|
Modellprojekt Medien und Kommunikation |
|
MuK
> Extra: Animation
|
MuK-Special: Animation
1. Was ist überhaupt „Animation"? Animation von animare (lat.): belebt, bewegt. „Animation ist die Vortäuschung von Bewegung durch graduelle Veränderung über die Zeit". ("time sequence of visual changes in a scene"). Durch die Trägheit des menschlichen Auges (Nachwirkzeit) entsteht ab ca. 20 Bildern pro Sekunde der Eindruck einer flüssigen Bewegung.
1.2. Der Medientyp Animation Animation (lat.) bedeutet „Belebung". Im herkömmlichen Sinn wird Animation im Zusammenhang mit der Filmtechnik als eine Szene bewegter Bilder verstanden. Das klassische Beispiel dafür ist der Zeichentrickfilm. Der Begriff lässt sich jedoch verallgemeinern. Animation eines grafischen Objektes ist nicht nur auf die Veränderung dessen Position (Bewegung) beschränkt. Neben dem Attribut Position, gehören beispielsweise Attribute wie Form, Farbe, Orientierung und Oberflächenstruktur zu einem Grafikobjekt. Generell können alle Attribute animiert werden. In einer Animation werden allerdings nicht nur Objekte betrachtet, sondern auch deren Umgebung. So können Filmszenen auch aus Veränderungen der Beleuchtungsintensität oder Kameraposition bestehen. Allgemein wird Animation als zeitkontinuierliche Änderung einer oder mehrerer Attribute eines Objekts definiert. Unter Objekte fallen neben den oben schon aufgeführten grafischen Objekten beispielsweise auch Audioobjekte, die sich in Lautstärke, Frequenz und Klang animieren lassen. Der Vorteil bei der Verwendung von Animationen besteht darin, dass dem Betrachter innerhalb kurzer Zeit viele Informationen präsentiert werden können. Die Informationsaufnahme ist im günstigsten Fall höher als beim Lesen eines Textes oder beim Betrachten einer Grafik. Animationen wecken zudem das Interesse des Betrachters und führen nicht so schnell zu Ermüdungserscheinungen wie textuelle Darstellungen. Der dreidimensionale Eindruck, den der Mensch trotz seines zweidimensionalen Sehens bekommt, hängt zum Teil von Bewegungen ab. Weiter entfernte Objekte bewegen sich langsamer als nähere. Zu den typischen Einsatzgebieten der Animation gehören neben der Unterhaltung (Zeichentrick, Computerspiele, etc.) auch der Entwurf und Präsentation von Produkten. Darunter fällt auch die Werbebranche, die seit einigen Jahren verstärkt Computeranimationen einsetzt. Weiterhin sind Animationen aus Bildung und Nachrichten bekannt, wo sie dem Zuschauer komplexe Vorgänge transparent übermittelt. Ein großes Einsatzgebiet ist die Visualisierung von Simulationen. Nur durch die Animation können Auswirkungen vieler Simulationen für den Benutzer sichtbar werden. Beispielsweise werden Animationen in der Wetterforschung eingesetzt.
2.1 Dynamik in stehenden Bildern Der Eindruck eines dynamischen Vorgangs muss nicht immer an ein zeitkontinuierliches Medium gebunden sein. Schon ein einzelnes Bild kann viel über Zustandsänderungen einer Szene aussagen. Einige Techniken, in stehenden Bildern Dynamik zu erzeugen, werden hier vorgestellt:
2.2. Der Zeichentrickfilm Der Zeichentrickfilm bietet aufgrund seiner inzwischen langen Geschichte ein breites Repertoire an Animationstechniken. Die einfachste Art, eine Szene zu erstellen, besteht darin, jedes einzelne Bild komplett zu zeichnen und ab zu fotografieren. Die in der Videotechnik vorgegebene Anzahl von 24 Bildern pro Sekunde dient als Richtlinie für Planung und Berechnung der einzelnen Bewegungsabläufe. Dabei genügt es allerdings zwölf Zeichnungen pro Sekunde zu erstellen, die dann jeweils zweimal abfotografiert werden. Dies reicht aus, um dem Zuschauer eine fließende Animation zu bieten. Bevor mit der Erstellung des Zeichentrickfilms begonnen werden kann, sind Vorarbeiten zu leisten. Der Inhalt des Films wird in einem Drehbuch festgehalten. Das Drehbuch beschreibt jedoch nur rein textuell die Handlung. Für die Regie ist jedoch notwendig einen zeitlichen Ablaufplan mit visuellen Elementen zu erstellen. Aus dem Drehbuch wird darum ein Storyboard erstellt, in dem entlang einer Zeitleiste die Handlungsführung, Szenenwechsel und Kamerabewegungen aufgeführt sind. Anhand der Zeitleiste kann dann genau berechnet werden, wie viele Phasen für eine Bewegung gezeichnet werden müssen. Außerdem werden Charakterzüge und Mimik der Figuren sowie grobe Landschaftsskizzen entworfen. Das Storyboard ist sowohl für die Regie, als auch für die Zeichner und den Kameramann wichtig und von großem Vorteil. Deshalb wird es in ein Layout für die Zeichner und einen Fahrplan für den Kameramann aufgeteilt:
Der Fahrplan enthält die typischen Kameraanweisungen, wie Fahrt, Zoom, Schnitte, Auf-, Ab- und Überblendungen. Ebenso wird die Beleuchtung detailliert festgehalten. Aus diesen Vorarbeiten kann dann je nach Anspruch des Filmes von einer einfachen Strichzeichnung bis hin zur kolorierten Fassung mit mehreren Hintergründen und Panoramen, Musik, Sprache und Geräuschuntermalung alles erstellt werden. Um die Zeichenarbeit jedes einzelnen Bildes zu reduzieren, werden verschiedene Methoden benutzt. Der Hintergrund, der nur einmal zu zeichnen ist, wird von den animierten Objekten getrennt. Das Objekt kann wieder aufgeteilt werden. So wird zum Beispiel der statische Rumpf von den Gliedmaßen getrennt, um den Rumpf nicht bei jedem Bild mitzeichnen zu müssen. Viele Animationen sind periodisch, d.h. dass die Szene aus wenigen Phasen besteht, die sich fortlaufend wiederholen. Ein laufender Mensch kann beispielsweise aus wenigen Phasen zusammensetzt werden, die dann nacheinander über einen Hintergrund bewegt werden. Für wellenartige Bewegungen, wie Rauch, Wasser, etc., müssen meistens nur drei bis sechs Phasen gezeichnet werden. Die verschiedenen Objekte und Hintergründe werden auf Folien gezeichnet, die beim Abfotografieren auf einem speziellen Tricktisch von hinten beleuchtet werden, um einen höheren Kontrast zu bewirken. Zusätzlich können mehrere Lichtquellen eingesetzt werden, um bessere Farbsättigung und Beleuchtungseffekte zu erzielen. Wichtig ist, dass Folien und Kamera am Tricktisch fixiert sind, damit es keine unbeabsichtigten Verschiebungen und später keine unbeabsichtigten Bewegungen im Film gibt. Die Folien, die die verschiedenen Phasen einer Animation darstellen, werden hintereinander auf den Hintergrund gelegt und abfotografiert. Außerdem können die Folien dabei verschoben werden, um eine Bewegung zu erzeugen. Neben der Bewegung des Objektes kann auch ein Panorama hinter den Figuren stückweise bewegt werden. Später im Film erscheint es so, als ob sich die Figur entlang einer Landschaft bewegt. Durch die Verwendung mehrerer Folien übereinander lässt sich eine dreidimensionale Szene vortäuschen. Eine Folie, der Horizont, bleibt während der Aufnahme unbewegt. Weiter entfernte Gegenstände, z.B. ein Gebäude, bewegen sich langsam. Nahe Objekte wie die Hauptfiguren werden dementsprechend schneller bewegt. Zeichentrickfilm lässt sich einfach mit Realszenen verbinden. Die Hintergrundbeleuchtung des Tricktisches wird dabei durch einen Spiegel ersetzt, auf dem der Realfilm projiziert wird. Die Folien werden dann auf dem Tricktisch fixiert und bilden so eine Einheit mit dem Realbild. 2.3. Der Animationsfilm Um Plastilinpuppen, Einrichtungsgegenstände oder sonstige starre Gegenstände zu bewegen, bedarf es einer genauen Planung der Bewegungsabläufe. Objekte und Kamera müssen millimetergenau für jede Aufnahme verändert werden. Wichtig dabei ist, dass die Veränderungen gleichmäßig geschehen. Im Gegensatz zum Zeichentrickfilm, in dem das Ergebnis schon anhand der Folien im voraus zu kontrollieren ist, liegt die Hauptarbeit hier beim Abfotografieren. Soll der Film animierte Gegenstände und Schauspieler gleichzeitig enthalten, bedeutet es für die Darsteller eine besondere Anstrengung an Körper und Disziplin. So muss der Darsteller mehrere Minuten in einer bestimmten Stellung verharren und darauf warten, bis Kamera, Beleuchtung und Objekte für die nächste Aufnahme verändert wurden. Verändert der Schauspieler seine Position oder Mimik, muss oft die gesamte Szene von vorne gedreht werden, da die ursprüngliche Position mit allen Einzelheiten nur schwer wiederhergestellt werden kann. Ist die Arbeit zwischen Zeichner, Regisseur und Kameramann beim Zeichentrickfilm in zeitliche, voneinander unabhängige Phasen unterteilt, so müssen beim Animationsfilm alle Beteiligten gleichzeitig zusammenwirken. Der große Vorteil dieser Art des Filmens liegt in der vollständigen Dreidimensionalität der Szenen. Allerdings ist die Animation fast nur auf Bewegung beschränkt. So können Farbwechsel, Größen- und Formänderungen starrer Objekte nur schwer realisiert werden.
Die Computeranimation kann unter verschiedenen Aspekten betrachtet und in Bereiche unterteilt werden. So unterscheidet man zwischen Bewegungs- und Zustandsanimation. Animationen sind rechnergestützte Generierungen einer Sequenz von Bildern, von denen jedes folgende eine leichte Veränderung des vorherigen ist. Die Animationstechniken unterscheiden sich auch aufgrund der verschiedenen Computergrafikformate. In der 2D-Technik werden Grafiken meist in Pixmaps angelegt. Die 3D-Technik arbeitet nur mit Vektorgrafiken. Die Anwendungsgebiete der Computeranimation sind z.B. Spiele, Präsentationen und Simulationen. Die Begriffe Animation und Simulation werden oft nicht sauber getrennt. Die Simulation ist allgemein eine Nachbildung von Objektverhalten unter bestimmten physikalischen Gesetzen. Die Animation zeigt die wahrnehmbaren Veränderungen der Objekte in einer bestimmten Zeitspanne. Simulationen können allerdings vollkommen ohne Visualisierung stattfinden und bieten nur ein Endergebnis, gehören damit also nicht zur Animation. 3.1. Pixelgrafik Pixmaps werden mit einem Malprogramm erstellt. Zudem besteht die Möglichkeit eine Vorlage einzuscannen und im Computer weiterzuverarbeiten. Malprogramme bieten Funktionen zum Erzeugen und Manipulieren von Bildern. Verschiedene Elemente wie Kreise, Rechtecke, etc. können in das Bild eingefügt werden. Bildausschnitte können z.B. vergrößert, gelöscht oder verfärbt werden. Spezielle Programme zum Bearbeiten von Fotos bieten zudem Funktionen, wie Kontrast- und Helligkeits-änderungen oder Farbfilter an. Die 2D-Grafiktechnik des Computers ähnelt in vielen Bereichen dem Zeichentrick. Die Trennung von bewegten Figuren und (mehreren) Hintergründen ist genauso wie in der analogen Folientechnik möglich. Diese Technik wird beispielsweise in Spielen eingesetzt. Animierte Pixmaps(Sprites) werden über einen starren Hintergrund bewegt. Verfahren, die Computeranimationsprogramme anbieten, um die Erstellung eines Films zu erleichtern, werden unter Punkt 4 vorgestellt. 3.2. 2D-Morphing Ein Beispiel für die einfache Erstellung einer Animation mit Hilfe des Computers ist das Morphing. Beim Morphing wird gleichzeitig die Form und die Farbe eines Bildes verändert. Ziel ist es, einen fließenden Übergang zwischen zwei Pixmaps zu erzeugen. Dabei muss der Benutzer markante Punkte in Anfang- und Endbild bestimmen. Zum Beispiel werden bei Porträtfotos Augen, Mundwinkel, Nase, etc. markiert. Die Punkte werden durch ein Netz verbunden, welches die Pixmaps in Bildbereiche einteilen. Die Pixel der Zwischenbilder werden aus den Farben des Anfangs- und Endbilds gemischt. Dabei nimmt der prozentuale Anteil des Endbildes zu. 3.3. Vektorgrafik Bei der Erzeugung von Computergrafik kann zwischen dem direkten und indirekten Modus unterschieden werden. Grafiksysteme, die Bilder im direkten Modus erzeugen (z.B. Malprogramme) können zwar vordefinierte Formen wie Rechtecke, Kreise oder Polygone in die Pixmap einfügen, der Benutzer kann jedoch nicht eine schon gezeichnete Form auswählen und verändern. Das Programm fügt die Formen direkt in die Grafik ein, ohne die Formen separat abzuspeichern. Manipulationen können auf Pixelebene vorgenommen werden. Eine Pixelmenge, häufig ein rechteckiger Bildausschnitt, kann ausgewählt und beispielsweise in Farbe und Größe verändert werden. Zeichenprogramme arbeiten im indirekten Modus. Der Benutzer kann im Gegensatz zum Malprogramm hier jederzeit die zuvor platzierten Formen auswählen und editieren. Je nach Anwendung heißen die vordefinierten Formen auch Symbole, Schablonen oder Objekte. Die Objekte werden vom Grafiksystem mit den zugehörigen Attributen, wie Größe und Position, gespeichert. Dies ermöglicht die spätere Editierung der Objekte. Die Grafikobjekte werden in der Regel aus Linienzügen zusammengesetzt und im Grafiksystem als Vektoren abgespeichert, welche die einzelnen Linien repräsentieren. Wird ein Objekt vom Benutzer verändert, erzeugt das Zeichenprogramm automatisch eine aktualisierte Grafik. Die Benutzung von Vektorgrafiken hat in der Animation Vorteile. Da die Attribute eines Grafikobjektes bei der Vektorgrafik mit abgespeichert werden, können alle Attribute auch animiert werden. So ist der Anwender nicht mehr auf die Animation von Pixelposition und -farbe beschränkt, sondern er kann Objekte auch in Größe, Position, Farbe und Form animieren. Bei der Erstellung von Simulationen können neben den oben aufgeführten geometrischen Attributen noch Eigenschaften wie Gewicht, Temperatur, etc. den Objekten zugewiesen werden. Komplexe Vorgänge werden durch die zeitliche Veränderung dieser Eigenschaften simuliert und können als Animation dargestellt werden. 3.4. 3D-Technik Der Arbeitsablauf einer Animationserstellung im 3D-Raum kann in vier Bereiche gegliedert werden, die im folgenden genauer erläutert werden:
Bei der Erstellung einer Animation müssen generell die drei verschiedenen Bereiche der Beleuchtung, Kamera und der Objekte beachtet werden. Jeder dieser Bereiche kann in Zustand und Position geändert werden. Ein bewegtes Licht kann zum Beispiel ein Autoscheinwerfer sein. Sonnenauf- und Untergänge sind Beispiele für die Animation der Intensität und Farbe einer Lichtquelle. Bei der Kamera gehören Schwenks und Fahrten durch die Szene zu den Bewegungsanimationen. Änderungen des Zustands ergeben sich aus verschiedenen Objektivarten, Brennweiten und Belichtungszeiten. Objekte können wiederum neben der Positionsänderung und Rotation andere Formen (Morphing), Größen (Skalierung) oder Farben annehmen. Interessante Effekte lassen sich durch Kombinationen der Bewegungs- und Zustandsanimation der Bereiche Beleuchtung, Kamera und der Objekte erzeugen. Zu den wichtigsten Funktionen, die ein Animationsprogramm zur Verfügung stellt, um den Benutzer bei der Erstellung einer Animation zu unterstützen, gehören die Zwischenbildanimation und die Pfadanimation. Diese beiden Verfahren sind in allen Animationsprogrammen enthalten und sollen näher vorgestellt werden. Die Zwischenbildanimation ermöglicht die automatische Erzeugung von Zwischenbildern bei Vorgabe von Schlüsselszenen. Schlüsselszenen sind vom Benutzer vorgegebene Bilder, die in der Animationssequenz vorkommen und wichtige Abschnitte der Animation repräsentieren. Nötig sind mindestens ein Anfangs- und Endbild einer Sequenz, um daraus Zwischenbilder zu generieren. Die Pfadberechnung vereinfacht die Bewegungsanimation von Grafikobjekten. Das Objekt wird entlang eines frei definierbaren Pfades zu einer Zielposition bewegt. Der Pfad wird häufig durch einen Spline repräsentiert. Bei der Erzeugung der Animation durch den Computer werden Geschwindigkeitswerte sowie Beschleunigungs- und Bremswerte berücksichtigt, um eine natürliche Verhaltensweise der Grafikobjekte zu simulieren. Weitere Hilfsfunktionen können von Animationsprogrammen angeboten werden. Die Programme unterscheiden sich allerdings in Aufbau und Vielfalt der angebotenen Funktionen. Deshalb werden hier einige Verfahren nur kurz vorgestellt:
Computeranimationen werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt. Prominentestes Beispiel dürfte die Verwendung als "Special Effects" bei der Produktion von Kinofilmen sein, auch in der Werbung sind die computerberechneten Effekte kaum mehr wegzudenken. Die Animationen werden aber auch in anderen Bereichen eingesetzt, z.B. als Produktpräsentationen (schon vor dem ersten Spatenstich das fertige Haus besuchen), zur Visualisierung von komplexen Abläufen oder Ergebnissen (Moleküle bei der Reaktion beobachten), in der Forschung und Lehre (simulierte Operationen am virtuellen Patienten), oder interaktive Spiele und virtuelle Realität. Auch moderne Bildbearbeitungssysteme mit ihren simulierten Werkzeugen zählen zur Computeranimation.
"Strichlein"animation
Palettenanimation
Spriteanimation
Vektoranimation Aus je drei räumlichen Vektoren zusammengesetzte Dreiecke (patches) werden mit Matrixtransformationen rotiert und skaliert; häufig sind gerade solche arithmetischen Operationen vom Prozessor besonders unterstützt. Manchmal werden auch (meist konvexe) Polygone zur Definition der Objekte eingesetzt, die dann aber von den Darstellungsalgorithmen wieder in Dreiecke zerlegt werden. Bei der Berechnung gibt es diverse Möglichkeiten, wie die einfache einfarbige Füllung (solid filling), verschieden schattierte Darstellungen (Gouraud-shading, Phong-shading), mit Bildern "bezogene" Flächen (texture-mapping) sowie Kombinationen aus Schattierung, Texturierung und Reflexion (environmental-mapping). Wird mit Hilfe von modernen hardware-beschleunigten 3D-Grafikkarten, die zum Teil auch atmosphärische Effekte wie Nebelschwaden erzeugen können, auch in Spielen und virtuellen Umgebungen eingesetzt. Weil jedoch die Rechenleistungen, die für eine realistische Darstellungsqualität in Echtzeit erforderlich sind, zur Zeit noch nicht bezahlbar sind, bleiben solche Anwendungen dann doch häufig den Militärs vorbehalten, die mit Hochleistungsrechnern generierte Flugsimulationen zum Pilotentraining einsetzen. Möglichkeiten zur Beschleunigung der Berechnung sind z.B. z-buffering, back-face-removal und die Reduzierung der Polygonanzahl. Seiten-(Vollbild-)Animation
Special-Effects
Konzeption
Planung
Entwurf
Modellierung
Bilderzeugung
Bilderzeugungsphase:
Beispiele gibt es massenhaft, hier nur einige: zur Palettenanimation: Logo, Drehung, Überblendung; Vektor-, Sprite-, Paletten-Animation: Crystal Dreams II Special Effects: Tron, Die Maske, Forest Gump, Jurassic Park, Star Wars, Star Trek, Independance Day, Stargate, ... interaktive Animation: Lupe Vollbildanimation: Luxo Jr., Toy Story
Animation eines Fotoapparates Clipart: mittels Zeichenboard nachgemalt, farbig gestaltet Bild 1 / 38 Bild 9 / 38 Bild 19 / 38
Dateiformate
Dateiumwandlung
Speicherplatzbedarf
Verwendete Programme
|
Der Brandenburgische Bildungsserver
ist ein Service des
Medienpädagogischen Zentrums im Auftrag des Ministeriums
für Bildung, Jugend und Sport des Landes Brandenburg. ©
MPZ, 2001
Projektleitung: Dr. Michael Kaden |