Lezione 16: Animazione (2)

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1 Lezione 16: Animazione (2) Informatica Multimediale Docente: Umberto Castellani Sommario Introduzione Origini Produrre animazioni Animazione tradizionale (2D) Animazione digitale 2 Animazione 3D

2 Animazione 3D Anche l animazione 3D ha una storia antecedente all era del computer Nel 3D i fotogrammi si ottengono fotografando lo stato della scena soggetto dell animazione. Dopo questa fase l animazione diventa un filmato 2D su pellicola o su file Animazione 3D tradizionale La scena di cui viene fotografato lo stato è una ricostruzione particolareggiata ed in scala dell ambiente in cui si svolge l animazione I componenti principali sono: gli oggetti contenuti i personaggi che si muovono le luci i punti di vista

3 Componenti Oggetti: sono tutti gli elementi visibile nella scena che la arredano, la popolano, distinguono e delimitano. Fanno parte dello sfondo tutti quegli oggetti che non variano o non vengono spostati (es. alberi, rocce, strade, mobili, etc). Personaggi: è un oggetto della scena che si modifica durante l animazione Componenti (II) Luci: animare le luci è essenziale per dare verosimiglianza allo svolgersi del tempo dell animazione. Nella cinematografia tradizionale il controllo delle luci è compito del direttore delle luci. Anche le luci possono essere considerate come attori virtuali Punti di vista: il punto di vista è la posizione della telecamera con cui vengono effettuate le riprese. L animazione dei punti di vista segue le stesse regole della regia dei movimenti e degli stacchi di camera in un set dal vivo.

4 Processo di produzione Il processo di produzione 3D è simile a quello per il 2D (stesura del soggetto/sceneggiatura, storyboard, etc.) E importante la progettazione dei movimenti della telecamera Occorre configurare tutti gli elementi della scena in modo tale che ad ogni frame la ripresa fornisca l immagine desiderata (prima avevo solo la telecamera e il foglio 2D) Progettazione di personaggi e scena 3D La progettazione dei personaggi 3D richiede lo studio approfondito delle caratteristiche anatomiche degli attori da animare (più complesso rispetto al 2D) Si richiede la costruzione fisica della scena e di tutti i suoi componenti e soprattutto la produzione del movimento di ogni elemento

5 Animare i personaggi Per animare i personaggi articolati ci sono due tecniche fondamentali: Stop motion: animazione manuale passo passo di un modello articolato snodabile. Ad ogni frame l animatore fa assumere al modello una posizione desiderata Modello automatizzato: è costituito da una struttura portante articolata e dotata di attuatori del movimento (i.e., leve, pistoni e motori) telecomandati Modelli fisici e interazione Quando l oggetto deve interagire con attori umani può succedere: Nel caso di animazione con stop motion occorre fare riprese separate (solo oggetto e solo attore) adottando le tecniche di croma key per il montaggio Nel caso di animazione con modelli automatici la ripresa può avvenire contemporaneamente tra attori ed oggetti che interagiscono dal vivo

6 Animazione 3D al computer L informatica ha cambiato l animazione 3D sia per le tecniche di animazione e sia per le figure professionali coinvolte nella produzione (il processo di cambiamento è ancora in atto ) Le fasi di lavorazione sono simili a quelle tradizionali ma cambia la parte di animazione: soggetto/sceneggiatura, storyboard, produzione della colonna sonora, progetto durata/framing dell animazione, produzione dei modelli e della scena da animare, animatic, generazione delle curve di animazione, rendering, montaggio e post produzione Oggetti Un oggetto è caratterizzato da una certa quantità di parametri che ne definiscono: la posizione e l orientamento nello spazio La forma e dimensione Il colore, trasparenza, il tipo di reazione alla luce La ruvidità, il peso, l elasticità, la morbidezza La relazione con altri oggetti Etc.

7 Luci Le luci di una scena sono di tre tipi: Luci puntiformi (point light) Luci direzionali (directional light) Faretti (spot light) Ogni luce ha le seguenti proprietà Posizione, colore, intensità, larghezza del cono, area di penombra La variazione nel tempo di queste proprietà determina l animazione delle luci demo Punti di vista All interno della scena è possibile posizionare telecamere virtuali caratterizzate da: Distanza focale (i.e., zoom) Orientamento Posizione Si chiamano punti di vista queste telecamere con cui gli algoritmi di rendering generano i fotogrammi dell animazione demo

8 Animazione dei punti di vista Ogni parametro della telecamera può essere animato seguendo le stesse regole di scelta dei movimenti di camera delle riprese nel mondo reale L animazione dei punti di vista equivale alla regia dei movimenti e degli stacchi di camera di un set reale e ne segue le stesse regole Per ognuno dei parametri animati in una scena, viene creata dal programma di animazione una curva di animazione che descrive l andamento nel tempo del valore del parametro Animazione dei personaggi Studio anatomico: costruire una struttura cinematica portante che ne consenta movimenti realistici (rispetto ai gradi di libertà e i vincoli delle articolazioni). Modellare l aspetto esteriore in modo realistico e riconoscibile (rispettando i rapporti massavolume, l anatomia reale, l armonia tra movimento ed aspetto es. il contrarsi dei muscoli)

9 Animazione dei personaggi Studio caratteriale: Tende a riportare nel movimento il carattere del personaggio tramite l impostazione della velocità, della forza, delle movenze e delle gestualità tipiche, in relazione agli avvenimenti dell animazione Produzione del modello In base alle scelte compiute durante le fase di analisi e progetto viene costruito il modello con una descrizione geometrica del suo aspetto esteriore, ovvero del suo rivestimento (pelle, vestiti, capelli) In base al tipo di cinematica adottata per l animazione, è possibile dotare il modello di una struttura articolata portante simile ad uno scheletro

10 Carattere dei personaggi Non è possibile descrivere in termini geometrici o fisici il comportamento di un attore virtuale che simula un umano Il comportamento automatico può essere programmato ed eseguito automaticamente dall attore virtuale (es. guardare l ora, muovere i piedi, guardarsi attorno, etc.) Si tratta di piccoli gesti ripetuti chiamati gesti elementari Animazione del volto Al fine della caratterizzazione del personaggio l animazione del volto è fondamentale Le espressioni sono un complemento fondamentali della comunicazione orale Occorre studiare l anatomia del volto, le espressioni e la loro intensità Il movimento del volto viene ricomposto a partire dal controllo dei movimenti elementari della muscolatura

11 Animazione del volto (II) L animazione avviene muovendo gruppi di punti di controllo o interpolando tra forma di riferimento Caso 1 (semplice): il volto è diviso in zone. Lo spostamento combinato delle zone da luogo all animazione Caso 2 (più complesso): si costruiscono numerose versioni del modello (dette shape di espressioni di base). L animazione deriva dalla combinazione di queste versioni Caso 3 (più efficace): si sfruttano i sistemi di controllo interativo sul volto di un attore reale. Animazione del volto: demo Nightmare

12 Linguaggio del movimento Si è sempre cercato di caratterizzare il movimento del corpo (es, nella danza) Nella computer animation si utilizza la conoscenza sull animazione tradizionale e l illustrazione traducendola su programmi software Dipende molto dal contesto applicativo (es. videogiochi, realtà virtuale etc.) Costruzione di un attore virtuale Costruzione di un modello geometrico (manichino articolato) Definizione dei parametri fisici della struttura articolata Definizione di tipologie standard di comportamento Definizione dei meccanismi di interazione tra manichino e ambiente Definizione delle proprietà di apparenza visiva ovvero l aspetto del manichino stesso

13 Stick figure Un esempio di modello di struttura articolata è lo stick figure: aste rigide collegate con giunti in grado di ruotare l uno rispetto all altro, rispettando i vincoli delle articolazioni umane Si simula uno scheletro umano, semplificandolo arbitrariamente La struttura deve muoversi in modo coerente (i.e., se muovo la spalla deve muoversi anche il braccio e la mano) Le parti dello stick figure sono poi rivestite in modo da rendere l oggetto più realistico Stick figure: esempio

14 Animazione di strutture articolate Si simulano i processi fisico-meccanici di propagazione del movimento La struttura (detta catena cinematica) è costituita da una serie di segmenti rigidi collegati tra loro alle estremità da punti di snodo o giunti che fungono da articolazione della struttura. Il punto iniziale della catena si trova all estremità del primo segmento e si chiama radice Il punto finale è all estremità dell ultimo segmento e si chiama effettore Organizzazione gerarchica Le parti di una struttura articolata sono organizzate gerarchicamente: l elemento padre trasmette sempre i propri movimenti all elemento figlio. La radice e l effettore sono gli estremi della gerarchia. Il movimento viene dalla composizione dei movimenti delle singole parti Nel caso della computer animation i vincoli tra elementi non sono fisici ma logici (si genera un grafo delle componenti) Ogni snodo della catena si muove sulla base dei suoi gradi di libertà (degree of freedom)

15 Calcolo del movimento Cinematica diretta: quando la posizione nello spazio di ogni elemento della catena cinematica dipende a cascata dalla posizione dei precedenti Cinematica inversa: la posizione nello spazio di una struttura cinematica dipenda dalla posizione dei suoi estremi Data la posizione nello spazio di un segmento (di solito l effettore) occorre determinare le configurazioni che devono assumere gli altri. Possono esserci più soluzioni o nessuna soluzione (posizione non raggiungibile) Animazione 3D automatica Animare in 3D con metodi informatici significa attribuire variazioni ai valori assunti dai parametri che descrivono l aspetto e lo stato di un oggetto nella scena 3D Si costruisce una funzione di variazione dei parametri nel tempo Il variare dei parametri viene descritto con la curva di animazione. Ci sono due approcci: Definizione di una traiettoria analitica keyframing

16 Traiettoria La curva viene trattata come una normale funzione continua dipendente dal tempo Una traiettorie è una curva nello spazio che può essere descritta da una funzione parametrica (es. sulla base di velocità o accelerazioni) Occorre creare traiettorie legittime (i.e. che siano effettivamente percorribili e che evitino lo scontro con altri oggetti collision detection) Curve a keyframe Il movimento viene descritto solo in base ad alcune posizione chiave, dette keyframe Le posizioni intermedie vengono generate automaticamente dal programma di animazione che interpola i valori di due (o più) keyframe in sequenza temporale. Il tipo di interpolazione può essere lineare, cubico, con spline etc.

17 Motion capture Costruire o calcolare il movimento da attribuire ad un personaggio virtuale è compito complesso Si può usare come fonte di riferimento il mondo reale, dove il movimento avviene in modo più semplice e naturale. Si chiama motion capture il procedimento di acquisizione di dati relativi al movimento di un soggetto nel mondo reale e di attribuzione di tali dati ad un modello computerizzato Motion capture (II) La persona che esegue il movimento di controllo è detto performer o attore ed è tipicamente un essere umano Può essere coinvolta solo una parte del corpo (mani, volto, gambe, etc.) Dopo la fase di acquisizione i dati vengono registrati ed utilizzati dagli animatori per controllare il movimento dei personaggi della scena (in differita o in tempo reale)

18 Motion capture Occorre analizzare il movimento da acquisire Si fa uno studio anatomico sia sul performer e sia sul modello Occorre pianificare i movimenti Spesso occorre definire i punti di acquisizione (i punti del soggetto dei quali si registra il movimento) Motion capture: demo Meta motion:

19 Intervista Travis Hathaway Animatore Pixar