A animação acrescenta informação importante às cenas modeladas.

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1 Introdução Animação por computador é o conjunto de técnicas que utilizam o computador para gerar cenas que produzam a sensação de movimento. Origens: apoio aos desenhadores auxiliares da animação tradicional. 1974: Um filme gerado por computador ganha o festival de Cannes. Uso intensivo na indústria cinematrgráfica para gerar efeitos especiais. Existem processo físicos que devem ser simulados usando a animação por computador: Simulação de acidentes. A animação acrescenta informação importante às cenas modeladas. Introdução As animações mais complexas requerem o uso de métodos de disciplinas muito variadas: robótica, dinâmica analítica, dinâmica de fluidos, biologia, sistemas caóticos, psicologia, inteliçência artificial, etc. Considerar estes factores introduz a sensação de realismo. Relativo a este tema: Técnicas básicas de animação tradicional. Animação assistida por computador Animação gerada por computador Animação controlada automaticamente 1

2 Animação tradicional Fundamentos Animação refere-se ao processo de geração de imagens em que cada imagem constitui uma alteração da imagem anterior. A apresentação destas imagens a um ritmo suficientemente elevado produz na vista humana a sensação de movimento. Animação tradicional Fundamentos Animação refere-se ao processo de geração de imagens em que cada imagem constitui uma alteração da imagem anterior. A apresentação destas imagens a um ritmo suficientemente elevado produz na vista humana a sensação de movimento. 2

3 Animação tradicional Fundamentos Animação refere-se ao processo de geração de imagens em que cada imagem constitui uma alteração da imagem anterior. A apresentação destas imagens a um ritmo suficientemente elevado produz na vista humana a sensação de movimento. frames Animação tradicional Fundamentos frames As imagens ou frames são gravados em fotogramas de uma película são projectados a uma velocidade suficientemente elevada 3

4 Animação tradicional Fundamentos Persistência da visão: Propriedade do sistema ocular que permite a permanência de uma imagem na retina durante um breve instante de tempo após aquela ter sido retirada. Chega uma nova imagem antes do desvanecimento da primeira e o cérebro combina-as. Existe um ritmo mínimo para se dar a fusão. Em cinema utilizam-se 24 imagens/seg. Grande volume de trabalho => técnicas específicas Animação por imagens chave (key-frames) Animação por camadas (transparentes) Rotoscopia Animação tradicional Animação por keyframes Um desenhador principal desenha as imagens mais importantes Um desenhador secundário produz as imagens de transição entre imagens-chave (keyframes). 4

5 Animação tradicional Animação por keyframes Um desenhador principal desenha as imagens mais importantes Um desenhador secundário produz as imagens de transição entre imagens-chave (keyframes). Animação tradicional Animação por keyframes Animação por keyframes Um desenhador principal desenha as imagens mais importantes Um desenhador secundário produz as imagens de transição entre imagens-chave : in-betweening Exemplo: 5

6 Animação tradicional Animação por celulóides (cel animation) Os objectos são desenhados sobre acetatos transparentes (excepto o de base) O fundo desenha-se em outros acetatos As cenas são criadas sobrepondo celulóides Animação tradicional Animação por camadas (cel animation) Os objectos são desenhados sobre acetatos transparentes (excepto o de base) O fundo desenha-se em outros acetatos As cenas são criadas sobrepondo celulóides 6

7 Animação tradicional Animação por camadas (cel animation) Vantagens Permite reutilizar trabalho Facilita a animação Separação de componentes Animação tradicional Rotoscopia Processo: Gravação de um movimento completo Cópia do movimento por parte do desenhador Passo em direcção da industrialização: Reutilização, divisão de tarefas, especialização, sobreposição de tarefas no tempo. Os computadores entram a fazer parte do processo de produção de animação tradicional para reduzir o tempo de trabalho -> animação assistida por computador. 7

8 Animação Assistida por Computador Introdução Objectivo: Libertar o desenhador das actividades mais monótonas. O computador substitui o desenhador en algumas das suas tarefas. Tarefas: Criação de imagens In-betweening Movimento ao longo de trajectórias Animação Assistida por Computador Criação de imagens Uso de editores gráficos: Scanar esboços, retocá-los e colori-los Guardar personagens, recuperá-los, modificá-los: bibliotecas de personagens. Sobreposição de objectos para a animação por acetatos. 8

9 Animação Assistida por Computador In-Betweening O animador especifica dois desenhos chave e o computador calcula os desenhos intermédios. Calcula pontos intermédios entre dois pontos correspondentes dos desenhos chave através de interpolação Po Pf P = + λ ( P P ), λ [ 0, 1] λ λ P o = 1 2 n 0,,,...,, n+ 1 n+ 1 n+ 1 1 f o Animação Assistida por Computador In-Betweening Quando o objecto é mais complexo é mais difícil estabelecer a correspondência Modelos de esqueletos 9

10 Animação Assistida por Computador In-Betweening Modelos de esqueletos Animação Assistida por Computador In-Betweening Modelos de esqueletos Se uma das chaves tem mais pontos que outras, subdividem-se os segmentos da imagem com menos pontos. 10

11 Animação Assistida por Computador Movimento ao longo de trajectórias A interpolação linear não é adequada porque: Os movimentos não tendem a ocorrer ao longo de trajectórias rectilíneas. As imagens intermédias estão separadas por um intervalo constante no tempo e no espaço => velocidade constante. As linhas paramétricas são um artifício que permite especificar trajectórias introduzindo informação espacial e temporal num mesmo gráfico. Animação Assistida por Computador Movimento ao longo de trajectórias Exemplo de linhas paramétricas Os símbolos dos desenhos estão equiespaçados no tempo. Maior distância espacial entre símbolos -> maior sensação de velocidade. 11

12 Animação Assistida por Computador Movimento ao longo de trajectórias Exemplo de linhas paramétricas Os símbolos dos desenhos estão equiespaçados no tempo. Maior distância espacial entre símbolos -> maior sensação de velocidade. Também se utiliza em inbetweening Animação Gerada por Computador Introdução Em animação gerada por computador geram-se as cenas 3D com os métodos conhecidos de CG e introduzem-se movimentos nas ditas cenas Pode não ter nada a ver com a animação tradicional. Realiza animações que um designer não poderia criar à mão. Em animação gerada por computador ou animação 3D: Especificam-se as cenas, dando valores às características das entidades que as compõem. Especifica-se a evolução temporal dos valores das características. Para os instantes de tempo em que se devem desenhar as frames, calculam-se os valores das características e realiza-se o rendering da cena. 12

13 Animação Gerada por Computador Tipos Em função de que características de quais entidades sejam alteradas, distinguimos os seguintes tipos de animação: Objectos Posição, orientação. Forma. Cor, transparência. Câmara: Posição. Ponto de referência (para o qual aponta). Abertura da lente. Fontes de iluminação: Posição. Intensidade, Cor, Animação Gerada por Computador Tipos Em função de como se especifique a evolução das características salientam-se os seguintes tipos de animação: Animação baseada na forma dos objectos-chave Animação paramétrica dos keyframes Animação capturada Animação procedimental 13

14 Animação Gerada por Computador Animação baseada na forma dos objectos-chave Os objectos definem-se pelos valores dos seus vértices. A animação especifica-se definindo os objectos chave e a correspondência entre vértices. Os objectos intermédios calculam-se interpolando os valores dos vértices. Animação Gerada por Computador Animação baseada na forma dos objectos-chave Os objectos são definidos pelos valores dos seus vértices. A animação é especificada definindo os objetos chave e a correspondência entre vértices Os objectos intermédios calculam-se interpolando os valores dos vértices 14

15 Animação Gerada por Computador Animação baseada na forma dos objectos-chave Fundamentação do Morphing 3D ou metamorfose 3D Animação Gerada por Computador Animação paramétrica de keyframes Entidades distintas na cena são definidas por uma série de parâmetros a elas associados. Especificam-se os valores desses parâmetros para as keyframes. Os valores dos parâmetros em frames intermédias calculam-se por interpolação 15

16 Animação Gerada por Computador Animação paramétrica de keyframes Posição(cm) Abertura(graus) Tempo(s) Intensidade Tempo(s) Tempo(s) Animação Gerada por Computador Animação capturada Os valores dos parâmetros obtêm-se a partir do exterior. Conexão de dispositivos electromagnéticos. Captura de valores e posterior aplicação aos parâmetros das entidades da cena. 16

17 Animação Gerada por Computador Animação capturada Os valores dos parâmetros obtêm-se a partir do exterior. Conexão de dispositivos electromagnéticos. Captura de valores e posterior aplicação aos parâmetros das entidades da cena. Animação Gerada por Computador Animação capturada Muito utilizado em jogos vídeo e realidade virtual 17

18 Animação Gerada por Computador Animação procedimental Também designada animação algorítmica ou modelada. Os valores dos parâmetros são gerados por um programa. Os programas implementam modelos de leis físicas: grande realismo. Animação Gerada por Computador Animação procedimental Também designada animação algorítmica ou modelada. Os valores dos parâmetros são gerados por um programa. Os programas implementam modelos de leis físicas: grande realismo. α = A sen( ω t + γ ) 18

19 Animação Gerada por Computador Animação procedimental α = A sen( ω t + γ ) Desaparece o conceito de chave. Dados os valores iniciais, o sistema evolui por si só. Animação Gerada por Computador Resumo Tipos de animação gerada por computador Em função das características da evolução Como se especifica essa evolução Quando queremos gerar animações mais complexas, temos de recorrer ao emprego de técnicas mais sofisticadas que se agrupam sob o nome de controlo automático de animação 19

20 Controlo Automático de Animação Introdução Cada entidade que faz parte de uma cena está comandada por um procedimento que rege o seu movimento. Em cada frame, o procedimento troca informação com outros procedimentos associados a outras entidades dessa cena. O movimento pode basear-se em módulos de Inteligência Artificial especializados. As entidades assim definidas designam-se ACTORES Controlo Automático de Animação Introdução Para que um sistema de ACTORES permita criar cenas que dêem sensação de realismo tem de se poder resolver 5 tipos de problemas: Cinemática inversa Controlo de movimentos usando dinâmica Considerar o impacto no ambiente envolvente Planificação de tarefas Associar um comportamento aos actores 20

21 Controlo Automático de Animação Passo 1: Cinemática Inversa e restrições de posição Técnica empregada para mover figuras articuladas: elementos rígidos e articulações. Usado para modelar robots e animais vertebrados Controlo Automático de Animação Passo 1: Cinemática Inversa e restrições de posição Técnica empregada para mover figuras articuladas: elementos rígidos e articulações. Usado para modelar robots e animais vertebrados 21

22 Controlo Automático de Animação Passo 1: Cinemática Inversa e restrições de posição A forma natural de mover uma figura articulada é deslocando o elemento terminal da estrutura de maneira a que este arraste consigo o resto dos elementos no deslocamento. Este é o problema que pretende resolver a cinemática inversa, para uma posição final do elemento extremo de uma figura articulada calcular as posições dos restantes elementos Controlo Automático de Animação Passo 1: Cinemática Inversa e restrições de posição Complicado porque: Nem todas as articulações se movem similarmente. Não existe uma solução única. Solução: Incluir restrições ao movimento 22

23 Controlo Automático de Animação Passo 2: Controlo de movimento usando dinâmica A dinâmica estuda o movimento considerando as forças que o originam. Estabelecer propriedades físicas das entidades e as forças actuantes. O movimento é gerado por aplicação das leis de Newton e da dinâmica de flúidos. Complementam as definições cinemáticas introduzindo realismo. O movimento de um braço não pode ser igual ao de uma perna. Controlo Automático de Animação Passo 3: Considerar o impacto no ambiente Movimento de um objecto tem impacto no ambiente circundante e vice-versa. Planificar trajectórias para evitar colisões. Reagir antes das colisões. uma figura humana senta-se numa cadeira. 23

24 Controlo Automático de Animação Passo 4: Planificação de tarefas Mais próprio da Inteligência Artificial que da animação por computador Decompor a especificação de uma tarefa em acções elementares para cada actor. uma figura humana deve reagir perante a ordem atender o telefone. A tarefa deve decomporse em: Calcular a posição espacial do telefone Encontrar um caminho para o telefone Avançar Pegar no telefone Dizer está? Controlo Automático de Animação Passo 5: Os actores devem ter um comportamento associado O comportamento é função da natureza do objecto O comportamento refere-se a propriedades diversificadas Como se deslocam Como se comportam com os outros actores Os comportamentos devem apoiar-se em módulos de inteligência artificial. Bando de pássaros Aquário com peixes 24

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