L'animazione. L'animazione. Informatica Grafica ][ L'animazione. L'animazione. L'animazione. L'animazione

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1 Informatica Grafica ][ Animare una scena costruita in grafica 3 significa variare la forma e la posizione degli oggetti al passare del tempo. Il tempo e' suddiviso in un numero discreto di istanti, detti fotogrammi. Ad ogni fotogramma viene generata una immagine differente. Marco Gribaudo marcog@di.unito.it In prima analisi, una animazione potrebbe essere creata memorizzando una scena diversa per ogni fotogramma. Questo richiederebbe pero' una quantita' di memoria enrome! Un modello di una scena complessa, con un paio di personaggi richiede in media 4000 vertici e quasi spigoli. Per ogni vertice occorrono in media almeno 32 byte (3 dati per le coordinate, 3 per le normali, 2 per le UV - ogni dato da 4 byte). Per ogni spigolo bastano invece in genere solamente 2 byte. Facendo i conti, ogni fotogramma potrebbe occupare: 4000* *2 = byte. Considerando che un'animazione in un video gioco, per essere accettabile deve essere riprodotta ad almeno 15 fotogrammi al secondo, occorrerebbero in media: * 15 = byte/s = 2.2 MB/s!!! Normalmente pero' non e' necessario animare tutti i vertici degli oggetti nella scena. E' sufficiente di solito animare solamente i TN. In una scena infatti vi sono generalmente in media 200 Transform Node. Ognuno di essi e' contraddistinto da 9 informazioni: 3 traslazioni, 3 rotazioni e 3 variazioni di scala - ciascuna di dimensione pari a 4 Byte (36 byte in tutto).

2 Ogni fotogramma occuperebbe quindi circa 7200 byte. Per cui sarebbero sufficienti solamente 7200 * 15 = byte/s = 108 Kb/s E' possibile ridurre ulteriormente lo spazio occupato osservando che: 1 - Non tutti i TN devono essere animati: molti oggetti della scena sono infatti statici e non cambiano la loro posizione nel tempo. 2 - Non tutte le trasformazioni presenti in un TN devono essere animate: nella maggior parte dei casi vengono animate solo le rotazioni, piu' raramente le translazioni e solo di rado le variaizoni di scala. Questo riduce i TN da animare ad una media di 50 per scena, ed i parametri ad una media di 3. In questo modo sono necessari solamente 50 * 3 * 4 * 15 = 9000 byte/s = 9 KB/s Inoltre, la tecnica di animazione adottata piu di frequente e' quella dei fotogrammi chiave. ( Keyframe Animation) L'animatore memorizza il valore degli attributi di un TN solo in alcuni precisi istanti di tempo, detti appunto f o t o g r a m m i c h i a v e (keyframe) Il programma si occupa di cacolare i valori della trasformazione nei fotogrammi intermedi attraverso una operazione matematica chiamata interpolazione. Per controllare meglio il risultato dell'interpolazione, l'utente puo' anche specificare, in ogni keyframe, le tangenti alle curve che rappresentano i valori calcolati.

3 Attraverso l'interpolazione e la keyframe animation, lo spazio richiesto per codificare un'animazione puo' essere ulteriormente ridotto. Infatti, in media e' sufficiente un fotogramma chiave ogni 6 fotogrammi. Per ogni fotogramma chiave pero' sono necessari 3 valori (la chiave e le due tangenti entranti ed uscente). Questo riduce lo spazio necessario per coficare un secondo di animazione a: 50 * 3 * 4 * 3 * 15 / 6 = 4.5 KB/s Come si puo' notare, il risparmio introdotto dall'interpolazione non e' molto significativo, rispetto a quello introdotto dall'animare soltanto i TN e dallo scartare la memorizzazione delle chiavi appartenenti alle trasformazioni che non variano nel tempo. Le complicazioni derivanti dal supportare in un motore di rendering l'animazione per interpolazione sono invece decismente significative. In questo corso vedremo la keyframe animation, tramite interpolazione in Maya. Utilizzeremo invece la tecnica di memorizzazione delle trasformazioni non costanti nel motore di rendering in DirectX Vedremo come fare a ricavare la seconda dalla prima per esportare animazioni create in Maya nel motore di rendering. Un parametro importantissimo dell'animazione e' la sua velocita' in fotogrammi al secondo (frame rate). In Maya si imposta dal menu: Windows -> Setting/Preferences -> Preferences... -> Settings. Prima di poter approfondire l'animazione in Maya, occorre vedere come si selezionino e visualizzino i fotogrammi. Maya suddivide infatti i fotogrammi in due intervalli: i fotogrammi attivi e quelli c o m p l e s s i v i. I fotogrammi complessivi (Animation start) rappresentano i fotogrammi che compongono l'intera animazione.

4 I fotogrammi attivi (Playback start/end) sono un sottinsieme dei fotogrammi complessivi che determinano la porzione di filmato su cui si sta concentrando l'attenzione. Sulla barra dei fotogrammi complessivi (Range Slider) e' possibile selezionare i fotogrammi attivi. Facendo click sulla barra dei fotogrammi attivi (Time Slider) e' possibile selezionare il fotogramma corrente. Maya visualizza immediatamente la scena in quel punto. Utilizzando i controlli "stile videoregistratore" e' possibile riprodurre, riavvolgere o fermare l'animazione. Primo fotogramma Fotogramma precedente Chiave precedente Riproduci al contrario Riproduci Chiave successiva Fotogramma successivo Ultimo fotogramma Impostazioni Aggiungi chiave Nella finestra delle impostazioni (Windows -> Setting/Preferences -> Preferences... -> Settings.) e' possibile selezionare la velocita' di riproduzione delle animazioni. in Maya Per limitare al massimo il rischio di includere delle trasformazioni costanti in una animazione, maya costringe l'utente a dichiarare esplictamente quali parametri di un oggetto intenda animare. Ogni parametro animabile in Maya viene detto canale. I canali comprendo tanto le trasformazioni, che altri attributi che costituiscono un oggetto o una trasformazione ad esso applicata.

5 in Maya I canali sono visualizzati in una apposita finestra, posizionata alla destra dello schermo, chimata Channel Box. in Maya Viene chiamato chiave un valore assegnato ad un canale in un determinato istante di tempo. Si definisce fotogramma chiave, un fotogramma in cui sia presente almeno una chiave. in Maya Un canale e' animato se vi e' almeno una chiave. Maya rappresenta questa caratteristica disegnando lo sfondo della casella contenente il valore dell'attributo nel Channel Box di colore arancione. in Maya Selezionando alcuni canali nel channel box ed eseguendo il comando Key Selected (RMB nel Channel Box), Maya aggiunge una chiave per ciascun canale selezionato. in Maya La chiave viene inserita al fotogramma selezionato e fissa il valore dell'attributo a quello specificato in quel momento nel Channel Box. in Maya Le chiavi vengono visualizzate con delle linee verticali di colore rosso nella Time Slider. Solamente le chiavi relative agli oggetti selezionati vengono rappresentate.

6 in Maya Inserendo almeno due chiavi per un canale, si crea un'interpolazione. in Maya Attraverso il Graph Editor, e' possibile verificare i valori assegnati ai fotgrammi intermedi a seconda delle chiavi e delle loro tangenti. Maya cioe', calcola automaticamente il valore per quel canale nei fotogrammi intermedi alle due chiavi. in Maya In esso e' possibile anche controllare e modificare l'interpolazione spostando le chiavi ed operando sulle tangenti. Ci torneremo in seguito. in Maya E' possibile semplificare la creazione di una animazione attraverso il pulsante di Chiavi Automaiche. in Maya Quando e' attivo il pulsante di c h i a v e a u t o m a t i ca, per ogni variazione eseguita su un canale animato, viene automaticamente aggiunta una chiave. In questo modo e' possibile creare un'animazione semplicemente selezionando un oggetto e posizionandolo nel punto desiderato all'istante di tempo corretto. in Maya Una comune animazione si realizza quindi: 1) Selezionando l'oggetto che si vuole animare. 2) Impostando una chiave al primo fotogramma per tutti quei canali che si vogliono variare nel tempo. 3) Attivando la modalita' chiave automatica 4) Sezionando i successivi fotogrammi chiave e spostando gli oggetti nella posizione desiderata.

7 Animazione di parametri Anche se nel nostro motore di rendering animeremo solamente le trasformaizoni nei TN, Maya permette di animare molti piu' canali. Vedremo quindi brevemente come questi si possano usare per animare i colori, i vertici degli oggetti ( t w e a k) ed effettuare deformazioni non lineari. Animazione di parametri: color e Selezionando un materiale nell'hypershade, e facendo click col tasto destro del mouse sul suo attributo color e' poissibile impostare una chiave sul colore. Animazione di parametri: color e Se ci si sposta ad un altro fotogramma e si cambia il colore (con l'opzione di chiave automatica inserita), Maya interpolera' il colore dell'oggetto. Animazione di parametri: tweak Ogni qual volta si spostano uno o piu' vertici in un poligono, Maya crea automaticamente un nuovo TN legato a che rappresenta questo spostamento. Questo TN viene chiamato Tweak. Animazione di parametri: tweak Un tweak e' un TN legato agli indici dei vertici di un oggetto. Alterare la geometria di base dopo aver aggiunto dei tweak da' generalmente origini a risultati inaspettati. Animazione di parametri: tweak I tweak possono essere animati cosi' come ogni altro TN. In questo modo si possono creare delle animazioni in cui si spostano i vertici degli oggetti selezionati.

8 Maya mette a disposizione alcuni strumenti per alterare la geometria in base a particolari parametri. Questi strumenti prendono il nome di Deformatori (D e f o r m e r). I piu' semplici ed importanti sono: Bend, Flare, Squash e Twist. Il Bend (Deform-> Create Non linear->bend) piega un oggetto lungo un asse. Il Flare (Deform->Non linear->fl a r e) rastrema un oggetto, riducendolo ed espandendolo perpendicolarmente ad un asse. Lo Squash (Deform->Non linear->squash) schiaccia od allunga un oggetto, allargando o contraendone la parte centrale per creare un effetto di elasticita'. Il Twist (Deform->Non linear->twist) torce un oggetto lungo un asse. Cosi' come i modificatori di 3D Studio MAX, i deformatori di Maya agiscono solo sui vertici delle figure. Le deformazioni sono quindi poco evidenti su poligoni costituiti da pochi vertici

9 L'asse attorno a cui avviene la deformazione puo' essere spostato con i consueti comandi di trasformazione. Utilizzando i Manipolatori e' possibile impostare i parametri di deformazione. E' possibile impostare delle chiavi sui parametri di deformazione in modo da poterli animare. Tutte queste funzioni potrebbero essere replicate anche in un motore di rendering che utilizzi le DirectX. Questo richiederebbe pero' un notevole sforzo di programmazione, e per questo non verra' trattato in questo corso. Utilizzando i sistemi di ossatura (che tratteremo piu' avanti) si potranno comunque ottenere gli stessi effetti, a patto di un maggior lavoro di impostazione in Maya. L'intero processo di animazione si basa sui valori memorizzati nelle chiavi. E' essenziale quindi sapere agire sulle chiavi, in modo da ottenere gli effetti desiderati. Vediamo quindi quali strumenti ci mette a disposizione Maya per lavorare sulle chiavi. Premendo S H I F T + L M B e' possibile selezionare le chiavi sul Time Slider.

10 Utilizzando i triangolini neri al centro e' possibile spostare le chiavi selezionate. Utilizzando quelli ai lati e' possibile rallentare od accelerare il segmento selezionato. Utilizzando il menu' contestuale ottenibile con il RMB, e' possibile tagliare, copiare, incollare ed eliminare le chiavi selezionate. Per rimuovere invece interamente l'animazione da un canale, e' sufficiente selezionarlo nel Channel Box ed usare la voce Delete visualizzata premendo il RMB. Selezionando le chiavi nel Graph Editor, in modalita' di spostamento (w sulla tastiera), e' possibile alterarne il valore e la posizione temporale (il fotogramma) utilizzando il tasto centrale del mouse (MMB). Si possono aggiungere nuove chiavi, selezionando il pulsante Add Keys. E' possibile modificare le tangenti, facendovi click sopra (dopo aver selezionato la chiave a cui sono associate). Anche in questo caso si adopera il MMB per spostarle.

11 Rompendo le tangenti (B r e a k Tangents) e' possibile muovere in modo indipendente le tangenti destre e sinistre. Le tangenti possono quindi essere rese nuovamente parallele con Spline Tangents e riagganciate tra loro con Unify Tangents.