Grundlagen zur Computeranimation

3D-Computeranimation ist eine Mischung aus 3D-Modellen und traditioneller Einzelbildanimation. Ähnlich wie bei historischen Stop-Motion-Techniken wird bei der digitalen Animation die Illusion von Bewegung erzeugt, indem das 3D-Modell wiederholt durch ein neues und ähnliches Bild ersetzt wird, die Bilder pro Sekunde jedoch für jedes neue Bild erhöht werden (Keyframing). Damit lassen sich Animationsfilme oder Simulationen erstellen, die komplexe Bewegungen erfordern, etwa im medizinischen Bereich.

Diese 3D-Bilder werden am Computer modelliert und mit einem digitalen Skelett ausgestattet. Dadurch können 3D-Computeranimatoren einzelne Elemente wie Augen oder Lippen bewegen, indem sie Keyframe-Systeme verwenden, um einen reibungslosen Übergang zwischen dem Beginn und dem Ende einer Bewegung, beispielsweise einem Blinzeln, zu gewährleisten. Der Computer berechnet automatisch die Unterschiede im Erscheinungsbild zwischen den Keyframes, und wenn alle Keyframes vollständig sind, kann die Animation gerendert werden.

Animatoren können auch Motion-Capture-Geräte (Motion Capture, MoCap) verwenden, um einen realen Schauspieler oder ein Objekt zu verfolgen und dann eine digitale Animation darüber zu erstellen. Ein Großteil der 3D-Computeranimation ist eine Mischung aus Keyframing- und Mocap-Techniken.

Computergenerierte Animation ist eine digitale Form traditioneller Stop-Motion-Animationstechniken , bei denen Zeichnungen oder maßstabsgetreue Puppen zum Einsatz kommen. Diese Form der Animation geht auf die Laterna magica des 17. Jahrhunderts zurück, bei denen ein Spiegel Kerzenlicht durch Glasobjektträger leitete, um die Illustration zu projizieren. Durch das Aneinanderreihen von Dias entstand ein Gefühl von Bewegung und es entstanden erstmals „bewegte Bilder“.

Eines der frühesten Beispiele moderner Animation ist „Gertie the Dinosaur“von Winsor McCay aus dem Jahr 1914, ein animierter Kurzfilm, der aus handgezeichneten Skizzen erstellt wurde. Dies ist auch das früheste Beispiel für Keyframing und Animationsschleifen. Erst 1937 kam der erste Zeichentrickfilm in die Kinos: Schneewittchen und die sieben Zwergevon Walt Disney Studios.

Das erste Beispiel der Computeranimation entstand fast 50 Jahre später aus Experimenten mit Computergrafik für Wissenschafts- und Forschungszwecke. Es ist in der Eröffnungssequenz von Alfred Hitchcocks Film „Vertigo“aus dem Jahr 1958 zu sehen. Hier kam ein Flugabwehr-Zielcomputer aus dem Zweiten Weltkrieg namens „The M5 Gun Director“ zusammen mit Grafikzellen und einem Pendel zum Einsatz, um die Endlosspiralen zu erzeugen, für die der Film bekannt ist.

Die Techniken der 3D-Animation entwickelten sich rasch weiter und die erste realistische Computeranimation entstand im Jahr 1961. Es handelt sich um eine 30 Sekunden lange Vektoranimation eines Autos, das auf einer Autobahn fährt und vom Königlich Schwedischen Institut für Technologie auf dem BESK-Computer erstellt wurde. Die erste Computeranimation menschlicher Figuren, Computer Ballet, entstand nur vier Jahre später im Jahr 1965 und verwendete computergenerierte stereografische 3D-

Einzelbildanimation

Die Einzelbildanimation ist die älteste Form der Animation und wird als Einzelbildanimation bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Animationsform, bei der Einzelbild für Einzelbild gedreht wird, beispielsweise bei einem Daumenkino. Es ist normalerweise für nicht-digitale Animationen wie handgezeichnete oder Stop-Motion-Animationen reserviert.

Motion-Capture-Animation (Motion-Capture)

Bei der Bewegungserfassung wird ein Technologiemix und Mocap-Sensoren verwendet, um reale Bewegungen zu verfolgen, aufzuzeichnen und in eine 3D-Animation umzusetzen. Mocap-Geräte, bestehend aus Sensoren und Markierungen, werden an einem Objekt oder Schauspieler angebracht, die dann mit einem speziellen Kamera-Rig gefilmt werden.

Prozedurale Animation

Prozedurale Animation generiert automatisch Animationen in Echtzeit. Dies unterscheidet sich von Mocap und anderen 3D-Animationen, bei denen Animationen vordefinierte Assets sind (d. h. sie wurden von Hand oder mit einem Mocap-Gerät erstellt). Die Technik der prozeduralen Animation besteht darin, Animationen zu generieren, die auf physikalischen Simulationen wie beispielsweise Wasser basieren, wobei die Simulation die Strömungsdynamik berücksichtigen würde.

Verhaltensanimation

Verhaltensanimation ist eine Form der prozeduralen Animation, bei der ein autonomer Charakter seine Handlungen bis zu einem gewissen Grad selbst bestimmen kann. Es basiert auf der Generierung nach bestimmten Regeln, die definieren, wie Objekte auf ihre Umgebung reagieren. Es kann zur Animation von Menschenmengen oder Tierherden eingesetzt werden, indem relativ einfache, regelbasierte Bewegungen für eine große Anzahl beweglicher Objekte genutzt werden.

Keyframing

Keyframing ist das Rückgrat der Animation jeglicher Bewegungsformund erzeugt einen reibungslosen Übergang zwischen den Frames. Bei der digitalen Keyframe-Animation werden in jedem Frame unterschiedliche Elemente identifiziert und festgelegt, wie sich diese Elemente im Laufe der Zeit (Frames pro Sekunde) bewegen, um ein möglichst natürliches Ergebnis zu erzielen. Sie können Ihre Keyframes mithilfe verschiedener Parameter wie Position, Skalierung, Drehung und Deckkraft sowie der Art und Weise anpassen, in der die Aktion ausgeführt werden soll. Dies wird als Keyframe-Interpolation bezeichnet.

Physikalisch basierte Dynamik

In der Computergrafik befasst sich die physikalisch basierte Dynamik mit der Simulation oft komplexer, physikalisch plausibler Verhaltensweisen. Diese Form der Animation ist in Videospielen, Filmen und interaktiven Simulationen beliebt. Diese Animationen werden in Physik-Engines erstellt, in denen physikalische Verhaltensweisen, sogar mit kleinsten Details wie Flüssigkeiten oder Rauch, programmiert werden können.

Morphing

Morphing ist eine Technik für visuelle Effekte, bei der sich ein Objekt nahtlos in ein anderes verwandelt. Dies unterscheidet sich vom Tweening, bei dem Bilder als Animationseffekt zwischen Keyframes eingefügt werden, um die Illusion einer Bewegung zu erzeugen.

2D-Animation

2D-Animation ist eine traditionelle Form der Animation und erzeugt Bewegung in einem zweidimensionalen Raum. Dies geschieht, wenn leicht unterschiedliche Zeichnungen über einen bestimmten Zeitraum hinweg aneinandergereiht werden (normalerweise mit 24 Bildern pro Sekunde), wodurch die Illusion von Bewegung entsteht, das Bild jedoch keine Tiefe erhält. Dies wird am häufigsten für Cartoons verwendet.

3D-Animation

Bei der softwaregestützt erstellten 3D-Animation werden computergenerierte Objekte verwendet, um die Illusion einer Bewegung durch einen digitalen, dreidimensionalen Raum zu erzeugen. Anders als bei der 2D-Animation müssen Sie nicht jedes Einzelbild animieren. 3D-Animation gliedert sich in drei Teile: Modellierung, Layout und Animation sowie Rendering.

Animation ist ein sich ständig weiterentwickelndes Feld. In nur einer Generation sind wir vom Filmeschauen und Videospielen in 2D über 3D bis hin zur virtuellen und erweiterten Realität übergegangen. Durch die Fortschritte in Computergrafik, Software und Hardware werden immer realistischere und immersivere Animationen möglich, was teilweise auf die steigende Nachfrage nach qualitativ hochwertigeren Inhalten zurückzuführen ist.

Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, bewegen sich Animatoren in Richtung prozeduraler Arbeitsabläufe, indem sie in Game-Enginesarbeiten, wo Animation mit Computergrafik gemischt werden kann. Dies gibt mehr Kontrolle und die Möglichkeit, in Echtzeit zu erstellen und zusammenzuarbeiten. Diese Arbeitsabläufe werden auch durch Fortschritte im maschinellen Lernen verbessert, wodurch ein Großteil der zuvor manuell ausgeführten Arbeit automatisiert wird.

Dies bedeutet auch, dass die Animatoren nicht länger in Silos arbeiten. Dieselben Techniken, Arbeitsabläufe und Software können in Filmen, Videospielen, Werbung, virtueller Realität, architektonischer Visualisierung und vielem mehr verwendet werden.