Два вида компьютерной анимации

Два вида компьютерной анимации

Компьютерные анимация и видео (в дальнейшем мы будем употреблять эти термины как синонимы, так как особой разницы между ними нет) могут быть покадровыми или трансформационными.

Покадровая анимация

Покадровая анимация (ее еще называют классической) представляет собой набор кадров, хранящихся как отдельные изображения и сменяющих друг друга с большой скоростью. Это самый старый и самый надежный способ сохранения движущегося изображения на каком-либо носителе (пленке, бумаге, магнитной ленте, жестком диске, CD, DVD). Пример покадровой анимации из пяти кадров показан на рис. 1.6.

Абсолютно все фильмы, созданные к данному моменту времени трудолюбивым человечеством, представляют собой покадровую анимацию. Еще бы — ведь сам принцип действия киноаппарата основан на фиксации на светочувствительной пленке множества неподвижных изображений, каждое — через определенный промежуток времени. Двадцать четыре (стандартная частота кадров "большого" кино) раза в секунду киноаппарат приказывает: "Остановись, мгновенье". Из многих тысяч таких вот "остановившихся мгновений" и состоит любая кинолента.

Аналогичным образом работает и видеокамера. Правда, в этом случае процесс создания последовательности кадров не так очевиден: информация записывается в электронном виде на магнитный носитель, и невооруженным глазом ее не увидишь. Но, можете поверить, здесь все абсолютно так же, как в случае с кинокамерой.

А если взять рисованные и кукольные анимационные фильмы, то там покадровая анимация существует в чистом виде. Каждый кадр фильма рисуется или выстраивается на сцене, после чего кинокамерой делается один-единственный кадр. Затем готовится следующий кадр — и т. д., пока не будет готов весь фильм. Адская работа… Конечно, сейчас появилось множество технических новинок, облегчающих труд аниматора, в том числе и компьютеры, но принцип остался тем же.

Чем же полюбилась человечеству покадровая анимация? Вместо ответа рассмотрим все ее преимущества.

? Относительная очевидность создания. В самом деле, для того чтобы изготовить анимационный фильм, нужно всего лишь нарисовать все входящие в него кадры и перевести их на какой-нибудь информационный носитель. Что ж, очевидно, но отнюдь не просто…

? Широкие возможности для творчества. Ну, тут уж и говорить не о чем!..

К несчастью, на этом преимущества покадровой анимации кончаются. И начинаются недостатки.

? Большая трудоемкость создания фильмов. Если каждый кадр рисуется вручную и при этом не применяются никакие технические средства, облегчающие работу, процесс создания фильма может затянуться на многие месяцы, а то и годы. (Обычные кинофильмы создаются значительно быстрее, так как для них не нужно рисовать кадры — оператор просто фиксирует реальную сцену.) Да и пресловутые технические средства ненамного ускоряют этот процесс.

? Большие проблемы, возникающие при сохранении покадровой анимации в цифровом виде.

Вот здесь давайте остановимся и поговорим о переводе фильмов в цифровой вид (оцифровке) и их хранении.

Каждый из множества кадров, составляющих фильм, занимает при хранении определенное пространство на диске. Предположим, что это пространство составляет 100 килобайт — для хранения полноцветного изображения высокого разрешения в формате JPEG этого даже маловато. Теперь предположим, что количество изображений составляет 100 ООО — такой длинный у нас фильм. Умножив 100 на 100 000, получим 10 000 000, т. е. примерно 10 гигабайт (примерно, потому что гигабайт — это не 1 000 000 000, а 1 073 741 824 байта). Выходит, для хранения фильма нам нужен целый жесткий диск или примерно 2,5 диска DVD, а уж сколько для этого понадобится обычных CD, просто страшно подумать!

Что делать? Разумеется, сжать фильм посильнее! И заодно сжать звуковое сопровождение, если оно есть.

Для сжатия фильмов практически всегда используется сжатие с потерями. Как мы уже знаем, в этом случае какая-то часть информации, не очень нужная при воспроизведении, отбрасывается, за счет чего размер файла фильма становится заметно меньше. Более того, алгоритмы, реализующие сжатие именно фильмов, анализируют каждый кадр и сохраняют в результирующем файле только данные о различиях между соседними кадрами. Это еще сильнее уменьшает размер сжатого фильма.

На заметку

Совсем короткие, порядка нескольких секунд, фильмы либо вообще не сжимаются, либо сжимаются без потерь. В частности, такие вот несжатые фильмы используются в качестве элементов интерфейса Windows-программ (например, летящие листочки в диалоговом окне процесса копирования Проводника).

Перечислим самые популярные алгоритмы сжатия видео, применяемые в настоящее время.

? Intel Indeo. Разработан фирмой Intel в начале 90-х, на заре эры мультимедиа. Обеспечивает довольно слабое сжатие, но зато без проблем работает на старых компьютерах. Сейчас используется для сжатия совсем коротких, в несколько секунд, видеороликов, зачастую используемых в качестве элементов интерфейса Windows-программ.

? MPEG I. Самый первый из этого семейства алгоритмов, разработанный также в начале 90-х группой MPEG (Motion Picture Encoding Group, группа кодировки движущихся изображений) для записей дисков VideoCD. Обеспечивает среднюю степень сжатия и довольно высокое качество изображения. Существует также разновидность этого алгоритма, предназначенная для сжатия звука, — MPEG I level 3 (MP3).

? MPEG II. Был разработан во второй половине 90-х для записи дисков DVD-Video. Обеспечивает более высокие качество и степень сжатия изображения, чем MPEG I.

? MPEG IV. Был разработан также во второй половине 90-х специально для распространения фильмов через Интернет. Обеспечивает более высокую степень сжатия, чем MPEG II, а также поддерживает различные дополнительные возможности, например, защиту от несанкционированного копирования и создание интерактивных элементов.

? DivX. Был разработан в самом конце 90-х группой независимых программистов как бесплатная альтернатива коммерциализированному MPEG IV. Использовался для распространения пиратских копий фильмов, но потом "вступил на честный путь" и в настоящее время сам стремительно коммерциализируется.

Современные алгоритмы сжатия, например, MPEG IV и DivX, позволяют поместить сжатый в неплохом качестве полноразмерный фильм на обычный компакт-диск, т. е. размер сжатого с их помощью видеофайла составляет примерно 700 мегабайт. Фактически именно эти два алгоритма и совершили "компьютерно-киношную" революцию, создав высококачественное цифровое кино "для народа".

Сжатие фильма выполняется с помощью особой программы, называемой кодером. Такой кодер реализует какой-либо из перечисленных выше алгоритмов сжатия.

Программа, воспроизводящая сжатое видео, должна иметь возможность распаковать его. Для распаковки фильма используется программа-декодер, которая также реализует один из алгоритмов сжатия. При открытии файла с фильмом программа-проигрыватель видео определяет по записанной в его заголовке информации, каким алгоритмом сжат фильм, и подключает соответствующий декодер.

Очень часто и кодер, и декодер объединяют в одну программу, называемую кодеком (кодером-декодером). Кодек часто носит название реализуемого им алгоритма сжатия: так, например, существуют кодеки MPEG II и DivX.

Но здесь возникает другая проблема. Сжатые с помощью алгоритмов MPEG IV и DivX фильмы могут "осилить" только достаточно мощные компьютеры. Если вы попробуете просмотреть фильм DivX на компьютере выпуска пятилетней давности, то увидите не нормальный фильм, а некое слайд-шоу. Это происходит потому, что маломощный процессор, не успевая распаковывать данные и выдавать их на экран, вынужден пропускать целые кадры. К счастью, никому в голову не приходит запускать цифровое кино на старых компьютерах.

Вот, собственно, и все о покадровой анимации. Теперь поговорим о ее конкуренте.

Трансформационная анимация

Давайте еще раз посмотрим на рис. 1.6 и предположим, что каждый кадр такой анимации хранится в векторном виде. (Анимация, изображенная на рис. 1.6, так и просится в векторный вид. Сами посмотрите — ведь это простейшая графика, одни только линии.) Далее, предположим, что мы можем описывать с помощью формул не только форму кривых линий и прочих графических примитивов, но и их поведение. Следовательно, мы можем изменить форму "рта", просто вызвав соответствующую формулу и подставив в нее нужные параметры. Что у нас получится?

А получится у нас трансформационная анимация. От покадровой она отличается тем, что не описывает каждый кадр последовательности отдельно, а сразу задает поведение того или иного примитива (рис. 1.7).

Так как же создается трансформационная анимация? Очень просто. Сначала мы создаем два кадра, определяющие начальное и конечное состояние нашего изображение. Давайте назовем эти два кадра, созданные нами, ключевыми — в дальнейшем этот термин будет применяться очень часто. Остальные же кадры (промежуточные; на рис. 1.7 они показаны серым цветом) будут сформированы программой-проигрывателем на основе заданных нами ключевых кадров.

Внимание!

Введенные нами два термина имеют смысл только в случае трансформационной анимации. В покадровой же анимации все кадры будут ключевыми, а промежуточных кадров не будет вовсе.

Понятно, что создать трансформационную анимацию проще всего на основе векторной графики. В этом случае, чтобы создать промежуточные кадры, программе-проигрывателю будет достаточно взять параметры примитивов, из которых состоят изображения на начальном и конечном ключевых кадрах, и создать на их основе параметры примитивов для всех промежуточных кадров. Растровую графику анимировать таким образом много сложнее.

Хоть векторная графика как способ представления изображений существует довольно давно, трансформационная анимация возникла только в последние годы. Фактически трансформационную анимацию создал пакет Flash. Если до него и существовали какие-то аналогичные разработки, то они остались неизвестными широкой публике.

Перечислим все достоинства и недостатки трансформационной анимации. Начнем, конечно же, с достоинств.

? Исключительная простота создания. Нам нужно всего лишь создать ключевые кадры анимации, задать ее длительность и некоторые дополнительные параметры, а остальное — дело техники (программы-проигрывателя). Нам не придется кропотливо вырисовывать все входящие в наш фильм кадры, как это требуется в случае покадровой анимации.

? Исключительная компактность получающегося массива данных. Как мы помним, векторная графика занимает меньше места, чем растровая — так и трансформационная анимация занимает меньше места, чем покадровая. Ведь согласитесь — для хранения нескольких параметров функции, задающей анимацию, нужно меньше места, чем для множества кадров, каждый из которых представляет собой растровое изображение.

? Легкость правки трансформационной анимации. Чтобы исправить что-то в классическом фильме, нам придется перерисовывать или переснимать целые сцены. В случае же трансформационной анимации нам во многих случаях нужно будет только изменить пару параметров функции, задающей анимацию.

Полюбовались мы трансформационной анимацией — и хватит! Пора и поругать ее за недостатки. Недостаток, правда, всего один, но зато какой!

Давайте еще раз посмотрим на рис. 1.6 и 1.7 и еще раз подумаем. Что мы можем делать с помощью покадровой и трансформационной анимации? С помощью покадровой — все. А с помощью трансформационной? Не так уж и много — только самые простейшие движения. Все богатство возможностей, предлагаемых покадровой анимацией, нам в этом случае недоступно.

В утешение скажем, что Flash позволяет создавать как покадровую, так и трансформационную анимацию. А это значит, что мы можем объединять достоинства и избавляться от недостатков этих двух видов анимации. Осталось только выяснить, какой вид анимации, а также — когда и где следует применять.

Применение разных видов анимации

Покадровая анимация незаменима при создании сложных фильмов с богатой графикой. Тут уж комментарии излишни.

Трансформационная анимация, наоборот, пригодна для создания простейших анимационных эффектов для Web-страниц. В виде трансформационной анимации также создаются простейшие фильмы рекламного, развлекательного и учебного назначения, например, пресловутые баннеры. Помимо этого, трансформационная анимация прекрасно подходит для создания на Flash пользовательских интерфейсов и целых программ — всех этих всплывающих меню и нажимающихся кнопок.

Ну и, конечно, никто не запрещает нам сочетать оба вида анимации в одном фильме, объединяя их преимущества и избегая недостатков. Так, для простейших случаев создания движений мы можем использовать трансформационную анимацию, для более сложных — покадровую. Опытные Flash-аниматоры так и поступают.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.