Что такое анимация и какие техники используют на компьютере

Что такое анимация на компьютере? Это создание иллюзии движения с помощью последовательности цифровых кадров. Художник рисует фазы, задает ключевые позы или правила, а программа собирает результат для фильма, игры или рекламы. В статье вы разберетесь, как устроено движение, чем отличаются виды компьютерной анимации и какие классы программ используют для каждой задачи.

Что такое компьютерная анимация

Компьютерная анимация – это изменение цифрового изображения во времени, которое создает иллюзию движения.

Что такое анимация в информатике? Это смена состояний изображения с течением времени. Программа показывает готовые кадры или рассчитывает их во время воспроизведения.

Анимация и графика компьютерных игр работают вместе. Компьютерная графика создает изображения, модели, материалы и интерфейс. Анимация добавляет к этим объектам движение, изменение формы, цвета или прозрачности.

Компьютерная графика и анимация – это связанные области, но задачи у них разные. Графика может создать неподвижный кадр, а анимация связывает такие кадры с временем.

Традиционная рисованная анимация начинается с рисунков на бумаге или прозрачных листах. Камера последовательно снимает подготовленные изображения. Компьютерная рисованная анимация переносит рисунок, раскраску, сборку и монтаж кадров в цифровую среду.

Цифровая техника может имитировать бумагу, целлулоид, кисть или пластилин. Материал на экране поэтому не всегда показывает способ производства.

Как устроена анимация

Аниматор задает состояния объекта и время переходов между ними. Покадровая работа требует отдельного рисунка для каждой фазы, а ключевая анимация позволяет поручить часть расчетов программе.

Покадровая отрисовка и ключевые кадры

При покадровой отрисовке художник создает отдельное изображение для каждой фазы. Такой подход дает полный контроль над силуэтом, мимикой и фактурой.

В ключевой анимации аниматор фиксирует параметры объекта в выбранные моменты. Например, на первом ключе рука опущена, а на втором поднята. Компьютер считает промежуточные значения между этими позами.

Интерполяция описывает переход между ключами; в 2D-анимации этот процесс часто называют твинингом.

Аниматор проверяет результат и исправляет неудачные переходы. Программа сама не выбирает выразительный жест или характер персонажа.

Кривые движения и изменение скорости

Кривая анимации показывает, как параметр меняется во времени. Параметром может быть положение, поворот, масштаб или прозрачность слоя.

Аниматор редактирует кривую, чтобы объект ускорялся, замедлялся или останавливался.

Большие расстояния между положениями объекта в соседних кадрах передают скорость. Если эти расстояния постепенно уменьшаются, зритель видит плавное торможение.

Что означают 12, 24, 30 и 60 кадров в секунду

Частота кадров показывает число кадров за одну секунду. Обозначение fps расшифровывается как frames per second.

• 12 fps – за секунду воспроизводятся 12 кадров.
• 24 fps – за секунду воспроизводятся 24 кадра.
• 30 fps – за секунду воспроизводятся 30 кадров.
• 60 fps – за секунду воспроизводятся 60 кадров.

12 рисунков можно показать в ролике с частотой 24 fps. В этом случае каждый рисунок удерживается 2 кадра. Частота воспроизведения и число уникальных рисунков поэтому могут различаться.

При одинаковом движении 60 fps дают больше временных отсчетов, чем 30 fps.

В кино и телевидении частоту задает формат производства и показа. В игре частота вывода зависит от настроек, движка и производительности устройства. Само число fps не определяет качество поз и постановки движения.

Виды компьютерной анимации с примерами

Виды компьютерной анимации отличаются размерностью, способом создания движения и назначением. Один проект часто сочетает несколько техник: 3D-модель может использовать захват движения, симуляцию ткани и моушн-дизайн.

Официальная продажа Adobe Animate, Adobe After Effects, Autodesk Maya и Autodesk 3ds Max в России закрыта. Бесплатные альтернативы для рисованной 2D-анимации – Krita и OpenToonz, для векторной – Synfig Studio. Blender подходит для 3D-анимации и трехмерного моушн-дизайна.

Покадровая рисованная 2D-анимация

Художник создает последовательные рисунки на цифровом холсте. Растровый рисунок состоит из пикселей, поэтому он передает фактуру кисти и естественную неровность линии.

Покадровая 2D-анимация подходит для мультфильмов, игровых спрайтов и рекламных сцен. В ролике персонаж меняет рисунок на каждом этапе движения, поэтому силуэт можно свободно перестраивать.

Например, художник может нарисовать отдельные фазы прыжка игрового персонажа. Последовательность рисунков покажет приседание, отрыв от земли, полет и приземление.

Для такой работы используют растровые редакторы и 2D-анимационные программы. Подходящие инструменты есть в Krita и OpenToonz.

Векторная 2D-анимация и перекладка

Векторная графика хранит контуры и заливки как математические объекты. При масштабировании контуры сохраняют четкие границы, поэтому техника подходит для логотипов, плоских форм и повторяемых элементов.

Растровая 2D-анимация работает с пикселями и хорошо передает фактуру кисти. Векторная 2D-анимация работает с контурами и упрощает изменение размера и цвета объектов.

Перекладка собирает персонажа из отдельных частей: головы, корпуса, рук и ног.

Скелетная 2D-анимация связывает эти части с костями и управляющими точками. Перекладка может использовать и растровые изображения, и векторные формы. Вектор описывает способ хранения рисунка, а перекладка – способ его анимации.

Например, плоский персонаж может кивать отдельной деталью головы. Такой принцип движения иллюстрирует перекладку, но не определяет формат рисунка.

Технику используют в сериалах, объясняющей рекламе и 2D-играх. Рекламный персонаж может махать рукой, собранной из отдельной детали. В игре один набор частей можно повторно использовать для нескольких движений.

Для векторной и скелетной работы подходят Synfig Studio, Toon Boom Harmony, Moho и Spine. Spine особенно полезен для 2D-персонажей в играх, где движок воспроизводит готовые скелетные позы.

3D-анимация

3D-анимация изменяет объекты в трехмерной сцене с виртуальной камерой. Художник создает модель, материалы и риг – систему управления персонажем.

Аниматор ставит ключевые позы и редактирует время переходов. Компьютер считает промежуточные состояния, а аниматор правит кривые, чтобы движение получило нужный ритм.

Рендер рассчитывает готовые изображения по геометрии сцены, освещению и материалам.

Такой процесс используют в полнометражных фильмах, играх, рекламных роликах и визуальных эффектах. «История игрушек» показывает анимацию объемных цифровых персонажей. «Человек-паук: Через вселенные» сочетает 3D-основу с рисованными графическими приемами.

Для 3D-анимации используют Blender и Cinema 4D. Бесплатный Blender объединяет моделирование, риг, анимацию и рендер.

Захват движения, или motion capture

Motion capture записывает движения исполнителя и переносит их на цифрового персонажа. Система получает данные с камер, маркеров или датчиков.

Специалист очищает запись, переносит ее на риг и исправляет ошибки. Такой подход применяют в кино, игровых диалогах и сценах со сложной пластикой.

Например, походка актера может стать основой движения игрового героя. Аниматор адаптирует запись под пропорции и характер цифрового персонажа.

Blender обрабатывает импортированные анимационные данные. Сама запись требует отдельной системы захвата, потому что 3D-редактор не заменяет камеры и датчики.

Процедурная анимация и симуляции

Процедурная анимация получает движение из правил, алгоритмов и параметров. Симуляция рассчитывает поведение объектов по модели физических взаимодействий.

Художник задает силы, столкновения, ограничения и свойства материала.

Частицы создают искры и пыль, ткань реагирует на движение персонажа, а жидкость меняет форму под действием физических параметров. Игровой алгоритм может поставить ступни персонажа на неровную поверхность. В рекламном ролике симуляция помогает показать струю, дым или рассыпание продукта.

Например, симуляция может рассчитывать поток воды через разрушенную игровую преграду. Реакция среды тогда меняется вслед за действиями игрока.

Такие эффекты создают в Blender и игровых движках. По готовому ролику нельзя надежно определить, рассчитала ли движение программа или аниматор поставил его вручную.

Моушн-дизайн, или motion graphics

Моушн-дизайн анимирует текст, формы, диаграммы и другие графические элементы. Дизайнер связывает движение с ритмом музыки, голосом и смыслом сообщения.

Вступительные титры фильма «Поймай меня, если сможешь» показывают пример моушн-дизайна. Условные силуэты, линии и надписи складываются в графический рассказ.

Анимированный логотип, рекламная заставка и инфографика решают похожие задачи. Моушн-дизайн может сочетать 2D-графику, 3D-объекты и симуляции.

Для трехмерного моушн-дизайна используют Cinema 4D и Blender. Бесплатный Blender подходит для трехмерной графики, а Krita и OpenToonz помогают создавать рисованные элементы.

Stop-motion

Stop-motion создает движение из последовательных фотографий настоящих предметов. Аниматор немного передвигает куклу или объект перед каждым снимком.

Stop-motion – физическая покадровая техника, которая не относится к компьютерным способам создания движения.

Компьютер помогает управлять съемкой, монтировать последовательность и удалять видимые крепления. «Коралина в Стране Кошмаров» показывает кукольную технику. «Уоллес и Громит» использует пластилиновую анимацию. Предметная реклама тоже применяет stop-motion.

Для съемки применяют Dragonframe и Stop Motion Studio. Эти программы помогают собирать фотографии в последовательность и контролировать положение объектов.

Виды анимации в мультипликации

Виды анимации в мультипликации называют по материалу и способу получения движения. Один мультфильм может сочетать рисование, перекладку, кукольную съемку и компьютерную обработку.

Цифровой мультфильм может быть рисованным или использовать перекладку. Компьютерная обработка также может дополнять кукольную, пластилиновую или песочную съемку.

Чтобы отличить техники по готовому ролику, смотрите на силуэт, фактуру поверхности и повторяемость движений. Жесткие части часто указывают на перекладку. Фактура настоящих материалов характерна для stop-motion. Эти признаки помогают описать облик ролика, но цифровая имитация может выглядеть похоже.

Анимация в компьютерных играх

Анимация и графика компьютерных игр зависят от действий игрока. Игровой движок выбирает движение героя, смешивает состояния и обновляет сцену во время игры.

• Спрайтовая анимация меняет плоские изображения последовательных фаз. Такой подход используют в 2D-играх, например в Cuphead.
• Скелетная анимация двигает кости и связанные с ними изображения или 3D-модель. Метод подходит для 2D- и 3D-персонажей.
• Motion capture переносит движения исполнителя на игрового персонажа после очистки записи.
• Процедурная анимация подстраивает движение под ситуацию. Персонаж может повернуть голову к объекту или изменить положение стопы.

Обратная кинематика, или IK, рассчитывает положение суставов по целевой точке. В игре IK помогает поставить ступню на ступеньку нужной высоты.

Ragdoll передает управление костями физической симуляции, которая рассчитывает падение персонажа. Разработчики сочетают ragdoll с заранее подготовленными клипами.

При анимации в реальном времени движок учитывает ввод игрока, столкновения, камеру и состояние сцены. Заранее отрендеренная сцена хранит готовые изображения и не пересчитывает движение по действиям игрока.

Чем отличаются виды анимации и какие программы используют

Выбирайте технику по характеру движения, повторяемости элементов и нужной фактуре. Трудоемкость зависит от сложности сцены, поэтому таблица показывает основные затраты.

Покадровая 2D-анимация подходит для выразительного рисованного жеста. Перекладка и скелетная 2D-анимация удобны для повторяемых движений.

3D выбирают, когда важны объем, освещение и смена ракурса.

Моушн-дизайн подходит для титров, логотипов и числовой инфографики. Захват движения помогает передать пластику исполнителя. Симуляции нужны для ткани, жидкости, частиц и реакций игровой среды.

Совет от нашей редакции: сначала определите, что зритель должен заметить в движении. Пластика персонажа, фактура материала и изменение диаграммы требуют разных приемов анимации.