История компьютерной анимации

История компьютерной анимации началась еще в 1940 - х и 1950 - х годов, когда люди начали экспериментировать с компьютерной графикой - в первую очередь от Джона Уитни . Новые возможности для инновационной компьютерной графики расцвели только к началу 1960-х годов, когда цифровые компьютеры получили широкое распространение. Первоначально использовались в основном для научных, инженерных и других исследовательских целей, но к середине 1960-х годов начали появляться художественные эксперименты. К середине 1970-х годов многие подобные попытки начали реализовываться в средствах массовой информации. Большая часть компьютерной графики в то время была двухмерной.изображения, хотя по мере того, как мощность компьютеров совершенствовалась, основное внимание уделялось усилиям по достижению трехмерного реализма. К концу 1980-х фотореалистичное 3D начало появляться в кинофильмах, а к середине 1990-х годов достигло точки, когда 3D-анимацию можно было использовать для производства всего художественного фильма.

Самые ранние пионеры: с 1940-х до середины 1960-х годов [ править ]

Джон Уитни [ править ]

Джон Уитни-старший (1917–1995) был американским аниматором, композитором и изобретателем, которого многие считают одним из отцов компьютерной анимации. ^[1] В 1940-х и 1950-х годах он и его брат Джеймс создали серию экспериментальных фильмов, сделанных с помощью специального устройства на основе старых аналоговых зенитных компьютеров ( Kerrison Predictors ), соединенных сервоприводами для управления движением света и освещения. объекты - первый пример фотографии управления движением . Одна из самых известных работ Уитни из этого раннего периода была анимационное название последовательность из Альфреда Хичкока «s 1958 фильма Головокружения , ^[2] , который он сотрудничал с графическим дизайнеромСол Басс . 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 фильме Стэнли Кубрика « 2001: Космическая одиссея» , а также в технике щелевой фотографии , использованной в финале фильма «Звездные врата».

Первое цифровое изображение [ править ]

Одним из первых программируемых цифровых компьютеров был SEAC (Standard Eastern Automatic Computer), который поступил на вооружение в 1950 году в Национальном бюро стандартов (NBS) в Мэриленде, США. ^{[3] [4]} 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 имело размер 176 × 176 пикселей . Они использовали компьютер для извлечения штриховых рисунков, подсчета объектов, распознавания типов символов и отображения цифровых изображений на экране.экран осциллографа . Этот прорыв можно рассматривать как предвестник всех последующих компьютерных изображений, и, признавая важность этой первой цифровой фотографии, журнал Life в 2003 году назвал это изображение одной из «100 фотографий, которые изменили мир». ^{[5] [6]}

С конца 1950-х - начала 60-х годов цифровые компьютеры для мэйнфреймов стали обычным явлением в крупных организациях и университетах, и все чаще они оснащались устройствами для построения графиков и графических экранов. Следовательно, стало открываться новое поле для экспериментов.

Первый компьютерный фильм [ править ]

В 1960 году в Шведском Королевском технологическом институте на БЭСК была создана 49-секундная векторная анимация автомобиля, едущего по запланированному шоссе.компьютер. Консалтинговая фирма Nordisk ADB, которая была поставщиком программного обеспечения для Шведского королевского агентства дорожного и водного строительства, поняла, что у них есть все координаты, чтобы можно было рисовать перспективу с места водителя на автостраде из Стокгольма в сторону Накки. Перед специально разработанным цифровым осциллографом с разрешением около 1 мегапикселя на специально изготовленной подставке устанавливалась 35-мм камера с расширенным магазином. Камера автоматически управлялась компьютером, который посылал в 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 / ч). Короткометражный анимационный фильм транслировался 9 ноября.1961 г. в прайм-тайм в выпуске новостей национального телевидения Aktuellt.^{[7] [8]}

Bell Labs [ править ]

Bell Labs в Мюррей-Хилле, штат Нью-Джерси, была ведущим участником исследований в области компьютерной графики, компьютерной анимации и электронной музыки с самого начала в начале 1960-х годов. Первоначально исследователей интересовало, для чего можно заставить компьютер, но результаты визуальной работы, производимой компьютером в этот период, сделали таких людей, как Эдвард Зажак, Майкл Нолл и Кен Ноултон, первопроходцами в области компьютерных художников.

Эдвард Зажак снял один из первых компьютерных фильмов в Bell Labs в 1963 году под названием « Система управления ориентацией с двумя гироскопами и гравитационным градиентом» , который продемонстрировал, что спутник можно стабилизировать так, чтобы его сторона всегда была обращена к Земле во время движения по орбите. ^[9]

Кен Ноултон разработал систему анимации Beflix (Bell Flicks) в 1963 году, которая использовалась для создания десятков художественных фильмов художников Стэна ВанДерБика , Ноултона и Лилиан Шварц . ^[10] Вместо исходного программирования Beflix работал с использованием простых «графических примитивов», таких как рисование линии, копирование области, 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. ^{[11] В} некоторых фильмах также были показаны четырехмерные гиперобъекты, проецируемые в трех измерениях. ^[12] Примерно в 1967 году Нолл использовал технику 4D-анимации для создания компьютерных анимационных титров для короткометражного коммерческого фильма « Невероятная машина» (продюсера Bell Labs) и специального телешоу «Необъяснимое» (продюсера Уолта ДеФариа). ^[13] Многие проекты в других областях также были предприняты в это время.

Боинг-Уичито [ править ]

В 1960-х Уильям Феттер был графическим дизайнером Boeing в Уичито , и ему приписывают создание фразы «Компьютерная графика» для описания того, что он делал в Boeing в то время (хотя сам Феттер приписал это своему коллеге Верну Хадсону). ^{[14] [15]} Работа Феттера включала разработку в 1964 году эргономических описаний человеческого тела, которые были точными и адаптируемыми к различным условиям, и это привело к появлению первых трехмерных анимированных «каркасных» фигур. ^{[16] [17]} Такие человеческие фигуры стали одними из самых знаковых изображений ранней истории компьютерной графики, и их часто называли «Человеком Боингом». Феттер умер в 2002 году.

Иван Сазерленд [ править ]

Многие считают Ивана Сазерленда создателем интерактивной компьютерной графики и пионером Интернета. В 1962 году он работал в лаборатории Линкольна в Массачусетском технологическом институте ( 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 , который считается одной из самых влиятельных компьютерных программ, когда-либо написанных человеком. ^[18]

С середины 1960-х до середины 1970-х годов [ править ]

Университет Юты [ править ]

Юта в то время была крупным центром компьютерной анимации. Факультет информатики был основан Дэвидом Эвансом в 1965 году, и многие из основных методов трехмерной компьютерной графики были разработаны здесь в начале 1970-х годов при финансировании ARPA ( Агентство перспективных исследовательских проектов ). Результаты исследований включали затенение по Гуро, Фонгу и Блинну, наложение текстур, алгоритмы скрытых поверхностей, подразделение криволинейных поверхностей, оборудование для рисования линий и растровых изображений в реальном времени, а также ранние разработки в области виртуальной реальности. ^[19] Говоря словами Роберта Ривлина в его книге 1986 года «Алгоритмическое изображение: графические видения компьютерной эры»«почти каждый влиятельный человек в современном сообществе компьютерной графики либо прошел через Университет Юты, либо каким-то образом вступил с ним в контакт». ^[20]

Эванс и Сазерленд [ править ]

В 1968 году Иван Сазерленд объединился с Дэвидом Эвансом, чтобы основать компанию Evans & Sutherland - оба были профессорами факультета компьютерных наук Университета Юты, и компания была создана для производства нового оборудования, предназначенного для работы систем, разрабатываемых в США. Университет. Многие такие алгоритмы позже привели к созданию значительной аппаратной реализации, включая Geometry Engine , головной дисплей , буфер кадра и имитаторы полета . ^[21] Большинство сотрудников были активными или бывшими студентами, в том числе Джим Кларк, который основал Silicon Graphics в 1981 году, Эд Кэтмелл , соучредитель компанииPixar в 1979 году и Джон Варнок из Adobe Systems в 1982 году.

Первый компьютерный анимационный персонаж, Николай Константинов [ править ]

В 1968 году группа советских физиков и математиков во главе с Н.Константиновым создала математическую модель движения кошки. На ЭВМ БЭСМ-4 разработана программа решения обыкновенных дифференциальных уравнений для этой модели. Компьютер напечатал на бумаге сотни кадров с использованием символов алфавита, которые позже были последовательно отсняты, создав первую компьютерную анимацию персонажа - идущего кота. ^{[22] [23]}

Штат Огайо [ править ]

Чарльз Чури , 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, которая получила финансирование от Национального научного фонда и других государственных и частных агентств. . Работа в OSU вращалась вокруг языков анимации, сложных сред моделирования, ориентированных на пользователя интерфейсов, описаний движений людей и существ и других областей, представляющих интерес для данной дисциплины. ^{[24] [25] [26]}

Кибернетическая интуиция [ править ]

В июле 1968 года художественный журнал Studio International опубликовал специальный выпуск под названием Cybernetic Serendipity - The Computer and the Arts , в котором была собрана обширная коллекция предметов и примеров работы, проводимой в области компьютерного искусства организациями по всему миру, и демонстрировался на выставках в Лондоне, Великобритания, Сан-Франциско, Калифорния. и Вашингтон, округ Колумбия. ^{[27] [28]} Это ознаменовало веху в развитии медиума, и многие считали, что он имеет широкое влияние и вдохновение. Помимо всех примеров, упомянутых выше, два других особенно известных знаковых изображения из этого включают Chaos to Order ^[29] Чарльза Чури (часто называемого Колибри).), созданный в Университете штата Огайо в 1967 году ^[30], и Running Cola is Africa ^[31] Масао Комура и Кодзи Фуджино, созданный в Computer Technique Group, Япония, также в 1967 году ^[32].

Scanimate [ править ]

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 анимации на основе видео, которую можно увидеть по телевидению в рекламных роликах, названиях шоу и другой графике. Он мог создавать анимацию в реальном времени , что было большим преимуществом перед цифровыми системами в то время. ^[33]

Национальный совет по кинематографии Канады [ править ]

Национальный Фильм Совет Канады , уже мировой центр анимационного искусства, а также начал эксперименты с компьютерной техникой в 1969 г. ^[34] Наиболее известный из ранних пионеров с этим был художник Питер Foldes , который завершил Metadata в 1971. Этого фильма включали рисунки, анимированные путем постепенного перехода от одного изображения к другому, метод, известный как «интерполяция» (также известный как «промежуточное звено» или «морфинг»), который также использовался в ряде более ранних примеров искусства в течение 1960-х годов. ^[35] В 1974 году Фолдес завершил фильм « Голод / Ла Фаим» , который был одним из первых фильмов, в которых была показана сплошная заливка (растровое сканирование), и был удостоен приза жюри в категории короткометражных фильмов на фестивалеКаннский кинофестиваль 1974 года , а также номинация на премию Оскар.

Компьютерная лаборатория Атласа и выходки [ править ]

Компьютерная лаборатория Atlas вблизи Оксфорда была на протяжении многих лет одним из основного средства для компьютерной анимации в Великобритании. ^[36] Первым созданным развлекательным мультфильмом был «Гибкий путь » Тони Притчетта, который впервые был показан публично на выставке Cybernetic Serendipity в 1968 году. ^[37] Художник Колин Эммет и аниматор Алан Китчинг впервые разработали сплошную цветопередачу в 1972 году, особенно для Заглавная анимация для телепрограммы BBC " The Burke Special" .

В 1973 году Китчинг продолжил разработку программного обеспечения под названием «Шутки», которое позволяло пользователям создавать анимацию без какого-либо программирования. ^{[38] [39]} Пакет был в основном основан на традиционных методах "cel" (целлулоид), но с широким набором инструментов, включая камеры и графические эффекты, интерполяцию ("промежуточное" / "морфинг"), использование скелетных фигур и сетка наложения. Любое количество рисунков или картинок можно было анимировать одновременно, безгранично «хореографируя» их, используя различные типы «движений». В то время была доступна только черно-белая печать на плоттере, но Antics могла производить полноцветную печать с помощью трехполосного процесса Technicolor .Следовательно, название Antics было придумано как аббревиатура от AN imated T.echnicolor- я маг С omputer S ystem. ^[40] Шутки использовались для многих анимационных работ, включая первый полный документальный фильм « Конечные элементы» , снятый для самой лаборатории Атлас в 1975 году. ^[41]

Примерно с начала 1970-х годов при разработке компьютерной анимации основное внимание уделялось постоянному повышению реализма в трехмерных изображениях и эффектам, предназначенным для использования в художественных фильмах.

Первая цифровая анимация в художественном фильме [ править ]

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. ^[42] Джон Уитни-младший и Гэри Демос из компании Information International, Inc. обработали цифровую обработку кинофильмов, сделав их пиксельными , чтобы отразить точку зрения андроида-стрелка.. Портретная съемка кинографического блока была выполнена с использованием трехполосного процесса Technicolor для разделения цветов каждого кадра исходных изображений, затем их сканирование для преобразования в прямоугольные блоки в соответствии со значениями тона и, наконец, вывод результата обратно на пленку. Этот процесс был освещен в статье американского кинематографиста «За кулисами Мира Дикого Запада». ^[43]

SIGGRAPH [ править ]

Сэм Матса, чей опыт работы с графикой начался с проекта APT в Массачусетском технологическом институте вместе с Дугом Россом и Энди Ван Дамом, подал прошение в Ассоциацию вычислительной техники (ACM) с просьбой создать SICGRAPH (Комитет по особым интересам по компьютерной графике), предшественник ACM SIGGRAPH в 1967 году. ^{[44 ]} В 1974 году открылась первая конференция SIGGRAPH по компьютерной графике. Эта ежегодная конференция вскоре стала доминирующим местом для презентации инноваций в этой области. ^{[45] [46]}

К 3D: середина 1970-х - 1980-е [ править ]

Ранняя 3D-анимация в кино [ править ]

Первое использование 3D каркасные изображений в основных кино было в дальнейшем к Westworld , Мир будущего (1976), режиссером Ричард Т. Хефрен. На нем изображены сгенерированные компьютером рука и лицо, созданные тогдашними аспирантами Университета Юты Эдвином Катмаллом и Фредом Парком, которые первоначально появились в их экспериментальном короткометражном фильме 1972 года «Компьютерная анимированная рука» . ^[47] В этом же фильме были представлены отрывки из экспериментальных короткометражных фильмов « Лица и части тела» 1974 года . Оскар выигрывающей 1975 короткий анимационный фильм Великий , о жизни викторианского инженера Брюнель, содержит краткую последовательность вращающейся каркасной модели последнего проекта Брунеля, железного парохода SS Great Eastern . Третьим фильмом, в котором использовалась эта технология, были " Звездные войны" (1977), сценаристом и режиссером которого был Джордж Лукас , с каркасными изображениями в сценах. с планами «Звезды Смерти», компьютерами наведения на истребителях X-wing и космическим кораблем « Сокол Тысячелетия» .

В фильме Уолта Диснея «Черная дыра» (1979, режиссер Гэри Нельсон) использовался каркасный рендеринг для изображения основной черной дыры с использованием оборудования инженеров Диснея. В том же году в научно-фантастическом фильме ужасов « Чужой» режиссера Ридли Скотта также использовалась графика каркасной модели, в данном случае для визуализации навигационных мониторов космического корабля. Кадры были сняты Колином Эмметом в компьютерной лаборатории Атласа. ^[48]

Нельсон Макс [ править ]

Хотя Лаборатория Лоуренса Ливермора в Калифорнии в основном известна как центр научных исследований высокого уровня, на протяжении всего этого периода она продолжала добиваться значительных успехов в компьютерной анимации. Примечательно, что Нельсон Макс, который присоединился к лаборатории в 1971 году, чей фильм 1976 года « Переворачивая сферу наизнанку» считается одним из классических ранних фильмов в среде (Международное бюро кино, Чикаго, 1976). ^[49] Он также произвел серию «реалистично выглядящих» анимаций молекулярных моделей, которые служили для демонстрации будущей роли компьютерной графики в научной визуализации («CGI» = компьютерные изображения). Его исследовательские интересы были сосредоточены на реализме изображений природы, молекулярной графике, компьютерной анимации и научной 3D визуализации. Позже он работал директором по компьютерной графике павильонов Fujitsu на выставках Expo 85 и 90 в Японии. ^{[50] [51]}

NYIT [ править ]

В 1974 году Алекс Шуре, богатый нью-йоркский предприниматель, основал Лабораторию компьютерной графики (CGL) в Нью-Йоркском технологическом институте (NYIT). Он собрал самую современную студию того времени, оснащенную современными компьютерами, кино- и графическим оборудованием, и нанял для ее работы ведущих экспертов в области технологий и художников - Эда Кэтмалла , Малькольма Бланшара, Фреда Парка и других из Юты, а также другие со всей страны, включая Ральфа Гуггенхайма , Элви Рэя Смита и Эда Эмшвиллера . В конце 1970-х сотрудники внесли многочисленные новаторские вклады в методы рендеринга изображений и создали много влиятельного программного обеспечения, в том числе программу анимации Tween., программу рисования Paint и программу анимации SoftCel . Несколько видео с NYIT стать довольно известным: Sunstone , от Ed Эмшвиллер , внутри Quark , Нед Greene и The Works . Последний, написанный Лэнсом Уильямсом , был начат в 1978 году и должен был стать первым полнометражным CGI- фильмом, но так и не был завершен, хотя трейлер к нему был показан на выставке SIGGRAPH 1982 года. В те годы многие люди считали NYIT CG Lab - ведущая группа в мире по исследованиям и разработкам компьютерной анимации. ^{[52] [53]}

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

Framebuffer [ править ]

Фреймбуфера или Framestore является графической трафаретной конфигурации с памятью буфера , который содержит данные для полного изображения на экране. Обычно это прямоугольный массив ( растр ) пикселей , и количество пикселей по ширине и высоте является его «разрешением». Значения цвета, хранящиеся в пикселях, могут быть от 1-битного (монохромный) до 24-битного (истинный цвет, 8-битное каждое для RGB - красного, зеленого и синего) или 32-битного с дополнительными 8- биты, используемые в качестве маски прозрачности ( альфа-канал ). До фреймбуфера все графические дисплеи были векторными , отслеживая прямые линии от одной координаты до другой. В 1948 году Manchester Babyкомпьютер использовал лампу Вильямса , где 1-битный дисплей также был памятью. Рано (может быть , первый известный) пример фреймбуфером был разработан в 1969 году А. Майкл Нолл в Bell Labs , ^[54] Эта ранняя система имела всего 2 бита, давая ему 4 уровня серого. Более поздний дизайн был цветным, с использованием большего количества битов. ^{[55] [56]} Лори Шпигель реализовала простую программу рисования в Bell Labs, чтобы пользователи могли «рисовать» прямо в фреймбуфере.

Разработка микросхем интегральной схемы МОП-памяти ( металл-оксид-полупроводниковая память) , в частности микросхем DRAM (динамической памяти с произвольным доступом ) высокой плотности с объемом памяти не менее 1 КБ , сделало практичным создание системы цифровой памяти с буферами кадров, способными для хранения видеоизображения стандартной четкости (SD). ^{[57] [58]} Это привело к развитию SuperPaint системы, Ричард Shoup в Xerox PARC в течение 1972-1973 гг. ^[57]  Он использовал буфер кадра с отображением 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 сделало его первым полным компьютерным аппаратным и программным решением для рисования и редактирования изображений. Shoup также экспериментировал с изменением выходного сигнала с помощью таблиц цветов, чтобы позволить системе воспроизводить более широкое разнообразие цветов, чем ограниченный 8-битный диапазон, который она содержала. Эта схема позже станет обычным явлением в кадровых буферах компьютеров. Буфер кадра SuperPaint также можно использовать для захвата входных изображений из видео. ^{[59] [60]}

Первый коммерческий фреймбуфер был произведен в 1974 году компанией Evans & Sutherland . Он стоил около 15 000 долларов, имел разрешение 512 на 512 пикселей в 8-битной шкале серого и хорошо продавался исследователям графики, у которых не было ресурсов для создания собственного буфера кадра. ^[61] Чуть позже NYIT создал первый полноцветный 24-битный буфер кадра RGB , используя три буфера кадра Evans & Sutherland, соединенных вместе как одно устройство миникомпьютером. Многие из «первых», которые произошли в NYIT, были основаны на разработке этой первой системы растровой графики. ^[52]

В 1975 году британская компания Quantel , основанная в 1973 году Питер Майкл, ^[62] произвел первый коммерческий полноцветный вещания фреймбуфера, то Quantel DFS 3000. Он был впервые использован в телерепортажа из Монреаль Олимпийских игр 1976 для создания изображе- в-картинке врезке олимпийского пылающий факел в то время как остальная часть изображения признакам бегун входя на стадион. Технология Framebuffer стала краеугольным камнем будущего развития продуктов цифрового телевидения. ^[63]

К концу 1970-х годов для персональных компьютеров (таких как Apple II ) стало возможным содержать низкоцветные буферы кадров. Однако настоящая революция в этой области произошла только в 1980-х годах, и фреймбуферы, способные хранить стандартное видеоизображение, были встроены в автономные рабочие станции. К 1990-м годам фреймбуфер стал стандартом для всех персональных компьютеров.

Фракталы [ править ]

В то время важным шагом на пути к повышению реализма в 3D-анимации стало развитие « фракталов ». Этот термин был придуман в 1975 году математиком Бенуа Мандельбротом , который использовал его для распространения теоретической концепции дробных измерений на геометрические узоры в природе, и опубликовал в 1977 году английский перевод своей книги « Фракталы: форма, шанс и измерение» ^{[64] [ 64] [ 65]}

В 1979–80 годах Лорен Карпентер из Boeing создал первый фильм, в котором для создания графики использовались фракталы . Названный Vol Libre , он показал полет над фрактальным ландшафтом и был представлен на SIGGRAPH 1980. ^[66] Карпентер был впоследствии нанят Pixar для создания фрактальной планеты в эпизоде ​​Genesis Effect в Star Trek II: The Wrath of Khan в июне. 1982. ^[67]

JPL и Джим Блинн [ править ]

Боб Holzman из НАСА «s Лаборатории реактивного движения в Калифорнии создана лаборатория компьютерной графики JPL в 1977 году как группа с технологическим опытом в визуализации данных, возвращаемых из миссий НАСА. По совету Ивана Сазерленда Хольцман нанял аспиранта из Юты по имени Джим Блинн . ^{[68] [69]} Блинн работал с методами визуализации в Юте и разработал их в систему для задач визуализации НАСА. Он произвел серию широко известных "пролетных" моделей, включая пролет космических кораблей " Вояджер" , " Пионер" и " Галилео" над Юпитером, Сатурном и их лунами. Он также работал с Карлом Саганом., создавая анимацию для своего сериала « Космос: личное путешествие ». Блинн разработал множество новых эффективных методов моделирования и написал о них статьи для IEEE (Института инженеров по электротехнике и электронике) в своем журнале « Компьютерная графика и приложения» . Некоторые из них включали отображение окружающей среды, улучшенное моделирование светлых участков, моделирование «пятен», моделирование морщинистых поверхностей и моделирование стыков и пыльных поверхностей.

Позже, в 1980-х, Блинн разработал компьютерную анимацию для телесериала Annenberg / CPB «Механическая вселенная» , который состоял из более 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! . ^[70]

Фотография с управлением движением [ править ]

Фотография с управлением движением - это метод, который использует компьютер для записи (или определения) точного движения пленочной камеры во время кадра, так что движение может быть точно воспроизведено снова или, альтернативно, на другом компьютере, и объединено с движением другого источники, такие как элементы CGI. Ранние формы управления движением восходят к работе Джона Уитни 1968 года над фильмом « 2001: Космическая одиссея» и эффектам в фильме 1977 года « Звездные войны. Эпизод IV: Новая надежда» , созданным Джорджем Лукасом недавно созданной компанией Industrial Light & Magic в Калифорнии. (ILM). Компания ILM создала камеру с цифровым управлением, известную как Dykstraflex., которые совершали сложные и повторяющиеся движения вокруг стационарных моделей космических кораблей, что позволяло более точно согласовывать отдельно снятые элементы (космические корабли, фоны и т. д.) друг с другом. Однако на самом деле ни один из них не был основан на компьютере - Dykstraflex, по сути, представлял собой собранный на заказ набор ручек и переключателей с жесткой проводкой. ^[71] Первая коммерческая компьютерная система управления движением и компьютерной графики была разработана в 1981 году в Великобритании дизайнером Moving Picture Company Биллом Мэзером . ^[72]

Программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики [ править ]

Программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики стало появляться для домашних компьютеров в конце 1970-х годов. Самый ранний известный пример - 3D Art Graphics , набор эффектов 3D компьютерной графики , написанный Казумасой Митадзава и выпущенный в июне 1978 года для Apple II . ^{[73] [74]}

1980-е [ править ]

80-е годы стали свидетелями значительного распространения радикальных новых разработок в коммерческом оборудовании, особенно внедрения технологий кадрового буфера в графические рабочие станции, в сочетании с постоянным развитием компьютерных мощностей и доступности.

Silicon Graphics, Inc (SGI) [ править ]

Silicon Graphics, Inc (SGI) - производитель высокопроизводительного компьютерного оборудования и программного обеспечения, основанный в 1981 году Джимом Кларком . Его идея, получившая название Geometry Engine , заключалась в создании ряда компонентов в процессоре VLSI , который выполнял бы основные операции, необходимые для синтеза изображения - матричные преобразования, отсечение и операции масштабирования, которые обеспечивали преобразование в пространство просмотра. Кларк попытался продать свой дизайн компьютерным компаниям, но, не найдя желающих, он и его коллеги из Стэнфордского университета в Калифорнии основали собственную компанию Silicon Graphics. ^[75]

Первым продуктом SGI (1984 г.) была IRIS (интегрированная система обработки растровых изображений). В нем использовался процессор M68000 с частотой 8 МГц и памятью объемом до 2 МБ, специальный буфер кадра 1024 × 1024 и Geometry Engine, чтобы обеспечить рабочую станцию ​​впечатляющей мощностью генерации изображений. Первоначальным рынком компании были терминалы для отображения трехмерной графики, но продукты, стратегии и позиции SGI на рынке со временем претерпели значительные изменения, и в течение многих лет они были предпочтительным выбором для компаний, занимающихся компьютерной графикой, в кино, телевидении и других областях. ^[76]

Quantel [ править ]

В 1981 году Quantel выпустила « Paintbox », первую готовую систему вещательного качества, предназначенную для создания и компоновки телевизионного видео и графики. Его дизайн подчеркивал эффективность студийного рабочего процесса, необходимую для производства новостей в прямом эфире. По сути, это был фреймбуфер, снабженный инновационным пользовательским программным обеспечением, и он быстро нашел применение в новостях, погоде, рекламных роликах станций, рекламных роликах и т. Д. Хотя по сути это был инструмент для создания неподвижных изображений, он также иногда использовался для покадровой анимации. После своего первоначального запуска он произвел революцию в производстве телевизионной графики, и некоторые Paintbox все еще используются сегодня из-за их качества изображения и универсальности. ^[77]

За этим последовал в 1982 году Quantel Mirage , или DVM8000 / 1 «Цифровой видеоманипулятор», процессор цифровых видеоэффектов в реальном времени. Это было основано на собственном оборудовании Quantel, а также на компьютере Hewlett-Packard для пользовательских программных эффектов. Он был способен искажать видеопоток в реальном времени путем наложения текстуры на произвольную трехмерную форму, вокруг которой зритель мог свободно вращаться или увеличивать масштаб в реальном времени. Он также может интерполировать или преобразовывать две разные формы. 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 наложения эффектов.^[78]

Осакский университет [ править ]

В 1982 году в Японии «s университета Осаки разработали LINKS-1 Компьютерная графика системы , суперкомпьютера , который используется до 257 Zilog Z8001 микропроцессоров , используемых для рендеринга реалистичных 3D компьютерной графики . По данным Общества обработки информации Японии: «Ядром рендеринга 3D-изображений является вычисление яркости каждого пикселя, составляющего визуализированную поверхность, с заданной точки обзора, источника света и положения объекта. Система LINKS-1 была разработана для реализации методика рендеринга изображений, при которой каждый пиксель может обрабатываться параллельно независимо с использованием трассировки лучей. Разработав новую программную методологию специально для высокоскоростной визуализации изображений, LINKS-1 смогла быстро визуализировать высокореалистичные изображения. «Он был» использован для создания первого в мире 3D- видео всего неба , подобного планетарию, которое было полностью снято с помощью компьютерная графика. Видео было представлено в павильоне Fujitsu на Международной выставке 1985 года в Цукубе » . ^[79] LINKS-1 был самым мощным компьютером в мире по состоянию на 1984 год. ^[80]

Художественные 3D-фильмы в Монреальском университете [ править ]

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

В 1983 году Филипп Бержерон, Надя Магненат Тальманн и Даниэль Тальман сняли «Полет мечты» , который считается первым созданным в 3D фильмом, рассказывающим историю. Фильм был полностью написан с использованием графического языка MIRA ^[81] , расширения языка программирования Pascal, основанного на абстрактных графических типах данных . ^[82] Фильм получил несколько наград и был показан на выставке SIGGRAPH '83.

В 1985 году Пьер Лашапель, Филипп Бержерон, Пьер Робиду и Даниэль Ланглуа сняли « Тони де Пелтри» , в котором показан первый анимированный человеческий персонаж, выражающий эмоции с помощью мимики и движений тела, что затронуло чувства зрителей. ^{[83] [84]} Премьера Тони де Пелтри стала заключительным фильмом SIGGRAPH '85.

В 1987 году Канадский инженерный институт отметил свое 100-летие. Крупное мероприятие, спонсируемое Bell Canada и Northern Telecom (ныне Nortel ), было запланировано на Place des Arts в Монреале. Для этого события Надя Магненат Тальманн и Даниэль Тельманн смоделировали встречу Мэрилин Монро и Хамфри Богарта в кафе в старой части Монреаля. Короткометражный фильм под названием Rendez-vous in Montreal ^[85] был показан на многочисленных фестивалях и телеканалах по всему миру.

Sun Microsystems, Inc [ править ]

Компания Sun Microsystems была основана в 1982 году Энди Бехтольшеймом вместе с другими аспирантами Стэнфордского университета . Изначально Бехтольшейм проектировал компьютер SUN как персональную рабочую станцию САПР для сети Стэнфордского университета (отсюда и сокращение «SUN»). Он был разработан на базе процессора Motorola 68000 с операционной системой Unix и виртуальной памятью и, как и SGI, имел встроенный буфер кадра. ^[86]Более поздние разработки включали компьютерные серверы и рабочие станции, построенные на собственной процессорной архитектуре на основе RISC, и набор программных продуктов, таких как операционная система Solaris и платформа Java. К 90-м годам рабочие станции Sun были популярны для рендеринга в 3D-кинопроизводстве CGI - например, в фильме «История игрушек» Disney - Pixar 1995 года использовалась ферма рендеринга из 117 рабочих станций Sun. ^[87] Sun была сторонницей открытых систем в целом и Unix в частности и внесла большой вклад в разработку программного обеспечения с открытым исходным кодом . ^[88]

Национальный совет по кинематографии Канады [ править ]

Студия французской анимации NFB основала свой Центр аниматики в 1980 году за 1 миллион канадских долларов с командой из шести специалистов по компьютерной графике. Первоначально перед подразделением была поставлена ​​задача создать стереоскопические CGI-последовательности для фильма NFB 3-D IMAX Transitions для Expo 86 . В состав Centre d'animatique входил Даниэль Ланглуа , который в 1986 году ушел из компании Softimage . ^{[89] [90]}

Первая система анимации вещания под ключ [ править ]

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 стандарта вещания , и в нее вошло программное обеспечение 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 кадровый буфер также показывал мгновенные повторы анимированных векторных последовательностей в реальном времени («линейный тест»), хотя завершенная полноцветная запись занимала бы много секунд на каждый кадр. ^{[91] [92] [93]}Полная система была успешно продана вещательным компаниям и анимационным компаниям по всей Японии. Позже, в 80-х, Китчинг разработал версии Antics для платформ SGI и Apple Mac , и они получили более широкое распространение по всему миру. ^[94]

Первый качественный 3D CGI в фильмах [ править ]

Первым художественным фильмом, широко использовавшим твердую трехмерную компьютерную графику, стал фильм Уолта Диснея « Трон» , снятый Стивеном Лисбергером в 1982 году. Фильм считается важной вехой в киноиндустрии, хотя на самом деле было использовано менее двадцати минут этой анимации. -mainly сцены , которые показывают цифровые «местности», или включают в себя транспортные средства , такие как Light Cycles , танков и кораблей. Чтобы создать сцены CGI, Disney обратился к четырем ведущим компаниям, занимающимся компьютерной графикой того времени: Information International Inc , Robert Abel and Associates (обе в Калифорнии), MAGI и Digital Effects.(оба в Нью-Йорке). Каждый работал над отдельным аспектом фильма без какого-либо особого сотрудничества. ^{[95] «} Трон» имел кассовые сборы, собрав 33 миллиона долларов при бюджете в 17 миллионов долларов. ^[96]

В 1984 году за « Троном» последовал «Последний звездный истребитель» , постановка Universal Pictures / Lorimar режиссера Ника Кастла , и это был один из первых фильмов кинематографа, 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 по-прежнему использовались обычные физические модели. ^[97] Компьютерная графика для фильма была разработана художником Роном Коббом и визуализирована Digital Productions на Cray X-MP.суперкомпьютер. В общей сложности было снято 27 минут готовых видеоматериалов компьютерной графики, что в то время считалось огромным количеством. Компания подсчитала, что использование компьютерной анимации требует только половины времени и от половины до одной трети стоимости традиционных спецэффектов. ^[98] Фильм имел финансовый успех, заработав более 28 миллионов долларов при ориентировочном бюджете в 15 миллионов долларов. ^[99]

Промежуток и морфинг [ править ]

Термины « промежуточное звено» и « морфинг» часто используются взаимозаменяемо и означают создание последовательности изображений, в которой одно изображение постепенно плавно, небольшими шагами преобразуется в другое изображение. Графически ранним примером может служить известная карикатура Шарля Филипона 1831 года, на которой французский король Луи Филипп превращается в грушу (метаморфоза). ^[100] « Промежуток » (также известный как «анимация») - это термин, специально придуманный для традиционной техники анимации, ранним примером которого является книга Э.Глуца « Анимационные мультфильмы » 1920 года . ^[101] В компьютерной анимации инбетвининг использовался с самого начала (например, Джон Уитни в 50-х,Чарльз Чури и Масао Комура в 60-е годы). ^[27] Эти новаторские примеры были векторными, включали только контурные рисунки (как это было также обычно в традиционной технике анимации) и часто математически назывались « интерполяцией ». Inbetweening с сплошной заливкой цвета появились в начале 70 - х годов (например, Алан Kitching в Antics в Atlas Lab , 1973, ^[40] и Питер Földes ' La Faim в NFBC , 1974 ^[35] ), но они все еще были полностью вектор- на основе.

Термин «морфинг» не стал актуальным до конца 80-х годов, когда он был специально применен к компьютеру между фотографическими изображениями - например, чтобы одно лицо плавно трансформировалось в другое. В технике используются сетки (или «сетки»), наложенные на изображения, чтобы очертить форму ключевых деталей (глаза, нос, рот и т. Д.). Затем морфинг перемещает одну сетку в другую и использует полученную сетку для искажения изображения и одновременного растворения одного в другом, тем самым сохраняя целостную внутреннюю структуру. Таким образом, в морфинге объединяются несколько различных цифровых технологий. ^[102] Компьютерное искажение фотографических изображений было впервые выполнено НАСА в середине 1960-х годов для совмещения Landsat и Skylab.спутниковые снимки 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 1980 года Эда Катмулла и Алви Рэя Смита о геометрических преобразованиях был представлен алгоритм деформации сетки. ^[103] Самая ранняя полная демонстрация морфинга была на конференции SIGGRAPH 1982 года , где Том Бригам из NYIT представил короткометражный фильм, в котором женщина трансформировалась, или «трансформировалась», в рысь.

Первым кинофильмом, в котором использовалось морфинг, был фэнтезийный фильм Рона Ховарда « Уиллоу» 1988 года , где главная героиня Уиллоу с помощью волшебной палочки превращает животное в животное в животное и, наконец, в колдунью.

3D-анимация [ править ]

С помощью 3D CGI промежуточное преобразование фотореалистичных компьютерных моделей также может давать результаты, аналогичные морфингу, хотя технически это совершенно другой процесс (но, тем не менее, его часто также называют «морфингом»). Одним из первых примеров является фильм Нельсона Макса 1977 года « Вывернув сферу наизнанку» . ^[50] Первая особенность кинофильм использовать эту технику , был 1986 Star Trek IV: Путешествие домой , режиссер Леонард Нимой , с визуальными эффектами, Джордж Лукас компании s Industrial Light & Волшебства (ILM). Фильм включает в себя сцену из снов, в которой команда путешествует во времени, и изображения их лиц трансформируются друг в друга. Для его создания ILM использовал новыйТехнология 3D-сканирования, разработанная Cyberware для оцифровки голов актеров, использовала полученные данные для компьютерных моделей. Поскольку у каждой модели головы было одинаковое количество ключевых точек, преобразование одного персонажа в другого было относительно простым промежуточным звеном. ^[104]

Бездна [ править ]

В 1989 году на экраны вышел подводный боевик Джеймса Кэмерона « Бездна» . Это был первый фильм, в котором фотореалистичная компьютерная графика была интегрирована в сцены живых выступлений. Пятиминутный эпизод с анимированным щупальцем или «псевдоподом» был создан ILM, который разработал программу для создания поверхностных волн различных размеров и кинетических свойств для псевдопод, включая отражение, преломление и последовательность морфинга . Несмотря на краткость, это успешное сочетание компьютерной графики и живых выступлений широко считается вехой в определении направления для дальнейшего развития в этой области. ^[105]

Уолт Дисней и CAPS [ править ]

«Великий мышонок-детектив» (1986) был первымфильмом Диснея, в котором широко использовалась компьютерная анимация, и этот факт Дисней использовал для продвижения фильма во время маркетинга. CGI был использовантечение двух минут кульминационной сцене на Биг - Бен , вдохновленный подобной кульминационной сцене в Хаяо Миядзаки «s Замок Калиостро (1979). «Великий мышиный детектив» , в свою очередь, проложил путь Диснеевскому ренессансу . ^{[106] [107]}

Конец 1980-х ознаменовался еще одной вехой в компьютерной анимации, на этот раз в 2D: разработкой Disney « Система производства компьютерной анимации », известная как «CAPS / ink & paint». Это был заказной набор программного обеспечения, сканеров и сетевых рабочих станций, разработанный The Walt Disney Company в сотрудничестве с Pixar . Его цель состояла в том, чтобы автоматизировать процессы чернильный лакокрасочной и пост-производства традиционно анимационных фильмов, чтобы обеспечить более эффективное и сложный пост-продакшн, делая практику ручной живописи Celsустаревший. Рисунки аниматоров и фоновые рисунки сканируются в компьютер, а анимационные рисунки пишутся и раскрашиваются цифровыми художниками. Затем рисунки и фон объединяются с помощью программного обеспечения, которое позволяет использовать движения камеры, эффекты многоплановости и другие методы, включая композицию с материалом трехмерного изображения. Первое использование системы в художественном фильме было в «Русалочке» (1989) для сцены «прощай, радуга» ближе к концу, но первое полномасштабное использование было в фильме «Спасатели внизу» (1990), который, таким образом, стал первым традиционным анимационным фильмом. фильм, который будет полностью производиться на компьютере - или действительно первый полностью цифровой художественный фильм любого рода, когда-либо созданный. ^{[108] [109]}

Программное обеспечение для 3D-анимации в 1980-х [ править ]

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

• 1982: Компания Autodesk Inc. была основана в Калифорнии Джоном Уокером с акцентом на программное обеспечение для проектирования на ПК с их флагманским пакетом САПР AutoCAD . В 1986 году первым пакетом анимации Autodesk стал AutoFlix для использования с AutoCAD. Их первой программой для полноценной 3D-анимации была 3D Studio для DOS в 1990 году, разработанная по лицензии Гэри Йостом из The Yost Group. ^{[110] [111]}
• 1983: Стивен Бингхэм и другие основали компанию Alias ​​Research в Торонто, Канада, с упором на промышленное и развлекательное программное обеспечение для рабочих станций SGI. Их первым продуктом был Alias-1, который был выпущен в 1985 году. В 1989 году Alias ​​был выбран для анимации псевдопода в фильме Джеймса Кэмерона « Бездна» , что дало программе широкое признание в анимации фильмов. В 1990 году он превратился в PowerAnimator , часто известный как Alias . ^[112]
• 1984: Компания Wavefront была основана Биллом Ковачем и другими в Калифорнии для производства компьютерной графики для фильмов 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, использовав его в коммерческих проектах, создав начальную графику для телевизионных программ. В 1988 году компания представила персональный визуализатор . ^{[113] [114]}
• 1984: TDI (Thomson Digital Image) была создана во Франции как дочерняя компания компании Thomson-CSF, занимающейся симуляторами самолетов, для разработки и коммерциализации собственной 3D-системы Explore , впервые выпущенной в 1986 году.
• 1984: Sogitec Audiovisuel , подразделение авионики Sogitec во Франции, основанное Ксавье Николя для производства компьютерных анимационных фильмов с использованием собственного программного обеспечения 3D, разработанного в 1981 году Клодом Мешуламом и другими сотрудниками Sogitec. ^[115]
• 1986: Softimage была основана в Монреале режиссером Даниэлем Ланглуа, Национальным советом по кинематографии Канады. Его первый продукт назывался Softimage Creative Environment и был представлен на выставке SIGGRAPH '88. Впервые были интегрированы все 3D-процессы (моделирование, анимация и рендеринг). Creative Environment ( в 1988 году получившая название Softimage 3D ) стала стандартным анимационным решением в отрасли. ^[116]
• 1987: Компания Side Effects Software была основана Кимом Дэвидсоном и Грегом Хермановичем в Торонто, Канада, как производственная / программная компания, основанная на пакете 3D-анимации под названием PRISMS , который они приобрели у своего бывшего работодателя Omnibus . Компания Side Effects Software превратила этот продукт для процедурного моделирования и движения в высококлассное, тесно интегрированное программное обеспечение для 2D / 3D анимации, которое включает в себя ряд технологических прорывов. ^[117]
• 1989: компании TDI и Sogitec были объединены в новую компанию ExMachina .

CGI в 1990-х [ править ]

Компьютерная анимация распространяется в кино и на телевидении [ править ]

1990-е годы начались с того, что большая часть технологий компьютерной графики в настоящее время достаточно развита, чтобы обеспечить значительное расширение производства фильмов и телепрограмм. 1991 год широко считается "годом прорыва", когда были отмечены два крупных кассовых успеха, оба с интенсивным использованием компьютерной графики.

Первый из них был Джеймс Кэмерон фильм «s Терминатор 2: Судный день , ^[118] и был тот , который первым принес CGI для широкого общественного внимания. Эта техника была использована для анимации двух роботов «Терминатор». Роботу «Т-1000» была придана структура «имитирующего полисплав» (жидкий металл), которая позволяла этому изменяющему форму персонажу трансформироваться практически во все, к чему он прикасается. Большинство ключевых эффектов Терминатора было предоставлено Industrial Light & Magic , и этот фильм был самым амбициозным проектом компьютерной графики со времен фильма « Трон» 1982 года . ^[119]

Другой был Дисней «s Красавица и Чудовище , ^[120] второй традиционный 2D анимационный фильм , который будет полностью выполнена с использованием CAPS . Система также позволила более легко комбинировать нарисованное от руки искусство с материалом 3D CGI , особенно в «последовательности вальса», где Белль и Чудовище танцуют в созданном компьютером бальном зале, а камера « катится » вокруг них в смоделированном трехмерном пространстве. ^[121] Примечательно, что « Красавица и чудовище» стал первым анимационным фильмом, когда-либо номинированным на премию Оскар за лучший фильм. ^[122]

Еще одним важным шагом пришел в 1993 году, Стивен Спилберг «s Парк Юрского периода , ^[123] , где 3D CGI динозавры были интегрированы с жизнью размера аниматронных коллегами. CGI-животные были созданы ILM, и в тестовой сцене, чтобы провести прямое сравнение обоих методов, Спилберг выбрал CGI. Также наблюдал за ним Джордж Лукас, который заметил, что «был преодолен большой разрыв, и все никогда не будет по-прежнему». ^{[124] [125] [126]}

«Железный гигант» от Warner Bros 1999 года был первым традиционным анимационным фильмом, в котором главный персонаж, главный герой, был полностью сгенерирован компьютером. ^[127]

Флокирование [ править ]

Стая - это поведение, которое проявляется, когда группа птиц (или других животных) движется вместе в стае. Математическая модель поведения стая была впервые смоделирована на компьютере в 1986 году Крейгом Рейнольдсом и вскоре нашла свое применение в анимации. Парк Юрского периода особенно отличался флокированием и привлек к этому широкое внимание, упомянув об этом в фактическом сценарии ^{[ необходима цитата ]} . Другими ранними применениями были стая летучих мышей в « Возвращении Бэтмена» Тима Бертона (1992) и давка антилоп гну в « Короле льва» Диснея (1994). ^[128]

С улучшением аппаратного обеспечения, снижением затрат и постоянно расширяющимся набором программных инструментов методы компьютерной графики вскоре стали использоваться как в кино, так и в телевизионном производстве.

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

Также в том же году французская компания Studio Fantome выпустила первый полнометражный полностью компьютерный мультсериал Insektors (26 × 13 '), ^{[129] [130],} хотя они также выпустили еще более ранний полностью трехмерный короткометражный сериал, Geometric Fables. (50 x 5 футов) в 1991 году. ^[131] Чуть позже, в 1994, был показан канадский телесериал ReBoot (48 x 23 футов), произведенный компанией Mainframe Entertainment . ^[132]

В 1995 году вышел первый полнометражный полнометражный фильм с компьютерной анимацией, Disney - Pixar 's Toy Story , который имел огромный коммерческий успех. ^[133] Этот фильм был снят Джоном Лассетером , соучредителем Pixar и бывшим аниматором Disney, который начинал в Pixar с короткометражных фильмов, таких как Luxo Jr. (1986), Red's Dream (1987) и Tin Toy (1988). ), который также стал первым созданным компьютером короткометражным фильмом, получившим премию Американской киноакадемии. Затем, после долгих переговоров между Disney и Pixar, в 1991 году было заключено соглашение о партнерстве с целью создания полнометражного фильма, результатом которого стала «История игрушек» .^[134]

В последующие годы наблюдалось значительное увеличение использования методов цифровой анимации, когда в производство начали работать многие новые студии, а существующие компании перешли от традиционных методов к CGI. Между 1995 и 2005 годами в США средний бюджет на эффекты для широко выпускаемого художественного фильма подскочил с 5 до 40 миллионов долларов. По словам Хатча Паркера, президента по производству компании 20th Century Fox , по состоянию на 2005 год ^{[Обновить]}«50 процентов художественных фильмов имеют значительные эффекты. Они являются персонажами фильма». Однако компьютерная графика компенсировала расходы, собрав на 20% больше, чем ее реальные аналоги, и к началу 2000-х годов компьютерные изображения стали доминирующей формой спецэффектов. ^[135]

Захват движения [ править ]

Захват движения , или «Mocap» , записывает движение внешних объектов или людей и применяется в медицине, спорте, робототехнике и армии, а также для анимации в кино, на телевидении и в играх. Самый ранний пример - 1878 год, когда Идверд Мейбридж впервые сфотографировал движения людей и животных, которые до сих пор остаются источником информации для аниматоров. ^[136] До появления компьютерной графики захват движений для использования в анимации должен был выполняться с помощью ротоскопирования , когда движение актера снималось, а затем фильм использовался в качестве руководства для покадрового движения нарисованного от руки анимированного персонажа. . Первым примером этого была книга Макса Флейшера « Из чернильницы».в 1915 году, а более свежим ярким примером является 2D-анимационный фильм Ральфа Бакши 1978 года «Властелин колец» .

Компьютерный захват движения начался как инструмент фотограмметрического анализа в исследованиях биомеханики в 1970-х и 1980-х годах. ^[137] Исполнитель носит маркеры возле каждого сустава, чтобы определить движение по положению или углу между маркерами. Можно использовать множество различных типов маркеров - световые, светоотражающие, светодиоды, инфракрасные, инерционные, механические или беспроводные RF - и их можно носить как форму костюма или прикреплять непосредственно к телу исполнителя. Некоторые системы включают детализацию лица и пальцев, чтобы запечатлеть едва различимые выражения, и это часто называют « захватом производительности».". Компьютер записывает данные с маркеров и использует их для анимации цифровых моделей персонажей в компьютерной 2D- или 3D-анимации, а в некоторых случаях это может также включать движение камеры. В 1990-х годах эти методы стали широко использоваться для визуальных эффектов. . Видео игры также начали использовать захват движения для анимации персонажей в игре в 1995 году, самые ранние примеры этого существа на Atari Jaguar игры на компакт-дисках Highlander: Последний из МакЛеодс , ^{[138] [139]} и аркадный файтинг Soul Edge , первая видеоигра, в которой использовалась технология пассивного оптического захвата движения. ^[140]

Еще одним прорывом, когда в кинофильме использовался захват движения, стало создание сотен цифровых персонажей для фильма « Титаник» в 1997 году. Эта техника широко использовалась в 1999 году для создания Джар-Джара Бинкса и других цифровых персонажей в « Звездных войнах: Эпизод I - Призрачная угроза» .

Перемещение матча [ править ]

Соответствие движению (также известное как отслеживание движения или отслеживание камеры)), хотя и относится к захвату движения, это совершенно другая техника. Вместо использования специальных камер и датчиков для записи движения объектов, сопоставление движущихся работ с уже существующими кадрами живого действия и использование только компьютерного программного обеспечения для отслеживания определенных точек в сцене через несколько кадров и, таким образом, позволяет вставлять элементы CGI. в кадр с правильным положением, масштабом, ориентацией и движением относительно существующего материала. Эти термины используются в общих чертах для описания нескольких различных методов извлечения информации о движении объекта или камеры из движущегося изображения. Техника может быть двухмерной или трехмерной, а также может включать согласование движений камеры. Самыми ранними примерами коммерческого программного обеспечения являются 3D-Equalizer от Science.D.Visions ^[141] иrastrack от Hammerhead Productions ^[142], оба начиная с середины 90-х.

Первым шагом является определение подходящих функций, которые алгоритм отслеживания программного обеспечения может зафиксировать и которым будет следовать. Обычно элементы 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 2D-координат, которые представляют положение объекта в серии кадров. Такие треки можно сразу использовать для 2D-отслеживания движения или затем использовать для вычисления 3D-информации. В трехмерном отслеживании процесс, известный как «калибровка», определяет движение камеры из обратной проекции двухмерных траекторий, и из этого процесса «реконструкции» используется для воссоздания сфотографированного объекта из отслеживаемых данных, а также любых движение камеры.Затем это позволяет перемещать идентичную виртуальную камеру в программе 3D-анимации, так что новые анимированные элементы могут быть объединены в исходный снимок живого действия в идеально подобранной перспективе.^[143]

В 1990-х годах технология прогрессировала до такой степени, что стало возможным включать виртуальных дублеров. Программное обеспечение слежения за камерой было усовершенствовано, чтобы разрешить разработку все более сложных визуальных эффектов, что ранее было невозможно. Сгенерированные компьютером статисты также стали широко использоваться в массовых сценах с расширенным программным обеспечением для моделирования скопления людей и 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 визуальных эффектов и даже используется для создания эффектов в прямых телетрансляциях. ^[144]

Виртуальная студия [ править ]

На телевидении виртуальная студия или виртуальная студия - это студия, которая позволяет в реальном времени комбинировать людей или другие реальные объекты и компьютерную среду и объекты без шва. Для этого требуется, чтобы среда 3D CGI была автоматически заблокирована, чтобы точно отслеживать любые движения камеры и объектива в режиме реального времени. Суть такой системы заключается в том, что она использует некоторую форму отслеживания камеры для создания потока данных в реальном времени, описывающего точное движение камеры, а также некоторое программное обеспечение для визуализации CGI в реальном времени, которое использует данные отслеживания камеры и генерирует синтетическое изображение виртуального набора, точно связанного. к движению камеры. Затем оба потока объединяются с помощью видеомикшера, обычно с использованием цветного ключа.. Такие виртуальные устройства стали обычным явлением в телевизионных программах в 1990-х годах, при этом первой практической системой такого рода стала виртуальная студия Synthevision, разработанная японской вещательной корпорацией NHK (Nippon Hoso Kyokai) в 1991 году и впервые использованная в их специальной научной программе Nano- пространство . ^{[145] [146] В} кинопроизводстве также используются методы виртуальных студий, но этот носитель не имеет такого же требования 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 качестве пост-обработки.процесс. Однако к 2000-м годам мощность компьютеров значительно увеличилась, чтобы можно было создавать множество виртуальных съемочных площадок в реальном времени, как на телевидении, так что не было необходимости объединять что-либо в пост-продакшн.

Машинима [ править ]

Machinima использует движки рендеринга трехмерной компьютерной графики в реальном времени для создания кинематографической продукции. Чаще всего для этого используются игровые автоматы. Академия Машинимы искусства и наук (AMAS), некоммерческая организация , созданная 2002 и направлена на продвижение машинима, определяет машиним как «анимационное кино в виртуальной среде в режиме реального времени 3-D». AMAS отмечает образцовые постановки на своих ежегодных ^{[147] [148]} наградах . Практика использования графических движков из видеоигр возникла в результате внедрения анимационного программного обеспечения в « демосцене » 80-х , видеоигры Stunt Island 1992 года от Disney Interactive Studios и Записи игрового процесса 90-хшутер от первого лица видеоигры, такие как ID Software «s Гибели и Quake . Кинофестиваль Машинима. Художников, основанных на машинимах, иногда называют машинистами или машинистами.

Программное обеспечение для 3D-анимации в 1990-х [ править ]

В 90-е годы и позже в индустрии программного обеспечения для 3D-моделирования было много разработок, слияний и сделок.

• Wavefront последовал за успехом Personal Visualiser с выпуском Dynamation в 1992 году, мощного инструмента 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, который включал 3Design для моделирования, Anim для анимации и Interactive Photorealistic Renderer (IPR) для рендеринга. В 1995 году Wavefront была куплена Silicon Graphics и слилась с Alias . ^[149]
• 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 . Псевдоним нашел клиентов в анимационных фильмах, сериалах, визуальных эффектах и ​​видеоиграх и включал многие известные студии, такие как Industrial Light & Magic , Pixar , Sony Pictures Imageworks , Walt Disney и Warner Brothers.. Другие продукты Alias ​​были разработаны для архитектурных и инженерных приложений. В 1995 году SGI приобрела Alias ​​Research и Wavefront в рамках трехсторонней сделки, и была создана объединенная компания Alias ​​Wavefront . ^[150]
• Новая миссия Alias ​​Wavefront заключалась в том, чтобы сосредоточиться на разработке самых передовых в мире инструментов для создания цифрового контента. PowerAnimator продолжал использоваться для 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, лицевую анимацию, размытие в движении и технологию «временной деформации». Продукты промышленного дизайна САПР, такие как AliasStudio и Alias ​​Designer, были стандартизированы для программного обеспечения Alias ​​| Wavefront. В 1998 году Alias ​​| Wavefront запустила Maya.в качестве нового флагманского продукта 3D, и вскоре он стал самым важным инструментом анимации в отрасли. Maya была объединением трех пакетов - Advanced Visualizer от Wavefront , Power Animator от Alias и Explore от TDI . В 2003 году компания была переименована просто в «Псевдоним». В 2004 году SGI продала бизнес частной инвестиционной фирме, которая позже была переименована в Alias ​​Systems Corporation . В 2006 году компания была куплена Autodesk . ^{[151] [152]}
• Softimage разработала дополнительные функции для Creative Environment , в том числе Actor Module (1991) и Eddie (1992), включая такие инструменты, как обратная кинематика, обертывание, метаклей, анимация скопления и многие другие. В число клиентов Softimage входят многие известные продюсерские компании, а Softimage использовалась для создания анимации для сотен основных художественных фильмов и игр. В 1994 году Microsoft приобрела Softimage и переименовала пакет в Softimage 3D , выпустив порт Windows NT два года спустя. ^{[153] [154]} В 1998 году, после оказания помощи в переносе продуктов на Windows и финансирования разработки Softimage иSoftimage | DS , Microsoft продала модуль Softimage компании Avid Technology , которая стремилась расширить свои возможности визуальных эффектов. Затем, в 2008 году, Autodesk приобрела бренд и анимационные активы Softimage у Avid, в результате чего Softimage Co. стала отдельным лицом. Связанные с видео активы Softimage, включая Softimage | DS (теперь Avid | DS ), по-прежнему принадлежат Avid. ^{[155] [156]}
• Созданная компанией Autodesk Inc программа 3D Studio для ПК на базе DOS была в конечном итоге вытеснена в 1996 году, когда The Yost Group разработала 3D Studio Max для Windows NT. По цене намного ниже, чем у большинства конкурентов, 3D Studio Max быстро стал доступным решением для многих профессионалов. Из всего программного обеспечения 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 , поставив программные продукты StudioTools и Maya под брендом Autodesk, а 3D Studio Max была переименована в Autodesk 3ds Max.и Maya как Autodesk Maya . В настоящее время Autodesk является одной из крупнейших компаний-разработчиков программного обеспечения в мире и обслуживает более 4 миллионов клиентов в более чем 150 странах. ^{[157] [158] [159]}
• Побочные эффекты Software 'S ПРИЗМА широко используется для создания визуальных эффектов для вещания и художественных фильмов в 90 - х года, с проектами , как Twister , 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 играх, а ПО Side Effects неизменно зарекомендовало себя как новатор в отрасли. ^{[160] [161] [162]}

CGI в 2000-х [ править ]

2000 прорывный захват поля отражения над человеческим лицом [ править ]

В 2000 году команде под руководством Пола Дебевека удалось адекватно уловить (и смоделировать) поле отражения на человеческом лице с помощью простейших световых сцен . ^[163], который был последним недостающим фрагментом головоломки, чтобы сделать цифровых двойников известных актеров .

Захват движения, фотореализм и сверхъестественная долина [ править ]

Первым массовым кинематографическим фильмом, полностью снятым с использованием технологии захвата движения, была японско-американская Final Fantasy: The Spirits Within ( 2001) режиссера Хиронобу Сакагути , в которой также впервые использовались фотореалистичные персонажи компьютерной графики. ^[164] Фильм не имел кассовых сборов. ^[165] Некоторые комментаторы предположили, что это может быть отчасти потому, что у главных персонажей компьютерной графики были черты лица, которые попали в « сверхъестественную долину ». ^[166] В 2002 году фильм Питера Джексона « Властелин колец: Две башни» был первым художественным фильмом, в котором использовалась система захвата движения в реальном времени, что позволило актеру Энди Серкису.для передачи прямо в 3D CGI-модель Голлума во время ее выполнения. ^[167]

Многие считают, что захват движения заменяет навыки аниматора и лишает аниматора способности создавать преувеличенные движения, которые невозможно выполнить вживую. Конечные титры фильма Pixar « Рататуй» (2007) отмечены печатью, подтверждающей его как «100% чистая анимация - без захвата движения!» Тем не менее, сторонники отмечают, что эта техника обычно включает в себя также значительную корректировку аниматорами. Тем не менее, в 2010 году Американская киноакадемия ( AMPAS ) объявила, что фильмы с захватом движения больше не будут считаться подходящими для получения премии «Оскар за лучший анимационный полнометражный фильм», заявив, что «захват движения сам по себе не является анимационной техникой». ^{[168] [169]}

Виртуальная кинематография [ править ]

В начале 2000 - х годов увидели появление полностью виртуальной кинематографии с его дебютом аудитории считается в фильмах 2003 Матрица : Перезагрузка и Матрица : Революция с ее цифровым двойники настолько убедительным , что часто невозможно знать , если какой - то образ является человек изображаемой с камерой или цифровым просмотровым так выстрелом с моделированием в виде камеры . Сцены, созданные и отображаемые в виртуальном кинематографе, - это «Крепкая драка» и финальная схватка между Нео и агентом Смитом . С обычным кинематографическимметоды, на создание которых крепкая драка потребовала бы чрезмерно много времени с годами композитинга, необходимого для сцены продолжительностью в несколько минут. Также человек-актер не мог быть использован для финального поединка в «Матричных революциях»: Нео ударил по скуле агента Смита, оставив цифрового двойника, естественно, невредимым.

Программное обеспечение для 3D-анимации в 2000-х [ править ]

• Blender (программное обеспечение) - это бесплатный пакет для виртуальной кинематографии с открытым исходным кодом, используемый как профессионалами, так и энтузиастами.
• Poser - еще одна программа для создания 3D-графики, специально предназначенная для удобной анимации мягких объектов.
• Pointstream Software - это профессиональная программа оптического потока, которая использует пиксель в качестве базовой примитивной формы, обычно отслеживаемой через многокамерную установку от уважаемого Arius3D , создателя сканера XYZ RGB , используемого в процессе производства сиквелов Matrix.

CGI в 2010-х [ править ]

На SIGGRAPH 2013 Activision и USC представили в реальном времени цифровое лицо, похожее на «Ира», с использованием светового каскада X USC от Ghosh et al. как для поля отражения, так и для захвата движения. ^{[170] [171]} Конечный результат, как предварительно вычисленный, так и визуализированный в реальном времени с помощью современного графического процессора : Digital Ira , ^[170], выглядит довольно реалистично. Методы, ранее ограничивавшиеся высокопроизводительными системами виртуальной кинематографии, быстро переходят в видеоигры и приложения для досуга .

Дальнейшее развитие [ править ]

О новых разработках в технологиях компьютерной анимации сообщается каждый год в Соединенных Штатах на SIGGRAPH , крупнейшей ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям, а также на Eurographics и других конференциях по всему миру. ^[172]

Ссылки [ править ]