UNIDAD V: Introduccion a la animacion por computadora

UNIDAD V

El término animación por computadora por lo regular se refiere a cualquier secuencia de tiempo de cambios visuales en una escena. Además de cambiar las posiciones de los objetos con traslaciones y rotaciones, una animación por computadora podría desplegar variaciones de tiempo en el tamaño, el color, la transparencia o la textura de la superficie de los objetos.

HISTORIA, EVOLUCION Y APLICACIÓN DE LA ANIMACION 2D

La historia de la animación por computadoras empieza a finales de 1940 y principios de 1950 con los primeros experimentos con gráficos por computadora, entre ellos destacando John Whitney - pero no fue sino hasta principios de 1960 que las computadoras comenzaron a volverse populares cuando nuevos enfoques en los gráficos computacionales prosperaron.

Ivan Sutherland es considerado el creador de las gráficas computacionales interactivas y pionero de Internet. Trabajó para el laboratorio Lincoln en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) en 1962, donde desarrollo un programa llamado Sketchpad I, el cual permitía a un usuario interactuar directamente con una imagen en pantalla, siendo ésta la primera Interfaz gráfica de usuario, y su programa es considerado como uno de los más influyentes de la historia.

En 1968, Ivan Sutherland unió esfuerzos con David Evans para fundar la compañía Evans & Sutherland — cuando ambos eran profesores en el Departamento de Ciencias Computacionales en la Universidad de Utah, con el objetivo de crear un nuevo hardware diseñado para correr los sistemas desarrollados en la Universidad. Muchos de estos algoritmos dieron paso a equipos como el Geometry Engine, el Head-mounted display, el framebuffer, y simuladores de vuelo.  Muchos de los empleados eran estudiantes activos o ex alumnos, entre ellos Jim Clark, quien fundó Silicon Graphics en 1981, Ed Catmull, co-fundador de Pixar en 1979, y John Warnock de Adobe Systems en 1982.

El primer largometraje en utilizar el procesamiento de imágenes digitales fue en 1973 con Westworld, una película de ciencia ficción escrita y dirigida por el novelista Michael Crichton, en la cual varios robots humanoides conviven con los humanos para proveerlos de entretenimiento.

El control de movimientos de cámara o Motion control photography es una técnica que requiere de una computadora para grabar (o seguir) el movimiento exacto de una cámara en una toma específica, con el propósito de recrear nuevamente tal movimiento, ya sea en otra computadora; y en conjunto con los datos de movimiento de diversas fuentes, como por ejemplo elementos CGI.

A inicios de la década del 2000 comenzó la cinematografía virtual, siendo consideradas las películas Matrix Reloaded y Matrix Revolutions las primeras que contaron con un diseño tan convincente que era difícil distinguir si en una escena había actores reales tomados con una cámara convencional o modelos 3D con simulaciones de cámara. Esto fue en parte a que algunas escenas se reconstruyeron y se trabajaron dentro de un ambiente virtual; como la escena de la pelea final entre Neo y el Agente Smith, la cual si hubiese sido filmada únicamente con pantallas verdes, hubiese tomado mucho tiempo para una escena de pocos minutos.

APLICACIÓN DE LA ANIMACION POR COMPUTADORA

Ø  Las animaciones suelen utilizarse para añadir publicidad, banners, detalles de diseño, botones animados y efectos en las páginas web.

Suelen implementarse a través de:

* Formatos gráficos:

Ø  Flash (puede incluir programación en ActionScript). Ver animación Flash.

Ø  Shockwave.

Ø  GIF animados u otros formatos gráficos animados.

* Programación y diseño web:

Ø  HTML dinámico (con JavaScript u otros).

Ø  Java (empleando Java Applets).

* Formatos de video:

Ø  AVI, MPG, WMV, etc. Si bien no se consideran animaciones, pueden cumplir una función similar.

TIPOS DE ANIMACION 2D

TWEENING

Tweening, forma corta para el término in-betweening, o intermediación o interpolación de movimiento es el proceso de generar cuadros intermedios entre dos imágenes para dar el aspecto de que la primera imagen se convierte suavemente en la segunda imagen. Tweening es un proceso dominante en todos los tipos de animación, incluyendo la animación por computador. El software sofisticado de animación permite identificar objetos específicos en una imagen y definir cómo deben moverse y cambiar durante el proceso de "tweening".

MORPHING

Para realizar un morphing se procede primero a rodar o fotografiar los dos elementos que participarán en la transformación, el elemento de origen (por ejemplo el rostro de un hombre) y el elemento final (siguiendo el ejemplo citado el rostro del hombre en cuestión puede transformarse en el de otro hombre, o en el de una mujer, un animal etc). Se recurre entonces a la computadora para digitalizar ambos elementos. Una vez digitalizadas las dos imágenes se recurre a un programa informático de tratamiento de imágenes que establece puntos comunes entre el elemento inicial y el elemento resultante de la transformación. Dicho programa es el que servirá entonces para generar digitalmente todas las etapas intermedias de la transformación.

ONION SKINNING

Onion skinning es una de gráficos por ordenador en 2D plazo para una técnica utilizada en la creación de dibujos animados y películas de edición para ver varias imágenes a la vez. De esta manera, el animador o editor puede tomar decisiones sobre cómo crear o cambiar una imagen basada en la imagen anterior en la secuencia.

INTERPOLATED ROTOSCOPING

La rotoscopia es una técnica de animación que recurre a una máquina llamada rotoscopio. El rotoscopio tiene una placa de vidrio sobre la que se pueden colocar láminas transparentes de acetato o bien papel. Debajo, un proyector ilumina el fotograma de una filmación realizada en tiempo real y en imagen real. De este modo se puede calcar el contorno de los objetos filmados. Koko the Clown, del estudio Fleischer estaba animado con rotoscopia. Se especula que en Blanca nieves de Walt Disney se utilizó rotoscopia, pero los artistas sólo usaban modelos de acción real como referencias, no se calcaba el material filmado. En animación por computadora la técnica análoga a la rotoscopia es la técnica por captura de movimiento.

TIPOS DE ANIMACIÓN 3D

CEL-SHADED.

El sombreado plano o cel shading (también llamado toon shading) es un tipo de renderización no fotorrealista diseñada para hacer que los gráficos por computadora parezcan dibujados a mano. Las sombras planas se usan comúnmente para imitar el estilo de los cómics o dibujos animados. Es una adición relativamente nueva a los gráficos por computadora, común de verse en videojuegos de consolas. Si bien el resultado del sombreado plano puede aparentar ser simplista como el de una animación dibujada a mano, es un proceso complejo.

MORPH

Morph target animation es un método de animación 3D usada junto otras técnicas como Skeletal Animation. En una morph target animation, una versión "deformada" de una malla es almacenada como una serie de posiciones de vértices. En cada frame clave de una animación, los vértices son interpolados entre posiciones almacenadas.

SKELETAL.

Skeletal animation es un método de animación por computadora usado para la simulación de animales vertebrados o movimientos musculares principalmente en la industria del cine.

MOTION CAPTURE.

Motion Capture es una técnica de grabación de movimiento, en general de actores y de animales vivos, y el traslado de dicho movimiento a un modelo digital, realizado en imágenes de computadora. Se basa en las técnicas de fotogrametría y se utiliza principalmente en la industria del cine de fantasía o de ciencia ficción, en la industria de los videojuegos o también en los deportes, con fines médicos.

CROWDS.

La simulación de multitudes es el proceso de simular el movimiento de un gran número de objetos o personajes, apareciendo ocasionalmente por ejemplo en gráficos 3D por computadora para películas. Mientras se simulan estas multitudes, se toma en cuenta la interacción del comportamiento humano observado, para replicar la conducta colectiva.

La necesidad de una simulación de multitudes surge cuando una escena necesita más personajes de los que pueden ser animados de forma práctica usando sistemas convencionales, tales como esqueletos/huesos. Simular multitudes ofrece las ventajas de ser rentable así como permitir el control total de cada personaje o agente simulado.

Sweet Home 3D

Unidad 4: relleno, iluminacion y sombreado

UNIDAD 4

RELLENO DE POLIGONOS

Polígono es una figura básica  dentro de las representaciones y tratamiento de imágenes bidimensionales y su utilización es muy interesante para modelar objetos del mundo real.

En un sentido amplio, se define como una región del espacio delimitada por  un conjunto de líneas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color o patrón dado.

En geometría, un polígono es una figura plana compuesta por una secuencia finita de segmentos rectos consecutivos que cierran una región en el plano. Estos segmentos son llamados lados, y los puntos en que se intersecan se llaman vértices.

En un sentido amplio, se define como una región del espacio delimitada por un conjunto de líneas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color o patrón dado.

La tarea de rellenar a figuras primitivas puede ser dividida en dos partes: la decisión de cuáles pixeles se tienen que rellenar (que depende de la forma de la primitiva modificada por el recortado), y la decisión más sencilla de cuál valor rellenarlos.

Método de relleno de polígonos con color.

SCAN-LINE.

Fila a fila van trazando líneas de color entre aristas.

Para scan-line que cruce el polígono se busca en la intersección entre las líneas de barrido y las aristas del polígono.

Dichas intersecciones se ordenan y se rellenan a pares.

LÍNEA DE BARRIDO.

Es válido para polígonos cóncavos como convexos. Incluso para si el objeto tiene huecos interiores.

Funcionan en el trozo de líneas horizontales, denominadas líneas de barridos, que intersecan un número de veces, permitiendo a partir de ella identificar los puntos que se consideran interiores al polígono.

INUNDACIÓN.                                                           

Empieza en un interior y pinta hasta encontrar la frontera del objeto.

Partimos de un punto inicial (x,y), un color de relleno y un color de frontera.

El algoritmo va testeando los píxeles vecinos a los ya pintados, viendo si son frontera o no.

No solo sirven para polígonos, sino para cualquier área curva para cualquier imagen AE se usan los programas de dibujo.

FUERZA BRUTA.

Calcula una caja contenedora del objeto.

Hace un barrido interno de la caja para comprobar c/pixel este dentro del polígono.

Con polígonos simétricos basta con que hagamos un solo barrido en una sección y replicar los demás pixeles.

Requiere aritmética punto-flotante, esto lo hace preciso y costoso.

RELLENO MEDIANTE UN PATRÓN.

Un patrón viene definido por el área rectangular en el que cada punto tiene determinado color o nivel de gris. Este patrón debe repetirse de modo periódico dentro de la región a rellenar. Para ello debemos establecer una relación entre los puntos del patrón y los pixeles de la figura. En definitiva debemos determinar la situación inicial del patrón respecto a la figura de tal forma que podamos establecer una correspondencia entre los pixeles interiores al polígono y los puntos del patrón.

COLOR HOMOGÉNEO

La palabra homogéneo procede del griego ὁμογενής, de dónde fue tomada por el bajo latín como “homogenĕus”, integrada por “homos” que designa lo que es igual o muy similar a otra cosa, y por “genos” que referencia un género o linaje; usada en ese sentido entre los griegos, pero que en el latín comienza a extenderse su aplicación, para designar tal como hoy la entendemos, a cualquier mezcla uniforme o a toda estructura física o ideal que presente características similares.

Lo homogéneo aparece como un todo uniforme, donde los elementos que lo componen se muestran indiferenciados, usándose en varios contextos:

La homogeneidad también puede predicarse del color: “Pintemos toda la vivienda de un color homogéneo para poder retocar los defectos con mayor facilidad, guardando un poco de pintura”, "Si quieres preparar un color diferente mezclando dos o más tonos, trta de revolver bien la pintura para que quede homogénea"; o de los estilos: “La casa de mi madre está toda decorada en estilo inglés de modo homogéneo”.

En el ámbito social y cultural, podemos hablar de una sociedad homogénea cuando no existen diferencias significativas de clase, de edad, de gustos, de ideas, etcétera, entre sus miembros. Ejemplos: “El sistema comunista propone una sociedad homogénea sin diferencias de clases” o “Los niños de este curso son homogéneos en cuanto a sus aptitudes e intereses”.

COLOR DEGRADADO

El Degradado es una técnica que está especialmente vinculado con el terreno del diseño gráfico y la maquetación, con todo lo que tiene que ver con la elaboración de imágenes o su modificación. Consiste en combinar dos colores de forma que uno va perdiendo intensidad a medida que el otro la va ganando, realizando una transición cromática suave que puede conseguir resultados muy impactantes.

Una técnica muy antigua, que se suele utilizar actualmente en aspectos como el diseño web, sobre todo para fondos, como también en la elaboración de imágenes, sobre todo las de carácter promocional. En los tiempos que corren, con el auge del Flat Design, es una buena forma de dar algo más de variedad a los entornos con algo de sutileza y siempre con estilo.

Un término muy conectado con el dibujo y la ilustración, que vuelve a estar sobre la palestra por su papel dentro también del sector digital. Cualquier grafista o diseñador ha tenido que trabajar alguna vez, o lo hará, con los degradados, de ahí que prácticamente cualquier programa relacionado con la ilustración o la edición de fotos cuente con una herramienta dedicada única y exclusivamente a ellos.

A pesar de lo útil y bueno que puede ser, combinar mal a la hora de hacer un degradado puede conseguir un efecto totalmente contrario al que se persigue. Es importante tener esto siempre en cuenta para actuar con cabeza a la hora de plantear diseños que requieran de esta técnica tan tradicional como efectiva.

MATERIAL Y TEXTURA

La palabra Material etimologicamente quiere decir " relativo a la materia" por lo tanto es una caracteristica de los objetos.

En el campo del modelado 3D el material funciona de una manera similar, es un recubrimiento a modo de capa que se le aplica a un objeto modelado, con el fin de hacerlo mas realista y asi poder comprender la naturaleza de dicho objeto.

En los programas de modelado 3D, es posible simular una gran cantidad de materiales, ya sean naturales o sinteticos:

Madera

Cemento

Metal

Vidrio

Ceramica

Polimeros

Capa Vegetal

Piedra

Pintura

La textura es una propiedad que se le da a un material, es la forma en que están entrelazadas las fibras de un tejido, lo cual produce una sensación táctil, o en el caso del modelado 3D una sensación visual, que toma el cerebro y la convierte, evocando así una sensación táctil.

Las texturas en un material generan sombras las cuales ayudan a dar la apariencia tridimencional, debido a la conversión que hace el cerebro.

MODELOS BASICOS DE ILUMINACION

Una escena de animación se ilumina mediante unas propiedades globales (Luz ambiente) así como por diferentes puntos de luz (Luz puntual) que emulan otros tantos tipos de “lámparas”. Los cálculos matemáticos que se realizan con estos parámetros, aplicados a la geometría que define la escena, se asocian con el concepto de “Modelos de iluminación“.

Phong, Lambert, Fressnell, Minnaert, Toon, Oren-Nayar, Toon etc son algunos de los nombres con los que normalmente se referencian algunos de los principales modelos de iluminación.

No es necesario entender los modelos en profundidad para su uso artístico en las herramientas de creación de imagen sintética, pero es recomendable un conocimiento básico que permita entender cómo se forman las imágenes para poder anticipar resultados en su aplicación.

TECNICAS DE SOMBREADO

Intensidad constante

En ciertas condiciones, un objeto con superficies planas puede sombrearse en forma realista utilizando intensidades de superficie constantes. en el caso donde una superficie se expone solamente a la luz ambiente y no se aplican diseños, texturas o sombras de superficie, el sombreado constante genera un a representación exacta de la superficie.

Una superficie curva que se representa  como un conjunto de superficies planas puede sombrearse con intensidades de superficie constante, si los planos se subdividen la superficie se hace lo suficientemente pequeños.

Sombreado de Gouraud

 Este esquema de interpolación de intensidad, creado por gouraud, elimina discontinuidades en intensidades entre planos adyacentes de la representación de una superficie variando en forma lineal la intensidad sobre cada plano de manera que lo valores de la intensidad concuerden en las fronteras del plano. en este método los valores de la intensidad a lo largo de cada línea de rastreo que atraviesan una superficie se interpolan a partir de las intensidades en los puntos de intersección de con la superficie.

PHONG

Este método creado por Phong Bui Tuong también se conoce como esquema de interpolación de vector normal despliega toques de luz más reales sobre la superficie y reduce considerablemente el efecto de la banda de mach.

 El sombreado de Phong primero interpola los vectores normales en los puntos límite de una línea de rastreo. Puede hacerse mejoras a los modelos de sombreado de Gouraud determinando la normal aproximada a la superficie en cada punto a lo largo de una línea de rastreo y calculando después la intensidad mediante el uso del vector normal aproximado en ese punto.

GRAFICACION 3D EN NETBEANS

GRAFICACIÓN 3 D EN GEOGEBRA

Graficación 3 D

3.1 Representación de objetos en tres dimensiones

Se llaman gráficos 3D a todos los objetos que se pueden dibujar en un espacio R3 (3 dimensiones): puntos, segmentos, curvas, superficies y varios cuerpos formados por caras poligonales, así como textos y macros.

Anteriormente de la existencia de la computación grafica,  los objetos tridimensionales se han representado en dos dimensiones,  desde luego se consideraba muy firme el aspecto matemático  siguiendo las normas de la perspectiva para conseguir una representación que parezca lo más aproximada posible a la realidad o a una idea concebida en la mente de algún creador, o mediante diversas vistas correspondientes a la proyección del objeto sobre diferentes planos, acompañadas de cotas, secciones, vistas de detalle, etc. que permitan reproducir exactamente el objeto dibujado.

Un modelo 3D se ve de dos formas distintas:

·         Desde un punto de vista técnico, es un grupo de fórmulas matemáticas que describen un “mundo” en tres dimensiones.

·         

     Desde un punto de vista visual, valga la redundancia, un modelo en 3D es un representación esquemática visible a través de un conjunto de objetos, elementos y propiedades que, una vez procesados (renderización), se convertirán en una imagen en 3D o una animación 3d.

La representación de los objetos en tres dimensiones sobre una superficie plana, de manera que ofrezcan una sensación de volumen se llama Perspectiva. Se representan los objetos sobre tres ejes XYZ. En el eje Z, se representa la altura. En el eje Y, se representa la anchura y en el eje X, se representa la longitud. Los distintos tipos de perspectivas dependen de la inclinación de los planos Los sistema más utilizados son la isométrica, la caballera y la cónica.

Existen varias razones para querer representar un objeto mediante un modelo de superficie:

§  Cuando el objeto mismo es una superficie que podemos suponer sin grosor (por ejemplo, chapa metálica del capó de un vehículo). Este tipo de representación nos permite visualizar superficies abiertas, mientras que los sólidos se caracterizarán por tener su superficie necesariamente cerrada sobre sí misma.

§  Cuando tan sólo nos interesa visualizar su aspecto visual externo, sin detalles sobre su estructura interna, aunque el objeto ocupe un cierto volumen.

§  Cuando deseamos realizar una visualización en tiempo real, y para ello utilizamos hardware o software gráfico que está sólo preparado para visualizar polígonos.

Básicamente podemos representar los objetos gráficos en tres dimensiones en las siguientes  vistas.

• Modelos alámbricos

Muestra los objetos utilizando líneas y curvas para representar los contornos. Sólo contienen elementos que materializan aristas de objeto. Muy rápidos para prototipado.

Nótese que en este diseño, solo se puede visualizar los trazos, mas nunca un objeto conciso y solido pues el objetivo de esta vista básicamente es demostrativo  pero con la cualidad de mostrar la composición tanto interna como externa, es decir, una radiografía al objeto.

• Modelo de superficies

Definen caras de objeto mediante superficies (3 ó 4 lados). Permiten representar superficies curvas con un grado de  complejidad. Ahora el objeto se puede apreciar mejor pues se muestra las superficies que lo delimitan. Esta vista es demostrativa a lo que puede llegar a ser cuando el diseño esté terminado ó una vista informal del objeto pues aun no es posible gozar una apreciación completa.

•Modelo de sólidos

Representan todo el volumen de un objeto, permite análisis de propiedades físicas, creación mediante primitivas (esfera, cono, etc.), operaciones (extrusión, revolución, etc.).

Ahora el objeto goza de una apreciación completa,  pues con esta vista, casi podemos visualizar el diseño construido en la  vida real.

Esta vista se caracteriza por mostrar un trabajo final al diseño, después de haber depurado detalles y agregando otros para dar la mayor impresión de realismo.

Fases para la creación de elementos o gráficos tridimensionales.

ü  Modelado: La etapa de modelado consiste en ir dando forma a objetos individuales que luego serán usados en la escena.

ü  Iluminación: Creación de luces de diversos tipos puntuales, direccionales en área o volumen,   con distinto color o propiedades. Esto es la clave de una animación.

ü  Animación: La animación es un proceso utilizado para dar la sensación de movimiento a imágenes o dibujos o a otro tipo de objetos inanimados. Se considera normalmente una ilusión óptica.

ü  Renderizado: Se llama renderización al proceso final de generar la imagen 2D o animación a partir de la escena creada. Esto puede ser comparado a tomar una foto o en el caso de la animación, a filmar una escena de la vida real. El software de rénder puede simular efectos cinematográficos como el lens flare, la profundidad de campo, o el motion blur (desenfoque de movimiento).En computación, un modelo en 3D es: “Un mundo conceptual en tres dimensiones”.

3.2 Formas geométricas tridimensionales (superficies planas y curvas)

Las Figuras Tridimensionales son también llamados sólidos. Son una porción del espacio limitado por caras planas o curvas.  A diferencia de las figuras geométricas comunes, que solo tienen 2 dimensiones (Ancho, Largo), estas tienen 3 dimensiones adicionándole la PROFUNDIDAD.