Animacion

Introducción
• Animación por ordenador es el conjunto de técnicas que
emplean el ordenador para generación escenas que produzcan
la sensación de movimiento.
• Orígenes: apoyo a los dibujantes de animación tradicional.
– 1974: Una película generada por ordenador gana el festival de
Cannes
– Uso masivo en la industria cinematográfica para crear efectos
especiales
• Existen procesos físicos que deben ser simulados empleando
animación por ordenador: simulación de accidentes.
• La animación aporta información importante a las escenas
modeladas.

Introducción
• Las animaciones más complejas requieren el uso de métodos
de disciplinas muy variadas: robótica, dinámica analítica,
dinámica de fluidos, biología, sistemas caóticos, psicología e
inteligencia artificial.
• Considerar estos factores introduce sensación de realidad
• En este tema:
– Técnicas básicas de animación tradicional
– Animación asistida por ordenador
– Animación generada por ordenador
– Animación controlada automáticamente

Animación tradicional
Fundamentos
• Animación se refiere al proceso de generación de imágenes
donde cada imagen es una alteración de la anterior.
• La presentación de estas imágenes a una velocidad suficiente
produce la sensación de movimiento.

Fundamentos
• Ejemplo:

Fundamentos
• Ejemplo:
cuadros

Fundamentos
• Ejemplo:
cuadros
• Los cuadros, marcos o frames se graban en fotogramas de una
película y se proyecta a una velocidad alta

Fundamentos
• Persistencia de la visión:
– Propiedad del sistema ocular que permite la subsistencia de una
imagen en la retina durante un breve instante de tiempo.
– Si llega otra imagen antes de que se desvanezca la primera, el
cerebro las funde.
– Umbral crítico de fusión.
– En cine se utilizan 24 cuadros por segundo.
• Gran volumen de trabajo -> técnicas específicas
– Animación por cuadros clave
– Animación por capas
– Rotoscopia

Animación por cuadros clave
• El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes
• Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre
cuadros clave.

• El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes
• Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre
cuadros clave.
• Ejemplo:

• Animación por cuadros clave
– El dibujante principal dibuja los cuadros más importantes
– Un dibujante secundario dibuja los cuadros de transición entre
cuadros clave: in-betweening
– Ejemplo:

Animación por capas (cel animation)
• Los objetos se dibujan en acetatos transparentes
• El fondo se dibuja en otro acetato
• Las escenas se crean superponiendo capas

• Los objetos se dibujan en acetatos transparentes
• El fondo se dibuja en otro acetato
• Las escenas se crean superponiendo capas
• Ejemplo:

• Ejemplo:
• Ventajas
– Permite reutilizar trabajo
– Facilita la animación
– Explosión de partes

Rotoscopia
• Proceso:
– Grabación de un movimiento complejo
– Copia del movimiento por parte del dibujante
• Paso hacia la producción industrial:
– Reutilización, división de tareas, especialización,
solapamiento en el tiempo.
• Los computadores entran a formar parte del proceso
de producción de animación tradicional para reducir
el tiempo de trabajo -> animación asistida por
computador.

Animación Asistida por Computador
Introducción
• Objetivo:
Liberar al dibujante de las actividades más
tediosas. El computador sustituye al dibujante
en algunas tareas.
• Tareas:
– Creación de cuadros
– In-betweening
– Movimiento a lo largo de trayectorias

Creación de cuadros
• Empleo de editores gráficos:
– Escanear bocetos, retocarlos y colorearlos
– Guardar personajes, recuperarlos y modificarlos:
librerías de personajes.
• Superposición de objetos para la animación
por capas.

In-Betweening
• El animador especifica dos dibujos clave y el ordenador calcula
los dibujos intermedios.
• Calcula puntos intermedios entre dos puntos correspondientes
de los cuadros clave mediante interpolación
• Ejemplo:
Po
Pf Pλ = Po + λ (Pf - Po), λ Î[0,1]
þ ý ü
î í ì
= 1 ,
+ + +
1
,.......,
1
, 2
1
0, 1
n
n
n n λ

In-Betweening
• Cuando el objeto es más complejo es más difícil
establecer la correspondencia
– Modelos de esqueletos

In-Betweening
• Modelos de esqueletos
• Ejemplo:

In-Betweening
• Modelos de esqueletos
• Ejemplo:
• Si uno de los claves
tiene más puntos que
otros, se subdividen los
segmentos de la
imagen con menos
puntos.

Movimiento a lo largo de trayectorias
• La interpolación lineal no es adecuada porque:
– Los movimientos no se suelen hacer a lo largo de trayectos
rectos.
– Los cuadros intermedios están separados por un intervalo
constante en el tiempo y en el espacio -> velocidad
constante.
• Las curvas P son un artificio que permite especificar
trayectorias introduciendo información espacial y
temporal en la misma gráfica.

• Ejemplo de Curvas P
– Los símbolos de los
cuadros están
equiespaciados en el
tiempo.
– A mayor distancia
espacial entre símbolos
mayor sensación de
velocidad.

• Ejemplo de Curvas P
– Los símbolos de los
cuadros están
equiespaciados en el
tiempo.
– A mayor distancia
espacial entre símbolos
mayor sensación de
velocidad.
– También se utilizar para
realizar in-betweening

Animación Generada por Computador
Introducción
• En animación generada por computador se generan las escenas
3D con los métodos conocidos de I.G. y se introducen
movimientos en dichas escenas
• Puede no tener nada que ver con la animación tradicional.
• Realiza animaciones que un dibujante no podría crear a mano.
• En animación generada por ordenador o animación 3D:
– Se especifican las escenas, dando valores a las características de
las entidades que las componen.
– Se especifica la evolución temporal de los valores de las
características.
• Para los instantes de tiempo en los que se deben dibujar los
cuadros, se calculan los valores de las características y se hace
el rendering de la escena.

Tipos
• En función de qué características de qué entidades se
modifiquen distinguimos los siguientes tipos de animación:
– Objetos
• Posición, orientación.
• Forma.
• Color, transparencia.
– Cámara:
• Posición.
• Punto hacia el que apunta.
• Apertura del angular.
– Fuentes de iluminación:
• Posición.
• Intensidad, Color,

Tipos
• En función de cómo se especifique la evolución de las
características distinguimos los siguientes tipos de animación:
– Animación basada en la forma de los objetos clave
– Animación paramétrica de cuadros clave
– Animación capturada
– Animación procedural

Animación basada en la forma de los objetos clave
• Los objetos se definen por los valores de sus vértices.
• La animación se especifica definiendo los objetos clave y la
correspondencia entre vértices.
• Los objetos intermedios se calculan interpolando los valores de
los vértices.

• Los objetos se definen por los valores de sus vértices.
• La animación se especifica definiendo los objetos clave y la
correspondencia entre vértices
• Los objetos intermedios se calculan interpolando los valores de
los vértices
• Ejemplo:

– Fundamento del Morphing 3D o metamorfosis 3D

Animación paramétrica de cuadros clave
• Las distintas entidades se definen por una serie de
parámetros que tienen asociados.
• Se especifican los valores de dichos parámetros los
cuadros clave.
• Los valores de los parámetros en cuadros intermedios
se calculan por interpolación

Animación paramétrica de cuadros clave
Posición(cm)
Apertura(grados)
Intensidad
Tiempo(s)
Tiempo(s)
Tiempo(s)

Animación capturada
• Los valores de los parámetros se obtienen desde el exterior.
• Conexión de dispositivos electromagnéticos.
• Captura de valores y posterior aplicación a los parámetros de las
entidades de las entidades.

• Los valores de los parámetros se obtienen desde el exterior.
• Conexión de dispositivos electromagnéticos.
• Captura de valores y posterior aplicación a los parámetros de las
entidades de las entidades.
• Ejemplo:

• Ejemplo:
• Muy utilizado en videojuegos y realidad virtual

Animación procedural
• También llamada animación algorítmica o modelada.
• Los valores de los parámetros son generados por un programa.
• Los programas implementan modelos de leyes físicas: gran
realismo.

• También llamada animación algorítmica o modelada.
• Los valores de los parámetros son generados por un programa.
• Los programas implementan modelos de leyes físicas: gran
realismo.
• Ejemplo:
a = Asen(w t +g )

• Ejemplo:
a = Asen(w t +g )
• Desaparece el concepto de clave.
• Dados unos valores iniciales el sistema evoluciona.

Resumen
• Tipos de animación generada por computador
– En función de las características que evolucionan
– Cómo se especifica la evolución
• Cuando queremos generar animaciones más complejas, hemos
de recurrir al empleo de técnicas más sofisticadas que se
agrupan bajo el nombre de control automático de la animación

cubrir 5 pasos” no se entiende
Control Automático de Animación
Introducción
• Las entidades que componen la escena están
gobernadas por un procedimiento que rige su
movimiento.
• En cada cuadro, el procedimiento intercambia
información con otros procedimientos asociados a
otras entidades.
• El movimiento se basa en módulos de Inteligencia
Artificial denominados.
• Las entidades así definidas se denominan ACTORES

cubrir 5 pasos” no se entiende
Introducción
• Para que un sistema de ACTORES permita crear
escenas que den sensación de realismo se han de
resolver 5 problemas:
– Cinemática inversa
– Control de movimientos empleando dinámica
– Considerar el impacto con el entorno
– Planificación de tareas
– Asociar un comportamiento a los actores

Paso 1: Cinemática Inversa y restricciones posicionales
• Técnica empleada para mover figuras articuladas: elementos
rígidos y articulaciones.
• Usado para modelar robots y animales vertebrados

• La forma natural de mover una figura articulada es desplazando el
elemento final de la estructura de manera que éste arrastre al resto de
elementos en el desplazamiento.
• Éste es el problema que intenta resolver la cinemática inversa, para
una posición final del elemento extremo de una figura articulada calcular
las posiciones del resto de elementos

• Complicado porque:
– No todas las
articulaciones se mueven
igual.
– No hay una solución
única.
• Solución:
– Incluir restricciones

Paso 2: Control de movimiento empleando dinámica
• La dinámica estudia el movimiento considerando las
fuerzas que lo generan.
• Establecer propiedades físicas de las entidades y las
fuerzas que actúan.
• El movimiento se genera aplicando las leyes de
Newton y de la dinámica de fluidos.
• Complementan las las definiciones cinemáticas
introduciendo realismo.
• Ejemplo:
– El movimiento de un brazo no puede ser igual que el de una
pierna.

Paso 3: Considerar el impacto con el entorno
• El movimiento de un objeto tiene un impacto con el
entorno y viceversa.
• Planificar trayectorias para evitar colisiones.
• Reaccionar ante las colisiones.
• Ejemplo:
– una figura humana se sienta en una silla.

Paso 4: Planificación de tareas
• Más cercano a la Inteligencia Artificial que a la
animación por computador
• Descomponer la especificación de una tarea en
acciones elementales para el actor.
• Ejemplo: una figura humana debe reaccionar ante la
orden “responde al teléfono”. La tarea debe
descomponerse
– Calcula la posición del teléfono
– Busca un camino hacia el teléfono
– Avanzar
– Coger el teléfono
– Decir “hola”

Paso 5: Los actores han de tener asociado un comportamiento
• El comportamiento es función de la naturaleza del
objeto
• El comportamiento se refiere a propiedades diversas
– Cómo se desplazan
– Cómo se comportan ante otros actores
• Los comportamientos suelen apoyarse en módulos
de inteligencia artificial.
• Ejemplo:
– Bandada de pájaros
– Pecera con peces

Perspectiva actual
• 5 pasos
– Cinemática inversa
– Control de movimientos empleando dinámica
– Considerar el impacto con el entorno
– Planificación de tareas
– Asociar un comportamiento a los actores
• Algunos puntos ya están resueltos en parte. En todos
ellos se investiga. Los beneficios serían importantes.

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Conclusiones
• Hemos estudiado: Fundamentos de animación tradicional,
Animación asistida por computador, Animación generada por
computador, Control automático por computador
• Un desafío de la investigación actual es crear entornos que
permitan:
– Integrar todas las técnicas
– Introducir seres humanos
– Dar sensación de realidad
• Parece un objetivo a muy largo plazo, pero la evolución es
vertiginosa
• Existen entornos de animación comerciales que integran estas
técnicas

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