Introducción
• Animación por ordenador es el conjunto de técnicas que
emplean el ordenador para generación escenas que produzcan
la sensación de movimiento.
• Orígenes: apoyo a los dibujantes de animación tradicional.
– 1974: Una película generada por ordenador gana el festival de
Cannes
– Uso masivo en la industria cinematográfica para crear efectos
especiales
• Existen procesos físicos que deben ser simulados empleando
animación por ordenador: simulación de accidentes.
• La animación aporta información importante a las escenas
modeladas.
Introducción
• Las animaciones más complejas requieren el uso de métodos
de disciplinas muy variadas: robótica, dinámica analítica,
dinámica de fluidos, biología, sistemas caóticos, psicología e
inteligencia artificial.
• Considerar estos factores introduce sensación de realidad
• En este tema:
–
–
–
–
Técnicas básicas de animación tradicional
Animación asistida por ordenador
Animación generada por ordenador
Animación controlada automáticamente
Animación tradicional
Fundamentos
• Animación se refiere al proceso de generación de imágenes
donde cada imagen es una alteración de la anterior.
• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente
produce la sensación de movimiento.
Animación tradicional
Fundamentos
• Animación se refiere al proceso de generación de imágenes
donde cada imagen es una alteración de la anterior.
• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente
produce la sensación de movimiento.
• Ejemplo:
Animación tradicional
Fundamentos
• Animación se refiere al proceso de generación de imágenes
donde cada imagen es una alteración de la anterior.
• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente
produce la sensación de movimiento.
• Ejemplo:
cuadros
Animación tradicional
Fundamentos
• Ejemplo:
cuadros
• Los cuadros, marcos o frames se graban en fotogramas de una
película y se proyecta a una velocidad alta
Animación tradicional
Fundamentos
• Persistencia de la visión:
– Propiedad del sistema ocular que permite la subsistencia de una
imagen en la retina durante un breve instante de tiempo.
– Si llega otra imagen antes de que se desvanezca la primera, el
cerebro las funde.
– Umbral crítico de fusión.
– En cine se utilizan 24 cuadros por segundo.
• Gran volumen de trabajo -> técnicas específicas
– Animación por cuadros clave
– Animación por capas
– Rotoscopia
Animación tradicional
Animación por cuadros clave
• El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes
• Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre
cuadros clave.
Animación tradicional
Animación por cuadros clave
• El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes
• Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre
cuadros clave.
• Ejemplo:
Animación tradicional
Animación por cuadros clave
• Animación por cuadros clave
– El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes
– Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre
cuadros clave: in-betweening
– Ejemplo:
Animación tradicional
Animación por capas (cel animation)
• Los objetos se dibujan en acetatos transparentes
• El fondo se dibuja en otro acetato
• Las escenas se crean superponiendo capas
Animación tradicional
Animación por capas (cel animation)
•
•
•
•
Los objetos se dibujan en acetatos transparentes
El fondo se dibuja en otro acetato
Las escenas se crean superponiendo capas
Ejemplo:
Animación tradicional
Animación por capas (cel animation)
• Ejemplo:
• Ventajas
– Permite reutilizar trabajo
– Facilita la animación
– Explosión de partes
Animación tradicional
Rotoscopia
• Proceso:
– Grabación de un movimiento complejo
– Copia del movimiento por parte del dibujante
• Paso hacia la producción industrial:
– Reutilización, división de tareas, especialización,
solapamiento en el tiempo.
• Los computadores entran a formar parte del proceso
de producción de animación tradicional para reducir
el tiempo de trabajo -> animación asistida por
computador.
Animación Asistida por Computador
Introducción
• Objetivo:
Liberar al dibujante de las actividades más
tediosas. El computador sustituye al
dibujante en algunas tareas.
• Tareas:
– Creación de cuadros
– In-betweening
– Movimiento a lo largo de trayectorias
Animación Asistida por Computador
Creación de cuadros
• Empleo de editores gráficos:
– Escanear bocetos, retocarlos y colorearlos
– Guardar personajes, recuperarlos y modificarlos:
librerías de personajes.
• Superposición de objetos para la animación
por capas.
Animación Asistida por Computador
In-Betweening
• El animador especifica dos dibujos clave y el ordenador calcula
los dibujos intermedios.
• Calcula puntos intermedios entre dos puntos correspondientes
de los cuadros clave mediante interpolación
• Ejemplo:
Po
Pf
 Po ),    , 
f
P
  Po   ( P

1
2
n


 0,
,
, .......,
,1
n 1 
 n 1 n 1

Animación Asistida por Computador
In-Betweening
• Cuando el objeto es más complejo es más difícil
establecer la correspondencia
– Modelos de esqueletos
Animación Asistida por Computador
In-Betweening
• Modelos de esqueletos
• Ejemplo:
Animación Asistida por Computador
In-Betweening
• Modelos de esqueletos
• Ejemplo:
• Si uno de los claves
tiene más puntos que
otros, se subdividen los
segmentos de la
imagen con menos
puntos.
Animación Asistida por Computador
Movimiento a lo largo de trayectorias
• La interpolación lineal no es adecuada porque:
– Los movimientos no se suelen hacer a lo largo de trayectos
rectos.
– Los cuadros intermedios están separados por un intervalo
constante en el tiempo y en el espacio -> velocidad
constante.
• Las curvas P son un artificio que permite especificar
trayectorias introduciendo información espacial y
temporal en la misma gráfica.
Animación Asistida por Computador
Movimiento a lo largo de trayectorias
• Ejemplo de Curvas P
– Los símbolos de los
cuadros están
equiespaciados en el
tiempo.
– A mayor distancia
espacial entre símbolos
mayor sensación de
velocidad.
Animación Asistida por Computador
Movimiento a lo largo de trayectorias
• Ejemplo de Curvas P
– Los símbolos de los
cuadros están
equiespaciados en el
tiempo.
– A mayor distancia
espacial entre símbolos
mayor sensación de
velocidad.
– También se utilizar para
realizar in-betweening
Animación Generada por Computador
Introducción
• En animación generada por computador se generan las escenas
3D con los métodos conocidos de I.G. y se introducen
movimientos en dichas escenas
• Puede no tener nada que ver con la animación tradicional.
• Realiza animaciones que un dibujante no podría crear a mano.
• En animación generada por ordenador o animación 3D:
– Se especifican las escenas, dando valores a las características de
las entidades que las componen.
– Se especifica la evolución temporal de los valores de las
características.
• Para los instantes de tiempo en los que se deben dibujar los
cuadros, se calculan los valores de las características y se hace
el rendering de la escena.
Animación Generada por Computador
Tipos
• En función de qué características de qué entidades se
modifiquen distinguimos los siguientes tipos de animación:
– Objetos
• Posición, orientación.
• Forma.
• Color, transparencia.
– Cámara:
• Posición.
• Punto hacia el que apunta.
• Apertura del angular.
– Fuentes de iluminación:
• Posición.
• Intensidad, Color,
Animación Generada por Computador
Tipos
• En función de cómo se especifique la evolución de las
características distinguimos los siguientes tipos de animación:
– Animación basada en la forma de los objetos clave
– Animación paramétrica de cuadros clave
– Animación capturada
– Animación procedural
Animación Generada por Computador
Animación basada en la forma de los objetos clave
• Los objetos se definen por los valores de sus vértices.
• La animación se especifica definiendo los objetos clave y la
correspondencia entre vértices.
• Los objetos intermedios se calculan interpolando los valores de
los vértices.
Animación Generada por Computador
Animación basada en la forma de los objetos clave
• Los objetos se definen por los valores de sus vértices.
• La animación se especifica definiendo los objetos clave y la
correspondencia entre vértices
• Los objetos intermedios se calculan interpolando los valores de
los vértices
• Ejemplo:
Animación Generada por Computador
Animación basada en la forma de los objetos clave
– Fundamento del Morphing 3D o metamorfosis 3D
Animación Generada por Computador
Animación paramétrica de cuadros clave
• Las distintas entidades se definen por una serie de
parámetros que tienen asociados.
• Se especifican los valores de dichos parámetros los
cuadros clave.
• Los valores de los parámetros en cuadros intermedios
se calculan por interpolación
Animación Generada por Computador
Animación paramétrica de cuadros clave
Posición(cm)
Apertura(grados)
Tiempo(s)
Intensidad
Tiempo(s)
Tiempo(s)
Animación Generada por Computador
Animación capturada
• Los valores de los parámetros se obtienen desde el exterior.
• Conexión de dispositivos electromagnéticos.
• Captura de valores y posterior aplicación a los parámetros de las
entidades de las entidades.
Animación Generada por Computador
Animación capturada
• Los valores de los parámetros se obtienen desde el exterior.
• Conexión de dispositivos electromagnéticos.
• Captura de valores y posterior aplicación a los parámetros de las
entidades de las entidades.
• Ejemplo:
Animación Generada por Computador
Animación capturada
• Ejemplo:
• Muy utilizado en videojuegos y realidad virtual
Animación Generada por Computador
Animación procedural
• También llamada animación algorítmica o modelada.
• Los valores de los parámetros son generados por un programa.
• Los programas implementan modelos de leyes físicas: gran
realismo.
Animación Generada por Computador
Animación procedural
• También llamada animación algorítmica o modelada.
• Los valores de los parámetros son generados por un programa.
• Los programas implementan modelos de leyes físicas: gran
realismo.
• Ejemplo:
  A sen(  t   )
Animación Generada por Computador
Animación procedural
• Ejemplo:
  A sen(  t   )
• Desaparece el concepto de clave.
• Dados unos valores iniciales el sistema evoluciona.
Animación Generada por Computador
Resumen
• Tipos de animación generada por computador
– En función de las características de evolucionan
– Cómo se especifica la evolución
• Cuando queremos generar animaciones más complejas, hemos
de recurrir al empleo de técnicas más sofisticadas que se
agrupan bajo el nombre de control automático de la animación
cubrir 5 pasos” no se entiende
Control Automático de Animación
Introducción
• Las entidades que componen la escena están
gobernadas por un procedimiento que rige su
movimiento.
• En cada cuadro, el procedimiento intercambia
información con otros procedimientos asociados a
otras entidades.
• El movimiento se basa en módulos de Inteligencia
Artificial denominados.
• Las entidades así definidas se denominan ACTORES
cubrir 5 pasos” no se entiende
Control Automático de Animación
Introducción
• Para que un sistema de ACTORES permita crear
escenas que den sensación de realismo se han de
resolver 5 problemas:
–
–
–
–
–
Cinemática inversa
Control de movimientos empleando dinámica
Considerar el impacto con el entorno
Planificación de tareas
Asociar un comportamiento a los actores
Control Automático de Animación
Paso 1: Cinemática Inversa y restricciones posicionales
• Técnica empleada para mover figuras articuladas: elementos
rígidos y articulaciones.
• Usado para modelar robots y animales vertebrados
Control Automático de Animación
Paso 1: Cinemática Inversa y restricciones posicionales
• Técnica empleada para mover figuras articuladas: elementos
rígidos y articulaciones.
• Usado para modelar robots y animales vertebrados
Control Automático de Animación
Paso 1: Cinemática Inversa y restricciones posicionales
•
•
La forma natural de mover una figura articulada es desplazando el
elemento final de la estructura de manera que éste arrastre al resto de
elementos en el desplazamiento.
Éste es el problema que intenta resolver la cinemática inversa, para
una posición final del elemento extremo de una figura articulada calcular
las posiciones del resto de elementos
Control Automático de Animación
Paso 1: Cinemática Inversa y restricciones posicionales
• Complicado porque:
– No todas las
articulaciones se mueven
igual.
– No hay una solución
única.
• Solución:
– Incluir restricciones
Control Automático de Animación
Paso 2: Control de movimiento empleando dinámica
• La dinámica estudia el movimiento considerando las
fuerzas que lo generan.
• Establecer propiedades físicas de las entidades y las
fuerzas que actúan.
• El movimiento se genera aplicando las leyes de
Newton y de la dinámica de fluidos.
• Complementan las las definiciones cinemáticas
introduciendo realismo.
• Ejemplo:
– El movimiento de un brazo no puede ser igual que el de una
pierna.
Control Automático de Animación
Paso 3: Considerar el impacto con el entorno
• El movimiento de un objeto tiene un impacto con el
entorno y viceversa.
• Planificar trayectorias para evitar colisiones.
• Reaccionar ante las colisiones.
• Ejemplo:
– una figura humana se sienta en una silla.
Control Automático de Animación
Paso 4: Planificación de tareas
• Más cercano a la Inteligencia Artificial que a la
animación por computador
• Descomponer la especificación de una tarea en
acciones elementales para el actor.
• Ejemplo: una figura humana debe reaccionar ante la
orden “responde al teléfono”. La tarea debe
descomponerse
–
–
–
–
–
Calcula la posición del teléfono
Busca un camino hacia el teléfono
Avanzar
Coger el teléfono
Decir “hola”
Control Automático de Animación
Paso 5: Los actores han de tener asociado un comportamiento
• El comportamiento es función de la naturaleza del
objeto
• El comportamiento se refiere a propiedades diversas
– Cómo se desplazan
– Cómo se comportan ante otros actores
• Los comportamientos suelen apoyarse en módulos
de inteligencia artificial.
• Ejemplo:
– Bandada de pájaros
– Pecera con peces
Control Automático de Animación
Perspectiva actual
• 5 pasos
–
–
–
–
–
Cinemática inversa
Control de movimientos empleando dinámica
Considerar el impacto con el entorno
Planificación de tareas
Asociar un comportamiento a los actores
• Algunos puntos ya están resueltos en parte. En todos
ellos se investiga. Los beneficios serían importantes.
Pepito:
Conclusiones
• Hemos estudiado: Fundamentos de animación tradicional,
Animación asistida por computador, Animación generada por
computador, Control automático por computador
• Un desafío de la investigación actual es crear entornos que
permitan:
– Integrar todas las técnicas
– Introducir seres humanos
– Dar sensación de realidad
• Parece un objetivo a muy largo plazo, pero la evolución es
vertiginosa
• Existen entornos de animación comerciales que integran estas
técnicas
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Animación