Animación por computadora

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Arte de crear imágenes móviles utilizando computadoras
Un ejemplo de animación computarizada que se produce a partir de la técnica de captura de movimiento

Animación por computadora es el proceso utilizado para generar animaciones digitalmente. El término más general imágenes generadas por computadora (CGI) abarca tanto escenas estáticas (imágenes fijas) como imágenes dinámicas (imágenes en movimiento), mientras que la animación por computadora solo se refiere a imágenes en movimiento. La animación por computadora moderna generalmente usa gráficos de computadora en 3D para generar una imagen tridimensional. El objetivo de la animación es a veces la computadora misma, mientras que otras veces es la película.

La animación por computadora es esencialmente un sucesor digital de las técnicas de stop motion, pero usa modelos 3D y técnicas de animación tradicionales que usan animación cuadro por cuadro de ilustraciones 2D. Las animaciones generadas por computadora también pueden permitir que un solo artista gráfico produzca dicho contenido sin el uso de actores, decorados costosos o accesorios. Para crear la ilusión de movimiento, se muestra una imagen en el monitor de la computadora y se reemplaza repetidamente por una nueva imagen que es similar pero que avanza ligeramente en el tiempo (generalmente a una velocidad de 24, 25 o 30 cuadros por segundo). Esta técnica es idéntica a cómo se logra la ilusión de movimiento con la televisión y las películas.

Para las animaciones 3D, los objetos (modelos) se construyen en el monitor de la computadora (modelados) y las figuras 3D se manipulan con un esqueleto virtual. Luego, el animador mueve las extremidades, los ojos, la boca, la ropa, etc. de la figura en fotogramas clave. La computadora calcula automáticamente las diferencias de apariencia entre los fotogramas clave en un proceso conocido como interpolación o transformación. Finalmente, se renderiza la animación.

Para las animaciones 3D, todos los fotogramas deben renderizarse después de completar el modelado. Para presentaciones pregrabadas, los fotogramas renderizados se transfieren a un formato o medio diferente, como video digital. Los fotogramas también se pueden representar en tiempo real a medida que se presentan a la audiencia del usuario final. Las animaciones de bajo ancho de banda transmitidas a través de Internet (por ejemplo, Adobe Flash, X3D) a menudo usan el software en la computadora del usuario final para renderizarse en tiempo real como una alternativa a la transmisión o animaciones de alto ancho de banda precargadas.

Explicación

Para engañar al ojo y al cerebro haciéndoles creer que están viendo un objeto que se mueve suavemente, las imágenes deben dibujarse a unos 12 fotogramas por segundo o más rápido. (Un cuadro es una imagen completa). Con velocidades superiores a 75 a 120 cuadros por segundo, no se percibe ninguna mejora en el realismo o la suavidad debido a la forma en que el ojo y el cerebro procesan las imágenes. A velocidades inferiores a 12 fotogramas por segundo, la mayoría de las personas pueden detectar sacudidas asociadas con el dibujo de nuevas imágenes que restan valor a la ilusión de un movimiento realista. La animación de dibujos animados dibujada a mano convencional a menudo usa 15 fotogramas por segundo para ahorrar en la cantidad de dibujos necesarios, pero esto generalmente se acepta debido a la naturaleza estilizada de los dibujos animados. Para producir imágenes más realistas, la animación por computadora exige velocidades de cuadro más altas.

Las películas que se ven en los cines de los Estados Unidos se ejecutan a 24 fotogramas por segundo, lo que es suficiente para crear la ilusión de un movimiento continuo. Para alta resolución, se utilizan adaptadores.

Historia

Edward E. Zajac, Frank W. Sinden, Kenneth C. Knowlton y A. Michael Noll desarrollaron las primeras animaciones digitales por computadora en Bell Telephone Laboratories en la década de 1960. También se practicó otra animación digital en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.

En 1967, una animación por computadora llamada "Colibrí" fue creado por Charles Csuri y James Shaffer. En 1968, una animación por computadora llamada "Kitty" fue creado con BESM-4 por Nikolai Konstantinov, representando a un gato moviéndose. En 1971, una animación por computadora llamada "Metadatos" fue creado, mostrando varias formas.

Un primer paso en la historia de la animación por computadora fue la secuela de la película de 1973 Westworld, una película de ciencia ficción sobre una sociedad en la que los robots viven y trabajan entre humanos. La secuela, Futureworld (1976), usó imágenes de estructura de alambre en 3D, que presentaban una mano y una cara animadas por computadora, ambas creadas por los graduados de la Universidad de Utah, Edwin Catmull y Fred Parke. Estas imágenes aparecieron originalmente en su película estudiantil A Computer Animated Hand, que completaron en 1972.

Los avances en tecnologías CGI se informan cada año en SIGGRAPH, una conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas a la que asisten miles de profesionales de la computación cada año. Los desarrolladores de juegos de computadora y tarjetas de video 3D se esfuerzan por lograr la misma calidad visual en las computadoras personales en tiempo real que es posible para las películas y la animación CGI. Con el rápido avance de la calidad de renderizado en tiempo real, los artistas comenzaron a usar motores de juegos para renderizar películas no interactivas, lo que condujo a la forma de arte Machinima.

Cine y televisión

"Spring", un cortometraje animado 3D realizado con Blender

Los cortometrajes CGI se han producido como animación independiente desde 1976. Los primeros ejemplos de largometrajes que incorporan animación CGI incluyen las películas de acción en vivo Star Trek II: The Wrath of Khan y Tron (ambas de 1982), y la película de anime japonesa Golgo 13: The Professional (1983). VeggieTales es la primera serie estadounidense animada por computadora completamente en 3D vendida directamente (realizada en 1993); su éxito inspiró a otras series de animación, como ReBoot (1994) y Transformers: Beast Wars (1996) a adoptar un estilo completamente generado por computadora.

La primera serie de televisión animada por computadora de larga duración fue ReBoot, que se estrenó en septiembre de 1994; la serie siguió las aventuras de personajes que vivían dentro de una computadora. El primer largometraje de animación por ordenador es Toy Story (1995), realizado por Disney y Pixar: tras una aventura centrada en los juguetes antropomórficos y sus propietarios, esta innovadora película fue también la primera de muchas Películas completamente animadas por computadora.

La popularidad de la animación por computadora (especialmente en el campo de los efectos especiales) se disparó durante la era moderna de la animación estadounidense. Películas como Avatar (2009) y El libro de la selva (2016) usan CGI durante la mayor parte del tiempo de ejecución de la película, pero aún incorporan actores humanos en la mezcla. La animación por computadora en esta era ha alcanzado el fotorrealismo, hasta el punto de que las películas animadas por computadora como El Rey León (2019) pueden comercializarse como si fueran de acción en vivo.

Métodos de animación

personaje de juego 3D animado con animación esquelética.
En este.gif de un 2D animación Flash, cada 'pelo' de la figura es claves con el tiempo para crear movimiento.

En la mayoría de los sistemas de animación por computadora en 3D, un animador crea una representación simplificada de la anatomía de un personaje, que es análoga a un esqueleto o una figura de palo. Se organizan en una posición predeterminada conocida como pose de unión o T-Pose. La posición de cada segmento del modelo esquelético se define mediante variables de animación, o Avars para abreviar. En personajes humanos y animales, muchas partes del modelo esquelético corresponden a los huesos reales, pero la animación esquelética también se usa para animar otras cosas, con rasgos faciales (aunque existen otros métodos para la animación facial). El personaje "Woody" en Toy Story, por ejemplo, usa 712 Avars (212 solo en la cara). La computadora generalmente no representa el modelo esquelético directamente (es invisible), pero sí usa el modelo esquelético para calcular la posición y orientación exactas de ese carácter determinado, que finalmente se convierte en una imagen. Por lo tanto, al cambiar los valores de Avars con el tiempo, el animador crea movimiento al hacer que el personaje se mueva de un cuadro a otro.

Existen varios métodos para generar los valores Avar para obtener un movimiento realista. Tradicionalmente, los animadores manipulan directamente a los ávaros. En lugar de establecer Avars para cada fotograma, normalmente establecen Avars en puntos estratégicos (fotogramas) en el tiempo y dejan que la computadora interpole o interpole entre ellos en un proceso llamado keyframeing. Keyframing pone el control en manos del animador y tiene sus raíces en la animación tradicional dibujada a mano.

Por el contrario, un método más nuevo llamado captura de movimiento utiliza secuencias de acción en vivo. Cuando la animación por computadora está impulsada por la captura de movimiento, un artista real representa la escena como si fuera el personaje que se va a animar. Su movimiento se graba en una computadora usando cámaras de video y marcadores, y luego esa actuación se aplica al personaje animado.

Cada método tiene sus ventajas y, a partir de 2007, los juegos y las películas utilizan uno o ambos métodos en las producciones. La animación de fotogramas clave puede producir movimientos que serían difíciles o imposibles de representar, mientras que la captura de movimiento puede reproducir las sutilezas de un actor en particular. Por ejemplo, en la película de 2006 Piratas del Caribe: El cofre del hombre muerto, Bill Nighy interpretó al personaje de Davy Jones. Aunque Nighy no aparece en la película, la película se benefició de su actuación al registrar los matices de su lenguaje corporal, postura, expresiones faciales, etc. Por lo tanto, la captura de movimiento es apropiada en situaciones donde el comportamiento y la acción son creíbles y realistas. se requiere, pero los tipos de personajes requeridos exceden lo que se puede hacer a través del vestuario convencional.

Modelado

La animación 3D por computadora combina modelos 3D de objetos y "fotogramas clave" movimienot. Estos modelos se construyen a partir de vértices geométricos, caras y aristas en un sistema de coordenadas 3D. Los objetos se esculpen como arcilla o yeso reales, trabajando desde formas generales hasta detalles específicos con varias herramientas de escultura. A menos que se pretenda que un modelo 3D sea de un color sólido, debe pintarse con "texturas" por el realismo. Se configura un sistema de animación de huesos/articulaciones para deformar el modelo CGI (por ejemplo, para hacer que un modelo humanoide camine). En un proceso conocido como rigging, la marioneta virtual recibe varios controladores y manijas para controlar el movimiento. Los datos de animación se pueden crear mediante la captura de movimiento, la creación de fotogramas clave por parte de un animador humano o una combinación de ambos.

Los modelos 3D manipulados para la animación pueden contener miles de puntos de control, por ejemplo, "Woody" de Toy Story utiliza 700 controladores de animación especializados. Rhythm and Hues Studios trabajó durante dos años para crear a Aslan en la película Las crónicas de Narnia: El león, la bruja y el armario, que tenía alrededor de 1851 controladores (742 solo en la cara). En la película de 2004 The Day After Tomorrow, los diseñadores tuvieron que diseñar fuerzas de clima extremo con la ayuda de referencias en video y datos meteorológicos precisos. Para la nueva versión de 2005 de King Kong, se utilizó al actor Andy Serkis para ayudar a los diseñadores a identificar la ubicación principal del gorila en las tomas y utilizó sus expresiones para modelar la expresión 'humana'. características a la criatura. Serkis había proporcionado anteriormente la voz y la interpretación de Gollum en la trilogía El Señor de los Anillos de J. R. R. Tolkien.

Equipo

Un modelo 3-D de rayos de un gato dentro de un cubo, y el gato solo debajo.

La animación por computadora se puede crear con una computadora y un software de animación. Se pueden lograr animaciones impresionantes incluso con programas básicos; sin embargo, la renderización puede requerir mucho tiempo en una computadora doméstica normal. Los animadores profesionales de películas, televisión y videojuegos podrían realizar animaciones fotorrealistas con gran detalle. Se necesitarían cientos de años para crear este nivel de calidad para la animación de películas en una computadora doméstica. En su lugar, se utilizan muchas estaciones de trabajo potentes. Las estaciones de trabajo gráficas usan de dos a cuatro procesadores, son mucho más potentes que una computadora doméstica real y están especializadas para renderizar. Muchas estaciones de trabajo (conocidas como "granja de procesamiento") están conectadas en red para actuar efectivamente como una computadora gigante, lo que da como resultado una película animada por computadora que se puede completar en aproximadamente uno a cinco años (sin embargo, este proceso no se compone únicamente de renderizado). Una estación de trabajo suele costar entre 2000 y 16 000 dólares, y las estaciones más caras pueden renderizar mucho más rápido debido al hardware más avanzado tecnológicamente que contienen. Los profesionales también utilizan cámaras de cine digitales, captura de movimiento/rendimiento, pantallas azules, software de edición de películas, accesorios y otras herramientas utilizadas para la animación de películas. Los programas como Blender permiten que las personas que no pueden pagar un costoso software de animación y renderizado puedan trabajar de manera similar a quienes usan el equipo de grado comercial.

Animación facial

El modelado realista de rasgos faciales humanos es uno de los elementos más desafiantes y buscados en las imágenes generadas por computadora. La animación facial por computadora es un campo muy complejo en el que los modelos suelen incluir una gran cantidad de variables de animación. Históricamente hablando, los primeros tutoriales SIGGRAPH sobre Estado del arte en animación facial en 1989 y 1990 demostraron ser un punto de inflexión en el campo al reunir y consolidar múltiples elementos de investigación y despertaron el interés entre una serie de investigadores

El Sistema de Codificación de Acción Facial (con 46 "unidades de acción", "mordida de labios" o "entrecerrar los ojos"), que había sido desarrollado en 1976, se convirtió en un base popular para muchos sistemas. Ya en 2001, MPEG-4 incluía 68 parámetros de animación facial (FAP) para labios, mandíbulas, etc., y el campo ha progresado significativamente desde entonces y el uso de la microexpresión facial ha aumentado.

En algunos casos, se puede usar un espacio afectivo, el modelo de estado emocional PAD, para asignar emociones específicas a las caras de los avatares. En este enfoque, el modelo PAD se utiliza como un espacio emocional de alto nivel y el espacio de nivel inferior son los parámetros de animación facial (FAP) MPEG-4. Luego se utiliza un espacio de parámetros de expresión parcial (PEP) de nivel medio en una estructura de dos niveles: el mapeo PAD-PEP y el modelo de traducción PEP-FAP.

Realismo

Joy " Heron – Un ejemplo típico de animación realista

El realismo en la animación por computadora puede significar hacer que cada cuadro parezca fotorrealista, en el sentido de que la escena se representa para parecerse a una fotografía o hacer que los personajes se vean como una fotografía. animación creíble y realista. La animación por computadora también puede ser realista con o sin renderizado fotorrealista.

Uno de los mayores desafíos en la animación por computadora ha sido crear personajes humanos que se vean y se muevan con el más alto grado de realismo. Parte de la dificultad para crear personajes humanos agradables y realistas es el valle inquietante, el concepto en el que la audiencia humana (hasta cierto punto) tiende a tener una respuesta emocional cada vez más negativa a medida que una réplica humana se ve y actúa cada vez más humana. Películas que han intentado personajes humanos fotorrealistas, como The Polar Express, Beowulf y A Christmas Carol han sido criticados como "desconcertantes" y "espeluznante".

El objetivo de la animación por computadora no siempre es emular la acción en vivo lo más fielmente posible, por lo que muchas películas animadas presentan personajes que son animales antropomórficos, criaturas y personajes legendarios, superhéroes o tienen proporciones no realistas similares a las de los dibujos animados.. La animación por computadora también se puede adaptar para imitar o sustituir otros tipos de animación, como la animación stop-motion tradicional (como se muestra en Flushed Away o The Peanuts Movie). Algunos de los principios básicos de larga data de la animación, como squash y stretch, exigen un movimiento que no es estrictamente realista, y tales principios aún tienen una aplicación generalizada en la animación por computadora.

Estudios de animación

Algunos productores notables de largometrajes animados por computadora incluyen:

Animaciones web

La popularidad de los sitios web que permiten a los miembros cargar sus propias películas para que otras personas las vean ha creado una comunidad cada vez mayor de animadores informáticos independientes y aficionados. Con utilidades y programas que a menudo se incluyen de forma gratuita con los sistemas operativos modernos, muchos usuarios pueden crear sus propias películas y cortometrajes animados. También existen varias aplicaciones de software de animación gratuitas y de código abierto. La facilidad con la que se pueden distribuir estas animaciones también ha atraído al talento profesional de la animación. Compañías como PowToon y Vyond intentan cerrar la brecha brindando a los aficionados acceso a animaciones profesionales como imágenes prediseñadas.

Las animaciones web más antiguas (más compatibles con versiones anteriores) están en formato GIF animado, que se puede cargar y ver fácilmente en la web. Sin embargo, el formato de gráficos de trama de las animaciones GIF ralentiza la descarga y la velocidad de fotogramas, especialmente con pantallas de mayor tamaño. La creciente demanda de animaciones basadas en la web de mayor calidad se satisfizo con una alternativa de gráficos vectoriales que se basaba en el uso de un complemento. Durante décadas, las animaciones Flash fueron el formato más popular, hasta que la comunidad de desarrollo web abandonó la compatibilidad con el complemento Flash Player. Los navegadores web en dispositivos móviles y sistemas operativos móviles nunca fueron totalmente compatibles con el complemento Flash.

En ese momento, el ancho de banda de Internet y las velocidades de descarga aumentaron, lo que hizo que las animaciones gráficas rasterizadas fueran más convenientes. Algunas de las animaciones de gráficos vectoriales más complejas tenían una velocidad de fotogramas más lenta debido a una representación compleja en comparación con algunas de las alternativas de gráficos de trama. Muchas de las animaciones GIF y Flash ya se convirtieron a formatos de video digital, que eran compatibles con dispositivos móviles y tamaños de archivo reducidos a través de la tecnología de compresión de video. Sin embargo, la compatibilidad seguía siendo problemática ya que algunos de los formatos de video más populares, como QuickTime de Apple y Microsoft Silverlight, requerían complementos. YouTube, el sitio web para compartir videos más popular, también confiaba en el complemento Flash para entregar videos digitales en formato Flash Video.

Las últimas alternativas son animaciones compatibles con HTML5. Tecnologías como JavaScript y animaciones CSS hicieron que la secuenciación del movimiento de imágenes en páginas web HTML5 fuera más conveniente. Las animaciones SVG ofrecieron una alternativa de gráficos vectoriales al formato gráfico Flash original, SmartSketch. YouTube ofrece una alternativa HTML5 para video digital. APNG (PNG animado) ofreció una alternativa gráfica de trama a los archivos GIF animados que permite una transparencia de varios niveles que no está disponible en los GIF.

Ejemplos detallados

La animación por computadora utiliza diferentes técnicas para producir animaciones. Con mayor frecuencia, se utilizan matemáticas sofisticadas para manipular polígonos tridimensionales complejos, aplicar "texturas", iluminación y otros efectos a los polígonos y, finalmente, renderizar la imagen completa. Se puede utilizar una interfaz gráfica de usuario sofisticada para crear la animación y organizar su coreografía. Otra técnica llamada geometría sólida constructiva define objetos mediante la realización de operaciones booleanas en formas regulares y tiene la ventaja de que las animaciones se pueden producir con precisión en cualquier resolución.

Animación generada por computadora

Animar significa, en sentido figurado, "dar vida a". Hay dos métodos básicos que los animadores suelen utilizar para lograr esto.

La animación generada por computadora se conoce como animación tridimensional (3D). Los creadores diseñan un objeto o personaje con un eje X, Y y Z. Ningún dibujo de lápiz a papel crea la forma en que funciona la animación generada por computadora. El objeto o personaje creado será luego llevado a un software. Los fotogramas clave y la interpolación también se llevan a cabo en la animación generada por computadora, pero también lo son muchas técnicas no relacionadas con la animación tradicional. Los animadores pueden romper las leyes físicas mediante el uso de algoritmos matemáticos para burlar las normas de masa, fuerza y gravedad. Fundamentalmente, se podría decir que la escala de tiempo y la calidad son una forma preferida de producir animación, ya que son aspectos importantes mejorados mediante el uso de animación generada por computadora. Otro aspecto positivo de CGA es el hecho de que se puede crear una bandada de criaturas para que actúen de forma independiente cuando se crean como grupo. El pelaje de un animal se puede programar para ondear con el viento y permanecer plano cuando llueve en lugar de programar por separado cada mechón de cabello.

Algunos ejemplos de películas de animación generadas por computadora son Toy Story, Antz, Ice Age, Happy Feet, Mi villano favorito, Frozen y Shrek.

Animación 2D por computadora

Los gráficos 2D por computadora todavía se usan para representaciones estilísticas, de bajo ancho de banda y más rápidas en tiempo real.

La animación por computadora es esencialmente un sucesor digital de las técnicas de stop motion, pero usa modelos 3D y técnicas de animación tradicionales que usan animación cuadro por cuadro de ilustraciones 2D.

Para las animaciones de figuras 2D, se utilizan objetos separados (ilustraciones) y capas transparentes separadas con o sin ese esqueleto virtual.

Sprites 2D y pseudocódigo

En la animación por computadora en 2D, los objetos en movimiento a menudo se denominan "sprites". Un sprite es una imagen que tiene una ubicación asociada. La ubicación del sprite se cambia ligeramente, entre cada fotograma que se muestra, para que parezca que se mueve. El siguiente pseudocódigo hace que un sprite se mueva de izquierda a derecha:

Var int x:= 0, y:= pantallaAltura / 2;
mientras x
dibujoBackground()
drawSpriteAtXY (x, y) // dibujar sobre el fondox:= x + 5 // pasar a la derecha

Animación asistida por computadora

La animación asistida por computadora generalmente se clasifica como animación bidimensional (2D). Los dibujos se dibujan a mano (lápiz a papel) o se dibujan de forma interactiva (en la computadora) utilizando diferentes dispositivos de asistencia y se colocan en paquetes de software específicos. Dentro del paquete de software, el creador coloca dibujos en diferentes marcos clave que fundamentalmente crean un esquema de los movimientos más importantes. Luego, la computadora completa los 'cuadros intermedios', un proceso comúnmente conocido como interpolación. La animación asistida por computadora emplea nuevas tecnologías para producir contenido más rápido de lo que es posible con la animación tradicional, al tiempo que conserva los elementos estilísticos de los personajes u objetos dibujados tradicionalmente.

Ejemplos de películas producidas usando animación asistida por computadora son La Sirenita, Los Rescatadores de Australia, La Bella y la Bestia, Aladdin, El Rey León, Pocahontas, El jorobado de Notre Dame, Hércules, Mulán, El camino a El Dorado y Tarzán.