Computerunterstüzung bei der Erstellung von Animation

Bei der Erstellung einer Animation müssen generell die drei verschiedenen Bereiche der Beleuchtung, Kamera und der Objekte beachten werden[TT90]. 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[Ihm95]. 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 (siehe Abb.6.7). 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 im Aufbau und Vielfalt der angebotenen Funktionen. Deshalb werden hier einige Verfahren nur kurz vorgestellt[Wil95b, MAC93]:

• Bewegungsbegrenzungen dienen zur Fehlervermeidung. Z.B. kann eine Billiardkugel sich nur auf einem Tisch bewegen. Bei einem Animationsfehler könnte die Kugel jedoch sonst über den Tisch hinausgehen oder sogar in den Tisch eindringen.
• Die Skelettanimation bietet eine Vereinfachung bei der Veränderung der Orientierung eines Objekts. Wie in Abb.6.13 zu sehen ist, ändert sich mit der Orientierung(Lage) des Arms gleichzeitig die Objektform. Zu sehen ist dieses in der Abbildung am Ellenbogen und an den Fingern. Die Skelettanimation bietet dem Benutzer den Vorteil, die Orientierung des Grafikobjekt mit Hilfe eines "`Knochengerüsts"' leichter zu verändern. Der Computer erechnet beim Bewegen des Skelettes automatisch die neue Lage und Form des Objekts.

   

• Physikalische Simulatoren versuchen, das Verhalten von Objekten unter natürlichen Bedingungen nachzubilden. Beispielsweise können Schwerkraft, Windverhältnisse und Masseträgheit bei der Erstellung einer Bewegungsanimation berücksichtigt werden. Dadurch wirkt die Bewegung der Objekte in der Animation realer[KB92].
• Hierarchische Animationen bieten die Möglichkeit einzelne Objekte relativ zu der Position anderer Objekte zu bewegen. Beispielsweise kann so das Sonnensystem modelliert werden: Der Mond dreht sich um die Erde. Gleichzeitig dreht sich die Erde um die Sonne. Die Bewegung des Mondes hängt somit von der Position der Erde ab. Die komplexe Bahnberechnung des Mondes übernimmt der Computer. Ein anderes Beispiel ist der menschliche Gang. Die Oberschenkel sind abhängig von der Position des Rumpfes. Daran wiederum sind Unterschenkel und schließlich Füße befestigt. Bewegungen des Rumpfes führen also zur Bewegung der Beine und Füße.
• Inverse Kinematik ist ebenfalls hierachisch aufgebaut, bietet dem Benuter allerdings noch weitere Hilfsmöglichkeiten. In Abb.6.14 ist ein hierachisches Modell zu sehen. Der Unterschenkel ändert zwar seine Position abhängig vom Oberschenkel, seine Eigenbewegung muß allerdings immer noch vorgegeben werden. Durch inverse Kinematik wird die Eigenbewegung gleichzeitig mit der neuen Position berechnet. Wird das unterste Glied in einer Objekthierachie bewegt, in diesem Fall der Fuß, folgen alle anderen Objekte entsprechend ihrer Verkettung nach.