La animación por computadora es el proceso utilizado para generar animaciones digitalmente . El término más general imágenes generadas por computadora (CGI) abarca tanto escenas estáticas ( imágenes fijas ) como imágenes dinámicas ( imágenes en movimiento ), mientras que la animación por computadora solo se refiere a imágenes en movimiento. La animación por computadora moderna suele utilizar gráficos por computadora en 3D . El objetivo de la animación a veces es la propia computadora, mientras que otras veces es la película .
La animación por computadora es esencialmente un sucesor digital de las técnicas stop motion , pero utilizando modelos y técnicas de animación tradicionales que utilizan ilustraciones de animación cuadro por cuadro. Además, las animaciones generadas por computadora permiten que un solo artista gráfico produzca dicho contenido sin utilizar actores, escenografías costosas o accesorios . Para crear la ilusión de movimiento, se muestra una imagen en el monitor de la computadora y se reemplaza repetidamente por una nueva imagen similar pero que avanza ligeramente en el tiempo (generalmente a una velocidad de 24, 25 o 30 cuadros por segundo). Esta técnica es idéntica a cómo se logra la ilusión de movimiento con la televisión y las películas .
Para las animaciones 3D, los objetos (modelos) se construyen en el monitor de la computadora (modelados) y las figuras 3D se montan con un esqueleto virtual . Luego, el animador mueve las extremidades, los ojos, la boca, la ropa, etc. de la figura en fotogramas clave . La computadora calcula automáticamente las diferencias de apariencia entre fotogramas clave en un proceso conocido como interpolación o transformación . Finalmente, se renderiza la animación . [1]
Para animaciones 3D, todos los fotogramas deben renderizarse una vez finalizado el modelado. Para presentaciones pregrabadas, los fotogramas renderizados se transfieren a un formato o medio diferente, como vídeo digital. Los fotogramas también se pueden representar en tiempo real a medida que se presentan a la audiencia del usuario final. Las animaciones de bajo ancho de banda transmitidas a través de Internet (por ejemplo, Adobe Flash , X3D ) a menudo utilizan el software en la computadora del usuario final para renderizarse en tiempo real como una alternativa a la transmisión por secuencias o a las animaciones precargadas de alto ancho de banda.
Para engañar al sistema visual y hacer que vea un objeto que se mueve suavemente, las imágenes deben dibujarse a unos 12 fotogramas por segundo o más rápido. [2] (Un fotograma es una imagen completa). Con velocidades superiores a 75 a 120 fotogramas por segundo, no se percibe ninguna mejora en el realismo o la suavidad debido a la forma en que el ojo y el cerebro procesan las imágenes. A velocidades inferiores a 12 cuadros por segundo, la mayoría de las personas pueden detectar sacudidas asociadas con el dibujo de nuevas imágenes que restan valor a la ilusión de movimiento realista. [3] La animación de dibujos animados dibujada a mano convencional a menudo utiliza 15 cuadros por segundo para ahorrar en la cantidad de dibujos necesarios, pero esto generalmente se acepta debido a la naturaleza estilizada de los dibujos animados. Para producir imágenes más realistas, la animación por computadora exige velocidades de cuadros más altas.
Las películas que se ven en los cines de Estados Unidos se reproducen a 24 fotogramas por segundo, lo que es suficiente para crear la ilusión de un movimiento continuo. Para alta resolución, se utilizan adaptadores.
Las primeras animaciones digitales por computadora fueron desarrolladas en Bell Telephone Laboratories en la década de 1960 por Edward E. Zajac, Frank W. Sinden, Kenneth C. Knowlton y A. Michael Noll. [4] También se practicó otra animación digital en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . [5]
En 1967, Charles Csuri y James Shaffer crearon una animación por computadora llamada "Hummingbird". [6] En 1968, Nikolai Konstantinov creó una animación por computadora llamada "Kitty" con BESM -4, que representaba a un gato moviéndose. [7] En 1971, se creó una animación por computadora llamada "Metadatos", que muestra varias formas. [8]
Un primer paso en la historia de la animación por computadora fue la secuela de la película Westworld de 1973 , una película de ciencia ficción sobre una sociedad en la que los robots viven y trabajan entre humanos. [9] La secuela, Futureworld (1976), utilizó imágenes de estructura de alambre en 3D , que presentaban una mano y un rostro animados por computadora, ambos creados por los graduados de la Universidad de Utah, Edwin Catmull y Fred Parke . [10] Estas imágenes aparecieron originalmente en su película estudiantil A Computer Animated Hand , que completaron en 1972. [11] [12]
Los avances en las tecnologías CGI se informan cada año en SIGGRAPH , [13] una conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas a la que asisten miles de profesionales de la informática cada año. [14] Los desarrolladores de juegos de computadora y tarjetas de video 3D se esfuerzan por lograr en las computadoras personales en tiempo real la misma calidad visual que es posible para las películas y animaciones CGI. Con el rápido avance de la calidad de renderizado en tiempo real, los artistas comenzaron a utilizar motores de juegos para renderizar películas no interactivas, lo que llevó a la forma de arte Machinima .
Los cortometrajes CGI se han producido como animación independiente desde 1976. [15] Los primeros ejemplos de largometrajes que incorporan animación CGI incluyen las películas de acción real Star Trek II: The Wrath of Khan y Tron (ambas de 1982), [16] y la película japonesa película de anime Golgo 13: El profesional (1983). [17] VeggieTales es la primera serie estadounidense totalmente animada por computadora en 3D vendida directamente (realizada en 1993); su éxito inspiró otras series de animación, como ReBoot (1994) y Transformers: Beast Wars (1996), a adoptar un estilo totalmente generado por computadora.
La primera serie de televisión animada por computadora de larga duración fue ReBoot , [18] que debutó en septiembre de 1994; la serie siguió las aventuras de personajes que vivían dentro de una computadora. [19] El primer largometraje animado por computadora es Toy Story (1995), realizado por Disney y Pixar : [20] [21] [22] siguiendo una aventura centrada en juguetes antropomórficos y sus dueños, esta innovadora película También fue la primera de muchas películas totalmente animadas por computadora. [21]
La popularidad de la animación por ordenador (especialmente en el campo de los efectos especiales ) se disparó durante la era moderna de la animación estadounidense . [23] Películas como Avatar (2009) y El libro de la selva (2016) utilizan CGI durante la mayor parte del tiempo de ejecución de la película, pero aún incorporan actores humanos en la mezcla. [24] La animación por computadora en esta era ha alcanzado el fotorrealismo, hasta el punto de que películas animadas por computadora como El Rey León (2019) pueden comercializarse como si fueran de acción real. [25] [26]
En la mayoría de los sistemas de animación por computadora 3D, un animador crea una representación simplificada de la anatomía de un personaje, que es análoga a un esqueleto o una figura de palo . [27] Están dispuestos en una posición predeterminada conocida como pose de enlace o T-Pose. La posición de cada segmento del modelo esquelético está definida por variables de animación, o Avars para abreviar. En personajes humanos y animales, muchas partes del modelo esquelético corresponden a los huesos reales, pero la animación esquelética también se utiliza para animar otras cosas, con rasgos faciales (aunque existen otros métodos para la animación facial ). [28] El personaje "Woody" de Toy Story , por ejemplo, utiliza 712 ávaros (212 sólo en la cara). La computadora generalmente no genera el modelo esquelético directamente (es invisible), pero sí utiliza el modelo esquelético para calcular la posición y orientación exactas de ese determinado personaje, que eventualmente se representa en una imagen. Así, al cambiar los valores de Avars a lo largo del tiempo, el animador crea movimiento haciendo que el personaje se mueva de un cuadro a otro.
Existen varios métodos para generar los valores de Avar para obtener un movimiento realista. Tradicionalmente, los animadores manipulan a los ávaros directamente. [29] En lugar de establecer ávaros para cada fotograma, generalmente los colocan en puntos estratégicos (fotogramas) en el tiempo y dejan que la computadora los interpola o interpola entre ellos en un proceso llamado fotogramas clave . Keyframing pone el control en manos del animador y tiene sus raíces en la animación tradicional dibujada a mano . [30]
Por el contrario, un método más nuevo llamado captura de movimiento utiliza imágenes de acción en vivo . [31] Cuando la animación por computadora es impulsada por la captura de movimiento, un artista real representa la escena como si fuera el personaje a animar. [32] Su movimiento se graba en una computadora usando cámaras de video y marcadores y esa interpretación luego se aplica al personaje animado. [33]
Cada método tiene sus ventajas y, a partir de 2007, los juegos y las películas utilizan uno o ambos métodos en las producciones. La animación de fotogramas clave puede producir movimientos que sería difícil o imposible representar, mientras que la captura de movimiento puede reproducir las sutilezas de un actor en particular. [34] Por ejemplo, en la película de 2006 Piratas del Caribe: El cofre del hombre muerto , Bill Nighy proporcionó la interpretación del personaje de Davy Jones . Aunque Nighy no aparece en la película, la película se benefició de su actuación al registrar los matices de su lenguaje corporal, postura, expresiones faciales, etc. Por lo tanto, la captura de movimiento es apropiada en situaciones donde se requiere un comportamiento y una acción creíbles y realistas. pero los tipos de personajes requeridos exceden lo que se puede hacer con el vestuario convencional.
La animación por computadora en 3D combina modelos 3D de objetos y movimientos programados o en "fotogramas clave" manuales. Estos modelos se construyen a partir de vértices, caras y aristas geométricas en un sistema de coordenadas 3D. Los objetos se esculpen de forma muy parecida a la arcilla o el yeso reales, trabajando desde formas generales hasta detalles específicos con diversas herramientas de escultura. A menos que se pretenda que un modelo 3D sea de un color sólido, debe pintarse con " texturas " para darle realismo. Se configura un sistema de animación de huesos/articulaciones para deformar el modelo CGI (por ejemplo, para hacer caminar a un modelo humanoide). En un proceso conocido como rigging , a la marioneta virtual se le asignan varios controladores y manijas para controlar el movimiento. [35] [36] Los datos de animación se pueden crear mediante captura de movimiento , o fotogramas clave realizados por un animador humano, o una combinación de ambos. [37]
Los modelos 3D preparados para la animación pueden contener miles de puntos de control; por ejemplo, "Woody" de Toy Story utiliza 700 controladores de animación especializados. Rhythm and Hues Studios trabajó durante dos años para crear a Aslan en la película Las crónicas de Narnia: El león, la bruja y el armario , que contaba con unos 1.851 controladores (742 sólo en la cara). En la película de 2004 Pasado mañana , los diseñadores tuvieron que diseñar fuerzas climáticas extremas con la ayuda de referencias en vídeo y datos meteorológicos precisos. Para la nueva versión de King Kong de 2005 , se utilizó al actor Andy Serkis para ayudar a los diseñadores a identificar la ubicación principal del gorila en las tomas y usó sus expresiones para modelar características "humanas" de la criatura. Anteriormente, Serkis había proporcionado la voz y la interpretación de Gollum en la trilogía El Señor de los Anillos de JRR Tolkien .
La animación por computadora se puede crear con una computadora y un software de animación. Se pueden lograr animaciones impresionantes incluso con programas básicos; sin embargo, el renderizado puede requerir mucho tiempo en una computadora doméstica normal. [38] Los animadores profesionales de películas, televisión y videojuegos podrían realizar animaciones fotorrealistas con gran detalle. Se necesitarían cientos de años para crear este nivel de calidad para la animación cinematográfica en una computadora doméstica. En su lugar, se utilizan muchas estaciones de trabajo potentes. [39] Las estaciones de trabajo gráficas utilizan de dos a cuatro procesadores, son mucho más potentes que una computadora doméstica real y están especializadas en renderizado. Muchas estaciones de trabajo (conocidas como " granja de renderizado " ) están conectadas en red para actuar efectivamente como una computadora gigante, [40] lo que da como resultado una película animada por computadora que puede completarse en aproximadamente uno a cinco años (sin embargo, este proceso no está compuesto exclusivamente de renderizado). Una estación de trabajo normalmente cuesta entre 2000 y 16 000 dólares y las estaciones más caras pueden renderizar mucho más rápido debido al hardware tecnológicamente más avanzado que contienen. Los profesionales también utilizan cámaras de cine digitales , captura de movimiento/actuación , pantallas azules , software de edición de películas , accesorios y otras herramientas utilizadas para la animación de películas. Programas como Blender permiten que las personas que no pueden permitirse el lujo de un costoso software de animación y renderizado puedan trabajar de manera similar a quienes utilizan equipos de calidad comercial. [41]
El modelado realista de los rasgos faciales humanos es uno de los elementos más desafiantes y buscados en las imágenes generadas por computadora. La animación facial por computadora es un campo muy complejo donde los modelos suelen incluir una gran cantidad de variables de animación. [42] Históricamente hablando, los primeros tutoriales SIGGRAPH sobre el estado del arte en animación facial en 1989 y 1990 demostraron ser un punto de inflexión en el campo al reunir y consolidar múltiples elementos de investigación y despertaron el interés entre varios investigadores. [43]
El sistema de codificación de acciones faciales (con 46 "unidades de acción", "mordida de labios" o "entrecerrar los ojos"), desarrollado en 1976, se convirtió en una base popular para muchos sistemas. [44] Ya en 2001, MPEG-4 incluía 68 parámetros de animación facial (FAP) para labios, mandíbulas, etc., y el campo ha logrado avances significativos desde entonces y el uso de la microexpresión facial ha aumentado. [44] [45]
En algunos casos, se puede utilizar un espacio afectivo , el modelo de estado emocional PAD , para asignar emociones específicas a los rostros de los avatares . [46] En este enfoque, el modelo PAD se utiliza como un espacio emocional de alto nivel y el espacio de nivel inferior son los parámetros de animación facial (FAP) MPEG-4. Luego se utiliza un espacio de parámetros de expresión parcial (PEP) de nivel medio en una estructura de dos niveles: el mapeo PAD-PEP y el modelo de traducción PEP-FAP. [47]
El realismo en la animación por computadora puede significar hacer que cada cuadro parezca fotorrealista , en el sentido de que la escena se represente para parecerse a una fotografía o hacer que la animación de los personajes sea creíble y realista. [48] La animación por computadora también puede ser realista con o sin representación fotorrealista . [49]
Uno de los mayores desafíos en la animación por computadora ha sido crear personajes humanos que se vean y se muevan con el mayor grado de realismo. Parte de la dificultad para crear personajes humanos realistas y agradables es el valle inquietante , el concepto en el que la audiencia humana (hasta cierto punto) tiende a tener una respuesta emocional cada vez más negativa a medida que una réplica humana parece y actúa cada vez más humana. Las películas que han intentado personajes humanos fotorrealistas, como The Polar Express , [50] [51] [52] Beowulf , [53] y A Christmas Carol [54] [55] han sido criticadas como "desconcertantes" y "espeluznantes".
El objetivo de la animación por computadora no siempre es emular la acción real lo más fielmente posible, por lo que muchas películas animadas presentan personajes que son animales antropomórficos , criaturas y personajes legendarios , superhéroes o que tienen proporciones no realistas similares a las de los dibujos animados. [56] La animación por computadora también se puede adaptar para imitar o sustituir otros tipos de animación, como la animación stop-motion tradicional (como se muestra en Flushed Away o The Peanuts Movie ). Algunos de los principios básicos de la animación de larga data , como aplastar y estirar , exigen movimientos que no son estrictamente realistas, y dichos principios todavía tienen una aplicación generalizada en la animación por computadora. [57]
Algunos productores notables de largometrajes animados por computadora incluyen:
La popularidad de los sitios web que permiten a los miembros cargar sus propias películas para que otros las vean ha creado una creciente comunidad de animadores informáticos independientes y aficionados . [58] Con utilidades y programas que a menudo se incluyen de forma gratuita en los sistemas operativos modernos , muchos usuarios pueden crear sus propias películas y cortometrajes animados. También existen varias aplicaciones de software de animación gratuitas y de código abierto . La facilidad con la que se pueden distribuir estas animaciones también ha atraído al talento de la animación profesional. Empresas como PowToon y Vyond intentan cerrar la brecha dando a los aficionados acceso a animaciones profesionales en forma de imágenes prediseñadas .
Las animaciones basadas en web más antiguas (las más compatibles con versiones anteriores) están en formato GIF animado , que se puede cargar y ver en la web fácilmente. [59] Sin embargo, el formato de gráficos rasterizados de las animaciones GIF ralentiza la descarga y la velocidad de fotogramas, especialmente con tamaños de pantalla más grandes. La creciente demanda de animaciones basadas en web de mayor calidad se satisfizo con una alternativa de gráficos vectoriales que dependía del uso de un complemento . Durante décadas, las animaciones Flash fueron el formato más popular, hasta que la comunidad de desarrollo web abandonó el soporte para el complemento Flash Player . Los navegadores web en dispositivos móviles y sistemas operativos móviles nunca fueron totalmente compatibles con el complemento Flash.
En ese momento, el ancho de banda de Internet y las velocidades de descarga aumentaron, lo que hizo que las animaciones gráficas rasterizadas fueran más convenientes. Algunas de las animaciones de gráficos vectoriales más complejas tenían una velocidad de fotogramas más lenta debido a una representación compleja en comparación con algunas de las alternativas de gráficos rasterizados. Muchas de las animaciones GIF y Flash ya se habían convertido a formatos de vídeo digital , que eran compatibles con dispositivos móviles y reducían el tamaño de los archivos mediante tecnología de compresión de vídeo . Sin embargo, la compatibilidad seguía siendo problemática ya que algunos de los formatos de vídeo populares, como QuickTime de Apple y Microsoft Silverlight, requerían complementos. YouTube , el sitio web para compartir vídeos más popular, también confiaba en el complemento Flash para entregar vídeo digital en formato Flash Video .
Las últimas alternativas son animaciones compatibles con HTML5 . Tecnologías como las animaciones JavaScript y CSS hicieron que secuenciar el movimiento de imágenes en páginas web HTML5 fuera más conveniente. Las animaciones SVG ofrecieron una alternativa gráfica vectorial al formato gráfico Flash original, SmartSketch . YouTube ofrece una alternativa HTML5 para vídeos digitales. APNG (PNG animado) ofreció una alternativa de gráficos rasterizados a los archivos GIF animados que permite una transparencia de varios niveles que no está disponible en los GIF.
La animación por computadora utiliza diferentes técnicas para producir animaciones. Con mayor frecuencia, se utilizan matemáticas sofisticadas para manipular polígonos tridimensionales complejos , aplicar " texturas ", iluminación y otros efectos a los polígonos y finalmente renderizar la imagen completa. Se puede utilizar una interfaz gráfica de usuario sofisticada para crear la animación y organizar su coreografía. Otra técnica llamada geometría sólida constructiva define objetos realizando operaciones booleanas en formas regulares y tiene la ventaja de que las animaciones se pueden producir con precisión en cualquier resolución.
Animar significa, en sentido figurado, "dar vida a". Hay dos métodos básicos que los animadores suelen utilizar para lograr esto.
La animación generada por computadora se conoce como animación tridimensional ( 3D ). Los creadores diseñan un objeto o personaje con un eje X, Y y Z. Ningún dibujo a lápiz sobre papel crea la forma en que funciona la animación generada por computadora. El objeto o personaje creado luego se incorporará a un software. El fotograma clave y la interpolación también se llevan a cabo en la animación generada por computadora, pero también lo hacen muchas técnicas no relacionadas con la animación tradicional . Los animadores pueden romper las leyes físicas mediante el uso de algoritmos matemáticos para engañar a las normas de masa , fuerza y gravedad . Fundamentalmente, se podría decir que la escala de tiempo y la calidad son la forma preferida de producir animación, ya que son aspectos importantes que se mejoran mediante el uso de animación generada por computadora. Otro aspecto positivo de CGA es el hecho de que uno puede crear una bandada de criaturas para que actúen de forma independiente cuando se crean como grupo. El pelaje de un animal se puede programar para ondearse con el viento y quedar plano cuando llueve, en lugar de programar por separado cada mechón de pelo. [60]
Algunos ejemplos de películas de animación generadas por computadora son Toy Story , Antz , Ice Age , Happy Feet , Despicable Me , Frozen y Shrek .
Los gráficos por computadora 2D todavía se utilizan para representaciones estilísticas, de bajo ancho de banda y más rápidas en tiempo real .
La animación por computadora es esencialmente un sucesor digital de las técnicas de stop motion , pero utilizando modelos 3D, y técnicas de animación tradicionales que utilizan animación cuadro por cuadro de ilustraciones 2D.
Para animaciones de figuras 2D, se utilizan objetos separados (ilustraciones) y capas transparentes separadas con o sin ese esqueleto virtual.
En la animación por computadora 2D, los objetos en movimiento a menudo se denominan " sprites ". Un sprite es una imagen que tiene una ubicación asociada. La ubicación del objeto se cambia ligeramente, entre cada cuadro mostrado, para que parezca que el objeto se mueve. [61] El siguiente pseudocódigo hace que un sprite se mueva de izquierda a derecha:
var int x := 0, y := altura de pantalla / 2;mientras x < ancho de pantalladibujarFondo()drawSpriteAtXY (x, y) // dibuja encima del fondo x := x + 5 // mueve hacia la derecha
La animación asistida por computadora suele clasificarse como animación bidimensional ( 2D ). Los dibujos se dibujan a mano (lápiz sobre papel) o de forma interactiva (en la computadora) utilizando diferentes dispositivos de asistencia y se colocan en paquetes de software específicos. Dentro del paquete de software , el creador coloca dibujos en diferentes fotogramas clave que fundamentalmente crean un esquema de los movimientos más importantes. [62] Luego, la computadora completa los "cuadros intermedios", un proceso comúnmente conocido como Tweening . [63] La animación asistida por computadora emplea nuevas tecnologías para producir contenido más rápido de lo que es posible con la animación tradicional , conservando al mismo tiempo los elementos estilísticos de los personajes u objetos dibujados tradicionalmente. [60]
Ejemplos de películas producidas con animación asistida por computadora son La Sirenita , Los salvadores de Australia , La Bella y la Bestia , Aladdin , El Rey León , Pocahontas , El jorobado de Notre Dame , Hércules , Mulan , Tarzán , Anastasia , Titán AE , El Príncipe de Egipto , El Camino a El Dorado , Espíritu: Semental del Cimarrón y Simbad: Leyenda de los Siete Mares .
Un modelo de texto a video es un modelo de aprendizaje automático que toma como entrada una descripción en lenguaje natural y produce un video que coincide con esa descripción. [64]
La predicción de video para hacer que los objetos sean realistas en un fondo estable se realiza mediante el uso de una red neuronal recurrente para un modelo de secuencia a secuencia con un conector de red neuronal convolucional que codifica y decodifica cada cuadro píxel por píxel, [65] creando video mediante aprendizaje profundo . [66]En 2022 se lanzaron múltiples modelos de conversión de texto a video de alta calidad, sistemas de inteligencia artificial que pueden generar videoclips a partir de texto solicitado.
Medios relacionados con animaciones por computadora en Wikimedia Commons
