S2/C3a- Notiuni despre animatie

Curs nr.2 - Notiuni despre animatie - Actorie.Papusi/Teatrologie

1. Notiuni introducetive
A anima ceva inseamna, literal, a il aduce la viata, a-i da viata. Animatia, in acceptiunea uzuala, cuprinde toate modificarile care au un efect vizual. Efectele vizuale pot fi de diferite feluri: pozitii care variaza in timp (motion dynamics - dinamica miscarii), modificari ale formei, culorilor, transparentei, structurii si a texturii suprafetelor unui obiect (update dynamics - dinamica infatisarii), si modificari ale iluminarii scenei, ale pozitiei observatorului (camerei de filmat) si a focalizarii. Utilizarea calculatorului la producerea animatiei usureaza foarte mult munca de animare propriu-zisa si scurteaza semnificativ timpul de lucru. De la cea mai simpla forma de animare, constand din desenarea pe ecran a unui obiect si miscarea lui cu ajutorul mouse-ului pe o traiectorie data - actiuni care dupa aceea sunt memorate si redate identic in clipul de animatie dorit - si pana la pachetele hardware si software specializate pentru animatie complexa, multitudinea de variante si facilitati recomanda de la sine asistenta calificata a calculatorului in acest domeniu. Vom prezenta cateva concepte de baza legate de procesul de producere a animatiei in general, si de utilizare a calculatorului la animare, in particular.

2. Procesul de introducere initiala (Input Process):
La inceput este nevoie de introducerea in sistem a unor cadre cu obiectul de animat, denumite cadre cheie (key frames). Acestea sunt cadrele de inceput si sfarsit ale animatiei, cat si cadrele intermediare ce corespund pozitiilor esentiale ale animatiei. Introducerea acestor cadre (imagini) se poate face in diferite moduri: scanarea imaginilor deja realizate pe hartie, fotocopierea lor cu ajutorul unei camere foto digitale, sau construirea lor direct pe calculator cu ajutorul unor pachete soft specializate in desenare, concomitent cu utilizarea unor dispozitive ca mouse-ul sau, mai bine, tableta grafica. Procesul intermediar (Inbetween Process):
Construirea cadrelor intermediare ale animatiei, cuprinse intre cadrele cheie prezentate mai sus, se realizeaza de catre calculator prin operatia numita "interpolare". Cea mai simpla varianta de interpolare este cea liniara, denumita si "LERP" - Linear intERPolation. Interpolarea liniara prezinta grave limitari. De exemplu, daca este folosita la determinarea pozitiilor intermediare ale unei mingi aruncate in aer, avand ca baza trei pozitii-cheie, traiectoria rezultata este complet nerealista
Din aceasta cauza se prefera de cele mai multe ori o serie de algoritmi mai complicati dar mai realisti de interpolare, cum ar fi curbele spline .
Tot in cadrul procesului intermediar are loc interpolarea formei, texturii si aspectului
suprafetelor obiectului animat.
a.) Interpolare liniara,
b.) Interpolare cu curbe spline.
Metode de control a animatiei:
Controlul explicit integral: este cel mai simplu tip de control al animatiei. Animatorul furnizeaza cate o descriere pentru orice eveniment din animatie. Astfel, se vor specifica modificari simple cum ar fi scalarea, translatia sau rotatia, sau se va furniza informatia legata de cadrele-cheie implicate, impreuna cu metodele de interpolare necesare generarii cadrelor intermediare.
Controlul procedural: se bazeaza pe comunicarea dintre diverse obiecte pentru a le determina proprietatile. De exemplu, pozitia unui obiect poate influenta miscarea altuia ("mingile nu pot trece prin perete", etc.).
Sisteme bazate pe constrangeri: miscarea a foarte multe obiecte din mediul fizic real au o traiectorie foarte dificil de descris in mod explicit. Totusi miscarea lor se supune la anumite constrangeri. Gasirea si specificarea acestora este obiectul acestui tip de control al animatiei.
Urmarirea si inregistrarea miscarilor din realitate (live action tracking): presupune preluarea miscarilor direct de la subiectii reali care le executa. O varianta traditionala este asa-zisa "rotoscopie" (rotoscoping): se creaza un film in care diferiti actori reali (oameni sau animale) joaca rolurile caracterelor din animatie. Apoi animatorii modifica filmul obtinut, dezvoltand fundalurile si inlocuind actorii reali cu personajele de animatie corespunzatoare. O alta varianta utilizeaza o serie de senzori de pozitie amplasati in punctele-cheie ale corpului uman, de exemplu. Din urmarirea si inregistrarea miscarii acestora, se poate construi pe calculator animatia completa a obiectelor asemanatoare celui real. Cinematica si dinamica: exprima diversele evenimente din animatie prin legile fizice ce le guverneaza.

3. Tehnologia video
De cand a inceput sa fie aceesibia publicului larg, tehnologia video (cinematografia, televiziunea si sistemele video VHS - Video Home System) a fost considerata cel mai complet si mai important mediu de comunicare a informatiilor.
Pe masura ce performantele sistemelor de calcul au crescut suficient de mult, producatorii de hardware si software au inceput procesul de integrare a tehnologiei video, intai in statii de lucru dedicate aplicatiilor grafice - calculatoare foarte puternice, specializate, foarte scumpe - coborand apoi treptat spre calculatoare mai putin pretentioase, pana la comunele PC-uri. Procesul nu este nici pe departe terminat, performantele aplicatiilor ce contin video-clipuri, filme sau imagini dinamice situandu-se inca intre "satisfacator" si "bine".

4. Semnalele video uzuale
Captarea imaginilor din exterior si convertirea lor in semnale electrice analogice - operatie efectuata de camerele video - defineste procesul de intrare video, sau filmare. Semnalele video obtinute pot fi apoi stocate pe suport magnetic (videobenzi si videocasete) sau transmise sub forma de semnal TV. Semnalul electric ce provine de la camerele video are in mod obisnuit trei componente, ce corespund celor trei culori esentiale, de compozitie video: rosu, verde si albastru (RGB - Red, Green, Blue).
Pentru difuzare, se construieste din cele trei componente de baza un singur semnal, denumit "semnal compozit", care codifica dupa anumite expresii informatia video de transmis. Semnalul YUV: expolateaza proprietatea ochiului uman de a fi mai sensibil la intensitatea luminoasa (luminanta) decat la informatia de culoare (crominanta). Rezulta ca in loc de a separa culorile in componentele esentiale, se poate separa informatia de luminanta (Y) de informatia de culoare (doua canale de crominanta: U si V). Relatiile dintre componentele Y,U,V si R,G,B sunt exprimate in formulele:
Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B
U = 0.493(B-Y)
V = 0.877(R-Y)
Componenta de luminanta (Y) trebuie transmisa intotdeauna din motive de compatibilitate; receptoarele alb-negru utilizand-o in mod obligatoriu, celelalte doua fiind utilizate in plus, de receptoarele color.
Orice potentiala eroare in componenta de luminanta (Y) este mai importanta decat in valorile de crominanta (U, V). De aceea pentru luminanta se aloca o latime de banda de transmisie mai mare ca pentru crominanta.
Semnalul YIQ: este asemanator cu codificarea YUV si sta la baza standardului TV NTSC:
Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B
I = 0.60R - 0.28G - 0.32B
Q = 0.21R - 0.52G + 0.31B
Difuzarea TV. Standardele TV
a) NTSC (National Television Systems Comitee).
Standard dezvoltat in Statele Unite, fiind cel mai vechi si mai raspandit standard TV. Denumit mai in gluma, mai in serios "Never Twice the Same Colour" - "Niciodata de doua ori aceeasi culoare", functioneaza perfect in sisteme video directe, sau in TV cu circuit inchis, dar prezinta probleme de variatie a culorilor in cazul transmisiunii la distanta. Cauza acestor probleme este generata de modificarea fazei undei purtatoare a culorii din semnanul transmis.
b) PAL (Phase Alternating Lines).
Inventat in 1963 de W. Bruch de la firma germana Telefunken, este utilizat azi in cea mai mare parte a Europei de Vest. Are o multime de acronime, printre care: "Pictures At Last" - "Imagini in sfarsit", sau "Pay for Added Luxury" - "Plata pentru lux adaugat", cu referire la NTSC. Rezolva problema variatiei culorilor prin inversarea tot la a doua linie a fazei undei purtatoare de culoare.
c) SECAM (SEquential Couleur Avec Memoire).
Introdus in Franta din motive politice (protejarea propriei industrii TV) si adoptat de asemenea si in tarile est-europene tot din motive politice ( incurajarea incompatibilitatii cu transmisiile TV vestice). I se mai spune "System Essentially Contrary to American Method" - "Sistem esential contrar metodei americane". Difera fata de sistemul PAL prin frecventele de transmisie si prin unele elemente de codare a semnalului compozit. Vizionarea semnalului SECAM cu un receptor de tip PAL, va reproduce imaginile corecte, dar monocrom. d) Sisteme EDTV (Enhanced Definition TeleVision).
Deriva din sistemele conventionale, modificate pentru a oferi rezolutie orizontala si/sau verticala mai buna la receptie.
In Statele Unite, un astfel de sistem TV imbunatatit este IDTV (Improved-Definition TeleVision - televiziune cu definitie imbunatatita). Sistemul nu este ceva nou, ci incearca sa imbunatateasca imaginea NTSC prin utilizarea memoriei digitale pentru dublarea numarului liniilor de scan, de la 525 la 1050. Imaginile sunt doar cu foarte putin mai detaliate ca cele originale NTSC, deoarece semnalul nu contine nici un fel de informatie aditionala. Standardul similar lui IDTV, dar pentru Europa, este D2-MAC (Duobinary Multiplexed Analogue Components). Aceasta solutie a fost deja introdusa in Germania, ca standard TV succesor lui PAL. D2-MAC utilizeaza un mecanism de multiplexare in timp pentru transmisia componentelor video. Sunetul si ceva informatie suplimentara sunt codificate impreuna in format duobinar (D2), pe 105 biti.
e) Televiziunea de inalta definitie (HDTV - High-Definition TV).
Este considerata adevarata noua ganeratie de televiziune. Standardul este definit in principiu referitor la imaginea ce o ofera telespectatorului. Rezolutia: imaginile HDTV au de doua ori mai multi pixeli pe orizontala si pe verticala decat la sistemele conventionale. Cresterea definitiei pe verticala se obtine prin implicarea a mai mult de 1000 de linii de scan. Cresterea detaliului de luminanta din imagini se realizeaza prin marirea cu aproximativ de cinci ori mai mult a latimii de banda de transmisie utilizate in sistemele
clasice.

5. Aplicatii multimedia
Aplicatiile multimedia cele mai complexe si care promit cel mai mult pentru viitorul sistemelor ommasina, includ in mod obligatoriu componenta video ca mediu de baza in comunicarea informatiei spre utilizator.
Realitatea Virtuala (VR - Virtual Reality)
Sistemele de realitate virtuala identifica complexul hardware + software care, interactionand inteligent cu utilizatorul, ii da acestuia falsa senzatie de realitate. Termenul de "realitate virtuala" promite insa mult mai mult decat poate oferi tehnologia actuala. Astfel ca el este utilizat pentru diverse descrieri de interfete-utilizator, de la mediile fizice sintetizate in "castile video" HMD (Head-Mouted Devices) si pana la grafica obisnuita afisata pe monitoarele conventionale, sau la jocurile multi-user in mod text.
Primele sisteme VR au aparut inainte de utilizarea calculatoarelor in domeniu. Simulatoarele de zbor din primele generatii creeau medii virtuale fara ajutorul calculatoarelor. Ele utilizau filme sau clipuri video ce inregistrau pe viu miscarea unor modele. In prezent, platformele hardware utilizate in mediile virtuale sunt compuse din casti video HMD stereo color, sunet stereo spatial, interfete haptice (interschimba cu utilizatorul informatie tactila), manusi digitale, aromofoane, etc. Pe partea de software, se utilizeaza grafica 3D pentru afisare, sisteme de operare de timp real pentru controlul proceselor din mediile virtuale si programe evoluate de interfatare cu utilizatorul, de tip reactie-la-eveniment si cu anticiparea actiunilor urmatoare.

6. Sisteme de videoconferinta
Odata cu dezvoltarea retelelor de calculatoare, comunicatiile la distante foarte mari nu mai sunt o problema nici de timp, nici de bani si nici de tehnologie. Ca urmare au aparut diverse sisteme de comunicatii prin retea, cu performante excelente, performante limitate aproape in exclusivitate de capacitatea retelelor de calculatoare de a vehicula informatia ("latimea de banda").
Sistemele de video-conferinta ridica standardele in comunicatii la niveluri de performanta neatinse pana nu demult. Video-conferinta presupune ca mai multi participanti sa poata comunica sonor si vizual fiecare-cu-fiecare, ca si cand s-a afla in aceeasi sala. In prezent, din punct de vedere al cerintelor hardware, video-conferinta nu este nici pe departe atat de pretentioasa pe cat suna, fiind accesibila fara probleme oricarui utilizator de PC (de generatie mai recenta, totusi). O arhitectura uzuala de sistem echipat pentru video-conferinta cuprinde:
- un calculator PC (de preferat cu facilitati multimedia) conectat la reteaua de calculatoare :
- un set be boxe audio;
- un kit de video-conferinta;
- latime de banda suficienta la retea.
Kit-ul de video-conferinta este un pachet hardware si software disponibil la preturi
rezonabile, in comertul de tehnica de calcul.

7. Televiziunea interactiva
Televiziunea interactiva specifica posibilitatea ca telespectatorul sa poata deveni un participant mult mai activ decat este in prezent. Exista mai multe tipuri de interactivitate ce poate fi utilizata in astfel de sisteme. Cel mai simplu tip este acela in care telespectatorul poate "produce" programele pe care le vizioneaza. De exemplu, utilizatorul poate selecta un anumit unghi de filmare a unui eveniment sportiv televizat, din mai multe variante posibile. Sau poate cere informatii suplimentare despre o echipa sau despre un anumit jucator.
Un alt exemplu ar putea fi o emisiune educativa in care utilizatorul poate selecta un anumit nivel educational din mai multe disponibile, poate cere documentatie suplimentara despre un anumit subiect, sau chiar poate raspunde la diferite intrebari de verificare a cunostintelor. Acest tip de aplicatie multimedia necesita diferite tipuri de solutii tehnologice, deoarece programele TV interactive vor fi prea specializate pentru a putea fi transmise pe canalele TV comune. Astfel, va fi necesara inscrierea doritorului la un serviciu TV special, achizitionarea unui decodor pentru semnalul TV respectiv si a unui echipament specializat pentru comunicatia telespectator-studio TV producator.
Pasi urmatori in multimedia "Simpla compunere a sistemelor si metodelor multimedia existente, nu reprezinta o solutie multimedia globala."
Toate sistemele multimedia cunoscute in prezent iau in considerare doar partial aspectele
legate de procesarea critica in raport cu timpul a datelor audio si video. S-au implementat doar componentele critice strict necesare procesarii corecte din cadrul aplicatiilor multimedia particulare. De exemplu, se presupune de fiecare data ca intreruperile cu prioritate mare nu vor cauza probleme in timpul procesarii continue a datelor. Cu toate acestea, in situatiile critice, pot aparea intarzieri sesizabile in fluxul de procesare a datelor multimedia. Scopul prioritar in dezvoltarea urmatoare a sistemelor multimedia este de a integra toate componentele hardware si software in cadrul procesarii in timp real.
8. Dezvoltarea suportului hardware
Subiectele "fierbinti" in cercetarea si dezvoltarea de hardware specializat cuprind idei ca: performanta sistemelor de calcul (cu alte cuvinte - cresterea raportului "putere de procesare" + "usurinta in utilizare" + "fiabilitate"/"pret sistem" + "dimensiuni fizice" + "complexitate"), mobilitate si conectivitate. Se urmareste ca pe viitor sistemele multimedia sa poata fi utilizate ca puncte de lucru / statii mobile. Acest lucru impune dezvoltarea hardware in urmatoarele patru directii:
a) dispozitivele de afisare: punctul de interes pentru afisarea in sistemele multimedia si cu realitate virtuala il reprezinta "casca video" - HMD (Head Mounted Display). HMD este un dispozitiv de afisare de forma unei casti ce se fixeaza pe capul utilizatorului in asa fel incat in dreptul ochilor sa ajunga un mini-ecran cu cristale lichide, care-i va cuprinde total sau aproape total campul vizual. Pe langa functia de baza - afisarea dinamica de imagini, casca video sesizeaza cu ajutorul unor senzori de pozitie diferitele miscari ale capului utilizatorului si comunica aceste informatii sistemului gazda. Astfel se poate, spre exemplu, roti imaginea afisata in conformitate cu miscarile capului, rezultand senzatia de realitate vizuala.
b) procesoarele: odata cu dezvoltarea teoretica si practica tot mai accelerata a domeniului multimedia, apar noi familii de procesoare specializate.
Facilitatile MMX (MultiMedia Extension) adaugate de Intel procesoarelor Pentium clasice, reprezinta inca o dovada a importantei acordate acestui subiect de catre marii producatorii de chipuri. Viitoarele procesoare multimedia vor trebui sa poata prelucra in timp real fluxuri complexe de date audio si video.
c) retelele de comunicatii: aplicatiile multimedia sunt prin excelenta cele mai mari consumatoare de latime de banda in comunicatiile de date. Inca se mai cauta solutii tehnice pentru rezolvarea transferului eficient de date intre sistemele multimedia. Arhitectura ATM (Asynchronous Transfer Mode) promite un salt de performanta semnificativ, dar sunt inca foarte scumpe.
d) senzorii: sunt dispozitivele care transforma o anumita marime fizica din realitatea inconjuratoare in semnale digitale corespunzatoare. Exemple de astfel de senzori sunt: mouse-ul (inregistreaza translatia plana, atat ca sens al deplasarii, cat si ca viteza), manusa digitala (codifica miscarea complexa a mainii si a fiecarui deget in parte), microfonul (converteste semnalele sonore), senzorii optici (preiau si cuantifica informatia luminoasa din mediul inconjurator). Mobilitatea Crearea si dezvoltarea tot mai rapida a societatii de consum multimedia implica proliferarea "mediilor de procesare omniprezente" (ubiquitous computing environments). Notiunea de "procesare omniprezenta" (ubiquitous computing) a fost introdusa de Mark Weiser pentru a descrie
un viitor in care vom fi inconjurati in viata cotidiana de o multitudine de calculatoare, atat de numeroase si totusi atat de insesizabile, incat abia le vom remarca prezenta. Toate aceste calculatoare vor fi interconectate intr-o retea de comunicatii fara fir de foarte mare viteza. Pentru a putea fi construit un astfel de mediu, vor trebui integrate impreuna procesarea mobila si multimedia.
Multe sisteme multimedia distribuite se bazeaza pe arhitectura client-server.
Aplicatiile client solicita, de la server, datele multimedia, date care sunt apoi prelucrate local. Sistemele client-server autentice accepta un numar de clienti simultani, în functie de volumul datelor solicitat la un anumit moment. În cazul utilizarii de terminale de tip PC, PDA datorita caracteristicilor hardware ale acestora trebuie folosite standarde diferite de codificare a secventelor multimedia, MPEG-4 Simple, Core si respectiv MPEG-4 Complex de codare a datelor multimedia, precum si solutii de conectare cu diferite largimi de banda.
O arhitectura client-server scalabila trebuie sa stocheze continutul multimedia codificat în formate diferite, pentru ca acesta sa poata fi consultat de utilizator .

9. Interactivitatea
Natura interactiva prin excelenta a sistemelor multimedia (mai ales a sistemelor de medii virtuale - Virtual Environment, VE) necesita timpi de raspuns extrem de mici, si rate de afisare a cadrelor video extrem de mari. De exemplu, pentru a nu degrada iluzia de prezenta si continuitate, ratele de afisare a cadrelor vor trebui sa depaseasca 10 cadre/secunda si timpii de raspuns ai sistemului vor trebui sa fie sub 0.1 secunde. O sursa majora de intarzieri este accesul la datele multimedia, cum ar fi in cazul aplicatiilor care utilizeaza servere video ("Video-la-Cerere") unde intarzierile de raspuns ale sistemului sunt generate de operatiile de cautare pe discurile-biblioteca a video-clipului dorit si de capacitatea limitata a mediului de transport a datelor spre procesul client.