3d анимация

3d анимация - создание движения (анимации) каких-либо объектов 3d сцены, отдельных элементов 3d модели, либо имитирование движения объектов.

3d анимация является одним из приоритетных направления 3d графики, широко применяется в кинопроизводстве, рекламе, 3d играх. Существует несколько техник анимации 3d объектов или элементов 3d объекта, наиболее распространенные:

• Трансформация
• Прямая кинематика и скелетная анимация
• Обратная кинематика
• Захват движения (motion capture)
• Ротоскопирование
• Симуляция движения
• Процедурная анимация
• Интерактивная анимация

Трансформация

При трансформации к объектам сцены или отдельным элементам объектов (вершинам, гранем) применяют три вида простейших манипуляций: перенос, вращение и масштабирование.

Прямая кинематика и скелетная анимация

При прямой кинематике и скелетной анимации твердые сегменты 3d модели соединены между собой сочленениями, которые образуют кинематическую пару, при этом объект выстраивается в кинематическую иерархическую цепь. При трансформации родительского сегмента движение будет передаваться по цепочке всем дочерним элементам, которые имеют свои степени свободы относительно родительского элемента, при этом трансформация дочернего элемента не будет влиять на родительский, который останется неподвижным. Пример: человеческая рука, где главный родительский сегмент плечо, а самый последний дочерний палец. Движение плеча будет перемещать всю руку, вместе с пальцами, однако отдельный палец можно только сгибать в суставах, при этом плечо и вся остальная рука останется неподвижной.

Обратная (инверсная) кинематика

Принцип обратной кинематики диаметрально противоположен прямой кинематике. Трансформация сегментов происходит по цепочке от дочернего к родительскому. Конечный дочерний элемент, с помощью которого происходит анимация, называется эффектором. Перемещая эффектор будет перемещаться вся цепочка сегментов - от дочернего к родительскому. Перемещения сегментов между собой будет в пределах установленных ограничений степеней свободы. Пример: конечным эффектором согнутой руки является кончик указательного палец, если его начать перемещать, то рука будет разгибаться, и вместе с плечом ориентироваться в направлении перемещения эффектора.

Захват движения (motion capture)

3d анимация, основанная на захвате движения - это оцифровка движения с помощью специального оборудования и датчиков, с реальных объектов и перенос их на виртуальные 3d модели. Например с помощью датчиков, установленных на голове, торсе и ногах можно выполнить захват бега актера, или с помощью меток, нанесенных на лицо, можно выполнить захват мимики лица актера.

Ротоскопирование

Ротоскопирование - это перенос существующей анимации на 3d модель. Например чтобы выполнить анимацию бега лошади, с помощью ротоскопирования, в сцене устанавливают анимированный задник (бэкграунд) с видеороликом бега лошади, а на переднем плане работают с 3d моделью лошади, покадрово перемещая ноги и туловище в соответствие с положением на заднем видеоролике.

Симуляция движения

Данный вид 3d анимации выполняется на основе физических правил. 3D моделям назначаются физические характеристики, такие как упругость, масса, влияние силы трения и воздуха. На основании физических законов проводится симуляция движения, например упругий мячик упав, на пол под действием силы тяжести, отпрыгнет, или пуля, с определенной массой и скоростью попав в банку, которая также имеет массу и силу тяжести, отбросит ее на какое-то расстояние и упадет на землю.

Процедурная анимация

Данный вид 3d анимации объектов сцены выполняется на основе каких-либо процедур и правил взаимодействия. Процедурная анимация выполняется для анимирования частиц, например воды, дыма, взрывов, или анимации стай птиц, больших массовок. Например при анимации стай птиц каждая отдельно взятая птица анимируется на основе данных окружающей среды, физических законов и установленных параметров - летят ли птицы стаей, либо кружатся по отдельности.

Интерактивная анимация

В данном виде 3d анимации можно непосредственно, в реальном времени, воздействовать на ход событий. Применяется в играх, демо-сценах, презентациях, программах интерактивной визуализации.