История компьютерной анимации началась еще в 1940-х и 1950-х годах, когда люди начали экспериментировать с компьютерной графикой , в первую очередь Джоном Уитни . Только к началу 1960-х годов, когда цифровые компьютеры получили широкое распространение, расцвели новые возможности для инновационной компьютерной графики. Первоначально ее использовали в основном в научных, инженерных и других исследовательских целях, но к середине 1960-х годов начали появляться и художественные эксперименты, в первую очередь доктором Томасом Калвертом. К середине 1970-х годов многие такие попытки начали проникать в общественные СМИ. Большая часть компьютерной графики в то время включала в себя 2D- изображения, хотя по мере повышения мощности компьютеров все больше внимания уделялось усилиям по достижению 3D-реализма. К концу 1980-х годов фотореалистичное 3D начало появляться в кинофильмах, а к середине 1990-х годов оно достигло такой степени, что 3D-анимацию можно было использовать для всего производства художественных фильмов.
Джон Уитни-старший (1917–1995) был американским аниматором, композитором и изобретателем, которого широко считают одним из отцов компьютерной анимации. [1] В 1940-х и 1950-х годах он и его брат Джеймс создали серию экспериментальных фильмов, сделанных с помощью специально изготовленного устройства на основе старых зенитных аналоговых компьютеров ( Kerrison Predictors ), соединенных сервомеханизмами для управления движением огней и освещенных объектов — первый пример фотографии с управлением движением . Одной из самых известных работ Уитни этого раннего периода была анимированная последовательность титров из фильма Альфреда Хичкока 1958 года «Головокружение » [2] , над которой он сотрудничал с графическим дизайнером Солом Бассом . В 1960 году Уитни основал свою компанию Motion Graphics Inc, которая в основном занималась созданием титров для кино и телевидения, продолжая при этом дальнейшие экспериментальные работы. В 1968 году его новаторская модель фотографии с управлением движением была использована в фильме Стэнли Кубрика «Космическая одиссея 2001 года» , а также для техники щелевой съемки, использованной в финале фильма «Звездные врата».
Одним из первых программируемых цифровых компьютеров был SEAC (Standards Eastern Automatic Computer), который поступил на вооружение в 1950 году в Национальном бюро стандартов (NBS) в Мэриленде, США. [3] [4] В 1957 году пионер компьютеров Рассел Кирш и его команда представили барабанный сканер для SEAC, чтобы «отслеживать изменения интенсивности на поверхностях фотографий», и таким образом сделали первое цифровое изображение , отсканировав фотографию. Изображение, изображающее трехмесячного сына Кирша, состояло всего из 176×176 пикселей . Они использовали компьютер для извлечения линейных рисунков, подсчета объектов, распознавания типов символов и отображения цифровых изображений на экране осциллографа . Этот прорыв можно рассматривать как предшественника всех последующих компьютерных изображений, и, признавая важность этой первой цифровой фотографии, журнал Life в 2003 году включил это изображение в число «100 фотографий, которые изменили мир». [5] [6]
В 1960 году в Шведском королевском технологическом институте на компьютере BESK была создана 49-секундная векторная анимация автомобиля, едущего по запланированному шоссе . Консалтинговая фирма Nordisk ADB, которая была поставщиком программного обеспечения для Королевского шведского дорожного и водного агентства строительства, поняла, что у них есть все координаты, чтобы иметь возможность нарисовать перспективу с водительского места для автомагистрали от Стокгольма до Накки. Перед специально разработанным цифровым осциллографом с разрешением около 1 мегапикселя была установлена 35-миллиметровая камера с расширенным магазином на специально изготовленной подставке. Камера автоматически управлялась компьютером, который посылал сигнал на камеру, когда на осциллограф поступало новое изображение. Он делал снимок каждые двадцать метров (ярдов) виртуального пути. Результатом этого стало вымышленное путешествие по виртуальному шоссе со скоростью 110 км/ч (70 миль/ч). Короткая анимация была показана 9 ноября 1961 года в прайм-тайм в национальном телевизионном выпуске новостей Aktuellt. [7] [8]
Bell Labs в Мюррей-Хилл, Нью-Джерси, была ведущим исследователем в области компьютерной графики, компьютерной анимации и электронной музыки с момента своего основания в начале 1960-х годов. Изначально исследователи интересовались тем, что можно заставить делать компьютер, но результаты визуальной работы, созданной компьютером в этот период, сделали таких людей, как Эдвард Заяц, Майкл Нолл и Кен Ноултон, пионерами компьютерных художников.
Эдвард Заяц создал один из первых фильмов, созданных на компьютере в Bell Labs в 1963 году, под названием « Система управления ориентацией с использованием двух гироскопов и градиента гравитации» , в котором было продемонстрировано, что спутник можно стабилизировать так, чтобы он всегда был обращен к Земле одной стороной во время своего движения по орбите. [9]
Кен Ноултон разработал анимационную систему Beflix (Bell Flicks) в 1963 году, которая использовалась для создания десятков художественных фильмов художниками Стэном Вандербиком , Ноултоном и Лилиан Шварц . [10] Вместо чистого программирования Beflix работал с использованием простых «графических примитивов», таких как рисование линии, копирование области, заполнение области, масштабирование области и тому подобное.
В 1965 году Майкл Нолл создал компьютерные стереографические 3D-фильмы, включая балет из палочных фигур, движущихся по сцене. [11] В некоторых фильмах также показывали четырехмерные гиперобъекты, проецируемые в трех измерениях. [12] Около 1967 года Нолл использовал технику 4D-анимации для создания компьютерно-анимированных титров для коммерческого короткометражного фильма « Невероятная машина» (производства Bell Labs) и телевизионного спецвыпуска «Необъяснимое» (производства Уолта ДеФариа). [13] В это время также было реализовано множество проектов в других областях.
В 1960-х годах Уильям Феттер был графическим дизайнером компании Boeing в Уичите , и ему приписывают создание фразы «компьютерная графика» для описания того, чем он занимался в Boeing в то время (хотя сам Феттер приписывал это своему коллеге Верну Хадсону). [14] [15] Работа Феттера включала разработку в 1964 году эргономических описаний человеческого тела, которые были и точными, и адаптируемыми к различным средам, и это привело к появлению первых трехмерных анимированных каркасных фигур. [16] [17] Такие человеческие фигуры стали одними из самых знаковых изображений ранней истории компьютерной графики и часто упоминались как «Boeing Man». Феттер умер в 2002 году.
Многие считают Ивана Сазерленда создателем интерактивной компьютерной графики и пионером Интернета. Он работал в лаборатории Линкольна в Массачусетском технологическом институте (MIT ) в 1962 году, где разработал программу под названием Sketchpad I , которая позволяла пользователю напрямую взаимодействовать с изображением на экране. Это был первый графический пользовательский интерфейс , и он считается одной из самых влиятельных компьютерных программ, когда-либо написанных человеком. [18]
Юта была крупным центром компьютерной анимации в этот период. Факультет компьютерных наук был основан Дэвидом Эвансом в 1965 году, и многие из основных методов трехмерной компьютерной графики были разработаны здесь в начале 1970-х годов при финансировании ARPA ( Агентство передовых исследовательских проектов ). Результаты исследований включали затенение по Гуро, Фонгу и Блинну, текстурное наложение, алгоритмы скрытых поверхностей , подразделение криволинейных поверхностей , рисование линий в реальном времени и аппаратное обеспечение для отображения растровых изображений, а также ранние работы в области виртуальной реальности. [19] По словам Роберта Ривлина в его книге 1986 года «Алгоритмическое изображение: графические видения компьютерной эпохи» , «почти каждый влиятельный человек в современном сообществе компьютерной графики либо прошел через Университет Юты, либо каким-то образом соприкасался с ним». [20]
В 1968 году Иван Сазерленд объединился с Дэвидом Эвансом, чтобы основать компанию Evans & Sutherland — оба были профессорами кафедры компьютерных наук в Университете Юты, и компания была создана для производства нового оборудования, предназначенного для запуска систем, разрабатываемых в университете. Многие такие алгоритмы позже привели к созданию значительной аппаратной реализации, включая Geometry Engine , Head-mounted display , Frame buffer и Flight simulators . [21] Большинство сотрудников были действующими или бывшими студентами, и включали Джима Кларка, который основал Silicon Graphics в 1981 году, Эда Кэтмелла , соучредителя Pixar в 1979 году, и Джона Уорнока из Adobe Systems в 1982 году.
В 1968 году группа советских физиков и математиков во главе с Н. Константиновым создала математическую модель движения кошки. На ЭВМ БЭСМ-4 была разработана программа решения обыкновенных дифференциальных уравнений для этой модели. ЭВМ распечатала на бумаге сотни кадров с использованием символов алфавита, которые затем были последовательно сняты на пленку, создав таким образом первую компьютерную анимацию персонажа — идущего кота. [22] [23]
Чарльз Сури , художник из Университета штата Огайо (OSU), начал экспериментировать с применением компьютерной графики в искусстве в 1963 году. Его усилия привели к появлению известной исследовательской лаборатории CGI, которая получила финансирование от Национального научного фонда и других государственных и частных агентств. Работа в OSU вращалась вокруг языков анимации, сложных сред моделирования, интерфейсов, ориентированных на пользователя, описаний движений человека и существ и других областей, представляющих интерес для этой дисциплины. [24] [25] [26]
В июле 1968 года художественный журнал Studio International опубликовал специальный выпуск под названием Cybernetic Serendipity – The Computer and the Arts , в котором была каталогизирована обширная коллекция предметов и примеров работ, выполненных в области компьютерного искусства в организациях по всему миру и показанных на выставках в Лондоне, Великобритания, Сан-Франциско, Калифорния, и Вашингтоне, округ Колумбия. [27] [28] Это стало важной вехой в развитии этой среды и, по мнению многих, оказало широкое влияние и вдохновение. Помимо всех упомянутых выше примеров, два других особенно известных знаковых изображения из этого включают Chaos to Order [29] Чарльза Сури (часто называемого Колибри ) , созданное в Университете штата Огайо в 1967 году, [30] и Running Cola is Africa [31] Масао Комуры и Кодзи Фудзино, созданное в Computer Technique Group, Япония, также в 1967 году. [32]
Первой машиной, которая привлекла широкое внимание общественности в СМИ, была Scanimate , аналоговая компьютерная анимационная система, разработанная и созданная Ли Харрисоном из Computer Image Corporation в Денвере. Начиная с 1969 года, системы Scanimate использовались для создания большей части видеоанимации, которую можно было увидеть на телевидении в рекламных роликах, заголовках шоу и другой графике. Она могла создавать анимацию в реальном времени , что было большим преимуществом по сравнению с цифровыми системами того времени. [33] Американская анимационная студия Hanna-Barbera экспериментировала с использованием Scanimate для создания ранней формы цифрового стиля вырезания . Клип художников, использующих машину для манипулирования отсканированными изображениями персонажей Скуби-Ду , масштабирования и деформации художественных работ для имитации анимации, доступен в Архиве Интернета . [34]
Национальный совет по кинематографии Канады , уже являвшийся мировым центром анимационного искусства, также начал экспериментировать с компьютерными технологиями в 1969 году. [35] Самым известным из первых пионеров в этом направлении был художник Питер Фолдес , завершивший работу над фильмом «Метаданные» в 1971 году. Этот фильм состоял из рисунков, анимированных путем постепенного перехода от одного изображения к другому, техника, известная как «интерполяция» (также известная как «промежуток» или «морфинг»), которая также фигурировала в ряде более ранних примеров искусства в 1960-х годах. [36] В 1974 году Фолдес завершил работу над фильмом «Голод» , который был одним из первых фильмов, показывающих сплошную заливку (растровое сканирование) и был удостоен приза жюри в категории короткометражных фильмов на Каннском кинофестивале 1974 года , а также номинации на премию «Оскар».
Лаборатория Atlas Computer Laboratory недалеко от Оксфорда на протяжении многих лет была основным учреждением для компьютерной анимации в Великобритании. [37] Первым созданным развлекательным мультфильмом был «The Flexipede » Тони Притчетта, который впервые был показан публике на выставке Cybernetic Serendipity в 1968 году. [38] Художник Колин Эммет и аниматор Алан Китчинг впервые разработали сплошную заливку цветом в 1972 году, в частности, для анимации заголовков для телепрограммы BBC «The Burke Special» .
В 1973 году Китчинг продолжил разработку программного обеспечения под названием «Antics», которое позволяло пользователям создавать анимацию без необходимости программирования. [39] [40] Пакет был в целом основан на обычных методах «cel» (целлулоид), но с широким набором инструментов, включая эффекты камеры и графики, интерполяцию («inbetweening»/«morphing»), использование скелетных фигур и наложений сетки. Любое количество рисунков или cel можно было анимировать одновременно, «хореографируя» их неограниченным количеством способов, используя различные типы «движений». В то время был доступен только черно-белый вывод плоттера, но Antics мог производить полноцветный вывод, используя Technicolor Three - strip Process. Поэтому название Antics было придумано как аббревиатура от ANimated Technicolor - Image C omputer S ystem. [41] Antics использовался во многих анимационных работах, включая первый полноценный документальный фильм « Конечные элементы» , созданный для самой лаборатории Atlas в 1975 году. [42]
Первым художественным фильмом, в котором использовалась цифровая обработка изображений , был фильм 1973 года «Мир Дикого Запада» , научно-фантастический фильм, написанный и снятый писателем Майклом Крайтоном , в котором человекоподобные роботы живут среди людей. [43] Джон Уитни-младший и Гэри Демос из Information International, Inc. обработали цифровым способом киносъемку, чтобы она выглядела пикселизированной , чтобы изобразить точку зрения андроида Стрелка . Кинематографическая портретная блочная съемка была выполнена с использованием трехполосного процесса Technicolor для разделения цветов каждого кадра исходных изображений, затем их сканирования для преобразования в прямоугольные блоки в соответствии с их тоновыми значениями и, наконец, вывода результата обратно на пленку. Процесс был описан в статье American Cinematographer «За кулисами Мира Дикого Запада». [44]
Сэм Матса, чей опыт работы в графике начался с проекта APT в Массачусетском технологическом институте с Дугом Россом и Энди Ван Дамом, подал петицию в Ассоциацию вычислительной техники (ACM) с целью создания SIGGRAPH (Специальный комитет по компьютерной графике), предшественника ACM SIGGRAPH в 1967 году . [45] В 1974 году открылась первая конференция SIGGRAPH по компьютерной графике. Эта ежегодная конференция вскоре стала доминирующим местом для представления инноваций в этой области. [46] [47]
Первое использование 3D каркасных изображений в мейнстримном кино было в сиквеле Westworld , Futureworld (1976), режиссером которого был Ричард Т. Хеффрон. В нем были представлены компьютерная рука и лицо, созданные аспирантами Университета Юты Эдвином Кэтмеллом и Фредом Парком , которые первоначально появились в их экспериментальной короткометражке 1972 года A Computer Animated Hand . [48] В этом же фильме также были показаны фрагменты из экспериментальной короткометражки 1974 года Faces and Body Parts . В короткометражном анимационном фильме 1975 года «Великий» , удостоенном премии «Оскар» , о жизни инженера из Виктории Изамбарда Кингдома Брюнеля , содержится краткая последовательность вращающейся каркасной модели последнего проекта Брюнеля — железного парохода SS Great Eastern . Третьим фильмом, в котором использовалась эта технология, был «Звездные войны» (1977), написанный и снятый Джорджем Лукасом , с каркасными изображениями в сценах с планами «Звезды Смерти», компьютерами наведения в истребителях X-wing и космическим кораблем «Тысячелетний сокол» .
В фильме Уолта Диснея «Черная дыра» (1979, режиссер Гэри Нельсон) для изображения черной дыры использовалась каркасная визуализация с использованием оборудования от инженеров Disney. В том же году научно-фантастический фильм ужасов «Чужой » режиссера Ридли Скотта также использовал графику каркасной модели, в данном случае для визуализации навигационных мониторов на космическом корабле. Кадры были созданы Колином Эмметом в компьютерной лаборатории Atlas. [49]
Хотя лаборатория Лоуренса Ливермора в Калифорнии в основном известна как центр научных исследований высокого уровня, она продолжала добиваться значительных успехов в области компьютерной анимации в течение всего этого периода. В частности, Нельсон Макс, который присоединился к лаборатории в 1971 году, и чей фильм 1976 года Turning aspheric inside out считается одним из классических ранних фильмов в этой среде (Международное бюро кино, Чикаго, 1976). [50] Он также создал серию «реалистично выглядящих» молекулярных модельных анимаций, которые служили для демонстрации будущей роли CGI ( компьютерно-генерируемых изображений ) в научной визуализации. 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 в павильонах Fujitsu на Expo 85 и 90 в Японии. [51] [52]
В 1974 году Алекс Шур, богатый нью-йоркский предприниматель, основал Лабораторию компьютерной графики (CGL) в Нью-йоркском технологическом институте (NYIT). Он собрал самую сложную студию того времени с современными компьютерами, кино- и графическим оборудованием и нанял ведущих экспертов в области технологий и художников для ее управления — Эда Кэтмелла , Малкольма Бланчарда, Фреда Парка и других из Юты, а также других со всей страны, включая Ральфа Гуггенхайма , Элви Рэя Смита и Эда Эмшвиллера . В конце 1970-х годов сотрудники внесли многочисленные инновационные вклады в методы рендеринга изображений и создали множество влиятельных программных продуктов, включая анимационную программу Tween , программу рисования Paint и анимационную программу SoftCel . Несколько видеороликов из NYIT стали довольно известными: Sunstone Эда Эмшвиллера , Inside a Quark Неда Грина и The Works . Последний, написанный Лэнсом Уильямсом , был начат в 1978 году и должен был стать первым полнометражным фильмом CGI , но он так и не был завершён, хотя трейлер к нему был показан на SIGGRAPH 1982. В те годы многие считали NYIT CGI Lab ведущей исследовательской и опытно-конструкторской группой в области компьютерной анимации в мире. [53] [54]
Качество работы NYIT привлекло внимание Джорджа Лукаса, который был заинтересован в разработке CGI визуальных эффектов в своей компании Lucasfilm . В 1979 году он нанял лучших специалистов из NYIT, включая Кэтмелла, Смита и Гуггенхайма, чтобы основать свое подразделение, которое позже отделилось как Pixar , основанное в 1986 году при финансировании соучредителя Apple Inc. Стива Джобса .
Кадровый буфер или кадровое хранилище — это графический экран, настроенный с буфером памяти , который содержит данные для полного изображения на экране. Обычно это прямоугольный массив ( растр ) пикселей , а количество пикселей по ширине и высоте — это его «разрешение». Значения цвета, хранящиеся в пикселях, могут быть от 1 бита (монохромный) до 24 бит (истинный цвет, по 8 бит для RGB — красный, зеленый и синий) или также 32 бита с дополнительными 8 битами, используемыми в качестве маски прозрачности ( альфа-канал ). До появления кадрового буфера все графические дисплеи были векторными , прослеживающими прямые линии от одной координаты к другой. В 1948 году компьютер Manchester Baby использовал трубку Уильямса , где 1-битный дисплей также был памятью. Ранний (возможно, первый известный) пример буфера кадра был разработан в 1969 году А. Майклом Ноллом в Bell Labs , [55] Эта ранняя система имела всего 2 бита, что давало ей 4 уровня серой шкалы. Более поздняя конструкция имела цвет, используя больше бит. [56] [57] Лори Шпигель реализовала простую программу рисования в Bell Labs, чтобы позволить пользователям «рисовать» непосредственно на буфере кадра.
Разработка интегральных микросхем памяти MOS ( металл-оксид-полупроводниковая память) , в частности микросхем DRAM (динамическая память с произвольным доступом ) высокой плотности с памятью не менее 1 кб , сделала практичным создание цифровой системы памяти с кадровыми буферами, способными хранить видеоизображение стандартной четкости (SD). [58] [59] Это привело к разработке системы SuperPaint Ричардом Шоупом в Xerox PARC в 1972–1973 годах. [58] Она использовала кадровый буфер, отображающий 640×480 пикселей (стандартное видеоразрешение NTSC ) 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 делая его первым полным компьютерным аппаратным и программным решением для рисования и редактирования изображений. Шуп также экспериментировал с изменением выходного сигнала с помощью цветовых таблиц, чтобы позволить системе производить более широкий спектр цветов, чем ограниченный 8-битный диапазон, который она содержала. Эта схема позже стала обычным явлением в компьютерных кадровых буферах. Кадровый буфер SuperPaint также мог использоваться для захвата входных изображений из видео. [60] [61]
Первый коммерческий буфер кадра был произведен в 1974 году компанией Evans & Sutherland . Он стоил около 15 000 долларов, имел разрешение 512 на 512 пикселей в 8-битной градации серого цвета и хорошо продавался исследователям графики, не имевшим ресурсов для создания собственного буфера кадра. [62] Чуть позже NYIT создал первый полноцветный 24-битный RGB буфер кадра, используя три буфера кадра Evans & Sutherland, соединенных вместе в одно устройство мини-компьютером. Многие из «первых», которые произошли в NYIT, были основаны на разработке этой первой растровой графической системы. [53]
В 1975 году британская компания Quantel , основанная в 1973 году Питером Майклом, [63] выпустила первый коммерческий полноцветный вещательный кадровый буфер Quantel DFS 3000. Впервые он был использован в телевизионном освещении Олимпийских игр в Монреале 1976 года для создания вставки «картинка в картинке» с олимпийским факелом, в то время как остальная часть изображения показывала бегуна, входящего на стадион. Технология кадрового буфера стала краеугольным камнем для будущего развития цифровых телевизионных продуктов. [64]
К концу 1970-х годов стало возможным для персональных компьютеров (таких как Apple II ) содержать буферы кадров с низким содержанием цветов. Однако настоящая революция в этой области произошла только в 1980-х годах, и буферы кадров, способные хранить стандартное видеоизображение, были включены в автономные рабочие станции. К 1990-м годам буферы кадров в конечном итоге стали стандартом для всех персональных компьютеров.
В это время, важным шагом вперед к цели повышения реализма в 3D анимации стало развитие « фракталов ». Термин был придуман в 1975 году математиком Бенуа Мандельбротом , который использовал его для расширения теоретической концепции дробных измерений на геометрические узоры в природе, и опубликовал в английском переводе свою книгу Fractals: Form, Chance and Dimension в 1977 году. [65] [66]
В 1979–80 годах Лорен Карпентер из Boeing снял первый фильм, в котором фракталы использовались для создания графики . Под названием Vol Libre он показывал полет над фрактальным ландшафтом и был представлен на SIGGRAPH 1980. [67] Впоследствии Карпентер был нанят Pixar для создания фрактальной планеты в последовательности Genesis Effect в Star Trek II: The Wrath of Khan в июне 1982 года. [68]
Боб Хольцман из Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии основал Лабораторию компьютерной графики JPL в 1977 году как группу с технологическим опытом в визуализации данных, возвращаемых с миссий НАСА. По совету Ивана Сазерленда Хольцман нанял аспиранта из Юты по имени Джим Блинн . [69] [70] Блинн работал с методами визуализации в Юте и разработал их в систему для задач визуализации НАСА. Он создал серию широко известных «пролетных» симуляций, включая пролеты космических аппаратов Voyager , Pioneer и Galileo мимо Юпитера, Сатурна и их лун. Он также работал с Карлом Саганом , создавая анимации для его телесериала Cosmos: A Personal Voyage . Блинн разработал много влиятельных новых методов моделирования и написал статьи по ним для IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) в их журнале Computer Graphics and Applications . Некоторые из них включали в себя картографирование окружающей среды, улучшенное моделирование бликов, моделирование «пятен», моделирование морщинистых поверхностей, а также моделирование окурков и пыльных поверхностей.
Позже в 1980-х годах Блинн разработал CGI-анимацию для сериала Annenberg/CPB TV, The Mechanical Universe , который состоял из более чем 500 сцен для 52 получасовых программ, описывающих физические и математические концепции для студентов колледжей. Затем он создал еще один сериал, посвященный математическим концепциям, под названием Project Mathematics! [ 71]
Фотография с управлением движением — это метод, который использует компьютер для записи (или указания) точного движения кинокамеры во время съёмки, так что движение может быть точно воспроизведено снова или, в качестве альтернативы, на другом компьютере и объединено с движением других источников, таких как элементы CGI. Ранние формы управления движением восходят к работе Джона Уитни 1968 года над 2001: A Space Odyssey и эффектам в фильме 1977 года Star Wars Episode IV: A New Hope , недавно созданной компанией Джорджа Лукаса Industrial Light & Magic в Калифорнии (ILM). ILM создала камеру с цифровым управлением, известную как Dykstraflex , которая выполняла сложные и повторяющиеся движения вокруг неподвижных моделей космических кораблей, позволяя более точно координировать отдельно снятые элементы (космические корабли, фоны и т. д.). Однако ни один из них на самом деле не был компьютерным — Dykstraflex по сути был специально изготовленным жёстко смонтированным набором ручек и переключателей. [72] Первая коммерческая компьютерная система управления движением и CGI была разработана в 1981 году в Великобритании дизайнером Moving Picture Company Биллом Мазером. [73]
Программное обеспечение для 3D-графики начало появляться для домашних компьютеров в конце 1970-х годов. Самый ранний известный пример — 3D Art Graphics , набор эффектов 3D-графики , написанный Казумасой Митадзавой и выпущенный в июне 1978 года для Apple II . [74] [75]
Silicon Graphics , Inc (SGI) была производителем высокопроизводительного компьютерного оборудования и программного обеспечения, основанного в 1981 году Джимом Кларком . Его идея, названная Geometry Engine , заключалась в создании серии компонентов в процессоре VLSI , которые выполняли бы основные операции, необходимые для синтеза изображений — матричные преобразования, обрезку и операции масштабирования, обеспечивающие преобразование для просмотра пространства. Кларк попытался продать свой дизайн компьютерным компаниям, и, не найдя покупателей, он и его коллеги из Стэнфордского университета , Калифорния, основали свою собственную компанию Silicon Graphics. [76]
Первым продуктом SGI (1984) была IRIS (Integrated Raster Imaging System). Она использовала процессор M68000 8 МГц с памятью до 2 МБ, специальный буфер кадров 1024×1024 и Geometry Engine, чтобы дать рабочей станции впечатляющую мощность генерации изображений. Ее первоначальным рынком были терминалы отображения 3D-графики, но продукты, стратегии и рыночные позиции SGI значительно изменились с течением времени и в течение многих лет были предпочтительным выбором для компаний CGI в кино, на телевидении и в других областях. [77]
В 1981 году Quantel выпустила « Paintbox », первую готовую систему вещательного качества, предназначенную 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, упакованный с инновационным пользовательским программным обеспечением, и он быстро нашел применение в новостях, прогнозах погоды, рекламных роликах станций, рекламных роликах и т. п. Хотя по сути это был инструмент дизайна для неподвижных изображений, его также иногда использовали для покадровой анимации. После своего первоначального запуска он произвел революцию в производстве телевизионной графики, и некоторые Paintbox'ы все еще используются сегодня из-за их качества изображения и универсальности. [78]
За этим в 1982 году последовал Quantel Mirage , или DVM8000/1 «Digital Video Manipulator», цифровой процессор видеоэффектов в реальном времени. Он был основан на собственном оборудовании Quantel, а также на компьютере Hewlett-Packard для пользовательских программных эффектов. Он был способен деформировать поток живого видео путем текстурного отображения его на произвольную трехмерную форму, вокруг которой зритель мог свободно вращаться или масштабировать в реальном времени. Он также мог интерполировать или трансформировать между двумя различными формами. Он считался первым процессором 3D-видеоэффектов в реальном времени и прародителем последующих машин DVE (Digital video effect). В 1985 году Quantel продолжила выпускать «Harry», первую полностью цифровую систему нелинейного монтажа и композитинга эффектов. [79]
В 1982 году японский университет Осаки разработал систему компьютерной графики LINKS-1 , суперкомпьютер , который использовал до 257 микропроцессоров Zilog Z8001 , используемых для рендеринга реалистичной трехмерной компьютерной графики . По данным Японского общества обработки информации: «Основой рендеринга трехмерных изображений является расчет яркости каждого пикселя, образующего визуализированную поверхность с заданной точки обзора, источника света и положения объекта. Система LINKS-1 была разработана для реализации методологии рендеринга изображений, в которой каждый пиксель может параллельно обрабатываться независимо с использованием трассировки лучей . Разработав новую программную методологию специально для высокоскоростного рендеринга изображений, LINKS-1 смогла быстро рендерить высокореалистичные изображения». Она была «использована для создания первого в мире трехмерного планетарного видео всего неба , которое было сделано полностью с помощью компьютерной графики. Видео было представлено в павильоне Fujitsu на Международной выставке 1985 года в Цукубе ». [80] LINKS-1 был самым мощным компьютером в мире по состоянию на 1984 год. [81]
В 80-х годах Монреальский университет был в авангарде компьютерной анимации, выпустив три успешных короткометражных 3D-мультфильма с 3D-персонажами.
В 1983 году Филипп Бержерон, Надя Магненат Тальман и Даниэль Тальман сняли «Dream Flight» , который считается первым 3D-фильмом, рассказывающим историю. Фильм был полностью запрограммирован с использованием графического языка MIRA, [82] расширения языка программирования Pascal, основанного на абстрактных графических типах данных . [83] Фильм получил несколько наград и был показан на кинофестивале SIGGRAPH '83.
В 1985 году Пьер Лашапель, Филипп Бержерон, Пьер Робиду и Даниэль Ланглуа сняли фильм «Тони де Пелтри» , в котором впервые показан анимированный человеческий персонаж, выражающий эмоции посредством мимики и движений тела, что тронуло чувства зрителей. [84] [85] Премьера фильма «Тони де Пелтри» состоялась в качестве заключительного фильма SIGGRAPH '85.
В 1987 году Инженерный институт Канады отпраздновал свой 100-летний юбилей. Крупное мероприятие, спонсируемое Bell Canada и Northern Telecom (теперь Nortel ), было запланировано на Place des Arts в Монреале. Для этого мероприятия Надя Магненат Тальман и Даниэль Тальман смоделировали встречу Мэрилин Монро и Хамфри Богарта в кафе в старой части города Монреаль. Короткий фильм под названием Rendez-vous in Montreal [86] был показан на многочисленных фестивалях и телеканалах по всему миру.
Компания Sun Microsystems была основана в 1982 году Энди Бехтольшеймом с другими аспирантами Стэнфордского университета . Первоначально Бехтольшейм разработал компьютер SUN как персональную рабочую станцию САПР для сети Стэнфордского университета (отсюда и аббревиатура «SUN»). Он был разработан на базе процессора Motorola 68000 с операционной системой Unix и виртуальной памятью и, как и SGI, имел встроенный буфер кадров. [87] Более поздние разработки включали компьютерные серверы и рабочие станции, построенные на собственной архитектуре процессора на основе RISC, и набор программных продуктов, таких как операционная система Solaris и платформа Java. К 90-м годам рабочие станции Sun стали популярны для рендеринга в 3-D CGI-фильмах — например, в фильме Disney - Pixar 1995 года «История игрушек» использовалась ферма рендеринга из 117 рабочих станций Sun. [88] Sun был сторонником открытых систем в целом и Unix в частности, а также внес большой вклад в программное обеспечение с открытым исходным кодом . [89]
Франкоязычная анимационная студия NFB основала свой Centre d'animatique в 1980 году, за 1 миллион канадских долларов, с командой из шести специалистов по компьютерной графике. Первоначально подразделению было поручено создание стереоскопических последовательностей CGI для фильма NFB 3-D IMAX Transitions для Expo 86. В состав Centre d'animatique входил Даниэль Ланглуа , который ушел в 1986 году, чтобы основать Softimage . [90] [91]
Также в 1982 году первая полностью готовая система, разработанная специально для создания анимации вещательного стандарта, была произведена японской компанией Nippon Univac Kaisha («NUK», позже слилась с Burroughs ), и включала в себя программное обеспечение для компьютерной анимации Antics 2-D, разработанное Аланом Китчингом из его более ранних версий. Конфигурация была основана на компьютере VAX 11/780 , подключенном к 1-дюймовому видеомагнитофону Bosch через собственный кадровый буфер NUK. Этот кадровый буфер также показывал мгновенные повторы в реальном времени анимированных векторных последовательностей («линейный тест»), хотя завершенная полноцветная запись занимала много секунд на кадр. [92] [93] [94] Полная система была успешно продана вещательным компаниям и компаниям по производству анимации по всей Японии. Позже, в 80-х годах, Китчинг разработал версии Antics для платформ SGI и Apple Mac , и они получили более широкое глобальное распространение. [95]
Первым художественным фильмом, широко использовавшим сплошную 3-D CGI, был фильм Уолта Диснея « Трон » режиссёра Стивена Лисбергера 1982 года. Фильм считается важной вехой в индустрии, хотя на самом деле было использовано менее двадцати минут этой анимации — в основном сцены, которые показывают цифровую «территорию» или включают транспортные средства, такие как Light Cycles , танки и корабли. Для создания сцен CGI Дисней обратился к четырём ведущим фирмам компьютерной графики того времени: Information International Inc , Robert Abel and Associates (обе в Калифорнии), MAGI и Digital Effects (обе в Нью-Йорке). Каждая работала над отдельным аспектом фильма, без какого-либо конкретного сотрудничества. [96] «Трон» имел кассовый успех, собрав 33 миллиона долларов при бюджете в 17 миллионов долларов. [97]
В 1984 году за «Троном» последовал «Последний звёздный боец » производства Universal Pictures / Lorimar , режиссёром которого был Ник Касл , и который стал одним из первых фильмов в кинематографе, в котором широко использовалась компьютерная графика для изображения множества космических кораблей, окружающей среды и сцен сражений. Это был большой шаг вперёд по сравнению с другими фильмами того времени, такими как « Возвращение джедая» , в которых всё ещё использовались обычные физические модели. [98] Компьютерная графика для фильма была разработана художником Роном Коббом и визуализирована компанией Digital Productions на суперкомпьютере Cray X-MP . Всего было создано 27 минут готовых кадров CGI — в то время это считалось огромным количеством. Компания подсчитала, что использование компьютерной анимации потребовало бы только половины времени и половины или одной трети стоимости традиционных визуальных эффектов. [99] Фильм имел финансовый успех, заработав более 28 миллионов долларов при предполагаемом бюджете в 15 миллионов долларов. [100]
Термины inbetweening и morphing часто используются взаимозаменяемо и означают создание последовательности изображений, где одно изображение постепенно трансформируется в другое изображение плавно небольшими шагами. Графически ранним примером может служить известная карикатура Чарльза Филиппона 1831 года на французского короля Луи-Филиппа, превращающегося в грушу (метаморфоза). [101] « Inbetweening » (он же «tweening») — это термин, специально придуманный для традиционной техники анимации, ранний пример которого можно найти в книге EGLutz 1920 года Animated Cartoons . [102] В компьютерной анимации inbetweening использовался с самого начала (например, Джон Уитни в 50-х годах, Чарльз Чури и Масао Комура в 60-х годах). [27] Эти пионерские примеры были основаны на векторной графике, включали только контурные рисунки (что также было обычным явлением в традиционной технике анимации) и часто описывались математически как « интерполяция ». Промежуточные изображения со сплошной заливкой появились в начале 70-х годов (например, Antics Алана Китчинга в Atlas Lab , 1973 [41] и La Faim Питера Фолдса в NFBC , 1974 [36] ), но они все еще были полностью векторными.
Термин «морфинг» не был принят до конца 80-х годов, когда он конкретно применялся к компьютерному промежуточному преобразованию с фотографическими изображениями — например, чтобы заставить одно лицо плавно трансформироваться в другое. Техника использует сетки (или «сетки»), наложенные на изображения, чтобы очертить форму ключевых черт (глаз, носа, рта и т. д.). Затем морфинг переходит от одной сетки к другой и использует полученную сетку для искажения изображения и одновременного растворения одного в другом, тем самым сохраняя целостную внутреннюю структуру на всем протяжении. Таким образом, несколько различных цифровых методов объединяются в морфинге. [103] Компьютерное искажение фотографических изображений было впервые применено NASA в середине 1960-х годов для выравнивания спутниковых изображений Landsat и Skylab друг с другом. Текстурное отображение , которое накладывает фотографическое изображение на трехмерную поверхность другого изображения, было впервые определено Джимом Блинном и Мартином Ньюэллом в 1976 году. В статье 1980 года Эда Кэтмелла и Элви Рэя Смита о геометрических преобразованиях был представлен алгоритм деформации сетки. [104] Самая ранняя полная демонстрация морфинга состоялась на конференции SIGGRAPH 1982 года , где Том Бригам из NYIT представил короткий фильм, в котором женщина трансформировалась или «трансформировалась» в рысь.
Первым фильмом, в котором использовался морфинг, стал фэнтезийный фильм Рона Ховарда 1988 года «Уиллоу» , где главная героиня Уиллоу с помощью волшебной палочки превращает животное в животное, затем в животное и, наконец, в колдунью.
С 3-D CGI промежуточное звено фотореалистичных компьютерных моделей также может давать результаты, похожие на морфинг, хотя технически это совершенно другой процесс (но тем не менее его часто также называют «морфингом»). Ранним примером является фильм Нельсона Макса 1977 года « Выворачивание сферы наизнанку » . [51] Первым художественным фильмом, в котором использовалась эта техника, был « Звездный путь IV: Путешествие домой» 1986 года , снятый Леонардом Нимоем , с визуальными эффектами компании Джорджа Лукаса Industrial Light & Magic (ILM). Фильм включает в себя последовательность снов, в которой команда путешествует назад во времени, и изображения их лиц трансформируются друг в друга. Для его создания ILM использовала новую технологию 3D-сканирования , разработанную Cyberware, для оцифровки голов актеров и использовала полученные данные для компьютерных моделей. Поскольку каждая модель головы имела одинаковое количество ключевых точек, преобразование одного персонажа в другого было относительно простым промежуточным звеном. [105]
В 1989 году вышел подводный боевик Джеймса Кэмерона «Бездна ». Это был один из первых фильмов, в котором фотореалистичная компьютерная графика была бесшовно интегрирована в сцены с живыми актерами. Пятиминутная последовательность с анимированным щупальцем или «псевдоподом» была создана ILM, которая разработала программу для создания поверхностных волн разных размеров и кинетических свойств для псевдопода, включая отражение, преломление и последовательность морфинга . Несмотря на свою краткость, это успешное сочетание компьютерной графики и живого действия широко считается важной вехой в определении направления дальнейшего развития в этой области. [106]
«Великий мышиный сыщик» (1986) был первым фильмом Диснея , в котором широко использовалась компьютерная анимация, что Дисней использовал для продвижения фильма во время маркетинга. CGI использовалась во время двухминутной кульминационной сцены на Биг-Бене , вдохновленной похожей кульминационной сценой в «Замке Калиостро » Хаяо Миядзаки (1979). «Великий мышиный сыщик» , в свою очередь, проложил путь к Ренессансу Диснея . [107] [108]
В конце 1980-х годов наступила еще одна веха в компьютерной анимации, на этот раз в 2D: разработка Disney 's " Computer Animation Production System ", известной как "CAPS/ink & paint". Это был индивидуальный набор программного обеспечения, сканеров и сетевых рабочих станций, разработанный The Walt Disney Company в сотрудничестве с Pixar . Его целью было компьютеризировать процессы чернил и краски и пост-продакшн традиционных анимационных фильмов, чтобы обеспечить более эффективную и сложную пост-продакшн, сделав практику ручной раскраски целл устаревшей. Рисунки аниматоров и фоновые рисунки сканируются в компьютер, а анимационные рисунки обводятся и раскрашиваются цифровыми художниками. Затем рисунки и фоны объединяются с помощью программного обеспечения, которое позволяет перемещать камеру, использовать многоплоскостные эффекты и другие методы, включая композицию с материалом трехмерного изображения. Первое использование системы в полнометражном фильме состоялось в «Русалочке» (1989) для сцены «прощальной радуги» в конце, но первое полномасштабное использование было в фильме «Спасатели в Австралии» (1990), который, таким образом, стал первым традиционным анимационным фильмом, полностью созданным на компьютере, или, по сути, первым 100% цифровым художественным фильмом любого рода, когда-либо созданным. [109] [110]
В 1980-х годах появилось много новых заметных коммерческих программных продуктов:
В это десятилетие появились некоторые из первых анимационных сериалов на компьютере. Например, Quarxs , созданный медиа-художником Морисом Бенаюном и художником комиксов Франсуа Шуйтеном , был ранним примером CGI-сериала, основанного на реальном сценарии, а не анимированного исключительно в демонстрационных целях. [119] VeggieTales , американский христианский медиа , также является одним из первых анимационных сериалов на компьютере. Фил Вишер придумал идею VeggieTales во время тестирования программного обеспечения для анимации в качестве среды для детских видеороликов в начале 1990-х годов.
В 1990-х годах большая часть технологий CGI уже была достаточно развита, чтобы обеспечить значительное расширение производства фильмов и телевидения. 1991 год широко считается «годом прорыва» с двумя крупными кассовыми успехами, в обоих из которых активно использовалась CGI.
Первым из них был фильм Джеймса Кэмерона «Терминатор 2: Судный день » [120] , который впервые привлек широкое внимание общественности к CGI. Эта техника использовалась для анимации двух роботов «Терминатора». Роботу «Т-1000» была придана структура «миметического полисплава» (жидкий металл), что позволило этому персонажу, меняющему форму, трансформироваться практически во все, к чему он прикасался. Большинство ключевых эффектов Терминатора были предоставлены Industrial Light & Magic , и этот фильм стал самым амбициозным проектом CGI со времен фильма 1982 года «Трон» [121] .
Другим был Диснеевский Красавица и Чудовище , [122] второй традиционный 2-D анимационный фильм, полностью сделанный с использованием CAPS . Система также позволила легче комбинировать рисованное искусство с 3-D CGI материалом, особенно в «вальсовой последовательности», где Белль и Чудовище танцуют в сгенерированном компьютером бальном зале, пока камера « движется » вокруг них в смоделированном 3-D пространстве. [123] Примечательно, что Красавица и Чудовище был первым анимационным фильмом, когда-либо номинированным на премию Оскар за лучший фильм. [124]
Еще один значительный шаг был сделан в 1993 году с фильмом Стивена Спилберга « Парк Юрского периода » [125] , где 3-D CGI- динозавры были объединены с аниматронными аналогами в натуральную величину . CGI-животные были созданы ILM, и в тестовой сцене, чтобы провести прямое сравнение обеих технологий, Спилберг выбрал CGI. Также наблюдал Джордж Лукас , который заметил, что «был преодолен большой разрыв, и все уже никогда не будет прежним». [126] [127] [128]
Стая — это поведение, проявляемое, когда группа птиц (или других животных) движется вместе в стае. Математическая модель поведения стаи была впервые смоделирована на компьютере в 1986 году Крейгом Рейнольдсом и вскоре нашла свое применение в анимации, начиная со Стэнли и Стеллы в: Breaking the Ice . В «Парке Юрского периода» особенно выделялось стадное поведение, и оно привлекло широкое внимание, упомянув его в реальном сценарии [ требуется ссылка ] . Другими ранними применениями были стайные летучие мыши в «Бэтмен возвращается » Тима Бертона ( 1992) и паническое бегство гну в «Короле льве» Диснея ( 1994). [129]
Благодаря совершенствованию оборудования, снижению затрат и постоянному расширению спектра программных средств методы CGI вскоре стали быстро применяться как в кино-, так и в телепроизводстве.
В 1993 году «Вавилон 5 » Дж. Майкла Стражински стал первым крупным телесериалом, использовавшим CGI в качестве основного метода создания визуальных эффектов (вместо использования моделей, созданных вручную), а позднее в том же году последовал «SeaQuest DSV» Рокни С. О'Бэннона .
В том же году французская компания Studio Fantome выпустила первый полнометражный полностью компьютерно-анимированный телесериал Insektors (26×13') [130] [131] хотя они также выпустили ещё более ранний полностью 3-D короткий сериал Geometric Fables (50 x 5') в 1991 году. [132] Чуть позже, в 1994 году, в эфир вышел канадский телевизионный CGI-сериал ReBoot (48×23'), созданный Mainframe Entertainment и Alliance Atlantis Communications , двумя компаниями, которые также создали Beast Wars: Transformers , который был выпущен через 2 года после ReBoot. [133]
В 1995 году вышел первый полностью компьютерно-анимированный художественный фильм Disney - Pixar 's Toy Story , который имел огромный коммерческий успех. [134] Этот фильм был снят Джоном Лассетером , соучредителем Pixar и бывшим аниматором Disney, который начинал в Pixar с короткометражных фильмов, таких как Luxo Jr. (1986), Red's Dream (1987) и Tin Toy (1988), который также был первым компьютерно-анимационным короткометражным фильмом, получившим премию Оскар. Затем, после долгих переговоров между Disney и Pixar, в 1991 году было заключено партнерское соглашение с целью создания полноформатного фильма, и результатом стала Toy Story . [135]
В последующие годы значительно возросло использование цифровых методов анимации, многие новые студии приступили к производству, а существующие компании перешли от традиционных методов к CGI. В период с 1995 по 2005 год в США средний бюджет эффектов для широкоформатного художественного фильма подскочил с 5 до 40 миллионов долларов. По словам Хатча Паркера, президента по производству в 20th Century Fox , по состоянию на 2005 год [обновлять]«50 процентов художественных фильмов имеют значительные эффекты. Они являются персонажами фильма». Однако CGI компенсировала расходы, собрав на 20% больше, чем их реальные аналоги, и к началу 2000-х годов компьютерные изображения стали доминирующей формой спецэффектов. [136]
«Стальной гигант » 1999 года от Warner Bros. стал первым традиционным анимационным фильмом, в котором главный персонаж, заглавный герой, был полностью создан с помощью компьютерной графики. [137]
Захват движения , или «Mo-cap» , записывает движение внешних объектов или людей и применяется в медицине, спорте, робототехнике и армии, а также для анимации в кино, на телевидении и в играх. Самый ранний пример относится к 1878 году, когда Эдвард Мейбридж впервые сделал фотографии движения человека и животных, которые до сих пор являются источником информации для аниматоров. [138] До появления компьютерной графики захват движений для использования в анимации осуществлялся с помощью ротоскопирования , когда движение актера снималось на пленку, а затем пленка использовалась в качестве руководства для покадрового движения нарисованного от руки анимированного персонажа. Первым примером этого была серия Макса Флейшера « Из чернильницы» в 1915 году, а более поздним заметным примером является двухмерный анимационный фильм Ральфа Бакши 1978 года «Властелин колец» .
Компьютерный захват движения начался как фотограмметрический инструмент анализа в исследованиях биомеханики в 1970-х и 1980-х годах. [139] Исполнитель носит маркеры около каждого сустава, чтобы идентифицировать движение по положениям или углам между маркерами. Можно использовать множество различных типов маркеров — огни, отражающие маркеры, светодиоды, инфракрасные, инерционные, механические или беспроводные радиочастоты — и их можно носить как форму костюма или прикреплять непосредственно к телу исполнителя. Некоторые системы включают детали лица и пальцев для захвата тонких выражений, и это часто называют « захватом исполнения ». Компьютер записывает данные с маркеров и использует их для анимации цифровых моделей персонажей в 2-D или 3-D компьютерной анимации, а в некоторых случаях это может включать также движение камеры. В 1990-х годах эти методы стали широко использоваться для визуальных эффектов.
Видеоигры также начали использовать захват движения для анимации внутриигровых персонажей. Еще в 1988 году ранняя форма захвата движения была использована для анимации 2-D главного персонажа видеоигры Martech Vixen , которую исполнила модель Коринн Рассел . [140] Позже захват движения был особенно использован для анимации 3-D моделей персонажей в аркадной игре Sega Model 2 Virtua Fighter 2 в 1994 году . [141] В 1995 году примерами стали игра Highlander: The Last of the MacLeods на CD для Atari Jaguar , [142] [143] и аркадный файтинг Soul Edge , который был первой видеоигрой, использовавшей технологию пассивного оптического захвата движения. [144]
Еще одним прорывом в кинематографе, где использовался захват движения, стало создание сотен цифровых персонажей для фильма «Титаник» в 1997 году. Эта техника широко использовалась в 1999 году для создания Джа-Джа Бинкса и других цифровых персонажей в фильме «Звездные войны: Эпизод I — Скрытая угроза» .
Match moving (также известный как отслеживание движения или отслеживание камеры ), хотя и связан с захватом движения, является совершенно другой техникой. Вместо использования специальных камер и датчиков для записи движения объектов, match moving работает с уже существующими кадрами живого действия и использует только компьютерное программное обеспечение для отслеживания определенных точек в сцене через несколько кадров, и тем самым позволяет вставлять элементы CGI в кадр с правильным положением, масштабом, ориентацией и движением относительно существующего материала. Эти термины используются в широком смысле для описания нескольких различных методов извлечения информации о движении объекта или камеры из кинофильма. Техника может быть 2D или 3D, а также может включать сопоставление для движений камеры. Самые ранние примеры коммерческого программного обеспечения - 3D -Equalizer от Science.D.Visions [145] и rastrack от Hammerhead Productions [146] , оба начиная с середины 90-х годов.
Первый шаг — определение подходящих особенностей, которые может захватить и отследить программный алгоритм отслеживания. Обычно особенности выбираются, поскольку они являются яркими или темными пятнами, краями или углами, или чертой лица — в зависимости от конкретного используемого алгоритма отслеживания. Когда отслеживается особенность, она становится серией 2-D координат, которые представляют положение особенности в серии кадров. Такие треки можно использовать немедленно для 2-D отслеживания движения или затем использовать для расчета 3-D информации. В 3-D отслеживании процесс, известный как «калибровка», выводит движение камеры из обратной проекции 2-D путей, и из этого используется процесс «реконструкции» для воссоздания сфотографированного объекта из отслеживаемых данных, а также любого движения камеры. Затем это позволяет перемещать идентичную виртуальную камеру в программе 3-D анимации, так что новые анимированные элементы могут быть объединены обратно в исходный кадр живого действия в идеально согласованной перспективе. [147]
В 1990-х годах технология достигла такого уровня, что стало возможным включать виртуальных дублеров-каскадеров. Программное обеспечение для отслеживания камеры было усовершенствовано, чтобы обеспечить все более сложные разработки визуальных эффектов, которые ранее были невозможны. Компьютерные статисты также стали широко использоваться в массовых сценах с передовым программным обеспечением для моделирования скоплений и толпы. Будучи в основном программным, перемещение матча стало все более доступным по мере того, как компьютеры становились дешевле и мощнее. Оно стало важным инструментом для создания визуальных эффектов и даже используется для создания эффектов в прямых телевизионных трансляциях. [148]
В телевидении виртуальная студия или виртуальный набор — это студия, которая позволяет в реальном времени комбинировать людей или другие реальные объекты и компьютерные среды и объекты бесшовным образом. Для этого требуется, чтобы среда 3-D CGI была автоматически заблокирована для точного отслеживания любых движений живой камеры и объектива. Суть такой системы заключается в том, что она использует некоторую форму отслеживания камеры для создания живого потока данных, описывающих точное движение камеры, а также некоторое программное обеспечение для рендеринга CGI в реальном времени, которое использует данные отслеживания камеры и генерирует синтетическое изображение виртуального набора, точно связанного с движением камеры. Затем оба потока объединяются с помощью видеомикшера, как правило, с использованием хромакея . Такие виртуальные наборы стали обычным явлением в телевизионных программах в 1990-х годах, причем первой практической системой такого рода стала виртуальная студия Synthevision, разработанная японской вещательной корпорацией NHK (Nippon Hoso Kyokai) в 1991 году и впервые использованная в их научном спецвыпуске Nano-space . [149] [150] Методы виртуальной студии также используются в кинопроизводстве, но эта среда не имеет тех же требований к работе полностью в реальном времени. Управление движением или отслеживание камеры могут использоваться отдельно для генерации элементов CGI позже, а затем объединяться с живым действием в качестве процесса постпроизводства . Однако к 2000-м годам мощность компьютеров возросла достаточно, чтобы позволить создавать множество виртуальных съемочных площадок в реальном времени, как на телевидении, поэтому не было необходимости что-либо компоновать в постпроизводстве.
Машинима использует движки трехмерной компьютерной графики в реальном времени для создания кинематографического производства. Чаще всего для этого используются игровые автоматы. Академия искусств и наук машинимы (AMAS), некоммерческая организация, созданная в 2002 году и занимающаяся продвижением машинимы, определяет машиниму как «анимационное кинопроизводство в виртуальной трехмерной среде в реальном времени». AMAS отмечает образцовые постановки наградами, присуждаемыми на ее ежегодном [151] [152] Практика использования графических движков из видеоигр возникла из анимированных программных представлений «демосцены» 80-х годов , видеоигры Stunt Island от Disney Interactive Studios 1992 года и записей игрового процесса в видеоиграх- шутерах от первого лица 90-х годов , таких как Doom и Quake от id Software . Кинофестиваль машинимы. Художников, работающих с машинимой, иногда называют машинимистами или машиниматизаторами.
В 90-х годах и позже в индустрии программного обеспечения для 3D-графики произошло много событий, слияний и сделок.
В 2000 году группе под руководством Пола Дебевека удалось адекватно захватить (и смоделировать) поле отражения на лице человека, используя простейшую световую сцену . [167] Это было последним недостающим элементом головоломки для создания цифровых двойников известных актеров.
Первым фильмом массового кино, полностью снятым с использованием захвата движения, стал японо-американский фильм 2001 года Final Fantasy: The Spirits Within режиссера Хиронобу Сакагути , который также стал первым фильмом, в котором использовались фотореалистичные персонажи CGI. [168] Фильм не имел кассового успеха. [169] Некоторые комментаторы предположили, что это может быть отчасти потому, что черты лица главных персонажей CGI попадали в « зловещую долину ». [170] В 2002 году фильм Питера Джексона «Властелин колец: Две крепости» стал первым художественным фильмом, в котором использовалась система захвата движения в реальном времени, что позволило напрямую передавать действия актера Энди Серкиса в трехмерную модель CGI Голлума во время его исполнения. [171]
Многие считают, что захват движения заменяет навыки аниматора и не позволяет аниматору создавать преувеличенные движения, которые невозможно воспроизвести вживую. Финальные титры фильма Pixar «Рататуй» (2007) имеют штамп, удостоверяющий его как «100% чистая анимация — без захвата движения!» Однако сторонники отмечают, что эта техника обычно также включает в себя значительную часть корректировочной работы аниматоров. Тем не менее, в 2010 году Американская киноакадемия ( AMPAS ) объявила, что фильмы с захватом движения больше не будут считаться подходящими для «Оскара» за «Лучший анимационный полнометражный фильм», заявив, что «захват движения сам по себе не является техникой анимации». [172] [173]
В начале 2000-х годов полностью виртуальная кинематография дебютировала перед зрителями в фильмах 2003 года «Матрица: Перезагрузка» и «Матрица: Революция» , где цифровые двойники были настолько убедительны, что зачастую невозможно было понять, является ли изображение человеком, снятым камерой, или цифровым двойником, снятым с помощью симуляции камеры. Сцены, созданные и снятые в виртуальной кинематографии, — это «Большая драка» и финальная схватка между Нео и агентом Смитом . При использовании традиционных кинематографических методов создание большой драки заняло бы непозволительно много времени, поскольку для сцены длиной в несколько минут потребовались бы годы компоновки . Кроме того, для финальной схватки в «Матрице: Революция» нельзя было бы использовать актера-человека: Нео ударяет скулу агента Смита , оставляя цифрового двойника невредимым.
На SIGGRAPH 2013 Activision и USC представили цифровое подобие лица «Иры» в реальном времени с использованием световой сцены USC X от Ghosh et al. как для поля отражения, так и для захвата движения. [174] [175] Конечный результат, как предварительно вычисленный, так и визуализированный в реальном времени с помощью новейшего графического процессора : Digital Ira , [174] выглядит довольно реалистично. Методы, ранее ограничивавшиеся высокопроизводительными системами виртуальной кинематографии, быстро переходят в видеоигры и развлекательные приложения .
Новые разработки в области технологий компьютерной анимации ежегодно представляются в Соединенных Штатах на SIGGRAPH , крупнейшей ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям, а также на Eurographics и других конференциях по всему миру. [176]
Перед осциллографом установлена 35-мм камера с расширенным магазином на специально изготовленной стойке. Камера управлялась автоматически компьютером, который посылал сигнал камере, когда на осциллограф поступало новое изображение. В Nordic ADB, которые много считали и выдавали данные, они поняли, что у них есть все координаты, чтобы нарисовать перспективу с водительского места. Они взяли в качестве примера в будущем, как тогда будет выглядеть автомагистраль nyprojekterade в направлении Нака, за пределами Стокгольма. С камерой перед осциллографом они могли делать снимки каждые двадцать метров виртуальной дороги. Результатом была фиктивная поездка по виртуальному шоссе со скоростью 110 км/ч. Фильм был переведен в формат 16 мм и сделан в количестве 100 копий. Технический музей является единственной известной сохранившейся копией фильма в коллекциях. На коробке с пленкой написано, что это первый в мире фильм, нарисованный на компьютере. Мало других доказательств того, что это действительно так, и что это первая в мире компьютерная анимация. Фильм вышел в эфир 9 ноября 1961 года в прайм-тайм в национальной телевизионной программе новостей Aktuellt.
В 1964 году Уильям Феттер, технический иллюстратор Boeing, создал первую цифровую модель человеческого тела для оценки инженерных проектов на предмет эргономического качества. Исследуя проблемы досягаемости и поля зрения, он построил серию отдельных моделей "The Boeing Man", которые позже стали известны просто как "Boeman", и создал ранние последовательности компьютерной анимации.
Феттер (1928–2002), арт-директор Boeing, был первым человеком, нарисовавшим человеческую фигуру с помощью компьютера. Эта фигура известна как "Boeing Man". В 1960 году Феттер ввел термин "компьютерная графика" в описании своей работы по дизайну кабины для компании Boeing.
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )