Секреты Pixar: принципы анимации персонажей

Данный материал это доклад исполнительного директора анимационной студии Pixar - Джона Лассетера (John Lasseter) на конференции компьютерной графики SIGGRAPH.

---

Сжатие и растяжение

Если передвинуть твёрдый реальный объект, к примеру, стул, то он останется жёстким и в движении. Форма же живых существ всегда по-особому деформируется. Например, если Вы сгибаете руку, Ваш бицепс вздувается. Когда же Вы выпрямляете руку, мышцы вытягиваются и выпрямляются. Согнутое положение показывается сплющенным объёмом, а растянутое - вытянутым. Важным правилом следует считать постоянный объём объектов при сжатиях, растяжениях или в покое. Если этим пренебречь, то объекты будут выглядеть уменьшенными при сжатии и увеличенными при растяжении.

Классический пример - прыгающий мяч, когда он сплющивается при касании земли и вытягивается до и после касания. Растяжение, хотя и нереалистичное, заставляет мяч двигаться быстрее прямо перед и сразу после касания земли.

Когда объекты сжимаются и растягиваются, это говорит нам, что они сделаны из пластичного материала, если нет, то из жёсткого. Объекты, частично пластичные или частично жёсткие должны деформироваться только в своих пластичных местах.

Объекты на шарнирах могут сжиматься и растягиваться без деформации, как к примеру, Люксо Младший (Luxo, jr.).

Деформации особенно важны в лицевой мимике, т.к. они показывают пластичность кожи и мускулов, как и взаимосвязи различных частей лица. В самой ранней анимации, персонажи двигали только губами, что выглядело не реалистично. Позднее, инновации позволили изменяться всему лицу вслед за ртом, что уже выглядит более правдоподобно. Для эффекта это можно ещё и преувеличить. Широкая улыбка или насупившееся выражение лица увлекут сильнее, чем только изменение одного рта.

Это можно использовать и при быстром движении объектов. Если движение медленное, объект перекрывает сам себя в кадрах и глаз сглаживает движение. Но если движение очень быстрое, то тут нет захлёста объектов, и глаз видит раздельные картинки, т.е. объект начнёт стробироваться, мелькать. Решение - растянуть объект, чтобы сохранить захлёст и плавность движения.

 Вот пример того, как мяч справа был растянут, что выглядит более "естественным".

Сжатие и растяжение может быть выполнено различными масштабированиями в 3D-системе координат ключевых поз. Будьте уверены в постоянстве объёма, так растяжение по одной из осей (X), должно привести к сжатию в других направлениях (Z,Y). Также растяжение должно быть выполнено вдоль направления движения, так что могут потребоваться и трансформации вращения.

Расчёт времени и движения (тайминг)

Расчёт скорости выполнения действия, или тайминг, имеет большое значение для движения, причём как физическое, так и эмоциональное. Аниматор должен тратить много времени на балансировку упреждения движения, само движение и реакцию на это движение. Если движение занимает слишком много времени, то зритель может потерять к нему интерес, а если слишком мало, то зритель может не разглядеть или не понять движение.

Тайминг может передать ощущение массы объекта. Тяжёлые объекты требуют большой силы и долгого времени на ускорение и замедление. Например, если персонаж поднимает тяжёлый предмет, скажем, мяч для боулинга, он должен сделать это медленнее, чем поднимая баскетбольный мяч. Подобным образом, тайминг говорит и о размере объектов. Большие объекты двигаются медленнее, чем маленькие, имеют большую инерцию. Такой эффект делают не изменением поз, а варьированием промежутков (числа кадров) между позами.

Движение может давать иллюзию веса предметов. Например, рассмотрим мяч, ударяющийся о коробку.

Если мяч отскакивает от коробки, а коробка недвижима, то у нас складывается иллюзия, будто коробка намного тяжелее мяча.

Если же мяч сдвигает коробку, продолжая путь, то это даёт эффект того, что коробка воспринимается как значительно более лёгкая, чем мяч.

Тайминг может говорить и об эмоциональной стороне. Рассмотрим сцену с головой наклонённой сначала в сторону правого, потом в сторону левого плеча. Изменяя число промежуточных кадров можно изменить значение происходящего:

- Без промежуточных кадров - персонажа очень сильно ударили, ему почти снесли голову

- Один промежуточный кадр - персонажа ударили чем-то весомым, например сковородой

- Два промежуточных кадра - персонажа свела нервная судорога

- Три промежуточных кадра - персонаж уклоняется от пролетающего объекта

- Четыре промежуточных кадра - персонаж кивком головы отдает отрывистый приказ

- Шесть промежуточных кадров - персонаж увидел что-то привлекательное

- Девять промежуточных кадров - персонаж о чём-то задумался

- Десять промежуточных кадров - персонаж разминает затёкшую шею

Упреждение (или отказное движение)

Движение делится на три части:

1. подготовка движения - это упреждение

2. собственно движение

3. окончание движения

Упреждение можно рассматривать как подготовку движения, следующую из анатомии, например, замах ноги перед ударом по мячу. Также его можно рассматривать как способ привлечения зрительского внимания к той части экрана, где подготавливается движение; например, поднимание рук вверх и выразительный взгляд на что-то до того, как его поднять; или взгляд на что-то вне экрана и затем реакция на него до того, как движение появится на экране. Так, например, сделана начальная сцена в Люксо Младшем (Luxo, jr.). Папа смотрит вне экрана и реагирует на что-то. Это заставляет зрителей смотреть на ту часть кадра, где должен появиться Люксо Младший (Luxo, jr.).

Правильно рассчитанное упреждение помогает зрителям лучше понять и быстрое движение, - например, подготовку бега, а затем и прыжка за пределы экрана.

Упреждение может создавать ощущение веса или массы, - например, тяжёлые люди могут опираться на стул, чтобы встать, а вот маленькие могут просто вскочить.

Сценичность персонажа

Сценичность это постановка идеи так, чтобы она читалась предельно ясно. Идея может заключаться в действии, индивидуальности, эмоциях или настроении. Ключевая идея этого в том, чтобы идея была ясна для зрителей.

Важнейшей целью сценичности является вести зрительские глаза туда, где произойдёт действие, чтобы никто ничего не пропустил. Это означает, что в каждый момент времени важна только одна идея, иначе зрители не будут смотреть на неё. Так, иногда главный объект должен быть контрастнее остальной сцены. Хороший пример, - привлечь внимание движением, так как глаза обратят внимание на двигающийся предмет в статичной сцене. В сценах, где всё движется, глаз остановится на неподвижном объекте.

Аниматор должен использовать различные техники, чтобы быть уверенным, что зритель смотрит на нужный объект в нужное время. Например, в Люксо Младшем (Luxo, jr.) папа появляется первым и поэтому становится центром внимания. А когда сынишка впрыгивает в кадр, двигаясь быстро, центр внимания переключается на него. В определённый момент сынишка останавливается и смотрит вверх на папу, переводя внимание опять на него.

В ранний период Диснея все персонажи были чёрно-белыми, без оттенков серого. Все движения показывались силуэтами (видами сбоку), потому что иначе, если бы персонаж сдвинул свою чёрную руку вперёд своего чёрного тела, это бы не прочиталось, - поэтому действие должно происходить на белом фоне. Аниматоры Диснея выяснили, что даже без этого технологического ограничения, действие читается наиболее чётко в силуэтах.

И в современной цветной 3D-графике силуэтные действия остаются самыми чисто разграниченными и, таким образом, предпочитаемыми. Даже по сравнению с фронтальным действием. К примеру, если силуэт персонажа просыпается и трёт свои бока, легче понять, что происходит, если он потрёт свой живот.

 Сквозное движение и захлёст действия

Сквозное движение это непрерывность, отсутствие частей в движении. Как пример, можно привести бросание мяча, - рука продолжает двигаться после того, как мяч запущен. При движении сложного объекта различные части объекта двигаются различное время с различным темпом. Например, при ходьбе сначала идёт бедро, затем остальная часть ноги и потом уже стопа. Когда лидирующая часть останавливается, ведомые части ещё продолжают движение.

Тяжелые части запаздывают на большее время и останавливаются медленнее. К примеру, антенны насекомого - они будут запаздывать и их движение будет более быстрое, указывая на меньшую массу.

Захлёст означает начало второго движения до того, как первое движение полностью закончится. Это сохраняет интерес зрителя, т.к. не должно быть мёртвых точек между движениями.

Вот замечание о захлёсте от Уолта Диснея:

"Совсем не обязательно аниматору брать персонажа в первой точке и полностью завершать это действие, и лишь затем переходить к следующему действию, как если бы он никогда не думал, что будет делать дальше до полного завершения первого действия. Когда персонаж знает, что он собирается делать, он не будет останавливаться перед каждым отдельным действием и раздумывать, делать ли его. Он спланирует это заранее в своей голове."

"Прямо вперёд" и "от позы к позе"

"Прямо вперёд" при ручном рисовании анимации - это когда аниматор начинает фазовать с первого движения, последовательно делая рисунок за рисунком, пока не закончит сцену. Что создаёт очень спонтанную и непредсказуемую анимацию, и используется для диких путанных движений.

"От позы к позе" - это когда аниматор акккуратно распланирует всю анимацию, нарисует последовательность основных поз, т.е. начало, несколько промежуточных фаз и финальные фазы, а потом уже все промежуточные кадры (или это сделает другой художник или компьютер). Такая техника используется там, где сцена требует большего внимания, а сами позы и расчёт времени и движения очень важны.

Эта техника подобна расстановке ключевых кадров в компьютерной графике, которую приходится слегка доводить, ведь промежуточные фазы могут получиться очень непредсказумыми. Например, объекты или части объекта могут пересекать друг друга. В случае сложных объектов компьютерная расстановка фаз требует изменения и из-за иерархической структуры модели. Различные части иерархии должны быть трансформированы в различных ключах. Например, при прыжке, ключи перемещения могут быть установлены сразу для всей модели в направлениях X и Z. Затем дополнительные ключи вращения или перемещения могут быть установлены для отдельных частей модели, например, рук и ног.

Смягчение начала и завершения анимации

Приём расстановки промежуточных фаз между двумя крайними положениями. Это второй и третий порядок продолженности (continuity, плавности) движения объекта. Ускорения, по сравнению с постоянной скоростью, выглядят более привлекательно и иногда более естественно, из чего следует, что надо изменять скорость движения. Например, прыгающий мяч движется быстрее, когда он подлетает или отскакивает от земли и медленнее в наивысшей точке. Для объекта или персонажа это характеризуется словами "мягкое завершение" предыдущей позы и "мягкое начало" позы следующей.

Мяч слева прыгает с постоянной скоростью без сжатия/растяжения.
Мяч в центре имеет смягчённые начало и завершение со сжатием/растяжением.
Мяч справа двигается с постоянной скоростью со сжатием/растяжением.

Этого обычно добиваются использованием сплайнов смягчения, контролирующих траектории движения объектов. Для достижения нужного эффекта можно изменять различные параметры сплайнов. В 3D Studio они контролируются параметрами Ease To и Ease From в закладке Key (вызванного из окна Track). Когда эти параметры равны нулю, скорость постоянна в обоих направлениях, т.е. в начале и в завершении ключевой фазы. Когда параметр Ease To устанавливается в более высокое значение, движение ускоряется когда оно покидает предыдущий ключевой кадр, и замедляется, подходя к текущему. Когда параметр Ease From устанавливается в более высокое значение, движение медленнее покидает текущий кадр и ускоряется к следующему ключевому кадру. Установка параметра tick mark контролирует направление изменения скорости - с установленным tick mark такт движения замедляется, а с неустановленным - такт ускоряется.
 
Источник: Doris Kuchanek and Richard Bartels

{fcomment}