o metamorfosis 3D

Animación Generada por ComputadorAnimación paramétrica de cuadros clave

• Las distintas entidades se definen por una serie de parámetros que tienen asociados.

• Se especifican los valores de dichos parámetros los

cuadros clave.

• Los valores de los parámetros en cuadros intermedios

se calculan por interpolación

Animación Generada por ComputadorAnimación paramétrica de cuadros clave

Posición(cm)

Apertura(grados)

Intensidad

Tiempo(s)

Tiempo(s)

Tiempo(s)

Animación Generada por ComputadorAnimación capturada

• Los valores de los parámetros se obtienen desde el exterior.• Conexión de dispositivos electromagnéticos.• Captura de valores y posterior aplicación a los parámetros de las

entidades de las entidades.


• Los valores de los parámetros se obtienen desde el exterior.• Conexión de dispositivos electromagnéticos.• Captura de valores y posterior aplicación a los parámetros de las

entidades de las entidades.• Ejemplo:


• Ejemplo:

• Muy utilizado en videojuegos y realidad virtual

Animación Generada por ComputadorAnimación procedural

• También llamada animación algorítmica o modelada.• Los valores de los parámetros son generados por un programa.• Los programas implementan modelos de leyes físicas: gran

realismo.


• También llamada animación algorítmica o modelada.• Los valores de los parámetros son generados por un programa.• Los programas implementan modelos de leyes físicas: gran

realismo.• Ejemplo:

)tsen( γωα += Α


• Ejemplo:

• Desaparece el concepto de clave.• Dados unos valores iniciales el sistema evoluciona.

)tsen( γωα += Α

Animación Generada por ComputadorResumen

• Tipos de animación generada por computador– En función de las características que evolucionan– Cómo se especifica la evolución

• Cuando queremos generar animaciones más complejas, hemos de recurrir al empleo de técnicas más sofisticadas que se agrupan bajo el nombre de control automático de la animación

Control Automático de AnimaciónIntroducción

• Las entidades que componen la escena están gobernadas por un procedimiento que rige su movimiento.

• En cada cuadro, el procedimiento intercambia información con otros procedimientos asociados a otras entidades.

• El movimiento se basa en módulos de Inteligencia Artificial denominados.

• Las entidades así definidas se denominan ACTORES

“Se han de cubrir 5 pasos” no se entiende

Control Automático de AnimaciónIntroducción

• Para que un sistema de ACTORES permita crear escenas que den sensación de realismo se han de resolver 5 problemas:– Cinemática inversa– Control de movimientos empleando dinámica– Considerar el impacto con el entorno– Planificación de tareas– Asociar un comportamiento a los actores

“Se han de cubrir 5 pasos” no se entiende

Control Automático de AnimaciónPaso 1: Cinemática Inversa y restricciones posicionales

• Técnica empleada para mover figuras articuladas: elementos rígidos y articulaciones.

• Usado para modelar robots y animales vertebrados


• Técnica empleada para mover figuras articuladas: elementos rígidos y articulaciones.

• Usado para modelar robots y animales vertebrados


• La forma natural de mover una figura articulada es desplazando el elemento final de la estructura de manera que éste arrastre al resto de elementos en el desplazamiento.

• Éste es el problema que intenta resolver la cinemática inversa, para una posición final del elemento extremo de una figura articulada calcular las posiciones del resto de elementos


• Complicado porque:– No todas las

articulaciones se mueven igual.

– No hay una solución única.

• Solución:– Incluir restricciones

Control Automático de AnimaciónPaso 2: Control de movimiento empleando dinámica

• La dinámica estudia el movimiento considerando las fuerzas que lo generan.

• Establecer propiedades físicas de las entidades y las fuerzas que actúan.

• El movimiento se genera aplicando las leyes de Newton y de la dinámica de fluidos.

• Complementan las las definiciones cinemáticas introduciendo realismo.

• Ejemplo: – El movimiento de un brazo no puede ser igual que el de una

pierna.

Control Automático de AnimaciónPaso 3: Considerar el impacto con el entorno

• El movimiento de un objeto tiene un impacto con el entorno y viceversa.

• Planificar trayectorias para evitar colisiones.

• Reaccionar ante las colisiones.

• Ejemplo:

– una figura humana se sienta en una silla.

Control Automático de AnimaciónPaso 4: Planificación de tareas

• Más cercano a la Inteligencia Artificial que a la animación por computador

• Descomponer la especificación de una tarea en acciones elementales para el actor.

• Ejemplo: una figura humana debe reaccionar ante la orden “responde al teléfono”. La tarea debe descomponerse– Calcula la posición del teléfono– Busca un camino hacia el teléfono– Avanzar – Coger el teléfono– Decir “hola”

Control Automático de AnimaciónPaso 5: Los actores han de tener asociado un comportamiento

• El comportamiento es función de la naturaleza del objeto

• El comportamiento se refiere a propiedades diversas– Cómo se desplazan

– Cómo se comportan ante otros actores

• Los comportamientos suelen apoyarse en módulos de inteligencia artificial.

• Ejemplo: – Bandada de pájaros

– Pecera con peces

Control Automático de AnimaciónPerspectiva actual

• 5 pasos– Cinemática inversa– Control de movimientos empleando dinámica– Considerar el impacto con el entorno– Planificación de tareas– Asociar un comportamiento a los actores

• Algunos puntos ya están resueltos en parte. En todos ellos se investiga. Los beneficios serían importantes.

Conclusiones

• Hemos estudiado: Fundamentos de animación tradicional, Animación asistida por computador, Animación generada por computador, Control automático por computador

• Un desafío de la investigación actual es crear entornos que permitan:– Integrar todas las técnicas– Introducir seres humanos– Dar sensación de realidad

• Parece un objetivo a muy largo plazo, pero la evolución es vertiginosa

• Existen entornos de animación comerciales que integran estas técnicas

Pepito:Pepito:

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