ЛЕКЦИЯ

Тема: Средства и технологии работы с графикой

План:

1. Средства обработки графической информации

2. Графические редакторы

3. Аниматоры

4. Трёхмерная анимация

5. Программы двумерного и трёхмерного моделирования

Графика, картинки, фотографии - для компьютера это тоже знаки. Их преобразование производится с помощью очень интересных, но иногда весьма непростых технологий.

Средства обработки графической информации

Аппаратные средства

К аппаратным средствам создания и обработки графических изображений (рисунков, схем, фотографий и пр.) относятся в основном:

• мониторы и видеокарты, поддерживающие графический режим отображения;
• видеоускорители, ускоряющие выполнение графических операций и тем самым разгружающие центральный процессор;
• 3D-акселераторы, способные самостоятельно, без участия процессора, рассчитывать взаимное расположение фигур в трёхмерном пространстве и в реальном масштабе времени отображать требуемую двумерную проекцию на экране монитора;
• манипуляторы «мышь», без которых не мыслится работа большинства современных программных средств работы с графикой;
• сканеры как устройства оцифровки графических изображений;
• дигитайзеры (совместно со световым пером и графическим планшетом), преобразующие в векторный формат изображение, полученное в результате передвижения руки оператора;
• принтеры и графопостроители (плоттеры) в качестве основных устройств вывода графических изображений.

Программные средства

К программным средствам создания и обработки графических изображений относятся:

• графические редакторы;
• аниматоры;
• программные средства для работы с трёхмерной графикой;
• средства деловой графики;
• средства для создания презентаций, функции которых часто совмещают функции вышеперечисленных средств. Перечисленные средства могут встречаться в виде:
• отдельных самостоятельных программ (чаще всего это графические редакторы);
• отдельных модулей, входящих в состав других программных средств (например, Мастер диаграмм как составная часть текстового процессора или электронных таблиц);
• сложного комплекса программных модулей (большинство программных средств для работы с трёхмерной графикой, средства автоматизированного проектирования и т. п.).

Программы компьютерной графики и анимации представляют профессиональный интерес для художников и дизайнеров, полиграфистов и кинематографистов, разработчиков компьютерных игр и создателей образовательных программ, клип-мейкеров и учёных, а также любых специалистов, которым необходимо создавать, использовать и обрабатывать самые разнообразные изображения.

По своему профессиональному назначению средства компьютерной графики и анимации можно подразделить на следующие группы:

• пакеты компьютерной графики для полиграфии - позволяют дополнять текст иллюстрациями разного происхождения, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством;
• программы двумерной компьютерной живописи - графические редакторы;
• комплексы для обработки видеоизображений, необходимые для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись;

2. Графические редакторы

Графические редакторы (Painter, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Corel Draw!, FreeHand, Picture Man и другие) предназначены преимущественно для просмотра, создания и редактирования плоскостных (двумерных) статичных изображений.

Они используются и как самостоятельные средства, и в качестве одного из модулей дизайнерских, презентационных или анимационных программ.

Этот класс программ часто носит название 2Б-графика (D от англ. dimension - размерность). Они моделируют различные изобразительные инструменты (карандаш, ручка, уголь, аэрограф и др.), позволяют имитировать рисунки акварелью и маслом, а также создавать эффект натуральной среды. На рис. 1 показан рисунок, созданный в графическом редакторе.

Рис. 1. Рисунок, созданный в графическом редакторе

Пользовательское меню графического редактора чаще всего включает в себя возможность выбора:

• цвета линий и фона;
• толщины и типа линий;
• инструментов (графические примитивы, сопровождение надписями, средства выделения фрагмента изображения и прочее);
• простейших вариантов преобразования выделенного фрагмента (копирование, удаление, симметричное отображение, масштабирование, наклон, растушёвка и прочее);
• операций над изображением в целом (сохранить на внешнем носителе, установить атрибуты изображения - размер, цветность, формат файла и прочее, вывести на печать и т. п.);
• операций над слоями изображения (наложение слоев, использование прозрачности слоя и пр.).

Применение всевозможных эффектов базируется на алгоритмах, работа которых заключается в преобразовании цветов отдельных пикселей изображения в соответствии с определёнными математическими формулами.

Пример. Графический редактор Photoshop 5.0 включает в себя в качестве инструментов для обработки изображений разнообразные эффекты.

1. Применяя последовательно поворот изображения на 90°, эффект «Ветер», обратный поворот на 90°, эффект «Дрожание», эффект «Размытие», и смену палитры, можно из обычного текста получить изображение «огненной» надписи (рис. 2).

Рис. 2. «Огненная» надпись из обычного шрифта

2. Последовательно применив к белому листу фильтр «Облака», стиль «Найти края» и выбрав режим автоматического подбора уровней чёрного и белого цвета, можно получить вполне реалистичное изображение каменистой поверхности (рис. 3).

Рис. 3. «Каменистая» поверхность

Большинство графических редакторов создают растровые (точечные) изображения, хотя имеют возможности работать и с векторной графикой. Программы-аниматоры и программы для работы с трёхмерной графикой часто используют векторный способ кодирования изображений. Это связано с тем, что при использовании растровой графики существенную часть работы по построению изображения надо делать вручную, в том числе прорисовывать промежуточные кадры в анимации.

Настоящее объёмное (трёхмерное, 3D) изображение проще создать с помощью векторной графики. Этот метод больше походит на черчение, причём часто трёхмерное. С помощью векторной графики объекты строятся из так называемых примитивов - линий, окружностей, кривых, кубов, сфер и т. д. Примитив не нужно рисовать - выбрав пиктограмму с изображением или названием, например, сферы, вы просто задаёте её параметры (координаты центра, радиус, количество граней, составляющих трёхмерные поверхности и т. п.), а уж компьютер чертит её сам.

Технологию создания трёхмерного изображения можно разделить на три основных этапа.

Этап 1 . На этом этапе, который называется каркасной аппроксимацией, строится каркас будущего изображения - производится представление всех криволинейных поверхностей в виде пространственной сети, состоящей из двумерных граней. Чем мельче это разбиение, тем более правдоподобно будет выглядеть картинка.

Этап 2 . Этап геометрических построений поверхностей включает построение сцены: заполнение поверхностей, создание перспективы, учёт влияния источников света и пр.

Этап 3 . На заключительном этапе выбираются материалы (текстуры), в соответствии с которыми происходит раскраска поверхностей, и запускается процесс визуализации (Rendering). Это, как правило, довольно длительная процедура построения реалистичного изображения по созданной каркасной модели и указанным материалам.

Процесс создания трёхмерного объекта и его преобразование в двумерное представление осуществляется совместно центральным процессором и графическим процессором, расположенным на карте видеоадаптера или 3D-акселератора. При этом координаты объекта сначала преобразуются в физические, а затем в 2D-координаты экрана монитора (путём построения различных ортогональных и аксонометрических проекций). После этого 3D-акселератор выполняет раскраску и заполнение каждого пикселя изображения. Этапы создания трёхмерного изображения проиллюстрированы на рис. 4.

3. Аниматоры

Аниматоры (Animator Pro, Power Animator, Animation Works Interactive, Animo и др.) могут работать как с двумерными, так и с трёхмерными изображениями.

В отличие от традиционной анимации, где каждый кадр рисуется вручную, в компьютерной двумерной анимации значительную часть рутинной работы берёт на себя программа.

Рис. 4. Поэтапное создание трёхмерного изображения

Пример. Используя специальные инструменты пользовательского меню программы-аниматора, можно задать движение по траектории (программа создаст соответствующие промежуточные кадры - рис. 5) или плавно изменить палитру в течение нескольких кадров (например, постепенно затемнить изображение или убрать часть цветов).

Рис. 5. Задание движения выделенного объекта-спрайта

Некоторые технологии создания анимационной графики

Классическая анимация. Этот метод представляет собой поочерёдную смену рисунков, каждый из которых нарисован отдельно (принцип мультфильма). Он очень трудоёмок из-за необходимости создания каждого рисунка.

Спрайтовая анимация. Это анимация, чаще реализуемая при помощи языка программирования или специального инструментального средства. В спрайтовой анимации отсутствует понятие кадра (принцип подвижных игр). Спрайт представляет собой растровое изображение небольшого размера, которое может перемещаться по экрану независимо от остального изображения (рис. 5).

Морфинг. Это преобразование одного графического образа в другой. Часто выполняется программно. Программа, реализующая специальные математические методы преобразования данных, генерирует заданное количество промежуточных кадров, которое обеспечивает плавный переход начального образа в конечный.

Анимация цветом. Положение объектов не изменяется, меняется лишь цвет.

4. Трёхмерная анимация

Трёхмерная анимация (программы 3D Studio, Power Animator, Truespace, Prisms, Three-D, RenderMan, Crystal Topas и др.) по технологии напоминает кукольную: вы создаете каркасы объектов, накладываете на них материалы, компонуете всё это в единую сцену, устанавливаете освещение и камеру, а затем задаёте количество кадров в фильме и движение предметов. Посмотреть происходящее можно с помощью камеры, которая тоже может двигаться.

Пример. Программа 3D Studio позволяет работать с неограниченным числом камер с масштабированием изображения в реальном времени, подвижными камерами; возможно управление углом зрения, а также моделирование крупноформатной камеры с изменяющейся перспективой. 3D Studio позволяет использовать несколько впечатляющих способов работы со светом, например, может задать лучевой источник света, имитирующий падение солнечного света с образованием теней; подсветку неподвижных и движущихся цветных растровых образов и т. д. Движение объектов в трёхмерном пространстве задаётся по траекториям, ключевым кадрам и с помощью формул , связывающих движение частей сложных конструкций. Подобрав нужное движение, освещение и материалы, вы запускаете процесс визуализации. В течение некоторого времени компьютер просчитывает все необходимые кадры и выдаёт вам готовый фильм. Недостаток, следующий из такой техники создания изображения, - это чрезмерная гладкость форм и поверхностей и некоторая механистичность движения объектов. Правда, эти проблемы преодолимы. В анимационных пакетах улучшаются средства визуализации, обновляются инструменты для создания спецэффектов и увеличиваются библиотеки материалов. Для создания «неровных» объектов, например, волос или дыма, используется технология формирования объекта из множества частиц. Вводятся разнообразные методы «оживления», разрабатываются новые технологии совмещения видеозаписи и анимационных эффектов, используются инструменты точной синхронизации звука и изображения, что позволяет сделать сцены и движения более реалистичными.

Пример. Программа Power Animator использует движение по подобию как один из методов «оживления». Записав на цифровую видеокамеру движения живого актёра, можно «заставить» созданный в аниматоре персонаж повторять их с помощью специальной функции. В результате гном из «Белоснежки» будет двигаться с изяществом выбранного актёра. А если что-то не понравится, есть возможность подредактировать всё по ходу дела.

Технология открытых систем позволяет работать сразу с несколькими пакетами. Можно создать модель в одном пакете, разрисовать её в другом, оживить в третьем, дополнить видеозаписью в четвёртом.

5. Программы двумерного и трёхмерного моделирования

Программы двумерного и трёхмерного моделирования (AutoCAD, Sketch!, Ray Dream Designer, Crystal 3D Designer, AutoStudio и др.) применяются для дизайнерских и инженерных разработок.

Пример. Программу AutoCAD часто рассматривают как графическое ядро систем автоматизированного проектирования (САПР): она реализует основные операции по созданию и редактированию линий, дуг и текста, создает 2D- и ЗБ-модели; автоматизирует решение многих расчётных задач, возникающих в процессе проектирования. В программе Auto Studio к традиционным методам трёхмерной графики добавлены средства редактирования моделей и анимации, разработанные специально для дизайнеров автомобилей.

Средства компьютерного графического моделирования используются конструкторами и архитекторами. Широко применяются они и в научных исследованиях (рис. 4.5.6).

6. Программы для научной визуализации

Программы для научной визуализации (Surfer, Grapher, IRIS Explorer, PV-Wave, Khronos, Data Visualizer, MapViewer и др.) могут быть предназначены для различных целей - от решения проблем муниципального планирования до визуализации солнечных взрывов.

Наиболее часто они применяются:

• для создания поверхностей, описываемых функциями типа z=f(x,y), и графиков, описываемых функциями типа у= f(x);
• для построения цветных карт;
• для создания моделей погодных условий и океана и т. п.

Пример. Пакет Map Viewer позволяет вводить и корректировать карты - изменять масштаб, преобразовывать координаты, а также обрабатывать и выводить в графическом виде числовую информацию, связанную с картами - например, демографические данные.

С помощью пакета Earth Watch можно моделировать и демонстрировать трёхмерную картину метеоусловий над Землей, строить топологические поверхности по космическим снимкам и давать прогноз погоды на неделю вперед (рис. 7).

знать

Каппаратным средствам создания и обработки графических изображений (рисунков, схем, фотографий и пр.) относятся в основном:

Монитор и видеокарта, поддерживающая графический режим отображения;

Видеоадаптеры (видеоускорители);

3D-акселераторы;

Манипуляторы «мышь»;

Сканеры;

Дигитайзеры;

Принтеры и графопостроители (плоттеры).

К программным средствам создания и обработки графических изображений относятся:

Программы двумерной компьютерной живописи - графические редакторы, предназначенные преимущественно для создания и обработки плоскостных (двумерных) статичных изображений;

Средства деловой графики;

Пакеты компьютерной графики для полиграфии - позволяют дополнять текст иллюстрациями разного формата, создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую продукцию на печать с высоким качеством;

Презентационные пакеты, используемые как средства создания разнообразных слайдов для сопровождения докладов, выступлений, рекламных акций;

Программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино;

Программы для двумерного и трёхмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок;

Пакеты трёхмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;

Программы для научной визуализации.

Контрольные вопросы

1. Что относится к аппаратным средствам создания и обработки графических изображений (рисунков, схем, фотографий и пр.)?

2. Какие программные средства создания и обработки графических изображений Вы знаете?

3. Определите, с каким типом графики - векторной или растровой - работает графический редактор, установленный на вашем компьютере. Обладает ли он хотя бы некоторыми функциями аниматора?

Растрирование полноцветных документов

Полноцветные документы выводятся последовательно на четыре пленки, соответствующие четырем базовым компонентам модели CMYK.

С другой стороны, базовые цвета растрируются отдельно с различными углами наклона растровой сетки. Традиционно угол наклона при печати монохромных документов и при печати плашечными цветами составляет 45° - это значение, как показала практика, обеспечивает наилучшую маскировку линœейной структуры растра.

На практике с разными углами наклона растра приходится иметь дело исключительно при печати триадными цветами. Следует иметь в виду, что нанести триадные краски на лист без изменения угла наклона растра просто невозможно - в противном случае цветные точки, соответствующие базовым цветам, будут просто печататься друг поверх друга.

Углы наклона растров для базовых цветов должны быть подобраны таким образом, чтобы были видны всœе точки - без этого цвета не смогут смешаться в глазу смотрящего, чтобы образовать нужный цвет. И в данном случае не удастся избежать частичного перекрытия точек друг другом, но, поскольку триадные краски полупрозрачны, это не составляет проблемы

Анимацией принято называть искусственное представление движения в кино, на телœевидении или в компьютерной графике путем отображения последовательности рисунков или кадров с частотой, при которой обеспечивается целостное зрительное восприятие образов.

Анимация, в отличие от видео, использующего непрерывное движение, использует множество независимых рисунков.

Синонимы ʼʼанимацииʼʼ – ʼʼмультипликацияʼʼ – очень широко распространены в нашей стране. Анимация и мультипликация - ϶ᴛᴏ лишь разные определœения одного и того же вида искусства.

Более привычный для нас термин произошел от латинского слова ʼʼмультиʼʼ – много и соответствует традиционной технологии размножения рисунка, ведь для того, чтобы герой ʼʼожилʼʼ, нужно многократно повторить его движение: от 10 до 30 рисованных кадров в секунду.

n Классическая (традиционная) анимация представляет собой поочередную смену рисунков, каждый из которых нарисован отдельно. Это очень трудоемкий процесс, так как аниматорам приходится отдельно создавать каждый кадр.

n Стоп-кадровая (кукольная) анимация. Размещенные в пространстве объекты фиксируются кадром, после чего их положение изменяется и вновь фиксируется.

n Спрайтовая анимация реализуется при помощи языка программирования.

n Морфинг – преобразование одного объекта в другой за счёт генерации заданного количества промежуточных кадров.

n Цветовая анимация – при ней изменяется лишь цвет, а не положение объекта.

n 3D-анимация создается при помощи специальных программ (к примеру, 3D MAX). Картинки получаются путем визуализации сцены, а каждая сцена представляет собой набор объектов, источников света͵ текстур.

n Захват движения (Motion Capture) – первое направление анимации, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ дает возможность передавать естественные, реалистичные движения в реальном времени. Датчики прикрепляются на живого актера в тех местах, которые будут приведены в соответствие с контрольными точками компьютерной модели для ввода и оцифровки движения. Координаты актера и его ориентация в пространстве передаются графической станции, и анимационные модели оживают

Часто в базе анимации лежат преобразования. К примеру, скелœетная анимация появляется в результате применения последовательности матриц преобразования, применяемых к костям скелœетной структуры меша.

Эти преобразования включают перемещение, масштабирование и вращение. Большей частью преобразования являются вращениями. Кости поворачиваются в сочленениях; обычно только корневая кость может перемещаться по миру, и даже тогда лучше преобразовывать мир (чем напрямую перемещать кости).

По степени детальности проработки покадрового изображения различают классическую (детальную) и лимитированную (ограниченную) анимации. В первом случае крайне важно значительное количество рисунков на каждую секунду экранного действия. Иногда каждый кадр требует отдельного рисунка. В лимитированной анимации используется как можно больше повторов уже сделанных фаз. Как правило, в такого рода фильмах на секунду экранного времени затрачивается не более шести рисунков.

Детальная анимация обязательна при расчете быстрого и плавного движения. В противном случае быстрое движение не прочтется на экране, а медленное может сопровождаться дрожанием контурных линий. В остальных случаях вполне оправдана ограниченная анимация. При этом нередко используют прием удвоения рабочих кадров (смена изображений 2х12 раз в секунду вместо нормальных 24 всœе равно будет восприниматься глазом как непрерывность). Зрительный эффект практически неотличим, а экономия ресурсов существенна.

Качество анимации - достаточно относительный показатель. Раньше оно оценивалось количеством кадров в секунду.

Человеческий мозг не успевает воспринимать всю последовательность из 25 кадров, он лишь схватывает движение, а для этого достаточно 3-5 кадров в секунду. По этой причине качество анимации зависит не от количества кадров в секунду, а от качества передачи движения. Правильно нарисованные кадры кажутся живыми даже по отдельности. Принципы диснеевской анимации были получены практическим путем, исходя из опыта конкретной повсœедневной работы. Οʜᴎ оказались столь эффективными, что их изучение стало обязательным сначала для аниматоров Диснея, а потом и для аниматоров всœего мира.

В целом это наиболее полный набор технологических приемов, необходимых для создания образа и его динамики в анимационном фильме. Фильмы, построенные в соответствии с этими принципами, удобно и комфортно смотреть. Дисней для создания своих фильмов использует следующие 12 принципов анимации:

n сжатие и растяжение;

n подготовка, или упреждение (отказное движение);

n сценичность;

n компоновки и фазованное движение;

n сквозное движение (или доводка) и захлест действия;

n ʼʼмедленный входʼʼ и ʼʼмедленный выходʼʼ;

n движения по дугам;

n дополнительное действие, или выразительная деталь;

n расчет времени;

n преувеличение, утрирование;

n ʼʼкрепкийʼʼ (профессиональный) рисунок;

n привлекательность.

В 1996 ᴦ. компания Macromedia разработала стандарт flash-графики. Основное назначение этой технологии работы с графикой – создание высококачественных анимационных изображений для веб-страниц. Необходимость передачи веб-страниц по линиям связи в компьютерных сетях диктует одно из базовых требований к технологии создания рисунка – небольшой размер результирующего файла.

В корне flash-анимации, популярной технологии создания анимации, лежит векторная графика. Эта технология позволяет реализовать движение, плавно изменяя расположение, размер и цвет объектов на рисунке, а также показать плавное превращение одного объекта в другой.

Аниме - японская анимация.

В отличие от мультфильмов других стран, предназначенных в основном для просмотра детьми, бо́льшая часть выпускаемого аниме рассчитана на подростковую и взрослую аудитории, и во многом за счёт этого имеет высокую популярность в мире. Аниме отличается характерной манерой отрисовки персонажей и фонов. Издаётся в форме телœевизионных сериалов, а также фильмов, распространяемых на видеоносителях или предназначенных для кинопоказа. Сюжеты могут описывать множество персонажей, отличаться разнообразием мест и эпох, жанров и стилей.

Аниме произошло из трех вещей:

‣‣‣ манга (герои и сюжет)

‣‣‣ японский театр кабуки и бунраку (темы и подтексты)

‣‣‣ анимации Диснея (технология),

которая в последствии трансформировалась в совершенно новый стиль. Первые две вещи являются ключевыми - именно они отделяют аниме от остальной анимации. Вследствие того, что аниме произошло от Диснея, в нем используются многие принципы Диснеевской анимации, однако большинство принципов было изменено.

Сжатие и растяжение (squash&stretch).

Сжатие и растяжение используется достаточно умеренно. В то время как творчество Диснея приближено к карикатурам (cartoon - первоначальное значение карикатуры, в последствии мульт), аниме – к реализму.

Упреждение (или отказное движение) (Anticipation)

Упреждение используется только там где без него не обойтись. Это - прыжки, битвы и всœевозможные заклинания. Любой принцип Диснея является преувеличением, в связи с этим очень часто герои Диснея прежде чем побежать осуществляют своеобразный замах ногой и т.п., что смотрится чересчур смешно. Аниме фильмы - это больше театр, нежели карикатура.

Сценичность (staging).

В аниме всœе внимание сосредотачивается на выражении лица и позе персонажа, что приводит к большему эмоциональному воздействию на зрителя.

Сквозное движение и захлест (follow through и Overlapping actions).

Ни в одной анимации мира сквозное движение не развито, так как в аниме. Волосы персонажей почти всœегда развеваются по ветру. Плащи волшебников и рыцарей могут развеваться даже в закрытых помещениях. Японцы уделяют очень много внимания сквозному движению и захлесту, это придает еще более живой вид персонажам.

ʼʼМедленный входʼʼ и ʼʼмедленный выходʼʼ (Ease In & Ease out).

Японские аниматоры усиливают действие принципа для придания большей инœерции персонажу.

Второстепенные действия (Secondary actions) и преувеличение.

В аниме эти два принципа используются вместе. По отдельности они просто не существуют. Наиболее характерным моментом, где используется данный принцип является удивленное выражение лица персонажей. При этом и без того большие глаза увеличиваются почти вдвое.

Профессиональный рисунок.

Аниме и профессиональный рисунок - понятия неразделимые. В Японии дизайном персонажей занимаются отдельные люди.

Привлекательность (Appeal).

Привлекательность аниме персонажей складывается из нескольких факторов:

§ большие глаза, которые достались в наследство от Диснея, придают герою юный и доброжелательный вид;

§ большая голова - делает героев похожими на детей. Даже самый страшный монстр может стать безобиднее мышонка, в случае если ему немного изменить пропорции тела. У взрослых персонажей часто очень длинные ноги (чуть больше туловища с головой), за счёт чего они выглядят более стройно. Первые два фактора объединяет карикатурный стиль ʼʼсупер-деформацииʼʼ (super-deforme

Звук - физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые по отношению к тому, как они воспринимаются органами чувств животных и человека.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит колебания, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Звук

‣‣‣ ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком

‣‣‣ выше: до 1 ГГц, - ультразвуком

‣‣‣ от 1 ГГц - гиперзвуком

Оцифровка звука в ПК осуществляется в результате процессов дискретизации и квантования, которые происходят одновременно.

Дискретизация - это преобразование непрерывного звукового сигнала в набор дискретных уровней сигнала. С помощью временной дискретизации непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки.

В процессе квантования для каждого такого участка определяется величина уровня громкости (интенсивности звука).

Частота дискретизации звука – количество измерений громкости звука за одну секунду. Она может лежать в диапазоне от 8000 до 48000 измерений громкости звука за одну секунду (8 – 48 кГц;).

Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 КГц.

Из теоремы Найквиста-Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его отсчетам, частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала. В случае если принять, что максимальная слышимая частота составляет 20 кГц., то минимальной требуемой частотой дискретизации является величина 40 кГц.

Сегодня самыми распространенными частотами дискретизации являются 44,1кГц и 48 кГц. В последнее время установлено, что обертоны свыше 20 кГц вносят немалый вклад в звучание. По этой причине появляются преобразователи, использующие частоты дискретизации 96кГц и 192 кГц, а в недалеком будущем ожидается появление систем с частотой дискретизации 384 кГц.

Учитывая зависимость отхарактера звука и требований, предъявляемых к его качеству и объёму занимаемой памяти, выбирают параметры оцифровки звука.

При записи на компакт-диск используется 16-битовое кодирование при частоте дискретизации 44,032 кГц. При работе же только с речевыми сигналами достаточно 8-битового кодирования при частоте 8 кГц.

«Компьютерная анимация» - С помощью графических редакторов, например, AdobePhotoshop или GIMP. ПО для создания анимации: Анимация в презентациях; Gif-анимация; «Anima» - одушевление. Flash-анимация; Машина БЭСМ-4. Запись движения. «Multiplikato» - (лат.) умножение. Процедурная анимация. 1) объемная анимация. 2) живописная анимация. 3) перекладочная анимация. 4) компьютерная анимация.

«Технология в школе» - Еткс - единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий. Государственное регулирование. Организация. Условия успешности обучения. Перераспределение доходов за счет социальной поддержки. Начальное профессиональное образование. Основные виды работ и профессий. Факторы микросреды. Задачи профильного и предпрофильного образования.

«Анимации» - Удаляем ненужные узлы в иерархии. Первый вариант реализации. Избавляемся от дубликации в дисплей-листах. Варианты интерполяции матриц. Анимации геометрии (3 Мб). Содержание. Уменьшение частоты квантования: результат. Размеры анимаций на картридже огромны. Удаляем ненужные узлы в иерархии: результат.

«Технология 6 - 7 - 8 класс» - Где сливки отстоятся быстрее? Дипломат и способ приготовления селедки. Что приходит во время еды? То, из чего изготавливается одежда. В чём измеряется электрическая энергия? Слово, от которого не становится сладко во рту, сколько ни повторяй. Из какого семейства тюльпан? Что измеряет счетчик электрической энергии?

«Анимации по информатике» - Графическая информация и компьютер. Компьютерная графика. Одно из ведущих направлений развития современных информационных технологий. Под словом «мультимедиа» понимают воздействие на пользователя по нескольким информационным каналам. Области применения компьютерной графики. Используется в работе инженеров - конструкторов, изобретателей новой техники.

«Gif-анимация» - Технология создания gif-анимации в Photoshop или ImageReady. И так повторять, пока не поместим все необходимые слои. Что такое аватар? Изменение производим с помощью свободной трансформации. Переходим в Adobe Image Ready. Для запуска анимации необходимо установить время для смены кадров. Скопировать изображение на несколько слоев.

Городской конкурс исследовательских работ «Я – исследователь»

Секция : информатика

Название работы :

«Компьютерные технологии создания анимаций
(или Создавать анимации - это весело)»

Осипова Софья Павловна

г.о. Тольятти

3 класс

Научный руководитель:

Осипова Светлана Леонидовна

учитель информатики

МБУ «Классическая гимназия № 39»

г. Тольятти 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Что я люблю, что умею и чему хочу научиться?

Я люблю рисовать, танцевать, слушать музыку, играть в развивающие игры на компьютере, смотреть мультфильмы, создавать простейшие программы в визуальной объектно-ориентированной среде программирования СКРЕТЧ с элементами анимации.

В прошлом году на конкурсе «Я – исследователь» в этой среде представляла программу «Электронное пианино».

В этом году мне стало интересно, а какие компьютерные технологии, доступные ученикам начальной школы, позволяют создавать анимационные («живые») изображения?

Как оживить изображение, не используя язык программирования? Вопрос проблемный. И в чем проблема ? Проблема в самом вопросе - это противоречие между тем, что я умею и что хочу. Умею и люблю рисовать, но не знаю компьютерных технологий, которые позволяют совершенствовать изображения, делая их анимированными.

Эти технологии есть, а через Интернет я познакомилась с программами, которые позволяют делать анимации от простейших до профессиональных мультипликационных фильмов.

Актуальность работы обусловлена ролью компьютерных технологий в современном обществе, интересом детей любого возраста к компьютерам и стремлением их к созданию своих «шедевров». Не знаю – узнаю, не умею – научусь – такой девиз мой.

Итак, объект работы - компьютерная графика, предмет – компьютерная анимация.

Цель работы провести анализ доступных для моего возраста компьютерных программ создания анимации и реализовать в выбранных программных средах фрагмент какой- либо сказки.

Задачи

выбрать несколько программ для анимации изображений и изучить технологию работы в них,

сравнить выбранные технологии по созданным критериям,

создать в этих средах сказку «Лиса и Колобок на просторах Интернета»,

сравнить программы, в которых «живут» герои и сделать выводы на основании опроса учащихся моего класса.

Этапы работы

выбрать для изучения технологии создания анимаций программы Ope n Office Impress , Microsoft Power Point , Конструктор сказок Мульти- Пульти и знакомую мне среду программирования СКРЭТЧ,

выполнить в нескольких средах одну и ту же анимацию «Мальвина делает реверанс», сравнить ее по заранее созданным критериям, сделать вывод,

создать анимационные сценки с озвучиванием для фрагмента сказки «Лиса и Колобок на просторах Интернета» и реализовать его в двух программных средах: - в визуальной среде программирования СКРЭТЧ и мультимедийной среде Microsoft Offifce Power Point , подключив готовые мелодии и звуки,

сравнить созданный мультфильм, «живущий» в разных средах героев и сделать выводы.

В ходе работы над проектом использованы такие методы исследования , как анализ источников информации, сравнение, опрос. Сравнение различных технологий необходимо для выбора наиболее доступных для младшего школьного возраста программ, в которых можно оживить разные истории. Разработанные алгоритмы позволят описанные технологии изучать как самостоятельно дома, так и на уроках информатики и во внеурочной деятельности. В этом практическая значимость проекта. В дальнейшем можно свою исследовательскую работу опубликовать, например, на сайте .

Анимация – что это?

Анимация (animation) - производное от латинского "anima" - душа, следовательно, анимация означает одушевление или оживление. В кино анимацию чаще называют мультипликацией (дословно - "размножение"). Мультипликация – технические приемы получения движущихся изображений

Мультипликация - искусство молодое и в то же время древнее. Молодое, потому что оно начало развиваться как искусство сравнительно недавно. Появились компьютерные программы, способные создавать на экране иллюзию движения графического персонажа. Древнее потому, что еще с незапамятных времен наши предки стремились изобразить действие, движение в его развитии. Об этом говорят и первобытные наскальные рисунки, где изображены олени с шестью или десятью ногами, чтобы передать иллюзию бега, и последовательные рассказы в серии рисунков, выполненные на египетских пирамидах и др.

Компьютерные технологии (компьютерные программы) для создания анимации

1. 1. Краткий обзор по материалам Интернета

По ссылке можно ознакомиться со списком и описанием различных программ как бесплатных, так и платных (лицензионных). Большинство программ на английском языке. Есть совсем простые, например, Pivot Stickfigure Animator – небольшая программа, предназначенная для создания простой анимации с использование фигуры человека, выполнить и получится человек, который, например, делает зарядку.

Такая экскурсия по Интернету показала, что в море анимационного программного обеспечения легко заблудиться. Потому было решено остановиться на программах, которые относятся к мультимедийным, не требуют скачивания, просты в освоении, а, главное, установлены дома и в компьютерном кабинете гимназии.

1. 1. Мультимедиа технология Open Office Impress

Эта программа предназначена для создания презентаций (аналог Microsoft Power Point), но имеет встроенный графический редактор, позволяющий создавать анимированное изображение и экспортировать его в анимированный gif- формат.

Алгоритм создания такого изображения подробно описан в Справке OO Impress.

Алгоритм создания анимированного изображения и экспорта его в формат gif

1. 1. На одном слайде создать (или вставить на слайд готовые рисунки) несколько изображений, которые представляют анимацию (например, Мальвина делает реверанс . Рисунки взяты из Конструктора мультфильмов Мульти-Пульти )

1. 1. Выделить вставленные рисунки - меню Вставить - Анимированное изображение - Принять по одному - Растровый рисунок - Установить на каждом кадре длительность показа (например,1 сек) – Количество повторов (например, макс) – Создать – На слайде появится анимационная картинка (смена кадров через установленную длительность).

      Для сохранения в анимированном gif- формате надо выполнить следующее: Выделить анимированное изображение - меню Файл - Экспорт – Выбрать место сохранения - Ввести имя файла - Изменить тип файла на gif – Поставить флажок на Выделение – ОК – Еще раз ОК. После этого графический gif-файл будет сохранен и его можно просмотреть или через Flash Player , или через Internet Explorer .

   2. Мультимедиа технология Microsoft Power Point

Эта программа предназначена для создания презентаций, но позволяет создавать анимации для объектов, находящихся как на одном слайде, так и на нескольких. Позволяет анимировать изображения (создавать движение для нескольких объектов одновременно), внедрять на слайд звук.

Алгоритм создания анимации с объектами, находящимися на одном слайде

Открыть MS Power Point .

Главная – Макет – Пустой слайд.

Вставляем заранее заготовленные изображения для анимации (например, Мальвину).

Устанавливаем изображение, начиная со 2-го на передний план; (ПКМ – на передний план);

Делаем анимацию для каждого изображения (Анимация- Вход – Выцветание, Анимация – Начало - Запуск после предыдущего – Длительность (1))

Перемещаем на первое изображение все остальные последовательно так, чтобы границы совпали (для более точного перемещения используем стрелки клавиатуры)

Проверяем работу через Показ слайдов или клавиша F 5

Сохраняем Файл сохранить как – имя файла. По умолчанию формат файла в Microsoft Power Point 2010 установлен. pptx .

В среде Microsoft Power Point мною создан мультик «Колобок и Лиса на просторах Интернет»

1. 1. Конструктор сказок Мульти- Пульти

Компьютерная программа Мульти- Пульти является мультимедийной, позволяет создавать мультфильмы.

В программе используются разные персонажи, фоны, декорации, звуки и мелодии.

В конструкторе персонажи могут делать разные действия и двигаться. Надо выбирать героев, фон, действия, реквизиты и звуки.

И собирая все это вместе, можно создать мультик. Я сделала короткий мультфильм «Мальвина». Эта программа работает только с CD диском. Мультик сохраняется в папке / FLM /. Готовый мультфильм загружается в программу только из этой папки. Можно его сохранить в формате AVI . Тогда программная среда Конструктора не нужна.

1. 1. Среда программирования СКРЭТЧ

Скретч - это бесплатная среда программирования, которая позволяет создавать собственные истории, мультфильмы, игры и другие произведения.

Скретч специально разрабатывался как учебная среда для обучения школьников программированию.

В Скретче можно создавать мультфильмы, играть с различными объектами, видоизменять их вид, перемещать их по экрану, устанавливать формы взаимодействия между объектами, внедрять звук. Программы создаются из разноцветных блоков точно так же, как собираются из разноцветных кирпичиков конструкторы Лего.

В этой среде мною создан такой же короткий мультфильм как и в Microsoft Power Point «Колобок и Лиса на просторах Интернета»

1. 1. Критерии сравнения технологий

Сравнение по объему полученного анимированного изображения

Сравнение по сложности создания (сложность алгоритма, длительность времени создания)

Сравнение по качеству изображения

Мальвина делает реверанс (gif анимированный)

Сказка «Колобок и Лиса на просторах Интернет

1. 1. Выводы по критериям

Более простой алгоритм и быстрый по созданию покадровой анимации – это Flash и по информационному весу во Flash файл легче.

Сказка по качеству лучше в Power Point, но проще ее создать в среде СКРЭТЧ.

Информационный объем файла больше в Power Point, но сравнивать их сложно, так как форматы файлов разные.

Каждому человеку, свойственно стремление отражать свое движение в работе или творчестве. Добиться подобного можно, используя различные анимационные приемы. Термин «анимация» получил перевод с латинского как «одушевление».

Классификация

Давайте попробуем разобраться, какие виды анимации существуют. Их еще называют технологией анимационного процесса.

• Оживление по принципу «стоп-кадра». Оно еще носит название кукольной анимации. Происходит кадровое фиксирование объекта, например, с помощью фотокамеры, затем происходит смена положения объекта в кадре, затем опять происходит фиксирование.
• Морфинг - преобразование объекта. Производится замена существующего на иной, по принципу количественного генерирования кадровой структуры.
• Классический тип - ролик, созданный из ряда отдельных покадровых изображений, с поочередной их сменой. Основным минусом является высокая степень трудоемкости процесса. Это направление - одно из часто используемых. Оно представляет собой те виды анимаций, которые, как правило, использовались (и используются) в большинстве мультипликационных фильмов.
• Цветовое оживление - характеризуется преобразованием цвета без изменения общего пространственного положения.
• Анимация 3D - мультик, созданный при помощи специализированного программного обеспечения (3DS MAX, XSI, MAYA), в которых создаются ключевые сцены для будущего ролика.
• Спрайт - воплощение данного вида анимации производится путем использования языка программирования.
• Захват движения (Capture Motion) - вид, наиболее точно передающий все нюансы естественного передвижения, мимики. Специальные датчики, помещенные на людей-актеров, приводятся в соответствие с контрольными точками модели. При движении координаты переводятся на них. Благодаря таким методам мультипликационные модели оживают.

Все основные виды анимации, представленные в списке, могут создаваться с помощью различных технических средств либо вручную. Но на сегодняшний день чаще всего для этих целей используются специальные компьютерные программы, позволяющие оптимизировать процесс создания анимационных объектов и произведений. Компьютерные методы создания мультфильмов расширяют границы выразительности. Повышается степень воздействия на зрителя путем применения различных эффектов, недоступных при ручном исполнении.

Компьютерная анимация. Принципы

Создание мультика с использованием компьютерных возможностей сопряжено с соблюдением определенных правил. Ключевыми их принципами являются: растровый, фрактальный, векторный. Существует также разделение программного обеспечения 2D- и 3D-анимации. Двухмерные программы обычно используются для Flash-анимации, трехмерные позволяют задавать степень и тип освещения объекта, текстуры, выполнять автоматический рендеринг (визуализацию).

Основные виды компьютерной анимации имеют те же принципы в работе. Все вышеперечисленные виды применимы и к ним.

Методы подготовки компьютерной анимации

• Метод ключевого кадрирования. Позволяет устанавливать объект в необходимое положение, соотносить их относительно временных промежутков. Компьютерная система производит достраивание недостающих кадров в структуре (между опорными кадрами). Происходит воссоздание отсутствующих стадий движения.
• Процедурная мультипликация. Применяется в том случае, если нет возможности добиться воспроизведения определенных действий с помощью ключевых кадров. Характеризует компьютерные виды анимаций с точки зрения последовательного построения отдельных кадровых структур.
• Формирование одиночных кадров. Чаще всего выполняется с помощью различных графических редакторов. Создаются отдельные кадры изображений, которые в дальнейшем будут выстраиваться в определенной последовательности.
• Растровый принцип построения анимации. Наиболее понятный из всех перечисленных ранее. Представляется в виде сохраняющихся в едином файле. Обычно используется формат GIF. Существует ряд программ, позволяющих выпускать подобные файлы, такие, например, как Gimp.

Все приведенные виды компьютерной анимации позволяют понять, насколько многогранным является процесс создания движения.

Программное обеспечение PowerPoint

Затрагивая данную тему и рассмотрев примеры компьютерных программ, позволяющих создавать нельзя не упомянуть о такой программе, как PowerPoint. Принадлежит она компании Microsoft. Данный пакет предназначен для формирования презентаций. Спрос на презентации имеет неуклонный рост, так как качественное и наглядное представление проектов и работ - один из ключевых моментов развития профессионала. Презентация, созданная в PowerPoint, представляет собой набор слайд-материалов с одновременным их показом на экране. Все необходимые данные после создания их в программе хранятся в одном файле. Подобную направленность также имеет, например, программа Harvard Graphics.

Достаточно широкие внутренние настройки программы помогают использовать различные виды анимации. В PowerPoint применение различных готовых шаблонов позволяет наиболее эффективно подходить к созданию презентаций.

Основные возможности программы

Программная структура позволяет прежде всего формировать презентации путем создания слайдов с одновременной их видеодемонстрацией на экране. Создание слайдов может происходить с применением разных шаблонов. Формирование показа слайдов происходит с применением разнообразных эффектов. Используются различные виды анимаций. Возможна регулировка последовательности показа слайдов на экране.

Цветовые шаблоны в PowerPoint

Ключевой особенностью программы является то, что применение стандартных эффектов анимации возможно одновременно ко всем файлам. В программе также существует набор готовых цветовых шаблонов. Они имеют разнообразные цветовые схемы, позволяющие применить их к любым тематическим слайдам. Цветовые шаблоны позволяют увеличить эффективность работы над презентацией, экономят время, а также придают ей определенную стилистическую направленность.

Специальные эффекты

Для наиболее наглядной и запоминающейся презентации в программе существует определенный набор эффектов, позволяющих регулировать тип перехода при показе слайдов. Благодаря этому, пауза между сменой слайдов, заполняемая специальными эффектами, становится неощутимой.

Особенности программы

Все презентации, созданные в программе PowerPoint, имеют возможность сохранения в формате HTML. При этом сохраняются все используемые аудио- и видеоданные. Также в программе существуют инструменты для создания таблиц и диаграмм путем рисования, а также специальная разметка, позволяющая вставлять готовые рисунки с дальнейшим их сохранением. Еще одной отличительной особенностью является функция автоматического формирования альбомов. Имеется возможность использования музыкального сопровождения.

Таким образом, рассмотрев в статье информацию о том, какие способы существуют для создания анимаций, можно сделать вывод, что с развитием современного программного обеспечения подход к данному вопросу стал наиболее рациональным. Большое количество программ, призванных модернизировать работу над анимационными процессами, дает огромный простор для творчества и работы. А понимание того, какие виды анимаций существуют, поможет выбрать наиболее подходящую под конкретные цели программу.