lunes, 11 de noviembre de 2019

Introducción a la animación por computadora.




Historia, evolución y aplicación de la animación por computadora.
La animación por computadora, comenzó entre los 40s y 50s, con la creación de una serie de películas experimentales con un dispositivo creado a partir de una antigua computadora análoga llamada Predictor Kerrinson. Dicha computadora estaba conectada por servo motores para controlar el movimiento de las luces e iluminar objetos.
 Estos fueron los primeros ejercicios de control de fotografías en movimiento, realizados por John Whitney y su hermano James. Jhon fue un animador estadounidense, compositor e inventor, actualmente es conocido como el padre de la animación por computadora.

Entre sus orígenes se encuentra la generación del primer escáner digital en 1957, desarrollada por Russell Kirsch, era un escáner de tambor; el cual servía para medir las variaciones de intensidad en la superficie de una fotografía.

En 1963 Edward Zajac produjo una de las primeras películas generadas por computadora en los laboratorios Bell, titulada A Two Gyro Gravity y Ken Knowlton desarrolló el sistema de animación Beflix (Bell Flicks), el cual fue utilizado para producir decenas de películas.

En 1965, Michael Noll creó una película 3D con la técnica de proyección estereográfica y para 1967 utilizaba su técnica para crear secuencias de títulos del cortometraje Incredible Machine y el especial de television The Unexplained.

En 1968 un grupo de físicos y matemáticos soviéticos con Nikolai Konstantinov al mando crearon un modelo matemático para determinar el movimiento de un gato, obteniendo como resultadola solución a diversas ecuaciones.

Colin Emmett y Alan Kitching desarrollaron su primer sólido renderizado a un color en 1972, para la animación del título para el especial de televisión de la BBC The Burke Special.

Creación de Antics, primer software desarrollado para crear animaciones sin lenguaje de programación, hecho por Kitching en 1973.Tambien surgió el primer largometraje que utilizo procesamiento de imágenes digitales para la película Westwold, realizada por Michael Crichton
En 1980 surge "The brave little toaster", primera caricatura en ordenador, propuesta por Lasseter a Disney. Un año después se realizó la fundación de Silicon Graphics, Inc (SGI) en 1981 por Jim Clark, dedicada a la fabricación de equipos de cómputo de alto nivel y software. Crearon el Geometry Engine transformaciones matemáticas que daban lugar a un espacio 3D

En 1981, Quantel lanzó el “Paintbox“, El primer sistema de animación para usuarios finales, diseñado para la creación y composición de contenidos gráficos y de video para la televisión.

En 1986 Steve Jobs compra la división de gráficos de PC de George Lucas y establece una empresa independiente llamada "Pixar". 

En 1989 James Cameron lanzó la película de acción submarina El Secreto del Abismo. Fue la primera película que incluyó CGI foto realista en sus escenas. 

En 1991 Disney y Pixar anuncian un acuerdo para producir "La bella y la bestia" a y "Jurassic Park" en 1993. 

En 1995 Pixar y Disney producen "Toy Story", dirigida por John Lasseter, en tres dimensiones, la cual marcó un hit en el uso de la tecnología CGI y el Sistema de Motion Control en las cámaras.
"Toy Story 2" se estrena en los cines en 1999, siendo la primera película en ser exhibida de forma digital, teniendo como director a Lasseter. Con una calidad técnica sorprendente, con gran cantidad de gráficos y fondos. Además de grandes colores y movimientos parte de sus personajes.

En el 2004 se da lugar el lanzamiento de la película "Los increíbles”. Donde se utilizó un nuevo software y la nueva tecnología “goo”. Disney y Pixar llegan al final de su contrato, por ello desaparece el 2D.

En 2008 se demuestra el alto nivel de animación y el avance de la tecnología que logra el cálculo de cada movimiento, de los personajes, en el largometraje: WALL.-E, en la escena del baile en el espacio entre EVE y WALL-E donde se mueven al ritmo de la música.

En 2011 sale la película “Cars 2" donde se aprecia el detalle que puede darse a las texturas y colores que emanan a través de la pantalla.

En 2012parecen animaciones muy realista como se pude observar en el cortometraje de "Valiente" (Brave) de los directores Mark Andrews, Brenda Chapman & Steve Purcell.

Actualmente existen numerosas tecnologias y tecnicas que permiten dar animación de formas variadas con efectos sorperendentes.Podria decirse que su aplicación estra presente en todos los campos ya que se utilizan tambien en la enseñanza de diversas areas.

Tipos de animación 2D.
Tweening.
Proceso de generar marcos intermedios entre dos imágenes para dar la apariencia de que la primer imagen se desarrolla sin problemas en la segunda imagen.
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Morphing.
Técnica de manipulación de imágenes digitales que permite obtener una animación -transición controlada- entre dos imágenes diferentes. La transformación necesaria para su cálculo se realiza en el denominado “espacio de imagen”.Resultado de imagen para Morphing.
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Onion skinning
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.


Resultado de imagen para Onion skinning 


  

Interpolated rotoscoping.
Técnica de animación de dibujos cuadro por cuadro, pero ahora se utiliza con mayor frecuencia como una herramienta de efectos visuales para ocultar los cables y la creación de mundos. Originalmente, se fotografían las imágenes de películas de acción en vivo las cuales son proyectadas sobre un vidrio y re-dibujados por un animador.Disney Rotoscoping
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 Tipos de animación 3D.

Cel-Shaded.
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 y son comunes en video juegos de consolas.
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Morph.
Es un método de animación 3D usada junto con otras técnicas. Consiste en vértices de interpolación entre posiciones almacenadas. Es aplicable al momento de moldear una cabeza humana recalcando así las expresiones de una forma explícita.
Resultado de imagen para rostro 3d

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

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Motion Capture.
Técnica de grabación de movimiento, ya sea de actores y de animales vivos, y el traslado de dicho movimiento a un modelo digital, realizado en imágenes computarizadas. Se basa en las técnicas de fotogrametria y se utiliza principalmente en la industria del cine de fantasía o de ciencia ficción, en la industria de los vídeo juegos o también en los deportes, con fines médicos.
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Crowds.
En ocasiones necesitamos controlar un numero N de personajes para añadir a nuestras composiciones. En estos tutoriales veremos de forma sencilla como podemos, en este caso, añadir un numero de mariquitas elevado y que se comporten de una manera «racional».
CROWD es una herramienta de 3DSMax con la que podemos controlar un número de miembros y que se comporten de determinada manera con unas instrucciones básicas. Crowd es similar a como pueda ser MASSIVE PRIME, aunque MASSIVE es para mí más potente, pero con CROWD podremos hacer muchas cosillas. También es cierto que 3dsmax tiene otras herramientas para trabajar con grupos de personajes, como Geppetto o Populate.
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Animación 2D o 3D controlada por el usuario.
La animación por computadora (también llamada animación digital, animación computarizada, animación informática o animación por ordenador) es la técnica que consiste en crear imágenes en movimiento mediante el uso de una computadora (máquina también llamada, a veces, «ordenador»). Un programa bastante utilizado para hacer este tipo de animaciones es Blender; esta se utilizó para hacer la animación de la derecha. Cada vez más los gráficos creados son en 3D, aunque los gráficos en 2D todavía se siguen usando ampliamente para conexiones lentas y aplicaciones en tiempo real que necesitan renderizar rápido. Algunas veces el objetivo de la animación es la computación en sí misma, otra puede ser otro medio, como los diagramas de infografía, una película o un videojuego. Los diseños se elaboran con la ayuda de programas de diseño, modelado y por último renderizado.
Para crear la ilusión del movimiento, una imagen se muestra en pantalla sustituyéndose rápidamente por una nueva imagen en un fotograma diferente. Esta técnica es idéntica a la manera en que se logra la ilusión de movimiento en las películas y en la televisión.

Resultado de imagen para animacion 2d y 3d

miércoles, 6 de noviembre de 2019

miércoles, 30 de octubre de 2019

Relleno, iluminacion, y sombreado

RELLENO DE POLÍGONOS


     Polígono es una figura básica  dentro de las representaciones y tratamiento de imágenes bidimencionales 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 lineas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color o patrón dado.
   
CASOS DE RELLENO SEGÚN SU COMPLEJIDAD
  El caso mas sencillo de relleno es el triangulo.
  Luego sigue el relleno de polígonos convexos de N-lados.
  Relleno de polígonos cóncavos.
MÉTODO DE RELLENO DE POLÍGONOS CON  COLOR

  • SCAN-LINE


  • INUNDACIÓN

  • FUERZA BRUTA
Color homogéneo.
Que está formado por elementos con características comunes referidas a su clase o naturaleza, lo que permite establecer entre ellos una relación de semejanza y uniformidad.
Resultado de imagen para homogenea
Color Degradado.
En diseño gráfico, un degradado es un rango de colores ordenados linealmente con la intención de dar visualmente una transición suave y progresiva entre dos o más colores.​La mayoría de programas informáticos de retoque fotográfico permiten realizar de forma sencilla degradados con los que rellenar formas y contornos.


Resultado de imagen para color degradado

Una recreación virtual va más allá del modelado. Sólo cuando la escena contenga una buena variedad de materiales y texturas, así como una iluminación adecuada, conseguiremos la ambientación necesaria para que cada objeto tenga sus propias características que lo distingan de los demás y lo hagan único.
Blender ofrece infinidad de posibilidades para estos fines. Ahora nos vamos a ocupar de las más habituales y que sientan las bases de ediciones más complejas. Igual que ocurre en el modelado, la gran mayoría de las ocasiones se repiten los mismos esquemas por lo que los grandes resultados suelen ser el fruto de usar los recursos correctamente y en el momento adecuado. Es cierto que en estos campos (materiales, texturas e iluminación) sí suelen jugar un papel importante los matices o pequeños trucos que marcan la diferencia entre una recreación buena y otra excelente. Sin embargo en este momento nuestro interés se centra en aprender las bases fundamentales.

Imagen relacionada

Modelos basicos de iluminacion

Una recreación virtual va más allá del modelado. Sólo cuando la escena contenga una buena variedad de materiales y texturas, así como una iluminación adecuada, conseguiremos la ambientación necesaria para que cada objeto tenga sus propias características que lo distingan de los demás y lo hagan único.
Blender ofrece infinidad de posibilidades para estos fines. Ahora nos vamos a ocupar de las más habituales y que sientan las bases de ediciones más complejas. Igual que ocurre en el modelado, la gran mayoría de las ocasiones se repiten los mismos esquemas por lo que los grandes resultados suelen ser el fruto de usar los recursos correctamente y en el momento adecuado. Es cierto que en estos campos (materiales, texturas e iluminación) sí suelen jugar un papel importante los matices o pequeños trucos que marcan la diferencia entre una recreación buena y otra excelente. Sin embargo en este momento nuestro interés se centra en aprender las bases fundamentales.




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.

La siguiente figura muestra un objeto modelado con sombreado constante.


  CON ESTE MÉTODO, LA INTENSIDAD SE CALCULA EN UN PUNTO INTERIOR DE CADA PLANO Y TODA LA SUPERFICIE SE SOMBREA CON LA INTENSIDAD CALCULADA. CUANDO LA ORIENTACIÓN ENTRE PLANOS ADYACENTES CAMBIA EN FORMA ABRUPTA, LA DIFERENCIA EN INTENSIDADES DE SUPERFICIE PUEDE PRODUCIR UN EFECTOS ÁSPERO O IRREAL. PODEMOS ALISAR LAS DISCONTINUIDADES DE INTENSIDAD SOBRE CADA SUPERFICIE DE ACUERDO CON ALGÚN ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN.

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.

   La siguiente figura demuestra este esquema de interpolación.


ESTE PROCESO SE REPITE CON CADA LÍNEA QUE PASA POR EL POLÍGONO. EN ESTE MÉTODO DE INTERPOLACIÓN  PRIMERO DEBEN APROXIMARSE LAS NORMALES A LA SUPERFICIE EN CADA VÉRTICE DE UN POLÍGONO. ESTO SE LOGRA PROMEDIANDO LAS NORMALES A LA SUPERFICIE PARA CADA POLÍGONO QUE CONTIENE EL PUNTO DE VÉRTICE, COMO SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA. ESTOS VECTORES NORMALES DE LOS VÉRTICES SE UTILIZAN ENTONCES EN EL MODELO DE SOMBREADO PARA GENERAR LOS VALORES DE INTENSIDAD DE LOS VÉRTICES.


 Un ejemplo de un objeto de sombreado con el método de Gouraud.

SOMBREADO DE PHONG

  ESTE MÉTODO CREADO POR PHONG BUI TUONG TAMBIÉN SE CONOCE COMO ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN DE VECTOR NORMAL DESPLIEGA TOQUES DE LUZ MAS REALES SOBRE LA SUPERFICIE Y REDUCE CONSIDERABLEMENTE EL EFECTO DE LA BANDA DE MACH.


Aprecia la franja obscura que aparece justo a la derecha del gradiente, y la franja blanca que aparece justo a  la izquierda de éste.

  EL SOMBREADO DE PHONG PRIMERO INTERPOLA LOS VECTORES NORMALES EN LOS PUNTOS LIMITE 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. 















ALGORITMO DE TRAZO DE RAYAS

   PUESTO QUE PODRÍA GENERARSE UN NÚMERO INFINITO DE PUNTOS DE INTENSIDAD SOBRE LAS DIVERSAS SUPERFICIES DE UNA ESCENA, UN BUEN MÉTODO PARA DETERMINAR LAS INTENSIDADES ESPECULARES EN POSICIONES VISIBLES DE LA SUPERFICIE CONSISTE EN TRAZAR RAYAS HACIA ATRÁS DESDE LA POSICIÓN DE VISIÓN HASTA LA FUENTE DE LUZ. COMENZANDO DESDE LA POSICIÓN DE VISIÓN, LA RAYA QUE ATRAVIESA CADA PIXEL EN EL PLANO DE VISIÓN SE TRAZA HACIA ATRÁS A UNA SUPERFICIE DE LA ESCENA TRIDIMENSIONAL. ESTA TÉCNICA, CONOCIDA COMO TRAZO DE RAYAS, SE ILUSTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA.

  


   CUANDO SE ENCUENTRAN OBJETOS TRANSPARENTES EN EL PROCESO DEL TRAZO DE RAYAS, LAS CONTRIBUCIONES DE INTENSIDAD DE LA REFLEXIÓN ESPECULAR SE TOMA EN CUENTA. EN UNA SUPERFICIE TRANSPARENTE, LA RAYA SE DIVIDE EN LOS DOS COMPONENTES QUE SE MUESTRAN EN LA SIGUIENTE FIGURA. CADA RAYA SE TRAZA DESPUÉS EN FORMA INDIVIDUAL HACIA SU FUENTE.




  DESPUÉS QUE SE HA PROCESADO UNA RAYA PARA DETERMINAR TODAS LAS CONTRIBUCIONES DE INTENSIDAD ESPECULAR, SE FIJA LA INTENSIDAD DEL PIXEL CORRESPONDIENTE. LA FIGURA SIGUIENTE MUESTRA DOS VISTAS DE UNA ESCENA GENERADA CON TÉCNICAS DE TRAZO DE RAYAS.

SUPERFICIES FRACTALES

   PARA DETERMINAR NIVELES DE INTENSIDAD PARA LOS DIVERSOS PUNTOS DE LA SUPERFICIE DE UN OBJETO FRACTAL SE NECESITA ALGÚN MÉTODO PARA DETERMINAR  LAS NORMALES A LA SUPERFICIE. UN MÉTODO PARA REALIZAR ESTO CONSISTE EN REPRESENTAR A UN FRACTAL COMO UN NÚMERO DE PLANOS PEQUEÑOS CON UN CONJUNTO DE NORMALES A LA SUPERFICIE PARA CADA PLANO.

FRONTERAS DE SUPERFICIES CON ANTI SEUDÓNIMOS

  LAS LÍNEAS Y LAS ARISTAS DE POLÍGONOS PUEDEN ALIARSE CON TÉCNICAS DE ANTI SEUDÓNIMOS QUE AJUSTAN POSICIONES DE PIXELES O BIEN FIJA LAS INTENSIDADES DE LOS PIXELES DE ACUERDO CON EL PORCENTAJE DE ÁREA-PIXEL CUBIERTA EN CADA PUNTO. PUEDEN APLICARSE MÉTODOS DE ANTI SEUDÓNIMOS SEMEJANTES PARA ALISAR LAS FRONTERAS DE UNA ESCENA QUE CONTIENE UN CONJUNTO DE SUPERFICIES.



Interpolado
Sombreado Interpolado:
Resultado de imagen para interpolado graficacion
En lugar de evaluar la ecuación de iluminación para cada pixel, esta se interpola linealmente sobre un triángulo a partir de los valores determinados para sus vértices.

•Se puede generalizar para otro tipo de polígonos.
•A su vez, en lugar de realizar la interpolación para cada píxel, se puede hallar una ecuación de diferencia.
•Esta interpolación no evita la apariencia facetada. Según el objeto a modelar, esto es positivo o no.

Sombreado de malla poligonal
Una superficie curva se puede aproximar a otra facetada (malla poligonal)
No se logran buenos resultados en la interpolación, aunque se trabaje con una densidad alta de polígonos.




Sombreado de Gouraud
Resultado de imagen para Sombreado de Gouraud
Se determinan los valor es de la intensidad en cada punto por interpolación de las intensidades en
los valores de intensidad en los vértices de los polígonos.

1) A cada vértice se le asigna una normal


2) Se calculan las intensidades de los vértices usando algún modelo de iluminación ya visto.
3) Se interpola la intensidad en cada píxel del polígono.

Sombreado de Phong
Resultado de imagen para Sombreado de Phong
Se determinan las intensidades en cada punto ut ilizando la interpolación de los vector es normales en los vértices.

• Se calculan las normales en cada vértice.
• Se interpolan las normales par a obtener un vector normal en cada punto.
• Se calcula la int ensidad en cada píxel ut ilizando los vector es obtenidos y el modelo de iluminación escogido.
•Si se utiliza sombreado de Phong con n alto, la diferencia entre Phong y Gouraud puede llegar a ser notable.
•Normalizar un vector es costoso, y aplicar un modelo de iluminación a cada pixel también puede serlo.
Fuentes:

Introducción a la animación por computadora.

Historia, evolución y aplicación de la animación por computadora. La animación por computadora, comenzó entre los 40s y 50s, con la ...