История компьютерной анимации - History of computer animation

В история компьютерная анимация началось еще в 1940-х и 1950-х годах, когда люди начали экспериментировать с компьютерная графика - в первую очередь Джон Уитни. Только к началу 1960-х годов цифровые компьютеры стало широко известно, что расцвели новые возможности для инновационной компьютерной графики. Первоначально их использовали 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. Много компьютерной графики в это время было задействовано 2-мерный изображения, хотя по мере того, как мощность компьютеров увеличивалась, усилия по достижению трехмерного реализма стали в центре внимания. К концу 1980-х фотореалистичные 3D начала появляться в кинофильмах, а к середине 1990-х годов достигла точки, в которой 3D-анимация могла использоваться для производства всего художественного фильма.

Самые ранние пионеры: 1940-е - середина 1960-х гг.

Джон Уитни

Джон Уитни, старший (1917–1995) был американским аниматором, композитором и изобретателем, широко известным как один из отцов компьютерной анимации.^[1] В 1940-х и 1950-х годах он и его брат Джеймс создали серию экспериментальных фильмов, снятых на заказном устройстве на базе старых аналоговых зенитных компьютеров (Керрисон Предикторы ) связаны сервоприводы для управления движением света и освещенных объектов - первый пример фотография с контролем движения. Одной из самых известных работ Уитни этого раннего периода был анимационный заголовок из Альфред Хичкок фильм 1958 года Головокружение,^[2] над которым он сотрудничал с графическим дизайнером Сол 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 на Стэнли Кубрик фильм 2001: Космическая одиссея, а также для фотография с щелевым сканированием техника, использованная в финале фильма "Звездные врата".

Первое цифровое изображение

Один из первых программируемых цифровых компьютеров был SEAC (Standard Eastern Automatic Computer), который вступил в строй в 1950 г. Национальное бюро стандартов (NBS) в Мэриленде, США.^[3][4] В 1957 году компьютерный пионер Рассел Кирш и его команда представили барабанный сканер для SEAC, чтобы «проследить изменения интенсивности на поверхности фотографий», и таким образом сделал первый цифровое изображение сканированием фотографии. Изображение, изображающее трехмесячного сына Кирша, имело размер 176 × 176. пиксели. Они использовали компьютер для извлечения штриховых рисунков, подсчета объектов, распознавания типов символов и отображения цифровых изображений на экране. осциллограф экран. Этот прорыв можно рассматривать как предвестник всех последующих компьютерных изображений и признание важности этой первой цифровой фотографии, Журнал Life в 2003 году назвал этот снимок одним из «100 фотографий, изменивших 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

В 1960 году в Шведском университете была создана 49-секундная векторная анимация автомобиля, едущего по запланированному шоссе. Королевский технологический институт на БЕСК компьютер. Консалтинговая компания 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 автомагистрали из Стокгольма в сторону Накки. Перед специально разработанным цифровым осциллографом с разрешением около 1 мегапикселя на специально изготовленной стойке устанавливалась 35-мм камера с расширенным магазином. Камера автоматически управлялась компьютером, который отправлял на камеру сигнал, когда на осциллограф поступало новое изображение. Он делал снимки каждые двадцать метров виртуального пути. Результатом этого стало вымышленное путешествие по виртуальному шоссе на скорости 110 км / ч. Короткометражный анимационный фильм был показан 9 ноября 1961 года в прайм-тайм в национальной телевизионной программе новостей Aktuellt.^[7][8]

Bell Labs

Bell Labs в Мюррей-Хилле, штат Нью-Джерси, с самого начала в начале 1960-х годов был одним из ведущих исследователей компьютерной графики, компьютерной анимации и электронной музыки. Первоначально исследователей интересовало, для чего можно заставить компьютер, но результаты визуальной работы, производимой компьютером в этот период, позволили установить таких людей, как Эдвард Заяк, Майкл Нолл и Кен Ноултон как новаторские компьютерные художники.

Эдвард Заяк произвел один из первых компьютерных фильмов в Bell Labs в 1963 году под названием Градиент силы тяжести с двумя гироскопами Контроль настроения Система, который продемонстрировал, что спутник можно стабилизировать так, чтобы его сторона всегда была обращена к Земле при движении по орбите.^[9]

Кен Ноултон разработал Beflix (Bell Flicks) анимационная система в 1963 году, на которую художники сняли десятки художественных фильмов. Стэн ВанДерБик, Ноултон и Лилиан Шварц.^[10] Вместо «сырого» 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 (производство Bell Labs) и телешоу. Необъяснимое (продюсер Уолт ДеФариа).^[13] В это время было реализовано множество проектов в других областях.

Боинг-Уичито

В 1960-е гг. Уильям Феттер был графическим дизайнером для Боинг 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 средам, и это привело к созданию первого 3D-анимационного фильма. "каркас" цифры.^[16][17]Такие человеческие фигуры стали одними из самых знаковых изображений ранней истории компьютерной графики, и их часто называли «Боингом». Феттер умер в 2002 году.

Иван Сазерленд

Иван Сазерленд Многие считают его создателем интерактивной компьютерной графики и пионером Интернета. Он работал в лаборатории Линкольна в Массачусетском технологическом институте (Массачусетский Институт Технологий ) в 1962 году, где он разработал программу под названием Блокнот I, что позволило пользователю напрямую взаимодействовать с изображением на экране. Это был первый Графический интерфейс пользователя, и считается одной из самых влиятельных компьютерных программ, когда-либо написанных человеком.^[18]

С середины 1960-х до середины 1970-х годов

Университет Юты

Юта был крупным центром компьютерной анимации в этот период. Факультет информатики был основан Дэвид Эванс в 1965 году, и многие из основных методов трехмерной компьютерной графики были разработаны здесь в начале 1970-х годов с ARPA финансирование (Агентство перспективных исследовательских проектов). Результаты исследований включали затенение по Гуро, Фонгу и Блинну, отображение 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] По словам Роберта Ривлина в его книге 1986 года Алгоритмическое изображение: графические образы компьютерной эпохи«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

В 1968 году Иван Сазерленд объединился с Дэвидом Эвансом, чтобы основать компанию. Эванс и Сазерленд - оба были профессорами факультета компьютерных наук Университета Юты, и компания была создана для производства нового оборудования, предназначенного для работы систем, разрабатываемых в университете. Многие такие алгоритмы позже привели к созданию значительной аппаратной реализации, включая Двигатель геометрии, то Шлем виртуальной реальности, то Кадровый буфер, и Симуляторы полета.^[21] Большинство сотрудников были активными или бывшими студентами, включая Джима Кларка, который начинал Силиконовая Графика в 1981 г., Эд Кэтмелл, соучредитель Pixar в 1979 г. и Джон Варнок из Adobe Systems в 1982 г.

Первый компьютерный анимационный персонаж, Николай Константинов

В 1968 году группа советских физиков и математиков во главе с Н.Константиновым создала математическую модель движения кошки. На БЭСМ-4 На компьютере они разработали программу для 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

Чарльз Чури, художник в Государственный университет 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 Национальный фонд науки и другие государственные и частные агентства. 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

В июле 1968 г. журнал искусств Studio International опубликовал специальный выпуск под названием Кибернетическая интуиция - компьютер и искусство, который каталогизирует обширную коллекцию предметов и примеров работы, проделанной в области компьютерного искусства в организациях по всему миру, и показанных на выставках в Лондоне, Великобритания, Сан-Франциско, Калифорния. и Вашингтон, округ Колумбия.^[27][28] Это стало важной вехой в развитии этого средства массовой информации, и многие считали, что она имеет широкое влияние и вдохновение. Помимо всех примеров, упомянутых выше, два других особенно известных знаковых изображения из этого включают Хаос для порядка^[29] Чарльза Чури (часто называемого Колибри), созданный в Университете штата Огайо в 1967 г.,^[30] и Бегущая кола - это Африка^[31] Масао Комура и Кодзи Фуджино, созданный в Computer Technique Group, Япония, также в 1967 году.^[32]

Scanimate

Первой машиной, привлекшей широкое внимание в СМИ, была Scanimate, аналог компьютерная анимация Система разработана и построена Ли Харрисоном из Computer Image Corporation в Денвере. Примерно с 1969 года системы Scanimate использовались для производства большей части видео -на основе анимации видно на телевидение в рекламных роликах, названиях шоу и другой графике. Он мог создавать анимацию в реальное время, большое преимущество перед цифровыми системами в то время.^[33]

Национальный совет по кинематографии Канады

В Национальный совет по кинематографии Канады, уже ставший мировым центром анимационного искусства, также начал эксперименты с компьютерными технологиями в 1969 году.^[34] Самым известным из первых пионеров этого дела был художник. Питер Фолдс, кто завершил Метаданные в 1971 году. Этот фильм включал 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 во время 1960-е гг.^[35] В 1974 году Foldes завершил Голод / Ла Фаим, который был одним из первых фильмов, демонстрирующих сплошную заливку (растровое сканирование), и был удостоен приза жюри в категории короткометражных фильмов на фестивале 1974 Каннский кинофестиваль, а также номинацию на премию Оскар.

Компьютерная лаборатория Атлас и выходки

В Компьютерная лаборатория Атлас Около Оксфорда в течение многих лет было главным центром компьютерной анимации в Великобритании.^[36] Первый развлекательный мультфильм был FlexipedeТони Притчетта, который впервые был публично показан на выставке Cybernetic Serendipity в 1968 году.^[37] Художник Колин Эммет и аниматор Алан Китчинг впервые разработал цветопередачу со сплошной заливкой в ​​1972 году, особенно для анимации заголовка для BBC с Берк специальный Телевизионная программа.

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 наложения сетки. Любое количество рисунков или кубов можно было анимировать одновременно, «ставя хореографию» их неограниченным количеством способов, используя различные типы «движений». В то время был доступен только черно-белый вывод на плоттере, но Antics мог производить полноцветный вывод с помощью Разноцветный Трехполосный процесс. Следовательно, название Antics было придумано как акроним для ANподражали Тechnicolor-ямаг Cкомпьютер Sсистема.^[40] Шалости были использованы для многих анимационных работ, включая первый полный документальный фильм. Конечные элементы, сделанный 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

Первый полнометражный фильм цифровая обработка изображений был фильм 1973 года Westworld, научно-фантастический фильм, написанный и снятый писателем Майкл Крайтон, в котором гуманоидные роботы живут среди людей.^[42] Джон Уитни-младший и Гэри Демос в Information International, Inc. появится цифровая обработка движущихся изображений пиксельный чтобы изобразить андроид-стрелок точка зрения. Кинографический портретный блок был выполнен с использованием трехполосного процесса Technicolor для разделения цвета каждого кадра исходных изображений, затем их сканирование для преобразования в прямоугольные блоки в соответствии со значениями тона и, наконец, вывод результата обратно на пленку. Процесс был описан в Американский кинематографист статья «За кулисами Мира Дикого Запада».^[43]

СИГГРАФ

Сэм Матса, чей графический опыт начался с проекта APT в Массачусетском технологическом институте вместе с Дугом Россом и Энди Ван Дамом, подал прошение. Ассоциация вычислительной техники (ACM) с образованием SICGRAPH (Специальный комитет по компьютерной графике), предшественника ACM SIGGRAPH в 1967 г.^[44] В 1974 г. первый СИГГРАФ открылась конференция 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 годы

Ранняя 3D-анимация в кино

Первое использование трехмерных каркасных изображений в массовом кино было в сиквеле Westworld, Futureworld (1976), режиссер Ричард Т. Хеффрон. На нем изображены сгенерированные компьютером рука и лицо, созданные тогда аспирантами Университета Юты. Эдвин Кэтмелл и Фред Парк которые первоначально появились в их экспериментальной короткометражке 1972 года. Компьютерная анимированная рука.^[47] В этом же фильме были представлены фрагменты экспериментального короткометражного фильма 1974 года. Лица и части тела. В Оскар - победитель короткометражного мультфильма 1975 года Большой, о жизни Викторианский инженер Исамбард Кингдом Брунель, содержит краткую последовательность вращающейся каркасной модели последнего проекта Брунеля - железного парохода. СС Грейт Истерн Третий фильм, в котором использовалась эта технология, был Звездные войны (1977), сценарий и режиссер Джордж Лукас, с каркасными изображениями в сценах с планами Звезды Смерти, нацеленные компьютеры в Крестокрыл истребители, а Тысячелетний сокол космический корабль.

В Уолт Дисней фильм Черная дыра (1979, режиссер Гэри Нельсон) использовал каркасную визуализацию для изображения основной черной дыры с использованием оборудования инженеров Диснея. В том же году вышел научно-фантастический фильм ужасов. Иностранец, режиссер Ридли Скотт, также использовала графику каркасной модели, в данном случае для визуализации навигационных мониторов космического корабля. Кадры были сняты Колином Эмметом в компьютерной лаборатории Атласа.^[48]

Нельсон Макс

Несмотря на то что Лаборатория Лоуренса Ливермора в Калифорнии, в основном известном как центр научных исследований высокого уровня, на протяжении всего этого периода он продолжал добиваться значительных успехов в компьютерной анимации. Примечательно, что Нельсон Макс, который присоединился к лаборатории в 1971 году и чей фильм 1976 года Вывернуть 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 в изображениях природы, молекулярной графике, компьютерной анимации и трехмерной научной визуализации. Позже он работал директором по компьютерной графике павильонов Fujitsu на выставках Expo 85 и 90 в Японии.^[50][51]

NYIT

В 1974 году Алекс Шуре, богатый нью-йоркский предприниматель, основал Лабораторию компьютерной графики (CGL) в Нью-Йоркский технологический институт (NYIT). Он собрал самую современную студию того времени, оснащенную современными компьютерами, кино и графическим оборудованием, и нанял ведущих экспертов в области технологий и художников, чтобы управлять ею - Эд Кэтмелл, Малькольм Бланшар, Фред Парк и другие все из Юты, а также другие со всей страны, включая Ральф Гуггенхайм, Элви Рэй Смит и Эд Эмшвиллер. В конце 1970-х сотрудники внесли многочисленные новаторские вклады в методы рендеринга изображений и создали много влиятельного программного обеспечения, включая программу анимации. Подросток, программа рисования Краска, и анимационная программа SoftCel. Достаточно известными стали несколько видео с NYIT: Солнечный камень, к Эд Эмшвиллер, Внутри кварка, Неда Грина и Работы. Последняя, ​​написанная Лэнс Уильямс, был начат в 1978 году и должен был стать первым полноформатным CGI фильм, но он так и не был завершен, хотя трейлер к нему был показан на выставке SIGGRAPH 1982. В те годы многие люди считали NYIT CG Lab ведущей исследовательской группой в мире по компьютерной анимации.^[52][53]

Качество работы NYIT привлекло внимание Джорджа Лукаса, который был заинтересован в разработке CGI установка спецэффектов в его компании Лукасфильм. В 1979 году он нанял лучших талантов из NYIT, в том числе Катмулла, Смита и Гуггенхайма, чтобы основать свое подразделение, которое позже было выделено как Pixar, основанная в 1986 году при финансировании Apple Inc. соучредитель Стив Джобс.

Кадровый буфер

В кадровый буфер или же framestore графический экран с памятью буфер который содержит данные для полного изображения экрана. Обычно это прямоугольный массив (растр ) из пиксели, а количество пикселей по ширине и высоте - это его «разрешение». Значения цвета, хранящиеся в пикселях, могут быть от 1 бит (монохромный) до 24 бит (истинный цвет, 8 бит каждое для RGB —Красный, Зеленый и Синий), или также 32-битный, с дополнительными 8 битами, используемыми в качестве маски прозрачности (альфа-канал ). До фреймбуфера все графические дисплеи были векторный, отслеживая прямые линии от одной координаты до другой. В 1948 г. Манчестер Бэби компьютер использовал Трубка Вильямса, где 1-битный дисплей также был памятью. Ранний (возможно, первый известный) пример фреймбуфера был разработан в 1969 году А. Майклом Ноллом в Bell Labs,^[54] В этой ранней системе было всего 2 бита, что давало ей 4 уровня серой шкалы. Более поздний дизайн имел цвет, используя больше битов.^[55][56] Лори Шпигель реализовала в Bell Labs простую программу рисования, позволяющую пользователям «рисовать» прямо в фреймбуфере.

Развитие MOS память (металл – оксид – полупроводник объем памяти) Интегральная схема чипсы, особенно высокая плотность DRAM (динамический оперативная память ) фишек минимум с 1 kb памяти, сделало практичным создание цифровая память система с кадровым буфером, способная удерживать Стандартное определение (SD) видеоизображение.^[57][58] Это привело к развитию SuperPaint система Ричард Шоуп в Xerox PARC в период 1972–1973 гг.^[57] Он использовал фреймбуфер с отображением 640 × 480 пикселей (стандартный NTSC разрешение видео) 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 цветовых таблиц, чтобы позволить системе воспроизводить более широкий спектр 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 кадровый буфер был произведен в 1974 году компанией Эванс и Сазерленд. 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] Немного позже, NYIT создал первую полноцветную 24-битную RGB framebuffer с помощью трех буферов кадра Evans & Sutherland, связанных 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 Питером Майклом,^[62] выпустила первый коммерческий полноцветный широковещательный кадровый буфер Quantel DFS 3000. Впервые он был использован в телевизионных репортажах о Олимпийские игры 1976 года в Монреале создать картинка в картинке вставка олимпийского пылающего факела, в то время как остальная часть изображения изображала бегуна, входящего на стадион. Технология Framebuffer стала краеугольным камнем будущего развития продуктов цифрового телевидения.^[63]

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

Фракталы

В настоящее время важным шагом на пути к повышению реалистичности 3D-анимации стала разработка "фракталы ". Термин был введен в употребление в 1975 году математиком Бенуа Мандельброт, который использовал его для распространения теоретической концепции дробных размеров на геометрические узоры в природе, и опубликовал на английском языке перевод своей книги Фракталы: форма, шанс и размер в 1977 г.^[64][65]

В 1979–80 годах первый фильм с использованием фракталов для создания графики был сделан Лорен Карпентер Боинга. Названный Vol Libre, он показал полет над фрактальным ландшафтом и был представлен на SIGGRAPH 1980.^[66] Впоследствии компания Pixar наняла Карпентера для создания фрактальной планеты в Эффект Бытия Последовательность из Звездный путь II: Гнев Хана в июне 1982 г.^[67]

JPL и Джим Блинн

Боб Хольцман из НАСА с Лаборатория реактивного движения в Калифорнии в 1977 году основала лабораторию компьютерной графики JPL как группу с технологическим опытом в области визуализации данных, возвращаемых из миссий НАСА. По совету Айвена Сазерленда Хольцман нанял аспиранта из Юты по имени Джим Блинн.^[68][69] Блинн работал с методами визуализации в Юте и развил их в систему для задач визуализации НАСА. Он произвел серию широко известных "пролетных" симуляций, включая Вояджер, Пионер и Галилео пролеты космических аппаратов Юпитера, Сатурна и их спутников. Он также работал с Карл Саган, создавая анимацию для своего Космос: личное путешествие Сериал. Блинн разработал много новых эффективных методов моделирования и написал о них статьи для IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), в своем журнале Компьютерная графика и приложения. Некоторые из них включали картографирование 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 Анненберг / CPB Сериал, Механическая Вселенная, который состоял из более 500 сцен для 52 получасовых программ, описывающих концепции физики и математики для студентов. Затем он выпустил еще одну серию, посвященную математическим концепциям, под названием Проектная математика!.^[70]

Фотография с управлением движением

Фотография с управлением движением - это метод, который использует компьютер для записи (или определения) точного движения пленочной камеры во время кадра, чтобы движение можно было точно воспроизвести снова или, альтернативно, на другом компьютере, и объединить с движением других источников, таких как как элементы CGI. Ранние формы управления движением восходят к Джон Уитни работа над 2001: Космическая одиссея и эффекты в фильме 1977 года Звездные войны. Эпизод IV: Новая надежда, к Джордж Лукас 'недавно созданная компания Промышленный свет и магия в Калифорнии (ILM). ILM создала камеру с цифровым управлением, известную как Дикстрафлекс, который совершал сложные и повторяемые движения вокруг стационарных моделей космических кораблей, позволяя более точно согласовывать отдельные 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.^[71] Первая коммерческая компьютерная система управления движением и CGI была разработана в 1981 году в Великобритании компанией Компания Moving Picture дизайнер Билл Мэзер.^[72]

ПО для компьютерной 3D-графики

ПО для компьютерной 3D-графики начал появляться для домашние компьютеры в конце 1970-х гг. Самый ранний известный пример: 3D Художественная Графика, набор 3D компьютерная графика эффекты, написанные Кадзумасой Митадзава и выпущенные в июне 1978 года для Яблоко II.^[73][74]

1980-е годы

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 компьютерной мощности и доступности.

Silicon Graphics, Inc (SGI)

Silicon Graphics, Inc (SGI) - производитель высокопроизводительного компьютерного оборудования и программного обеспечения, основанный в 1981 г. Джим Кларк. Его идея, названная Двигатель геометрии, заключалась в создании серии компонентов в СБИС процессор, который будет выполнять основные операции, необходимые при синтезе изображения - матричные преобразования, отсечения и операции масштабирования, обеспечивающие преобразование в пространство просмотра. Кларк попытался продать свой дизайн компьютерным компаниям, но не нашел желающих, он и его коллеги в Стэндфордский Университет, Калифорния, основала собственную компанию Silicon Graphics.^[75]

Первым продуктом SGI (1984 г.) был ИРИС (Интегрированная система обработки растровых изображений). Он использовал процессор M68000 8 МГц с памятью 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

В 1981 году Quantel выпустила "Paintbox ", первая система" под ключ "вещательного качества, предназначенная для создания и компоновки телевизионного видео и графики. Ее дизайн подчеркивал эффективность студийного рабочего процесса, необходимую для производства новостей в прямом эфире. По сути, это был кадровый буфер с инновационным пользовательским программным обеспечением, и он быстро находил приложения в новостях, погоде, рекламных роликах радиостанций, рекламных роликах и т. д. Хотя это, по сути, инструмент для создания неподвижных изображений, он также иногда использовался для покадровой анимации. После своего первого 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 последовали в 1982 г. Quantel Mirage, или DVM8000 / 1 «Digital Video Manipulator», процессор цифровых видеоэффектов в реальном времени. Это было основано на собственном оборудовании Quantel, плюс Hewlett Packard компьютер 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 трансформировать две разные формы. Он считался первым процессором 3D-видеоэффектов в реальном времени и прародителем последующих DVE (Цифровые видеоэффекты) машины. В 1985 году Quantel выпустил «Гарри», первый полностью цифровой нелинейное редактирование и система композитинга эффектов.^[78]

Осакский университет

В 1982 г. Япония с Осакский университет разработал Система компьютерной графики ЛИНКС-1, а суперкомпьютер использовалось до 257 Зилог Z8001 микропроцессоры, используется для рендеринга реалистичного 3D компьютерная графика. По данным Общества обработки информации Японии: «Ядро рендеринга 3D-изображений - это вычисление яркости каждого пикселя, составляющего визуализированную поверхность, с заданной точки обзора, источник света, и положение объекта. Система LINKS-1 была разработана для реализации методологии рендеринга изображения, в которой каждый пиксель может обрабатываться параллельно независимо с использованием трассировка лучей. Разработав новую программную методологию специально для высокоскоростной визуализации изображений, LINKS-1 смогла быстро визуализировать высокореалистичные изображения. «Это было» использовано для создания первого в мире 3D планетарий -подобное видео всего небеса это было сделано полностью с помощью компьютерной графики. Ролик был представлен на Fujitsu павильон на Международной выставке 1985 г. в г. Цукуба."^[79] LINKS-1 был самым мощным в мире компьютер, по состоянию на 1984 год.^[80]

Художественные 3D-фильмы в Монреальском университете

В 80-е годы Монреальский университет был в авангарде компьютерной анимации с тремя успешными короткометражными 3D-анимационными фильмами с 3D-персонажами.

В 1983 году Филипп Бержерон, Надя Магненат Тельманн, и Даниэль Тельманн направленный Полет мечты, считается первым созданным в 3D фильмом, рассказывающим историю. Фильм полностью запрограммирован на графическом языке MIRA,^[81] расширение Язык программирования Паскаль на основе абстрактные графические типы данных.^[82] Фильм получил несколько наград и был показан на СИГГРАФ Кино-шоу 83.

В 1985 году Пьер Лашапель, Филипп Бержерон, Пьер Робиду и Даниэль Ланглуа направленный Тони де Пелтри, который показывает первого анимированного человеческого персонажа, который выражает эмоции через выражения лица и телодвижения, затронувшие чувства публики.^[83][84] Тони де Пелтри Премьера заключительного фильма СИГГРАФ '85.

В 1987 г. Инженерный институт Канады отметила свое 100-летие. Крупное мероприятие, спонсируемое Bell Canada и Северный Телеком (сейчас Nortel ), был запланирован для Place des Arts в Монреале. Для этого события Надя Магненат Тельманн и Даниэль Тельманн смоделированный Мэрилин Монро и Хамфри Богарт встреча в кафе в районе старого города Монреаля. Короткометражный фильм под названием Рандеву в Монреале ^[85] был показан на многочисленных фестивалях и телеканалах по всему миру.

Sun Microsystems, Inc

В Sun Microsystems компания была основана в 1982 году Энди Бехтольшейм с другими аспирантами в Стэндфордский Университет. Изначально Бехтольшейм проектировал компьютер SUN как персональный CAD рабочая станция сети Стэнфордского университета (отсюда и сокращение «СОЛНЦЕ»). 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 CGI-фильмах - например, Дисней -Pixar фильм 1995 года История игрушек использовал рендеринг фермы 117 рабочих станций Sun.^[87] Солнце было сторонником открытые системы в целом и Unix в частности, и основной вклад в программное обеспечение с открытым исходным кодом.^[88]

Национальный совет по кинематографии Канады

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 создания стереоскопических CGI-последовательностей для трехмерного изображения NFB. IMAX фильм Переходы за Экспо 86. Персонал в Центре аниматики включал Даниэль Ланглуа, который ушел в 1986 году, чтобы сформировать Softimage.^[89][90]

Первая система трансляции анимации под ключ

Также в 1982 году японская компания Nippon Univac Kaisha («NUK», позже слитая с компанией «NUK») выпустила первую полную систему «под ключ», разработанную специально для создания анимации стандарта вещания. Берроуз ) и включил Шалости 2-D компьютерная анимация программное обеспечение, разработанное Аланом Китчингом на основе его более ранних версий. Конфигурация была основана на VAX 11/780 компьютер, связанный с Bosch 1 дюйм VTR 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 SGI и Apple Mac платформы, и они получили более широкое глобальное распространение.^[94]

Первый качественный 3D CGI в кино

Первый полнометражный кинофильм, широко использующий твердое 3D CGI был Уолт Дисней с Трон, режиссер Стивен Лисбергер, в 1982 году. Фильм отмечается как веха в индустрии, хотя на самом деле было использовано менее двадцати минут этой анимации - в основном сцены, которые показывают цифровую "местность" или включают такие транспортные средства, как Световые циклы, танки и корабли. Чтобы создать сцены CGI, Disney обратился к четырем ведущим компаниям, занимающимся компьютерной графикой того времени: Информация International Inc, Роберт Абель и партнеры (оба в Калифорнии), МАГИ, и Цифровые эффекты (оба в Нью-Йорке). Каждый работал над отдельным аспектом фильма без какого-либо особого сотрудничества.^[95] Трон был успешным в прокате, собрав 33 миллиона долларов при бюджете в 17 миллионов долларов.^[96]

В 1984 г. Трон последовал Последний истребитель, а Универсальные картинки / Лоримар производство, направленное Ник Кастл, и был одним из первых фильмов, в которых широко использовались CGI чтобы изобразить его многочисленные звездолеты, окружающую среду и сцены сражений. Это был большой шаг вперед по сравнению с другими фильмами того времени, такими как Возвращение джедая, который по-прежнему использует обычные физические модели.^[97] Компьютерная графика к фильму была разработана художником. Рон Кобб, и визуализировано Цифровая продукция 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]

Промежуточный и морфинг

Условия промежуточный и морфинг часто используются взаимозаменяемо и означают создание последовательности изображений, в которой одно изображение постепенно преобразуется в другое изображение плавно небольшими шагами. Графически ранним примером будет Чарльз Филипон Знаменитая карикатура 1831 года на французского короля Луи Филиппа, превращающегося в грушу (метаморфоза).^[100] "Промежуточный «(AKA« анимация ») - это термин, специально придуманный для традиционной техники анимации, ранний пример - в книге Э. Г. Латца 1920 г. Мультфильмы.^[101] В компьютерной анимации с самого начала использовалось промежуточное звено (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 (что также было обычным в традиционной технике анимации) и часто математически описывались как "интерполяция «Промежутки между сплошными цветами появились в начале 70-х (например, Алана Китчинга Шалости в Атлас Лаборатория, 1973,^[40] и Питер Фолдс ' La Faim в NFBC, 1974^[35]), но они все еще были полностью векторными.

The term "morphing" did not become current until the late '80s, when it specifically applied to computer inbetweening with photographic images—for example, to make one face transform smoothly into another. The technique uses grids (or "meshes") overlaid on the images, to delineate the shape of key features (eyes, nose, mouth, etc.). Morphing then inbetweens one mesh to the next, and uses the resulting mesh to distort the image and simultaneously растворяться one to another, thereby preserving a coherent internal structure throughout. Thus, several different digital techniques come together in morphing.^[102] Computer distortion of photographic images was first done by НАСА, in the mid-1960s, to align Ландсат и Скайлаб satellite images with each other. Отображение текстуры, which applies a photographic image to a 3D surface in another image, was first defined by Джим Блинн and Martin Newell in 1976. A 1980 paper by Ed Catmull и Элви Рэй Смит on geometric transformations, introduced a mesh-warping algorithm.^[103] The earliest full demonstration of morphing was at the 1982 СИГГРАФ conference, where Tom Brigham of NYIT presented a short film sequence in which a woman transformed, or "morphed", into a lynx.

The first cinema movie to use morphing was Рон Ховард 's 1988 fantasy film Ива, where the main character, Willow, uses a magic wand to transform animal to animal to animal and finally, to a sorceress.

3D inbetweening

With 3D CGI, the inbetweening of photo-realistic computer models can also produce results similar to morphing, though technically, it is an entirely different process (but is nevertheless often also referred to as "morphing"). An early example is Nelson Max's 1977 film Turning a sphere inside out.^[50] The first cinema feature film to use this technique was the 1986 Звездный путь IV: Путешествие домой, режиссер Леонард Нимой, with visual effects by Джордж Лукас компания Промышленный свет и магия (ILM). The movie includes a dream sequence where the crew travel back in time, and images of their faces transform into one another. To create it, ILM employed a new 3D сканирование технология, разработанная Cyberware to digitize the cast members' heads, and used the resulting data for the computer models. Because each head model had the same number of key points, transforming one character into another was a relatively simple inbetweening.^[104]

Пропасть

В 1989 г. Джеймс Кэмерон 's underwater action movie Пропасть был выпущен. This was the first cinema movie to include photo-realistic CGI integrated seamlessly into live-action scenes. A five-minute sequence featuring an animated tentacle or "pseudopod" was created by ILM, who designed a program to produce surface waves of differing sizes and kinetic properties for the pseudopod, including reflection, refraction and a морфинг последовательность. Although short, this successful blend of CGI and live action is widely considered a milestone in setting the direction for further future development in the field.^[105]

Walt Disney and CAPS

Великий мышиный детектив (1986) was the first Дисней film to extensively use computer animation, a fact that Disney used to promote the film during marketing. CGI was used during a two-minute climax scene on the Большой Бен, inspired by a similar climax scene in Хаяо Миядзаки с Замок Калиостро (1979). Великий мышиный детектив, in turn, paved the way for the Дисней Ренессанс.^[106][107]

The late 1980s saw another milestone in computer animation, this time in 2D: the development of Дисней "s"Система производства компьютерной анимации ", known as "CAPS/ink & paint". This was a custom collection of software, scanners and networked workstations developed by Компания Уолта Диснея в сотрудничестве с Pixar. Its purpose was to computerize the ink-and-paint and post-production processes of traditionally animated films, to allow more efficient and sophisticated post-production by making the practice of hand-painting cels устаревший. The animators' drawings and background paintings are scanned into the computer, and animation drawings are inked and painted by digital artists. The drawings and backgrounds are then combined, using software that allows for camera movements, многоплановость effects, and other techniques—including compositing with 3D image material. The system's first feature film use was in Русалочка (1989), for the "farewell rainbow" scene near the end, but the first full-scale use was for Спасатели внизу (1990), which therefore became the first traditionally animated film to be entirely produced on computer—or indeed, the first 100% digital feature film of any kind ever produced.^[108][109]

3D animation software in the 1980s

The 1980s saw the appearance of many notable new commercial software products:

• 1982: Autodesk Inc was founded in California by Джон Уокер, with a focus on design software for the PC, with their flagship CAD упаковка AutoCAD. In 1986, Autodesk's first animation package was AutoFlix, for use with AutoCAD. Their first full 3D animation software was 3D Студия за ДОС in 1990, which was developed under license by Гэри Йост of The Yost Group.^[110][111]
• 1983: Псевдоним Исследования was founded in Toronto, Canada, by Stephen Bingham and others, with a focus on industrial and entertainment software for SGI workstations. Их первый продукт был Alias-1 and shipped in 1985. In 1989, Alias was chosen to animate the pseudopod in Джеймс Кэмерон с Пропасть, which gave the software high-profile recognition in movie animation. In 1990 this developed into PowerAnimator, often known just as Псевдоним.^[112]
• 1984: Волновой фронт был основан Bill Kovacs and others, in California, to produce computer graphics for movies and television, and also to develop and market their own software based on SGI hardware. Wavefront developed their first product, Предварительный просмотр, during the first year of business. The company's production department helped tune the software by using it on commercial projects, creating opening graphics for television programs. In 1988, the company introduced the Personal Visualiser.^[113][114]
• 1984: TDI (Thomson Digital Image) was created in France as a subsidiary of aircraft simulator company Thomson-CSF, to develop and commercialise on their own 3D system Проводить исследования, first released in 1986.
• 1984: Sogitec Audiovisuel, was a division of Sogitec avionics in France, founded by Xavier Nicolas for the production of computer animation films, using their own 3D software developed from 1981 by Claude Mechoulam and others at Sogitec.^[115]
• 1986: Softimage was founded by National Film Board of Canada filmmaker Daniel Langlois in Montreal. Its first product was called the Softimage Creative Environment, and was launched at SIGGRAPH '88. For the first time, all 3D processes (modelling, animation, and rendering) were integrated. Creative Environment (eventually to be known as Softimage 3D in 1988), became a standard animation solution in the industry.^[116]
• 1987: Side Effects Software was established by Kim Davidson and Greg Hermanovic in Toronto, Canada, as a production/software company based on a 3D animation package called PRISMS, which they had acquired from their former employer Омнибус. Side Effects Software developed this procedural modelling and motion product into a high-end, tightly integrated 2D/3D animation software which incorporated a number of technological breakthroughs.^[117]
• 1989: the companies TDI и Sogitec were merged to create the new company ExMachina.

CGI in the 1990s

Computer animation expands in film and TV

The 1990s began with much of CGI technology now sufficiently developed to allow a major expansion into film and TV production. 1991 is widely considered the "breakout year", with two major box-office successes, both making heavy use of CGI.

First of these was Джеймс Кэмерон фильм Терминатор 2: Судный день,^[118] and was the one that first brought CGI to widespread public attention. The technique was used to animate the two "Terminator" robots. The "T-1000" robot was given a "mimetic poly-alloy" (liquid metal) structure, which enabled this shapeshifting character to morph into almost anything it touched. Most of the key Terminator effects were provided by Промышленный свет и магия, and this film was the most ambitious CGI project since the 1982 film Трон.^[119]

Другой был Дисней с Красавица и Чудовище,^[120] the second traditional 2D animated film to be entirely made using ШАПКИ. The system also allowed easier combination of hand-drawn art with 3D CGI material, notably in the "waltz sequence", where Belle and Beast dance through a computer-generated ballroom as the camera "dollies " around them in simulated 3D space.^[121] В частности, Красавица и Чудовище was the first animated film ever to be nominated for a Best Picture Academy Award.^[122]

Another significant step came in 1993, with Стивен Спилберг с парк Юрского периода,^[123] where 3D CGI dinosaurs were integrated with life-sized аниматроник аналоги. The CGI animals were created by ILM, and in a test scene to make a direct comparison of both techniques, Spielberg chose the CGI. Also watching was Джордж Лукас who remarked "a major gap had been crossed, and things were never going to be the same."^{[124][125][126]}

Флокирование

Флокирование is the behavior exhibited when a group of birds (or other animals) move together in a flock. A mathematical model of flocking behavior was first simulated on a computer in 1986 by Крейг Рейнольдс, and soon found its use in animation. парк Юрского периода notably featured flocking, and brought it to widespread attention by mentioning it in the actual script^{[нужна цитата ]}. Other early uses were the flocking bats in Тим Бертон с Бэтмен возвращается (1992), and the wildebeest stampede in Дисней с Король Лев (1994).^[127]

With improving hardware, lower costs, and an ever-increasing range of software tools, CGI techniques were soon rapidly taken up in both film and television production.

В 1993 г. Дж. Майкл Стражинский с Вавилон 5 became the first major television series to use CGI as the primary method for their visual effects (rather than using hand-built models), followed later the same year by Рокн С. О'Бэннон с SeaQuest DSV.

Also the same year, the French company Студия Fantome produced the first full-length completely computer animated TV series, Инсекторы (26×13'),^[128][129] though they also produced an even earlier all 3D short series, Geometric Fables (50 x 5') in 1991.^[130] A little later, in 1994, the Canadian TV CGI series Перезагрузка (48×23') was aired, produced by Mainframe Entertainment.^[131]

In 1995, there came the first fully computer-animation feature film, Дисней -Pixar с История игрушек, which was a huge commercial success.^[132] This film was directed by Джон Лассетер, a co-founder of Pixar, and former Disney animator, who started at Pixar with short movies such as Люксо младший (1986), Красная мечта (1987), и Оловянная игрушка (1988), which was also the first computer-generated animated short film to win an Academy Award. Then, after some long negotiations between Disney and Pixar, a partnership deal was agreed in 1991 with the aim of producing a full feature movie, and История игрушек was the result.^[133]

The following years saw a greatly increased uptake of digital animation techniques, with many new studios going into production, and existing companies making a transition from traditional techniques to CGI. Between 1995 and 2005 in the US, the average effects budget for a wide-release художественный фильм leapt from $5 million to $40 million. According to Hutch Parker, President of Production at 20 век Фокс, as of 2005^{[Обновить]}, "50 percent of feature films have significant effects. They're a character in the movie." However, CGI has made up for the expenditures by grossing over 20% more than their real-life counterparts, and by the early 2000s, computer-generated imagery had become the dominant form of special effects.^[134]

Захвата движения

Захвата движения, или же "Mocap", records the movement of external objects or people, and has applications for medicine, sports, robotics, and the military, as well as for animation in film, TV and games. The earliest example would be in 1878, with the pioneering photographic work of Эдверд Мейбридж on human and animal locomotion, which is still a source for animators today.^[135] Before computer graphics, capturing movements to use in animation would be done using Ротоскопирование, where the motion of an actor was filmed, then the film used as a guide for the frame-by-frame motion of a hand-drawn animated character. The first example of this was Макс Флейшер с Out of the Inkwell series in 1915, and a more recent notable example is the 1978 Ральф Бакши 2D animated movie Властелин колец.

Computer-based motion capture started as a фотограмметрический analysis tool in биомеханика research in the 1970s and 1980s.^[136] A performer wears markers near each joint to identify the motion by the positions or angles between the markers. Many different types of markers can be used—lights, reflective markers, LEDs, infra-red, inertial, mechanical, or wireless RF—and may be worn as a form of suit, or attached direct to a performer's body. Some systems include details of face and fingers to capture subtle expressions, and such is often referred to as "захват производительности ". The computer records the data from the markers, and uses it to animate digital character models in 2D or 3D computer animation, and in some cases this can include camera movement as well. In the 1990s, these techniques became widely used for visual effects. Video games also began to use motion capture to animate in-game characters in 1995, the earliest examples of this being the Атари Ягуар CD-based game Горец: Последний из Маклаудов,^[137][138] и аркада файтинг Soul Edge, which was the first video game to use passive optical motion-capture technology.^[139]

Another breakthrough where a cinema film used motion capture was creating hundreds of digital characters for the film Титаник in 1997. The technique was used extensively in 1999 to create Jar-Jar Binks and other digital characters in Звёздные войны: Эпизод I - Призрачная угроза.

Перемещение матча

Перемещение матча (также известен как отслеживание движения или же camera tracking), although related to motion capture, is a completely different technique. Instead of using special cameras and sensors to record the motion of subjects, match moving works with pre-existing live-action footage, and uses computer software alone to track specific points in the scene through multiple frames, and thereby allow the insertion of CGI elements into the shot with correct position, scale, orientation, and motion relative to the existing material. The terms are used loosely to describe several different methods of extracting subject or camera motion information from a motion picture. The technique can be 2D or 3D, and can also include matching for camera movements. The earliest commercial software examples being 3D-Equalizer from Science.D.Visions^[140] и rastrack from Hammerhead Productions,^[141] both starting mid-90s.

The first step is identifying suitable features that the software tracking algorithm can lock onto and follow. Typically, features are chosen because they are bright or dark spots, edges or corners, or a facial feature—depending on the particular tracking algorithm being used. When a feature is tracked it becomes a series of 2D coordinates that represent the position of the feature across the series of frames. Such tracks can be used immediately for 2D motion tracking, or then be used to calculate 3D information. In 3D tracking, a process known as "calibration" derives the motion of the camera from the inverse-projection of the 2D paths, and from this a "reconstruction" process is used to recreate the photographed subject from the tracked data, and also any camera movement. This then allows an identical virtual camera to be moved in a 3D animation program, so that new animated elements can be composited back into the original live-action shot in perfectly matched perspective.^[142]

In the 1990s, the technology progressed to the point that it became possible to include virtual stunt doubles. Camera tracking software was refined to allow increasingly complex visual effects developments that were previously impossible. Computer-generated extras also became used extensively in crowd scenes with advanced flocking and crowd simulation software. Being mainly software-based, match moving has become increasingly affordable as computers become cheaper and more powerful. It has become an essential visual effects tool and is even used providing effects in live television broadcasts.^[143]

Virtual studio

In television, a virtual studio, или же virtual set, is a studio that allows the real-time combination of people or other real objects and computer generated environments and objects in a seamless manner. It requires that the 3D CGI environment is automatically locked to follow any movements of the live camera and lens precisely. The essence of such system is that it uses some form of camera tracking to create a live stream of data describing the exact camera movement, plus some realtime CGI rendering software that uses the camera tracking data and generates a synthetic image of the virtual set exactly linked to the camera motion. Both streams are then combined with a video mixer, typically using цветовой ключ. Such virtual sets became common in TV programs in the 1990s, with the first practical system of this kind being the Synthevision virtual studio developed by the Japanese broadcasting corporation NHK (Nippon Hoso Kyokai) in 1991, and first used in their science special, Nano-space.^[144][145] Virtual studio techniques are also used in filmmaking, but this medium does not have the same requirement to operate entirely in realtime. Motion control or camera tracking can be used separately to generate the CGI elements later, and then combine with the live-action as a послепроизводственный этап процесс. However, by the 2000s, computer power had improved sufficiently to allow many virtual film sets to be generated in realtime, as in TV, so it was unnecessary to composite anything in post-production.

Машинима

Машинима uses realtime 3D computer graphics rendering engines to create a cinematic production. Most often, video games machines are used for this. В Академия Искусств и Наук Машинимы (AMAS), a non-profit organization formed 2002, and dedicated to promoting machinima, defines machinima as "animated filmmaking within a real-time virtual 3-D environment". AMAS recognizes exemplary productions through awards given at its annual^[146][147] The practice of using graphics engines from video games arose from the animated software introductions of the '80s "демосцена ", Disney Interactive Studios ' 1992 video game Stunt Island, and '90s recordings of gameplay in шутер от первого лица видеоигры, такие как id Программное обеспечение с Рок и Землетрясение. Machinima Film Festival. Machinima-based artists are sometimes called machinimists or machinimators.

3D animation software in the 1990s

There were many developments, mergers and deals in the 3D software industry in the '90s and later.

• Волновой фронт последовал за успехом Personal Visualiser с выпуском Динамика in 1992, a powerful tool for interactively creating and modifying realistic, natural images of dynamic events. In 1993, Wavefront acquired Thomson Digital Images (TDI), with their innovative product Проводить исследования, a tool suite that included 3Design for modelling, Аним for animation, and Interactive Photorealistic Renderer (IPR) for rendering. In 1995, Wavefront was bought by Силиконовая Графика, and merged with Псевдоним.^[148]
• Псевдоним Исследования continued the success of PowerAnimator with movies like Терминатор 2: Судный день, Бэтмен возвращается и парк Юрского периода, and in 1993 started the development of a new entertainment software, which was later to be named майя. Alias found customers in animated film, TV series, visual effects, and video games, and included many prominent studios, such as Промышленный свет и магия, Pixar, Sony Pictures Imageworks, Уолт Дисней, и Warner Brothers. Other Alias products were developed for applications in architecture and engineering. In 1995, SGI purchased both Alias Research and Wavefront in a 3-way deal, and the merged company Псевдоним Wavefront был запущен.^[149]
• Псевдоним Wavefront 's new mission was to focus on developing the world's most advanced tools for the creation of digital content. PowerAnimator continued to be used for visual effects and movies (such as История игрушек, Каспер, и Бэтмен навсегда ), and also for video games. Further development of the майя software went ahead, adding new features such as motion capture, facial animation, motion blur, and "time warp" technology. CAD industrial design products like AliasStudio и Alias Designer became standardized on Alias|Wavefront software. In 1998, Alias|Wavefront launched майя as its new 3D flagship product, and this soon became the industry's most important animation tool. майя was the merger of three packages—Wavefront's Advanced Visualizer, Alias's Power Animator, and TDI's Проводить исследования. In 2003 the company was renamed simply "Alias". In 2004, SGI sold the business to a private investment firm, and it was later renamed to Alias ​​Systems Corporation. In 2006, the company was bought by Autodesk.^[150][151]
• Softimage developed further features for Creative Environment, в том числе Actor Module (1991) и Эдди (1992), including tools such as inverse kinematics, enveloping, metaclay, flock animation, and many others. Softimage customers include many prominent production companies, and Softimage has been used to create animation for hundreds of major feature films and games. В 1994 г. Microsoft acquired Softimage, and renamed the package Softimage 3D, releasing a Windows NT port two years later.^[152][153] In 1998, after helping to port the products to Windows and financing the development of Softimage и Softimage|DS, Microsoft sold the Softimage unit to Avid Technology, who was looking to expand its visual effect capabilities. Then, in 2008, Autodesk acquired the brand and the animation assets of Softimage from Avid, thereby ending Softimage Co. as a distinct entity. The video-related assets of Softimage, including Softimage|DS (сейчас же Avid|DS) continue to be owned by Avid.^[154][155]
• Autodesk Inc 's PC DOS-based 3D Студия was eventually superseded in 1996 when The Yost Group developed 3D Studio Max for Windows NT. Priced much lower than most competitors, 3D Studio Max was quickly seen as an affordable solution for many professionals. Of all animation software, 3D Studio Max serves the widest range of users. It is used in film and broadcast, game development, corporate and industrial design, education, medical, and web design. In 2006, Autodesk acquired Псевдоним, принося StudioИнструменты и майя software products under the Autodesk banner, with 3D Studio Max переименован в Autodesk 3ds Max, и майя в качестве Autodesk Maya. Now one of the largest software companies in the world, Autodesk serves more than 4 million customers in over 150 countries.^{[156][157][158]}
• Side Effects Software с PRISMS was used extensively to create visual effects for broadcast and feature films into the '90s, with projects like Твистер, День независимости, и Титаник. In 1996, Side Effects Software introduced Гудини, a next-generation 3D package that proved to be more sophisticated and artist-friendly than its predecessor. Гудини is used around the world to develop cutting edge 3D animation in the film, broadcast and gaming industries, and Side Effects Software has consistently proved itself to be an industry innovator.^{[159][160][161]}

CGI in the 2000s

2000 breakthrough capture of the reflectance field over the human face

In 2000, a team led by Поль Дебевек managed to adequately capture (and simulate) the поле отражения над человеческое лицо using the simplest of light stages.^[162] which was the last missing piece of the puzzle to make digital look-alikes известных актеры.

Motion capture, photorealism, and uncanny valley

The first mainstream cinema film fully made with захвата движения was the 2001 Japanese-American Final Fantasy: Духи внутри режиссер Хиронобу Сакагути, which was also the first to use photorealistic CGI characters.^[163] Фильм не имел кассового успеха.^[164] Некоторые комментаторы предположили, что это может быть частично связано с тем, что у главных персонажей компьютерной графики были черты лица, которые вписывались в "uncanny valley ".^[165] In 2002, Peter Jackson's Властелин колец: Две башни was the first feature film to use a real-time motion capture system, which allowed the actions of actor Энди Серкис to be fed direct into the 3D CGI model of Голлум as it was being performed.^[166]

Motion capture is seen by many as replacing the skills of the animator, and lacking the animator's ability to create exaggerated movements that are impossible to perform live. Конечные титры Pixar фильм Рататуй (2007) carry a stamp certifying it as "100% Pure Animation — No Motion Capture!" However, proponents point out that the technique usually includes a good deal of adjustment work by animators as well. Nevertheless, in 2010, the US Film Academy (AMPAS ) announced that motion-capture films will no longer be considered eligible for "Best Animated Feature Film" Oscars, stating "Motion capture by itself is not an animation technique."^[167][168]

Виртуальная кинематография

Рано 2000-е saw the advent of полностью виртуальная кинематография with its audience debut considered to be in the 2003 films Матрица перезагружена и Матричные революции with its digital look-alikes so convincing that it is often impossible to know if some image is a человек imaged with a camera or a digital look-alike shot with a симуляция из камера. The scenes built and imaged within virtual cinematography are the "Burly brawl" and the end showdown between Нео и Агент Смит. С общепринятый кинематографический methods the burly brawl would have been prohibitively time-consuming to make with years of композитинг required for a scene of few minutes. Also a human actor could not have been used for the end showdown in Matrix Revolutions: Agent Smith's скула gets punched in by Neo leaving the digital look-alike naturally unhurt.

3D animation software in the 2000s

• Блендер (программное обеспечение) is a free open source virtual cinematography package, used by professionals and enthusiasts alike.
• Позер is another DIY 3D graphics program especially aimed at user-friendly animation of мягкий объекты
• Pointstream Software это профессиональный оптический поток program that uses a пиксель as its basic primitive form usually tracked over a мультикамерная установка from the esteemed Arius3D, создатели XYZRGB сканер, used in the production process of the Matrix sequels

CGI in the 2010s

In SIGGRAPH 2013 Activision и USC представил в реальном времени digital face look-alike of "Ira" utilizing the USC light stage X by Ghosh et al. для обоих поле отражения and motion capture.^[169][170] The end result, both precomputed and real-time rendered with the state-of-the-art Блок обработки графики: Цифровая Ира,^[169] looks fairly realistic. Techniques previously confined to high-end virtual cinematography systems are rapidly moving into the видеоигры и досуг Приложения.

Дальнейшие разработки

New developments in computer animation technologies are reported each year in the United States at СИГГРАФ, the largest annual conference on computer graphics and interactive techniques, and also at Еврография, and at other conferences around the world.^[171]

Рекомендации