История компьютерной анимации

История началась компьютерной анимации еще в 1940-х и 1950-х годах, когда люди начали экспериментировать с компьютерной графикой – в первую очередь Джоном Уитни . И только к началу 1960-х годов, когда цифровые компьютеры получили широкое распространение, расцвели новые возможности для инновационной компьютерной графики. Первоначально использование было в основном в научных, инженерных и других исследовательских целях, но к середине 1960-х годов начали появляться художественные эксперименты, в первую очередь со стороны доктора Томаса Калверта. К середине 1970-х годов многие подобные усилия начали появляться в средствах массовой информации. Большая часть компьютерной графики в то время включала в себя двухмерные изображения, хотя по мере повышения мощности компьютеров акцент все больше становился на достижение трехмерного реализма. К концу 1980-х годов фотореалистичная 3D-анимация начала появляться в кинофильмах, а к середине 1990-х годов достигла такой степени, что 3D-анимацию можно было использовать для производства всего художественного фильма.

Первые пионеры: 1940-е — середина 1960-

Джон Уитни

Джон Уитни-старший (1917–1995) был американским аниматором, композитором и изобретателем, которого многие считают одним из отцов компьютерной анимации. В 1940-х и 1950-х годах он и его брат Джеймс создали серию экспериментальных фильмов, снятых с помощью специально изготовленного устройства на основе старых зенитных аналоговых компьютеров ( предсказателей Керрисона ), соединенных сервоприводами для управления движением огней и освещенных объектов — Первый пример фотографии с управлением движением . Одной из самых известных работ Уитни этого раннего периода была анимационная заставка из фильма Альфреда Хичкока 1958 года «Головокружение» . над которым он сотрудничал с графическим дизайнером Солом Бассом . В 1960 году Уитни основал свою компанию Motion Graphics Inc, которая в основном занималась производством фильмов и телевидения, продолжая при этом дальнейшие экспериментальные работы. В 1968 году его новаторская фотография модели управления движением была использована в Стэнли Кубрика фильме «2001: Космическая одиссея» , а также для техники щелевой фотографии, использованной в финале фильма «Звездные врата».

Первое цифровое изображение

Одним из первых программируемых цифровых компьютеров был SEAC (Восточный автоматический компьютер по стандартам), который поступил на вооружение в 1950 году в Национальном бюро стандартов (NBS) в Мэриленде, США. В 1957 году пионер компьютеров Рассел Кирш и его команда представили барабанный сканер для SEAC, чтобы «отслеживать изменения интенсивности на поверхности фотографий», и таким образом сделали первое цифровое изображение путем сканирования фотографии. Изображение трехмесячного сына Кирша состояло всего из 176×176 пикселей . Они использовали компьютер для извлечения штриховых рисунков, подсчета объектов, распознавания типов символов и отображения цифровых изображений на экране осциллографа . Этот прорыв можно рассматривать как предшественник всех последующих компьютерных изображений, и, признавая важность этой первой цифровой фотографии, журнал Life в 2003 году включил это изображение в число «100 фотографий, которые изменили мир».

С конца 1950-х и начала 1960-х годов цифровые компьютеры-мейнфреймы стали обычным явлением в крупных организациях и университетах, и они все чаще оснащались устройствами графической печати и графическими экранами. Следовательно, начало открываться новое поле экспериментов.

Первый компьютерный фильм

была создана 49-секундная векторная анимация автомобиля, едущего по запланированному шоссе В 1960 году в Шведском королевском технологическом институте на компьютере BESK . Консалтинговая фирма Nordisk ADB, которая была поставщиком программного обеспечения для Шведского королевского дорожного и водного строительства, поняла, что у них есть все координаты, чтобы иметь возможность с места водителя нарисовать перспективу автомагистрали, ведущей из Стокгольма в сторону Наки. Перед специально сконструированным цифровым осциллографом с разрешением около 1 Мп на специально изготовленной подставке устанавливалась 35-мм камера с удлиненным магазином. Камера автоматически управлялась компьютером, который посылал на камеру сигнал, когда на осциллограф поступало новое изображение. Он делал снимки каждые двадцать метров (ярдов) виртуального пути. Результатом этого стало вымышленное путешествие по виртуальному шоссе со скоростью 110 км/ч (70 миль в час). Короткометражный мультфильм был показан 9 ноября 1961 года в прайм-тайм в программе новостей национального телевидения Aktuellt.

Лаборатории Белла

Bell Labs в Мюррей-Хилл, штат Нью-Джерси, с момента своего основания в начале 1960-х годов была ведущим научным сотрудником в области компьютерной графики, компьютерной анимации и электронной музыки. Первоначально исследователи интересовались тем, для чего можно заставить компьютер, но результаты визуальной работы, созданной компьютером в этот период, сделали таких людей, как Эдвард Заяк, Майкл Нолл и Кен Ноултон , новаторскими компьютерными художниками.

Эдвард Заяк снял один из первых компьютерных фильмов в Bell Labs в 1963 году под названием с двумя гирогравитационными градиентами» управления ориентацией « Система , который продемонстрировал, что спутник можно стабилизировать, чтобы всегда иметь сторону, обращенную к Земле, когда он вращается по орбите.

Кен Ноултон разработал анимационную систему Beflix (Bell Flicks) в 1963 году, которая использовалась для производства десятков художественных фильмов художников Стэна ВанДерБика , Ноултона и Лилиан Шварц . Вместо сырого программирования Beflix работал с использованием простых «графических примитивов», таких как рисование линии, копирование региона, заливка области, масштабирование области и тому подобное.

В 1965 году Майкл Нолл создал компьютерные стереографические 3D-фильмы, в том числе балет фигурок, движущихся по сцене. В некоторых фильмах также были показаны четырехмерные гиперобъекты, проецированные в три измерения. Примерно в 1967 году Нолл использовал технику 4-D анимации для создания компьютерно-анимированных заголовков для короткометражного коммерческого фильма « Невероятная машина» (производства Bell Labs) и телешоу « Необъяснимое» (продюсера Уолта ДеФариа). В это время было также реализовано множество проектов в других областях.

Боинг-Уичито

В 1960-х годах Уильям Феттер работал графическим дизайнером компании Boeing в Уичито , и ему приписывают создание фразы «компьютерная графика» для описания того, что он делал в Boeing в то время (хотя сам Феттер приписывал это коллеге Верну Хадсону). Работа Феттера включала в 1964 году разработку эргономических описаний человеческого тела, которые были бы одновременно точными и адаптируемыми к различным средам, в результате чего были созданы первые трехмерные анимированные каркасные фигуры. Такие человеческие фигуры стали одними из самых знаковых изображений ранней истории компьютерной графики, и их часто называли «Человек Боинг». Феттер умер в 2002 году.

Иван Сазерленд

Многие считают Ивана Сазерленда создателем интерактивной компьютерной графики и пионером Интернета. В 1962 году он работал в Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института ( Массачусетский технологический институт ), где разработал программу под названием Sketchpad I , которая позволяла пользователю напрямую взаимодействовать с изображением на экране. Это был первый графический интерфейс пользователя , и он считается одной из самых влиятельных компьютерных программ, когда-либо написанных человеком.

Середина 1960-х — середина 1970-х годов

Университет Юты

В тот период Юта была крупным центром компьютерной анимации. Факультет информатики был основан Дэвидом Эвансом в 1965 году, и многие базовые методы 3-D компьютерной графики были разработаны здесь в начале 1970-х годов при финансовой поддержке ARPA ( Агентства перспективных исследовательских проектов ). Результаты исследований включали затенение Гуро, Фонга и Блинна, наложение текстур, скрытых поверхностей алгоритмы , подразделение криволинейных поверхностей , оборудование для рисования линий и отображения растровых изображений в реальном времени, а также ранние работы в области виртуальной реальности. По словам Роберта Ривлина в его книге 1986 года «Алгоритмическое изображение: графическое видение компьютерной эпохи» , «почти каждый влиятельный человек в современном сообществе компьютерной графики либо прошел через Университет Юты, либо каким-то образом соприкоснулся с ним» .

Эванс и Сазерленд

В 1968 году Иван Сазерленд объединился с Дэвидом Эвансом и основал компанию Evans & Sutherland — оба были профессорами факультета компьютерных наук Университета Юты, и компания была создана для производства нового оборудования, предназначенного для запуска систем, разрабатываемых в Университет. Многие такие алгоритмы позже привели к созданию значительных аппаратных реализаций, включая Geometry Engine , головной дисплей , буфер кадров и симуляторы полета . Большинство сотрудников были активными или бывшими студентами, в их число входили Джим Кларк, основавший Silicon Graphics в 1981 году, Эд Кэтмалл , соучредитель Pixar в 1979 году, и Джон Уорнок из Adobe Systems в 1982 году.

персонаж, Николай

В 1968 году группа советских физиков и математиков во главе с Н. Константиновым создала математическую модель движения кошки. На ЭВМ БЭСМ-4 была разработана программа решения обыкновенных дифференциальных уравнений для этой модели. Компьютер напечатал на бумаге сотни кадров с использованием символов алфавита, которые позже были последовательно сняты на видео, создав таким образом первую компьютерную анимацию персонажа — идущего кота.

Штат Огайо

Чарльз Цури , художник из Университета штата Огайо (OSU), начал экспериментировать с применением компьютерной графики в искусстве в 1963 году. Его усилия привели к созданию известной исследовательской лаборатории компьютерной графики, получившей финансирование от Национального научного фонда и других государственных и частных агентств. . Работа в OSU вращалась вокруг языков анимации, сложных сред моделирования, пользовательских интерфейсов, описаний движений людей и существ и других областей, представляющих интерес для этой дисциплины.

Кибернетическая прозорливость

В июле 1968 года художественный журнал Studio International опубликовал специальный выпуск под названием «Кибернетическая интуиция – компьютер и искусство» , в котором каталогизировалась обширная коллекция предметов и примеров работ, выполняемых в области компьютерного искусства в организациях по всему миру. демонстрировался на выставках в Лондоне, Великобритания, Сан-Франциско, Калифорния. и Вашингтон, округ Колумбия. Это стало важной вехой в развитии этого средства массовой информации и, по мнению многих, оказало широкое влияние и вдохновило. Помимо всех упомянутых выше примеров, два других особенно известных знаковых образа из этой книги включают «Хаос в порядок». Чарльзом Цури (часто называемым Колибри ), созданным в Университете штата Огайо в 1967 году, и Бегущая Кола – это Африка Масао Комура и Кодзи Фуджино, созданный в Computer Technique Group, Япония, также в 1967 году.

Сканимате

Первой машиной, которая привлекла широкое внимание общественности в средствах массовой информации, была Scanimate , аналоговая компьютерная анимационная система, разработанная и построенная Ли Харрисоном из Computer Image Corporation в Денвере. Примерно с 1969 года системы Scanimate использовались для создания большей части видеоанимации, которую можно было увидеть по телевидению в рекламных роликах, заголовках шоу и другой графике. Он мог создавать анимацию в реальном времени , что было большим преимуществом перед цифровыми системами того времени.

кинематографии Канады

Национальный совет по кинематографии Канады , уже являвшийся мировым центром анимационного искусства, также начал экспериментировать с компьютерными технологиями в 1969 году. Самым известным из первых пионеров этого процесса был художник Питер Фолдс , который закончил «Метаданные» в 1971 году. Этот фильм включал в себя рисунки, анимированные путем постепенного перехода от одного изображения к другому, техника, известная как «интерполяция» (также известная как «промежуточное соединение»). или «морфинг»), который также фигурировал в ряде более ранних образцов искусства 1960-х годов. В 1974 году Фолдс завершил работу над фильмом «Голод / La Faim» , который был одним из первых фильмов, в которых была показана сплошная заливка (растровое сканирование), и был удостоен приза жюри в категории короткометражных фильмов на Каннском кинофестивале 1974 года , а также премии «Оскар». номинация.

Компьютерная лаборатория

Компьютерная лаборатория Атласа недалеко от Оксфорда на протяжении многих лет была крупным центром компьютерной анимации в Великобритании. Первым развлекательным мультфильмом стал «Гибкая ножка » Тони Притчетта, который впервые был показан публично на выставке «Кибернетическая прозорливость» в 1968 году. Художник Колин Эммет и аниматор Алан Китчинг впервые разработали сплошную цветопередачу в 1972 году, в частности, для заглавной анимации для BBC « Берк специальной телепрограммы ».

В 1973 году Китчинг разработал программное обеспечение под названием «Antics», которое позволяло пользователям создавать анимацию без необходимости какого-либо программирования. Пакет в целом был основан на традиционных методах «цел» (целлулоида), но с широким набором инструментов, включая эффекты камеры и графики, интерполяцию («промежуточное соединение» / «морфинг»), использование скелетных фигур и наложений сетки. Любое количество рисунков или кадров можно было анимировать одновременно, «хореографируя» их неограниченным количеством способов, используя различные типы «движений». В то время была доступна только черно-белая печать на плоттере, но Antics могла производить полноцветную печать, используя Technicolor трехполосный процесс название Antics было придумано как ANimated от Technicolor - Image Computer System аббревиатура . Поэтому . Antics использовался во многих анимационных работах, в том числе в первом полном документальном фильме « Конечные элементы» , снятом для самой лаборатории Атласа в 1975 году.

Примерно с начала 1970-х годов в разработке компьютерной анимации основное внимание уделялось все большему реализму трехмерных изображений и визуальным эффектам, предназначенным для использования в художественных фильмах.

фильме

Первым художественным фильмом, в котором использовалась цифровая обработка изображений , был фильм 1973 года «Мир Дикого Запада» , научно-фантастический фильм, написанный и снятый писателем Майклом Крайтоном , в котором гуманоидные роботы живут среди людей. Джон Уитни-младший и Гэри Демос из Information International, Inc. обработали кинофильмы в цифровом формате, чтобы они выглядели пикселизированными андроида-Стрелка , чтобы изобразить точку зрения . Портретная съемка кинематографических блоков была выполнена с использованием трехполосного процесса Technicolor для цветоделения каждого кадра исходных изображений, затем их сканирования для преобразования в прямоугольные блоки в соответствии со значениями тонов и, наконец, вывода результата обратно на пленку. Этот процесс был описан в статье американского кинематографиста «За кулисами Мира Дикого Запада».

СИГГРАФ

Сэм Матса, чей опыт работы с графикой начался с проекта APT в Массачусетском технологическом институте с Дугом Россом и Энди Ван Дамом, в 1967 году подал прошение в Ассоциацию вычислительной техники (ACM) о создании SIGGRAPH (Комитета по особым интересам по компьютерной графике), предшественника ACM SIGGRAPH . В 1974 году открылась первая конференция SIGGRAPH по компьютерной графике. Эта ежегодная конференция вскоре стала доминирующим местом для презентации инноваций в этой области.

: середина 1970-х — 1980-е

Ранняя 3-D анимация в кино

Первое использование 3-D каркасных изображений в массовом кино было в продолжении фильма «Мир Дикого Запада» , «Мир будущего» (1976), режиссером которого был Ричард Т. Хеффрон. На нем были изображены компьютерная рука и лицо, созданные аспирантами Университета Юты Эдвином Кэтмаллом и Фредом Парком , которые первоначально появились в их экспериментальном короткометражном фильме 1972 года «Компьютерная анимированная рука» . В том же фильме также были представлены отрывки из экспериментального короткометражного фильма 1974 года « Лица и части тела» . Короткометражный , получивший премию «Оскар» анимационный фильм «Великий» 1975 года о жизни викторианского инженера Изамбарда Кингдома Брюнеля , содержит краткий эпизод вращающейся каркасной модели последнего проекта Брюнеля — железного парохода SS Great Eastern . Третий фильм, в котором используется этот фильм. технологией были «Звездные войны» (1977), написанные и поставленные Джорджем Лукасом , с каркасными изображениями в сценах с планами «Звезды Смерти», компьютерами наведения в истребителях «X-wing» и космическом корабле «Тысячелетний сокол» .

В Уолта Диснея фильме «Черная дыра» (1979, режиссер Гэри Нельсон) для изображения главной черной дыры использовалась каркасная визуализация с использованием оборудования инженеров Диснея. В том же году в научно-фантастическом фильме ужасов «Чужой » режиссера Ридли Скотта также использовалась каркасная графика модели, в данном случае для рендеринга навигационных мониторов космического корабля. Видео было снято Колином Эмметом в компьютерной лаборатории Атласа.

Нельсон Макс

Хотя Ливерморская лаборатория Лоуренса в Калифорнии в основном известна как центр научных исследований высокого уровня, на протяжении всего этого периода она продолжала добиваться значительных успехов в компьютерной анимации. В частности, Нельсон Макс, который присоединился к Лаборатории в 1971 году и чей фильм 1976 года « Выворачивание сферы наизнанку» считается одним из классических ранних фильмов в жанре кино (Международное кинобюро, Чикаго, 1976). Он также создал серию «реалистичных» анимационных моделей молекулярных моделей, которые продемонстрировали будущую роль CGI ( компьютерных изображений ) в научной визуализации. Его исследовательские интересы были сосредоточены на реализме изображений природы, молекулярной графике, компьютерной анимации и научной трехмерной визуализации. Позже он работал директором по компьютерной графике в павильонах Fujitsu на выставках Expo 85 и 90 в Японии.

ОТКРЫТЬ

В 1974 году Алекс Шур, богатый нью-йоркский предприниматель, основал Лабораторию компьютерной графики (CGL) в Нью-Йоркском технологическом институте (NYIT). Он собрал самую сложную студию того времени, оснащенную самыми современными компьютерами, кино- и графическим оборудованием, и нанял для ее управления ведущих технологических экспертов и художников – Эда Кэтмелла , Малкольма Бланшара, Фреда Парка и других, все из Юты, а также других. со всей страны, включая Ральфа Гуггенхайма , Элви Рэя Смита и Эда Эмшвиллера . В конце 1970-х годов сотрудники компании внесли большой инновационный вклад в методы рендеринга изображений и создали множество влиятельных программ, включая анимационную программу Tween , программу рисования Paint и анимационную программу SoftCel . Несколько видео из NYIT стали довольно известными: Sunstone Эда Эмшвиллера , Inside a Quark Неда Грина и The Works . Последний, написанный Лэнсом Уильямсом , был начат в 1978 году и должен был стать первым полнометражным компьютерным фильмом, но он так и не был завершен, хотя трейлер к нему был показан на SIGGRAPH 1982. В те годы многие считали, что NYIT CGI Lab — ведущая в мире группа по исследованиям и разработкам компьютерной анимации.

Качество работы NYIT привлекло внимание Джорджа Лукаса, который был заинтересован в разработке средства создания визуальных эффектов CGI в своей компании Lucasfilm . В 1979 году он нанял лучших специалистов из NYIT, в том числе Кэтмелла, Смита и Гуггенхайма, чтобы основать свое подразделение, которое позже выделилось в Pixar , основанное в 1986 году при финансовой поддержке Apple Inc. соучредителя Стива Джобса .

Кадровый буфер

Буфер кадра или хранилище кадров — это графический экран, оснащенный буфером памяти , содержащим данные для полного изображения экрана. Обычно это прямоугольный массив ( растр ) пикселей , а количество пикселей по ширине и высоте является его «разрешением». Значения цвета, хранящиеся в пикселях, могут быть от 1 бита (монохромный) до 24 бит (настоящий цвет, по 8 бит для RGB — красный, зеленый и синий) или также 32 бита с дополнительными 8 битами. биты, используемые в качестве маски прозрачности ( альфа-канал ). До появления кадрового буфера графические изображения были векторными и отображали прямые линии от одной координаты к другой. В 1948 году в компьютере Manchester Baby использовалась лампа Уильямса , где памятью служил также 1-битный дисплей. Ранний (возможно, первый известный) пример кадрового буфера был разработан в 1969 году А. Майклом Ноллом из Bell Labs . Эта ранняя система имела всего 2 бита, что давало ей 4 уровня шкалы серого. Более поздний дизайн имел цвет и использовал больше битов. Лори Шпигель реализовала в Bell Labs простую программу рисования, позволяющую пользователям «рисовать» непосредственно в фреймбуфере.

Разработка микросхем МОП-памяти ( память металл-оксид-полупроводник ) интегральных , особенно ) высокой плотности микросхем DRAM (динамическое оперативное запоминающее устройство с объемом памяти не менее 1   КБ , сделала практичным создание цифровой системы памяти с кадровыми буферами, способными хранения стандартной четкости (SD). видеоизображения Это привело к разработке SuperPaint системы Ричардом Шупом из Xerox PARC в 1972–1973 годах. Он использовал кадровый буфер, отображающий 640 × 480 пикселей (стандартное разрешение видео NTSC ) с восьмибитной глубиной (256 цветов). Программное обеспечение SuperPaint содержало все основные элементы более поздних пакетов рисования, позволяя пользователю рисовать и изменять пиксели, используя палитру инструментов и эффектов, и тем самым делало его первым комплексным компьютерным аппаратным и программным решением для рисования и редактирования изображений. Шуп также экспериментировал с изменением выходного сигнала с помощью таблиц цветов, чтобы позволить системе воспроизводить более широкий спектр цветов, чем ограниченный 8-битный диапазон, который она содержала. Эта схема позже стала обычным явлением в компьютерных кадровых буферах. Кадровый буфер SuperPaint также можно использовать для захвата входных изображений из видео.

Первый коммерческий фреймбуфер был выпущен в 1974 году компанией Evans & Sutherland . Он стоил около 15 000 долларов, имел разрешение 512 на 512 пикселей и 8-битную шкалу серого и хорошо продавался исследователям графики, у которых не было ресурсов для создания собственного фреймбуфера. Чуть позже NYIT создал первый полноцветный 24-битный кадровый буфер RGB , используя три кадровых буфера Evans & Sutherland, соединенных вместе в одно устройство с помощью миникомпьютера. Многие из «новинок», произошедших в NYIT, были основаны на разработке этой первой системы растровой графики.

В 1975 году британская компания Quantel , основанная в 1973 году Питером Майклом, выпустил первый коммерческий полноцветный вещательный буфер кадров Quantel DFS 3000. Впервые он был использован в телевизионных репортажах Олимпийских игр в Монреале 1976 года для создания вставки «картинка в картинке» с изображением пылающего олимпийского факела, в то время как на остальной части изображения был изображен бегун. вход на стадион. Технология кадрового буфера стала краеугольным камнем для будущего развития продуктов цифрового телевидения.

) стало возможным К концу 1970-х годов для персональных компьютеров (таких как Apple II содержать кадровые буферы с низким содержанием цветов. Однако настоящая революция в этой области произошла только в 1980-х годах, когда в автономные рабочие станции были включены кадровые буферы, способные хранить стандартное видеоизображение. К 1990-м годам фреймбуферы в конечном итоге стали стандартом для всех персональных компьютеров.

Фракталы

В это время важным шагом вперед к повышению реализма в 3D-анимации стало развитие « фракталов ». Этот термин был придуман в 1975 году математиком Бенуа Мандельбротом , который использовал его для расширения теоретической концепции дробных размеров на геометрические закономерности в природе, и опубликовал в английском переводе свою книгу «Фракталы: форма, случайность и размерность» в 1977 году.

В 1979–80 годах первый фильм с использованием фракталов для создания графики был снят Лорен Карпентер из Boeing. Названный Vol Libre , он показал полет над фрактальным ландшафтом и был представлен на выставке SIGGRAPH 1980. Впоследствии Карпентер был нанят Pixar для создания фрактальной планеты в эпизоде ​​«Эффект Бытия» фильма «Звездный путь 2: Гнев Хана» в июне 1982 года.

и Джим

Боб Хольцман из НАСА в Калифорнии основал Лабораторию компьютерной графики Лаборатории реактивного движения в 1977 году как группу, обладающую технологическим опытом в визуализации данных , Лаборатории реактивного движения возвращаемых миссиями НАСА. По совету Ивана Сазерленда Хольцман нанял аспиранта из Юты по имени Джим Блинн . Блинн работал с методами визуализации в Юте и превратил их в систему для задач НАСА по визуализации. Он создал серию широко известных симуляций «пролетов», в том числе «Вояджер» , «Пионер» и «Галилео» пролеты космических кораблей Юпитера, Сатурна и их спутников. Он также работал с Карлом Саганом , создавая анимацию для его «Космос: Личное путешествие» сериала . Блинн разработал множество влиятельных новых методов моделирования и написал о них статьи для IEEE (Института инженеров по электротехнике и электронике) в их журнале «Компьютерная графика и приложения» . Некоторые из них включали картографирование окружающей среды, улучшенное моделирование светлых участков, моделирование «капель», моделирование морщинистых поверхностей, а также моделирование торцов и пыльных поверхностей.

Позже, в 1980-х годах, Блинн разработал CGI-анимацию для Annenberg/CPB телесериала «Механическая вселенная» , который состоял из более чем 500 сцен для 52 получасовых программ, описывающих концепции физики и математики для студентов колледжей. Затем он выпустил еще одну серию, посвященную математическим концепциям, под названием Project Mathematics! .

Фотография

Фотография с управлением движением — это метод, в котором компьютер используется для записи (или указания) точного движения пленочной камеры во время съемки, чтобы это движение можно было точно продублировать снова или, альтернативно, на другом компьютере и объединить с движением других объектов. источники, такие как элементы CGI. Ранние формы управления движением восходят к работе Джона Уитни 1968 года над фильмом «Космическая одиссея 2001 года» и эффектам к фильму 1977 года « Звёздные войны. Эпизод IV: Новая надежда » , созданному недавно созданной Джорджем Лукасом компанией Industrial Light & Magic в Калифорнии. (ИЛМ). Компания ILM создала камеру с цифровым управлением, известную как Dykstraflex , которая выполняла сложные и повторяемые движения вокруг неподвижных моделей космических кораблей, позволяя более точно согласовывать отдельно снятые элементы (космические корабли, фон и т. д.) друг с другом. Однако ни один из них на самом деле не был основан на компьютере — Dykstraflex представлял собой, по сути, изготовленный по индивидуальному заказу набор ручек и переключателей с проводной проводкой. Первая коммерческая компьютерная система управления движением и CGI была разработана в 1981 году в Великобритании дизайнером Moving Picture компании Биллом Мэзером .

Программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики

Программное обеспечение для компьютерной 3D-графики начало появляться для домашних компьютеров в конце 1970-х годов. Самый ранний известный пример — 3D Art Graphics , набор эффектов компьютерной 3D-графики , написанный Кадзумаса Митазавой и выпущенный в июне 1978 года для Apple II .

1980-е годы

В 80-е годы произошло значительное распространение радикальных новых разработок в коммерческом оборудовании, особенно внедрение технологий кадрового буфера в графические рабочие станции, в сочетании с постоянным развитием компьютерной мощности и доступности.

Silicon Graphics, Inc (SGI)

Silicon Graphics , Inc (SGI) — производитель высокопроизводительного компьютерного оборудования и программного обеспечения, основанный в 1981 году Джимом Кларком . Его идея, названная Geometry Engine , заключалась в создании серии компонентов в процессоре СБИС , которые выполняли бы основные операции, необходимые для синтеза изображений — матричные преобразования, обрезку и операции масштабирования, обеспечивающие преобразование для просмотра пространства. Кларк попытался продать свою разработку компьютерным компаниям, но, не найдя желающих, он и его коллеги из Стэнфордского университета в Калифорнии основали собственную компанию Silicon Graphics.

Первым продуктом SGI (1984 г.) была IRIS (интегрированная система растрового изображения). Он использовал процессор M68000 с тактовой частотой 8 МГц, памятью до 2 МБ, специальный буфер кадров 1024×1024 и Geometry Engine, что обеспечивало рабочей станции впечатляющую мощность генерации изображений. Ее первоначальным рынком были терминалы с 3D-графикой, но продукты, стратегии и рыночные позиции SGI со временем значительно изменились и в течение многих лет были предпочтительным выбором для компаний CGI в кино, телевидении и других областях.

Квантель

В 1981 году Quantel выпустила Paintbox , первую готовую систему вещательного качества, предназначенную для создания и компоновки телевизионного видео и графики. Его дизайн подчеркивал эффективность рабочего процесса студии, необходимую для производства новостей в прямом эфире. По сути, это был фреймбуфер с инновационным пользовательским программным обеспечением, который быстро находил применение в новостях, погоде, рекламных объявлениях станций, рекламных роликах и тому подобном. Хотя по сути это был инструмент проектирования неподвижных изображений, его также иногда использовали для покадровой анимации. После своего первого запуска он произвел революцию в производстве телевизионной графики, и некоторые Paintbox до сих пор используются благодаря их качеству изображения и универсальности.

За ним в 1982 году последовал Quantel Mirage , или DVM8000/1 «Цифровой видеоманипулятор», цифровой процессор видеоэффектов в реальном времени. Это было основано на собственном оборудовании Quantel, а также на компьютере Hewlett-Packard для создания пользовательских программных эффектов. Он был способен искажать прямой видеопоток, накладывая его текстуру на произвольную трехмерную форму, вокруг которой зритель мог свободно вращаться или масштабировать в реальном времени. Он также может интерполировать или трансформироваться между двумя разными формами. Он считался первым процессором 3D-видеоэффектов в реальном времени и прародителем последующих машин DVE (цифровых видеоэффектов). В 1985 году Quantel выпустила «Harry», первую полностью цифровую систему нелинейного монтажа и создания эффектов.

Университет Осаки

В 1982 году японский университет Осаки разработал систему компьютерной графики LINKS-1 — суперкомпьютер , в котором использовалось до 257 Zilog Z8001 микропроцессоров , используемых для рендеринга реалистичной 3D компьютерной графики . По данным Общества обработки информации Японии: «В основе рендеринга 3D-изображений лежит вычисление яркости каждого пикселя, составляющего визуализированную поверхность, с учетом заданной точки обзора, источника света и положения объекта. Система LINKS-1 была разработана для реализации методология рендеринга изображений, в которой каждый пиксель может обрабатываться независимо друг от друга с помощью трассировки лучей . Разработав новую методологию программного обеспечения специально для высокоскоростного рендеринга изображений, LINKS-1 смог быстро визуализировать очень реалистичные изображения». Он был «использован для создания первого в мире 3D- похожего на планетарий видео всего неба, , которое было полностью сделано с помощью компьютерной графики. Видео было представлено в павильоне Fujitsu на Международной выставке 1985 года в Цукубе ». LINKS-1 был самым мощным компьютером в мире по состоянию на 1984 год.

анимационные фильмы в Монреальском университете

В 80-х годах Монреальский университет был в авангарде компьютерной анимации, выпустив три успешных короткометражных 3-D анимационных фильма с 3-D персонажами.

В 1983 году Филипп Бержерон, Надя Магненат Тельманн и Дэниел Тельманн сняли «Полет мечты» , который считается первым 3D-фильмом, рассказывающим историю. Фильм был полностью запрограммирован с использованием графического языка MIRA. расширение языка программирования Паскаль, основанное на абстрактных графических типах данных . Фильм получил несколько наград и был показан на SIGGRAPH киношоу '83.

В 1985 году Пьер Лашапель, Филипп Бержерон, Пьер Робиду и Даниэль Ланглуа поставили «Тони де Пельтри» , в котором показан первый анимированный человеческий персонаж, выражающий эмоции посредством мимики и движений тела, что затронуло чувства зрителей. Премьера фильма «Тони де Пельтри» стала заключительным фильмом SIGGRAPH '85.

В 1987 году Инженерный институт Канады отметил свое 100-летие. Крупное мероприятие, спонсируемое Bell Canada и Northern Telecom (ныне Nortel ), было запланировано на площади Искусств в Монреале. Для этого мероприятия Надя Магненат Тельманн и Дэниел Тельманн смоделировали встречу Мэрилин Монро и Хамфри Богарта в кафе в старом районе Монреаля. Короткометражный фильм « Свидание в Монреале». был показан на многочисленных фестивалях и телеканалах по всему миру.

Sun Microsystems, Inc

Компания Sun Microsystems была основана в 1982 году Энди Бехтольшеймом вместе с другими аспирантами Стэнфордского университета . Первоначально Бехтольсхайм разработал компьютер SUN как персональную рабочую станцию ​​САПР для сети Стэнфордского университета (отсюда и аббревиатура «SUN»). Он был разработан на базе процессора Motorola 68000 с операционной системой Unix и виртуальной памятью и, как и SGI, имел встроенный кадровый буфер. Более поздние разработки включали компьютерные серверы и рабочие станции, построенные на собственной процессорной архитектуре на базе RISC, а также набор программных продуктов, таких как операционная система Solaris и платформа Java. К 90-м годам рабочие станции Sun были популярны для рендеринга в кинопроизводстве 3-D CGI — например, в фильме Disney - Pixar 1995 года «История игрушек» использовалась ферма рендеринга из 117 рабочих станций Sun. Sun была сторонницей открытых систем в целом и Unix в частности, а также внесла большой вклад в разработку программного обеспечения с открытым исходным кодом .

кинематографии Канады

Французскоязычная анимационная студия NFB основала свой Центр анимации в 1980 году стоимостью 1 миллион канадских долларов с командой из шести специалистов по компьютерной графике. NFB Первоначально подразделению было поручено создать стереоскопические CGI-последовательности для 3-D IMAX- фильма «Переходы» для выставки Expo 86 . В штат Центра анимации входил Даниэль Ланглуа , который ушел в 1986 году, чтобы основать Softimage .

анимационная система трансляции

Также в 1982 году японская компания Nippon Univac Kaisha («NUK», позже объединившаяся с Burroughs ) выпустила первую полную систему «под ключ», разработанную специально для создания анимации вещательного стандарта, и включала в себя программное обеспечение для компьютерной анимации Antics 2-D, разработанное Аланом Китчинг из его более ранних версий. Конфигурация была основана на компьютере VAX 11/780 , подключенном к 1-дюймовому видеомагнитофону Bosch через собственный кадровый буфер NUK. Этот буфер кадров также показывал мгновенные повторы анимированных векторных последовательностей в реальном времени («тест строки»), хотя окончательная полноцветная запись занимала много секунд на кадр. Полная система была успешно продана вещательным компаниям и компаниям по производству анимации по всей Японии. Позже, в 80-х, Китчинг разработал версии Antics для платформ SGI и Apple Mac , и они получили более широкое глобальное распространение.

3D компьютерная графика

Первым полнометражным кинофильмом, в котором широко использовалась надежная трехмерная компьютерная графика, стал » Уолта Диснея , «Трон снятый Стивеном Лисбергером в 1982 году. Этот фильм считается важной вехой в индустрии, хотя на его анимацию было потрачено менее двадцати минут. фактически используемые — в основном сцены, показывающие цифровую «местность» или включающие такие транспортные средства, как световые мотоциклы , танки и корабли. Для создания сцен компьютерной графики Дисней обратился к четырем ведущим фирмам того времени по компьютерной графике: Information International Inc , Robert Abel and Associates (обе в Калифорнии), MAGI и Digital Effects (обе в Нью-Йорке). Каждый работал над отдельным аспектом фильма, без какого-либо особого сотрудничества. «Трон» имел кассовые сборы, собрав 33 миллиона долларов при бюджете в 17 миллионов долларов.

В 1984 году за «Троном» последовал «Последний звездный истребитель» производства Universal Pictures / Lorimar , снятый Ником Кастлом , и это был один из первых фильмов в кино, в котором использовалась обширная компьютерная графика для изображения множества звездолетов, окружающей среды и боевых сцен. Это был большой шаг вперед по сравнению с другими фильмами того времени, такими как «Возвращение джедая» , в которых все еще использовались традиционные физические модели. Компьютерная графика для фильма была разработана художником Роном Коббом и визуализирована компанией Digital Productions на суперкомпьютере Cray X-MP . Всего было создано 27 минут законченного компьютерного материала, что по тем временам считалось огромным количеством. По оценкам компании, использование компьютерной анимации требует вдвое меньше времени и от половины до трети стоимости традиционных визуальных эффектов. Фильм имел финансовый успех, заработав более 28 миллионов долларов при ориентировочном бюджете в 15 миллионов долларов.

Промежуточное соединение и морфинг

Термины «промежуточное соединение» и «морфинг» часто используются как взаимозаменяемые и означают создание последовательности изображений, в которой одно изображение постепенно, небольшими шагами, плавно трансформируется в другое изображение. Графически ранним примером может служить знаменитая карикатура Шарля Филипона 1831 года, на которой французский король Луи-Филипп превращается в грушу (метаморфоза). « Инбетвининг » (также известный как «анимация») — это термин, специально придуманный для традиционной техники анимации, ранний пример которого содержится в книге Э.Г.Лутца « Анимированные мультфильмы» 1920 года . В компьютерной анимации промежуточный режим использовался с самого начала (например, Джон Уитни в 50-х, Чарльз Цури и Масао Комура в 60-е). Эти новаторские примеры были векторными и включали только контурные рисунки (что также было обычным в традиционной технике анимации) и часто математически описывались как « интерполяция ». Промежуточные цвета со сплошной заливкой появились в начале 70-х годов (например, «Шалости» Алана Китчинга в Atlas Lab , 1973, и Питер Фолдс « La Faim» на NFBC , 1974 год. ), но они по-прежнему были полностью векторными.

Термин «морфинг» не входил в употребление до конца 80-х годов, когда он конкретно применялся к компьютерному взаимодействию с фотографическими изображениями — например, для плавной трансформации одного лица в другое. В этом методе используются сетки (или «сетки»), наложенные на изображения, чтобы очертить форму ключевых особенностей (глаз, носа, рта и т. д.). Затем морфинг перемещает одну сетку в другую и использует полученную сетку для искажения изображения и одновременного растворения одной сетки в другой, тем самым сохраняя целостную внутреннюю структуру во всем. Таким образом, в морфинге объединяются несколько различных цифровых техник. Компьютерное искажение фотографических изображений было впервые выполнено НАСА в середине 1960-х годов для совмещения спутниковых изображений Landsat и Skylab друг с другом. Отображение текстуры , которое применяет фотографическое изображение к трехмерной поверхности в другом изображении, было впервые определено Джимом Блинном и Мартином Ньюэллом в 1976 году. В статье Эда Кэтмулла и Элви Рэя Смита 1980 года о геометрических преобразованиях был представлен алгоритм деформации сетки. Самая ранняя полная демонстрация морфинга была на конференции SIGGRAPH 1982 года , где Том Бригам из NYIT представил отрывок из короткометражного фильма, в котором женщина трансформировалась или «трансформировалась» в рысь.

Первым кинофильмом, в котором использовался морфинг, стал фэнтезийный фильм Рона Ховарда « » 1988 года Уиллоу , где главная героиня Уиллоу использует волшебную палочку, чтобы превратить животное в животное, в животное и, наконец, в волшебницу.

3-D промежуточный

С помощью 3-D CGI соединение фотореалистичных компьютерных моделей также может давать результаты, аналогичные морфингу, хотя технически это совершенно другой процесс (но, тем не менее, его часто также называют «морфингом»). Ранним примером является фильм Нельсона Макса 1977 года «Выворачивание сферы наизнанку» . Первым полнометражным кинофильмом, в котором использовалась эта техника, стал фильм «Звездный путь IV: Путешествие домой» 1986 года режиссера Леонарда Нимой с визуальными эффектами, созданными Джорджа Лукаса компанией Industrial Light & Magic (ILM). В фильме есть сцена сна, в которой съемочная группа путешествует во времени, и изображения их лиц трансформируются друг в друга. Для его создания ILM использовала новую технологию 3D-сканирования, разработанную Cyberware, для оцифровки голов актеров и использовала полученные данные для компьютерных моделей. Поскольку каждая модель головы имела одинаковое количество ключевых моментов, преобразование одного персонажа в другого было относительно простым промежуточным этапом.

Бездна

В 1989 году Джеймса Кэмерона подводный боевик «Бездна» вышел . Это был один из первых кинофильмов, в котором фотореалистичная компьютерная графика легко интегрировалась в сцены живых выступлений. Пятиминутный эпизод с анимированным щупальцем или «псевдоподом» был создан компанией ILM, которая разработала программу для создания поверхностных волн разных размеров и кинетических свойств для псевдоподии, включая отражение, преломление и последовательность морфинга . Несмотря на краткость, это успешное сочетание компьютерной графики и живого действия широко считается важной вехой в определении направления дальнейшего будущего развития в этой области.

Дисней

«Великий мышиный детектив» (1986) был первым фильмом Диснея , в котором широко использовалась компьютерная анимация, и Дисней использовал этот факт для продвижения фильма во время маркетинга. Компьютерная графика использовалась во время двухминутной кульминационной сцены на Биг-Бене , вдохновленной аналогичной кульминационной сценой в Хаяо Миядзаки фильме «Замок Калиостро» (1979). «Великий мышиный сыщик» , в свою очередь, проложил путь диснеевскому Возрождению .

В конце 1980-х годов произошла еще одна веха в компьютерной анимации, на этот раз в 2D: разработка » Диснея « Системы производства компьютерной анимации , известной как «CAPS/ink & Paint». Это была специальная коллекция программного обеспечения, сканеров и сетевых рабочих станций, разработанная The Walt Disney Company в сотрудничестве с Pixar . Его цель заключалась в том, чтобы компьютеризировать процессы рисования и постобработки традиционных анимационных фильмов, чтобы обеспечить более эффективный и сложный постпроизводство, сделав практику ручной раскраски кадров устаревшей. Рисунки аниматоров и фоновые рисунки сканируются на компьютер, а анимационные рисунки наносятся чернилами и раскрашиваются цифровыми художниками. Затем рисунки и фон объединяются с помощью программного обеспечения, которое позволяет использовать движения камеры, многоплоскостные эффекты и другие методы, включая композицию с материалом трехмерного изображения. Первое использование системы в художественном фильме было в «Русалочке» (1989) в сцене «прощальной радуги» ближе к концу, но первое полномасштабное использование было для «Спасатели внизу» (1990), который, таким образом, стал первым традиционным анимационным фильмом, полностью созданным на компьютере, или, по сути, первым когда-либо созданным 100% цифровым художественным фильмом.

Программное обеспечение для 3D-анимации 1980

В 1980-е годы появилось множество новых заметных коммерческих программных продуктов:

• 1982: Autodesk Inc была основана в Калифорнии Джоном Уокером с упором на программное обеспечение для проектирования для ПК с их флагманским САПР пакетом AutoCAD . В 1986 году первым пакетом анимации Autodesk был AutoFlix для использования с AutoCAD. Их первым полноценным программным обеспечением для 3-D анимации была 3-D Studio для DOS в 1990 году, разработанная по лицензии Гэри Йостом из The Yost Group.
• 1983: В Торонто, Канада, Стивеном Бингэмом и другими была основана компания Alias ​​Research , специализирующаяся на промышленном и развлекательном программном обеспечении для рабочих станций SGI. Их первым продуктом был Alias-1 , выпущенный в 1985 году. В 1989 году Alias ​​был выбран для анимации псевдопода в фильме Джеймса Кэмерона « Бездна» , что дало программному обеспечению широкое признание в киноанимации. В 1990 году это превратилось в PowerAnimator , часто известный как Alias .
• 1984: Wavefront и другие основали Билл Ковач в Калифорнии для производства компьютерной графики для кино и телевидения, а также для разработки и продажи собственного программного обеспечения на базе оборудования SGI. Wavefront разработала свой первый продукт Preview в течение первого года работы. Производственный отдел компании помог настроить программное обеспечение, используя его в коммерческих проектах, создавая вступительную графику для телевизионных программ. В 1988 году компания представила Personal Visualizer .
• 1984: TDI (Thomson Digital Image) была создана во Франции как дочерняя компания компании по производству авиационных симуляторов Thomson-CSF для разработки и коммерциализации собственной 3-D системы Explore , впервые выпущенной в 1986 году.
• 1984: Sogitec Audiovisuel — подразделение компании Sogitec avionics во Франции, основанное Ксавье Николасом для производства компьютерных анимационных фильмов с использованием собственного 3D-программного обеспечения, разработанного с 1981 года Клодом Мешуламом и другими сотрудниками Sogitec.
• 1986: Softimage была основана режиссером Национального совета по кинематографии Канады Дэниелом Ланглуа в Монреале. Ее первый продукт назывался Softimage Creative Environment и был представлен на выставке SIGGRAPH '88. Впервые все 3D-процессы (моделирование, анимация и рендеринг) были интегрированы. Creative Environment (в конечном итоге получившая название Softimage 3D в 1988 году) стала стандартным анимационным решением в отрасли.
• 1987: Компания Side Effects Software была основана Ким Дэвидсоном и Грегом Германовичем в Торонто, Канада, как компания по производству/программному обеспечению, основанная на пакете 3-D анимации под названием PRISMS , который они приобрели у своего бывшего работодателя Omnibus . Компания Side Effects Software превратила этот продукт процедурного моделирования и движения в высококачественное, тесно интегрированное программное обеспечение для 2-D/3-D анимации, в котором реализован ряд технологических прорывов.
• 1989: компании TDI и Sogitec были объединены в новую компанию ExMachina.

Компьютерная графика в 1990-е годы

Компьютерная анимация распространяется в кино и

В этом десятилетии появились одни из первых компьютерных анимационных телесериалов. Например, Quarxs , созданный медиа-художником Морисом Бенаюном и художником комиксов Франсуа Шуйтеном , был ранним примером сериала CGI, основанного на реальном сценарии, а не анимированного исключительно для демонстрационных целей. VeggieTales , американское христианское СМИ , также является одним из первых компьютерных анимационных сериалов. Идея VeggieTales пришла Вишеру во время тестирования анимационного программного обеспечения в качестве средства для создания детских видеороликов в начале 1990-х годов.

1990-е годы начались с того, что большая часть технологий компьютерной графики теперь достаточно развита, чтобы обеспечить значительное расширение производства фильмов и телепередач. 1991 год широко считается «годом прорыва»: он принес два крупных кассовых успеха, в обоих из которых широко использовалась компьютерная графика.

Первым из них стал Джеймса Кэмерона фильм «Терминатор 2: Судный день» . и был тем, кто первым привлек внимание широкой общественности к компьютерной графике. Эта техника использовалась для анимации двух роботов «Терминатор». Робот «Т-1000» получил структуру «миметического полисплава» (жидкий металл), которая позволяла этому изменяющему форму персонажу превращаться практически во все, к чему он прикасался. Большинство ключевых эффектов «Терминатора» были предоставлены компанией Industrial Light & Magic , и этот фильм стал самым амбициозным проектом компьютерной графики со времен фильма «Трон» 1982 года .

Другой — Диснея « Красавица и Чудовище» . второй традиционный 2-D анимационный фильм, полностью созданный с использованием CAPS . Система также позволила упростить сочетание рисованной графики с трехмерным компьютерным материалом, особенно в «сцене вальса», где Белль и Чудовище танцуют в бальном зале, созданном компьютером, а камера « катится » вокруг них в смоделированном трехмерном пространстве. космос. Примечательно, что «Красавица и чудовище» стал первым анимационным фильмом, когда-либо номинированным на премию Американской киноакадемии за лучший фильм.

Еще один значительный шаг был сделан в 1993 году с выходом « Стивена Спилберга » Парка Юрского периода . где трехмерные компьютерные аналогами в натуральную величину динозавры были интегрированы с аниматронными . Животные компьютерной графики были созданы ILM, и в тестовой сцене, чтобы напрямую сравнить обе техники, Спилберг выбрал компьютерную графику. Также наблюдал Джордж Лукас , который заметил, что «большая пропасть была преодолена, и вещи никогда не будут прежними».

Стая — это поведение, проявляющееся, когда группа птиц (или других животных) движется вместе в стае. Математическая модель стайного поведения была впервые смоделирована на компьютере в 1986 году Крейгом Рейнольдсом и вскоре нашла свое применение в анимации, начиная со Стэнли и Стеллы в: Breaking the Ice . В «Парке Юрского периода» особенно заметно использование флокирования, и это привлекло к нему всеобщее внимание, упомянув его в реальном сценарии. . Другими ранними вариантами использования были стайка летучих мышей в фильме Тима Бертона « Возвращение Бэтмена» (1992) и паническое бегство антилоп гну в диснеевском « Короле Льве» (1994).

Благодаря совершенствованию аппаратного обеспечения, снижению затрат и постоянно растущему набору программных инструментов методы CGI вскоре стали быстро применяться как в кино-, так и в телепроизводстве.

В 1993 году Дж. Майкла Стражинского » «Вавилон 5 стал первым крупным телесериалом, в котором компьютерная графика использовалась в качестве основного метода создания визуальных эффектов (вместо использования моделей, созданных вручную), а позже в том же году последовал Рокн С. О'Бэннон. SeaQuest DSV .

В том же году французская компания Studio Fantome выпустила первый полнометражный полностью компьютерно-анимационный сериал «Инсекторы» (26×13 футов). хотя они также выпустили еще более раннюю трехмерную короткую серию Geometric Fables (50 x 5 футов) в 1991 году. Чуть позже, в 1994 году, в эфир вышел канадский CGI-сериал ReBoot (48×23’), созданный компаниями Mainframe Entertainment и Alliance Atlantis Communications , двумя компаниями, которые также создали Beast Wars: Transformers , выпущенную через 2 года после ReBoot.

В 1995 году вышел первый полностью компьютерно-анимационный полнометражный фильм Disney — Pixar » «История игрушек , который имел огромный коммерческий успех. Режиссером этого фильма выступил Джон Лассетер , соучредитель Pixar и бывший аниматор Disney, который начинал в Pixar с таких короткометражных фильмов, как «Люксо-младший» (1986), «Мечта Рэда» (1987) и «Жестяная игрушка» (1988). также стал первым короткометражным компьютерным анимационным фильмом, получившим премию Оскар. Затем, после долгих переговоров между Disney и Pixar, в 1991 году было заключено партнерское соглашение с целью создания полнометражного фильма, «История игрушек» . результатом которого стала

В последующие годы значительно возросло использование методов цифровой анимации: многие новые студии приступили к производству, а существующие компании перешли от традиционных методов к компьютерной графике. В период с 1995 по 2005 год в США средний бюджет на эффекты для широкопрокатного художественного фильма подскочил с 5 до 40 миллионов долларов. По словам Хатча Паркера, президента по производству компании 20th Century Fox , по состоянию на 2005 г. , «50 процентов художественных фильмов имеют значительные эффекты. Они — персонажи фильма». Однако компьютерная графика компенсировала затраты, собрав на 20% больше, чем их реальные аналоги, и к началу 2000-х годов компьютерные изображения стали доминирующей формой спецэффектов.

Warner Bros. » 1999 года «Железный гигант был первым традиционным анимационным фильмом, в котором главный персонаж, главный герой, был полностью компьютерным.

Захват движения

Технология захвата движения , или «Мо-кап» , записывает движение внешних объектов или людей и находит применение в медицине, спорте, робототехнике и армии, а также для анимации в кино, на телевидении и в играх. Самый ранний пример можно отнести к 1878 году, когда появилась новаторская фотографическая работа Эдварда Мейбриджа о движении человека и животных, которая до сих пор является источником для аниматоров. До появления компьютерной графики захват движений для использования в анимации осуществлялся с помощью ротоскопирования , при котором снималось движение актера, а затем фильм использовался в качестве руководства для покадрового движения нарисованного от руки анимационного персонажа. Первым примером этого был сериал Макса Флейшера « Из чернильницы» в 1915 году, а более поздним ярким примером является Ральфа Бакши 2-D анимационный фильм 1978 года «Властелин колец» .

Компьютерный захват движения зародился как инструмент фотограмметрического анализа в исследованиях биомеханики в 1970-х и 1980-х годах. Артист носит маркеры возле каждого сустава, чтобы идентифицировать движение по положениям или углам между маркерами. Можно использовать множество различных типов маркеров — фонари, светоотражающие маркеры, светодиоды, инфракрасные, инерционные, механические или беспроводные радиочастотные — и их можно носить как костюм или прикреплять непосредственно к телу исполнителя. Некоторые системы включают детали лица и пальцев, чтобы запечатлеть тонкие выражения лица, и это часто называют « захватом производительности ». Компьютер записывает данные с маркеров и использует их для анимации цифровых моделей персонажей в двухмерной или трехмерной компьютерной анимации, а в некоторых случаях это может также включать в себя движение камеры. В 1990-е годы эти техники стали широко использоваться для создания визуальных эффектов.

В видеоиграх также начали использовать захват движения для анимации игровых персонажей. Еще в 1988 году ранняя форма захвата движения использовалась для анимации 2-D главного героя Martech видеоигры Vixen , которого исполнила модель Коринн Рассел . Позже захват движения использовался для анимации трехмерных моделей персонажей в для Sega Model 2 аркадной игре Virtua Fighter 2 в 1994 году. В 1995 году в качестве примеров можно назвать Atari Jaguar . основанную на компакт-диске игру Highlander: The Last of the MacLeods , и аркадный файтинг Soul Edge , который стал первой видеоигрой, в которой использовалась технология пассивного оптического захвата движения.

Еще одним прорывом в использовании захвата движения в кинофильме стало создание сотен цифровых персонажей для фильма «Титаник» в 1997 году. Эта техника широко использовалась в 1999 году для создания Джа-Джа Бинкса и других цифровых персонажей в «Звездных войнах: Эпизод I – Скрытая угроза». .

Перемещение матча

Матчевое перемещение (также известное как отслеживание движения или отслеживание камеры ), хотя и связано с захватом движения, представляет собой совершенно другую технику. Вместо использования специальных камер и датчиков для записи движения объектов сопоставляйте движущиеся произведения с уже существующими кадрами живых выступлений и используйте только компьютерное программное обеспечение для отслеживания определенных точек сцены через несколько кадров и, таким образом, допускайте вставку элементов CGI. в кадр с правильным положением, масштабом, ориентацией и движением относительно существующего материала. Эти термины широко используются для описания нескольких различных методов извлечения информации о движении объекта или камеры из движущегося изображения. Техника может быть 2D или 3D, а также может включать в себя сопоставление движений камеры. Самым ранним примером коммерческого программного обеспечения является 3D-Equalizer от Science.D.Visions. и растрак от Hammerhead Productions, оба начиная с середины 90-х.

Первым шагом является определение подходящих функций, которые алгоритм отслеживания программного обеспечения может зафиксировать и отслеживать. Обычно функции выбираются потому, что они представляют собой яркие или темные пятна, края или углы или черты лица — в зависимости от конкретного используемого алгоритма отслеживания. Когда объект отслеживается, он становится серией двумерных координат, которые представляют положение объекта в серии кадров. Такие треки можно сразу использовать для отслеживания двухмерного движения или затем использовать для расчета трехмерной информации. При трехмерном отслеживании процесс, известный как «калибровка», определяет движение камеры на основе обратной проекции двумерных траекторий, и на основе этого используется процесс «реконструкции» для воссоздания сфотографированного объекта на основе отслеживаемых данных. , а также любое движение камеры. Затем это позволяет перемещать идентичную виртуальную камеру в программе трехмерной анимации, чтобы новые анимированные элементы можно было скомпоновать обратно в исходный кадр живого действия в идеально подобранной перспективе.

В 1990-х годах технология продвинулась до такой степени, что стало возможным включать виртуальных дублеров. Программное обеспечение для слежения за камерой было усовершенствовано, чтобы обеспечить возможность разработки все более сложных визуальных эффектов, которые ранее были невозможны. Компьютерные дополнения также стали широко использоваться в массовых сценах благодаря передовому программному обеспечению для создания скоплений и моделирования толпы. Перемещение спичек, в основном основанное на программном обеспечении, становится все более доступным по мере того, как компьютеры становятся дешевле и мощнее. Он стал важным инструментом создания визуальных эффектов и даже используется для создания эффектов в прямых телетрансляциях.

Виртуальная студия

На телевидении виртуальная студия или виртуальная съемочная площадка — это студия, которая позволяет плавно комбинировать в реальном времени людей или другие реальные объекты и компьютерную среду и объекты. Для этого требуется, чтобы трехмерная CGI-среда автоматически фиксировалась для точного отслеживания любых движений камеры и объектива прямой трансляции. Суть такой системы заключается в том, что она использует некоторую форму отслеживания камеры для создания живого потока данных, описывающего точное движение камеры, а также некоторое программное обеспечение для рендеринга CGI в реальном времени, которое использует данные отслеживания камеры и генерирует синтетическое изображение точно связанного виртуального набора. на движение камеры. Оба потока затем объединяются с помощью видеомикшера, обычно с использованием хромакей . Такие виртуальные наборы стали обычным явлением в телевизионных программах в 1990-х годах, причем первой практической системой такого типа стала виртуальная студия Synthevision, разработанная японской телерадиовещательной корпорацией NHK (Nippon Hoso Kyokai) в 1991 году и впервые использованная в их научном специальном выпуске « Нано- космос . Техники виртуальной студии также используются в кинопроизводстве, но эта среда не имеет таких же требований для работы полностью в реальном времени. Управление движением или отслеживание камеры можно использовать отдельно для создания элементов CGI позже, а затем объединить с живым действием в процессе постпроизводства . Однако к 2000-м годам мощность компьютеров возросла настолько, что можно было создавать множество виртуальных съемочных площадок в реальном времени, как на телевидении, поэтому не было необходимости что-либо компоновать при постобработке.

Машинима

Machinima использует механизмы рендеринга трехмерной компьютерной графики в реальном времени для создания кинематографической продукции. Чаще всего для этого используются игровые автоматы. Академия искусств и наук машинимы (AMAS), некоммерческая организация, созданная в 2002 году и занимающаяся продвижением машинимы, определяет машиниму как «производство анимационных фильмов в виртуальной трехмерной среде реального времени». AMAS отмечает образцовую продукцию наградами, присуждаемыми на ее ежегодном мероприятии. Практика использования графических движков в видеоиграх возникла из-за появления анимационного программного обеспечения «демосцены» 80-х годов , видеоигры от Disney Interactive Studios Stunt Island 1992 года и записей игрового процесса 90-х в видеоиграх- шутерах от первого лица , таких как id. Программное обеспечение Doom и Quake . Кинофестиваль машинимы. Художников, работающих в машиниме, иногда называют машинимистами или машиниматорами.

Программное обеспечение для 3D-анимации 1990

В 90-е годы и позже в индустрии 3D-программного обеспечения произошло множество разработок, слияний и сделок.

• Компания Wavefront последовала за успехом Personal Visualiser , выпустив в 1992 году Dynamation , мощный инструмент для интерактивного создания и изменения реалистичных, естественных изображений динамических событий. В 1993 году Wavefront приобрела Thomson Digital Images (TDI) с их инновационным продуктом Explore — набором инструментов, включавшим 3Design для моделирования, Anim для анимации и Interactive Photorealistic Renderer (IPR) для рендеринга. В 1995 году Wavefront была куплена Silicon Graphics и объединена с Alias .
• Alias ​​Research продолжила успех PowerAnimator с такими фильмами, как «Терминатор 2: Судный день» , «Возвращение Бэтмена» и «Парк Юрского периода» , а в 1993 году приступила к разработке нового развлекательного программного обеспечения, которое позже было названо Maya . Alias ​​нашла клиентов в сфере анимационных фильмов, сериалов, визуальных эффектов и видеоигр и включала в себя множество известных студий, таких как Industrial Light & Magic , Pixar , Sony Pictures Imageworks , Walt Disney и Warner Bros. Другие продукты Alias ​​были разработаны для применения в архитектуре и технике. В 1995 году SGI приобрела Alias ​​Research и Wavefront в рамках трехсторонней сделки, и была основана объединенная компания Alias ​​Wavefront .
• Новой миссией Alias ​​Wavefront было сосредоточиться на разработке самых передовых в мире инструментов для создания цифрового контента. PowerAnimator продолжал использоваться для создания визуальных эффектов и фильмов (таких как «История игрушек» , «Каспер» и «Бэтмен навсегда» ), а также для видеоигр. Дальнейшее развитие программного обеспечения Maya продолжалось, добавляя новые функции, такие как захват движения, анимация лица, размытие изображения и технология «искажения времени». САПР Продукты для промышленного дизайна, такие как AliasStudio и Alias ​​Designer, стали стандартизированы в программном обеспечении Alias|Wavefront. В 1998 году компания Alias|Wavefront запустила Maya в качестве своего нового флагманского продукта в области 3D-технологий, и вскоре он стал самым важным инструментом анимации в отрасли. Maya представляла собой объединение трех пакетов — Advanced Visualizer от Alias от Wavefront, Power Animator ​​и Explore от TDI . В 2003 году компания была переименована просто в «Алиас». В 2004 году SGI продала бизнес частной инвестиционной фирме, а позже она была переименована в Alias ​​Systems Corporation . В 2006 году компанию купил Autodesk .
• Softimage разработала дополнительные функции для Creative Environment , включая Actor Module (1991) и Eddie (1992), включая такие инструменты, как инверсная кинематика, обволакивание, метаклей, флоковая анимация и многие другие. В число клиентов Softimage входят многие известные продюсерские компании, а компания Softimage использовалась для создания анимации для сотен крупных художественных фильмов и игр. В 1994 году Microsoft приобрела Softimage и переименовала пакет в Softimage 3D , выпустив порт для Windows NT два года спустя. В 1998 году, после помощи в портировании продуктов на Windows и финансирования разработки Softimage и Softimage|DS , Microsoft продала подразделение Softimage компании Avid Technology , которая стремилась расширить свои возможности по созданию визуальных эффектов. Затем, в 2008 году, Autodesk приобрела бренд и анимационные активы Softimage у Avid, тем самым прекратив существование Softimage Co. как отдельной организации. Активы Softimage, связанные с видео, включая Softimage|DS (теперь Avid|DS ), по-прежнему принадлежат Avid.
• Autodesk на базе DOS от Программа 3D Studio Inc. в конечном итоге была заменена в 1996 году, когда компания Yost Group разработала 3D Studio Max для Windows NT. цена которого намного ниже, чем у большинства конкурентов, 3D Studio Max, быстро стала рассматриваться как доступное решение для многих профессионалов. Из всех программ для анимации 3D Studio Max обслуживает самый широкий круг пользователей. Он используется в кино и телевещании, разработке игр, корпоративном и промышленном дизайне, образовании, медицине и веб-дизайне. В 2006 году Autodesk приобрела Alias , объединив программные продукты StudioTools и Maya под баннером Autodesk, при этом 3D Studio Max была переименована в Autodesk 3ds Max , а Maya — в Autodesk Maya . Сейчас Autodesk, одна из крупнейших компаний-разработчиков программного обеспечения в мире, обслуживает более 4 миллионов клиентов в более чем 150 странах.
• Side Effects Software компании Программа PRISMS широко использовалась для создания визуальных эффектов для телепередач и художественных фильмов в 90-е годы, в таких проектах, как «Твистер» , «День независимости » и «Титаник» . В 1996 году компания Side Effects Software представила Houdini , 3D-пакет нового поколения, который оказался более сложным и удобным для художников, чем его предшественник. Houdini используется во всем мире для разработки передовой 3D-анимации в кино, телевещании и игровой индустрии, а программное обеспечение Side Effects постоянно зарекомендовало себя как новатор в отрасли.

Компьютерная графика в 2000-е годы

революционный захват поля отражения на человеческом

В 2000 году команде под руководством Пола Дебевека удалось адекватно запечатлеть (и смоделировать) поле отражения от человеческого лица , используя простейшую световую сцену . это был последний недостающий кусочек головоломки, позволяющий создать цифровые двойники известных актеров.

, фотореализм и зловещая

Первым массовым кинематографическим фильмом, полностью созданным с использованием технологии захвата движения, стал японо-американский фильм « Последняя фантазия: Духи внутри» 2001 года , снятый Хиронобу Сакагути , который также был первым фильмом, в котором использовались фотореалистичные персонажи компьютерной графики. Фильм не имел кассового успеха. Некоторые комментаторы предположили, что это может быть отчасти потому, что черты лица главных героев компьютерной графики попадали в « зловещую долину ». В 2002 году фильм Питера Джексона «Властелин колец: Две башни» стал первым художественным фильмом, в котором использовалась система захвата движения в реальном времени, которая позволяла передавать действия актера Энди Серкиса непосредственно в трехмерную компьютерную модель Горлума в роли оно исполнялось.

Многие считают, что захват движения заменяет навыки аниматора и лишен способности аниматора создавать преувеличенные движения, которые невозможно выполнить вживую. На финальных титрах Pixar фильма студии «Рататуй » (2007) имеется штамп, подтверждающий, что фильм «100% чистая анимация — без захвата движения!» Однако сторонники отмечают, что этот метод обычно включает в себя также значительную корректировку со стороны аниматоров. Тем не менее, в 2010 году Киноакадемия США ( AMPAS ) объявила, что фильмы с захватом движения больше не будут претендовать на премию «Оскар» в номинации «Лучший анимационный полнометражный фильм», заявив, что «Захват движения сам по себе не является техникой анимации».

Виртуальный кинематограф

В начале 2000-х годов появилось полностью виртуальное кино, его зрительский дебют, как считается, состоялся в фильмах 2003 года «Матрица: Перезагрузка» и «Матрица: Революция» с их цифровыми двойниками, настолько убедительными, что зачастую невозможно определить, является ли то или иное изображение изображением человека. с помощью фотоаппарата или цифровой снимок-двойник с имитацией фотоаппарата. Сцены, построенные и отображенные в виртуальной кинематографии, — это «Крупная драка» и финальная схватка между Нео и агентом Смитом . При использовании традиционных кинематографических методов создание масштабной драки заняло бы непомерно много времени, а годы композиций для сцены длительностью в несколько минут потребовались бы . Кроме того, актер-человек не мог быть использован в финальной схватке в «Матричных революциях»: Нео ударил агента Смита по скуле , оставив цифрового двойника естественным образом невредимым.

обеспечение для 3D-анимации в 2000-

• Blender (программное обеспечение) — это бесплатный пакет виртуальной кинематографии с открытым исходным кодом, используемый как профессионалами, так и энтузиастами.
• Poser — еще одна программа для 3D-графики, созданная своими руками, специально предназначенная для удобной анимации мягких объектов.
• Pointstream Software — это профессиональная программа оптического потока , которая использует пиксель в качестве базовой примитивной формы, обычно отслеживаемой с помощью многокамерной установки от уважаемой компании Arius3D , создателя XYZ RGB- сканера , используемого в процессе производства сиквелов «Матрицы».
• Adobe Substance — это программное обеспечение, которое позволяет художникам создавать трехмерные ресурсы, модели, материалы, узоры и освещение .

Компьютерная графика в 2010-е годы

На выставке SIGGRAPH 2013 Activision и USC представили в реальном времени цифровой двойник лица «Иры» с использованием световой сцены USC X от Ghosh et al. как для поля отражения, так и для захвата движения. Конечный результат, как предварительно вычисленный, так и визуализированный в реальном времени с помощью современного графического процессора : Digital Ira , выглядит довольно реалистично. Техники, которые ранее применялись только в высокопроизводительных системах виртуальной кинематографии, быстро переходят в видеоигры и для досуга приложения .

Дальнейшие разработки

О новых разработках в области компьютерных анимационных технологий каждый год сообщается в США на SIGGRAPH , крупнейшей ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям, а также на Eurographics и других конференциях по всему миру.