دانلود مقاله دینامیک و انیمیشین

پیش‌نیازها
دانشی از مدل‌سازی lighting Viewing,( modeling) و نقش پارامترها در مدل‌سازی و Viewing
معرفی: این فصل با فصهای دیگر تفاوت دارد چون این فصل یک فصل غیرعادی است چرا که شامل چند شکل است که دقیقاً عنوان( موضوع) آنرا معرفی می‌کنند( مشخص‌ می‌کنند).

موضوع( عنوان) این فصل در مورد حرکت است و ما نمی‌توانیم در یک متن دستی نوشته شده مفهوم دقیق حرکت را نشان دهیم این امکان وجود داشت که با فایلهای تصویری در یک متن الکترونیکی می‌توانستیم با فایلهای تصویری در یک متن الکترونیکی مفهوم دقیق حرکت را نشان دهیم ولی خوب این فصل باید پرینت شود.

شاید نسخه‌های آینده این کتاب شامل فیلمهایی یا حداقل فایلهای قابل اجرا با انیمیشین باشد ولی هم‌اکنون شما باید با نمونه‌ها و کدهای سگمنت‌ها که فراهم کرده‌ایم کار کنید و اجرای آنها را روی سیستم خودتان مشاهده امتحان کنید.

انیمیشن کامپیوتری یک مبحث بسیار گسترده است و کتابها و courseهای بسیاری در مورد آن وجود دارد.

ما نمی‌توانیم امیدوار باشیم که عمق مفهوم این موضوع را در اولین دوره گرافیک کامپیوتری پوشش دهیم.

به جای آن ما روی انیمیشن‌های نسبتاً ساده که نوع مدلها و تصاویری که در این course به وجود می‌آوریم را نمایش می‌دهند متمرکز می‌شویم.

البته با تأکید روی بخشهای علمی.

اینگونه پنداشته می‌شود که انیمیشین عبارت است از ارائه دنباله‌ای از قالبها، یا تصاویر منفرد، آنقدر سریع که تصویری از شیئی در یک قاب در حال حرکت را ایجاد کند.

دو نوع انیمیشن وجود دارد.

انیمیشن بلادرنگ (real –time animation) یا انیمیشنی که در آن هر قاب با برنامه‌ای در طول اجرای آن مشخص می‌‌شود و انیمیشن Frame –at-a- time یا انیمیشنی که با render کردن قابهای منفرد و اسمبل کردن آنها به یک شکل قابل دید.( احتمالاً از طریق فیلم یا ویدئو در یک فرآیند تولید مجزا) اسمبل می‌شود.
این فصل بیشتر روی انیمیشنFrame-at-a-time با هدف رسیدن به انیمیشن real-time توجه می‌کند.

هر دو این دسته‌ها شامل مشکلات تعریف چگونگی تغییر مدلها، lighting و viewing در طول زمان است، ولی انیمیشن Frame-at-a- time بیشتر به جزئیات مدل‌سازی و render کردن در سطح بالا اشاره می‌کند، در حالی که انیمیشن real-time بیشتر به اطلاعات با متغیر زمان ساده‌تر برای دریافت refresh rate که باید آنقدر بالا باشد که تغییر مورد نظر را انتقال دهد اشاره می‌کند.

در حالی که انیمیشن real-time به اندازه انیمیشن Frame-at-a-time مورد اطمینان نیست.

چرا که مدل‌سازی و rendering ساده‌تری استفاده می‌شود یا تصاویر با سرعت کمتری تهیه شده‌اند، و می‌تواند در انتقال ایده‌ها بسیار مفید باشد به خصوص اگر کاربر بتواند با برنامه انیمیشنی در حالی که اجرا می‌شود ارتباط برقرار کند.
پرسش اصلی در این course ارتباط دیداری است و تعدادی لغات و تکنیکهای ویژه در استفاده انیمیشن برای ارتباطات وجود دارد.

این ماژول هیچ تلاشی برای تحت پوشش قراردادن این موضوع ندارد ولی ما پیشنهاد می‌کنیم که شما مقداری از وقت خود را صرف جستجو در مورد انیمیشن‌های موفق کنید و برای فهمیدن اینکه چه چیزی باعث موفقیت‌ آنها شده تلاش کنید.

برای شروع ما پیشنهاد می‌کنیم که روی شفافیت و سادگی تمرکز کنید و برای ایجاد تمرکز روی ایده‌های ویژه برای ارتباط برقرارکردن به سختی کار کنید.

تعاریف:
انیمیشن فرآیند تولید زنجیره‌ای از تصاویر و نمایش آنها به گونه‌ای است که چشمان بیننده آنها را به صورت زنجیره‌ای از حرکات نرم ببیند.

زنجیره حرکات می‌تواند ارتباط بین اشیا و فرآیند اسمبل‌کردن اشیاء را نشان دهد.

و می‌تواند به شما این امکان را بدهد که زنجیره‌ای از راههای نمایش اطلاعات را طراحی کنید و یا حتی به کاربر این امکان را می‌دهد که یک صحنه را از نقطه دیدهای مختلف که شما می‌توانید طراحی کنید ببیند.
انیمیشن فرآیند تولید زنجیره‌ای از تصاویر و نمایش آنها به گونه‌ای است که چشمان بیننده آنها را به صورت زنجیره‌ای از حرکات نرم ببیند.

و می‌تواند به شما این امکان را بدهد که زنجیره‌ای از راههای نمایش اطلاعات را طراحی کنید و یا حتی به کاربر این امکان را می‌دهد که یک صحنه را از نقطه دیدهای مختلف که شما می‌توانید طراحی کنید ببیند.

راههای زیادی برای طراحی رشته انیمیشن وجود دارد، ولی بهترین شروع مدل کردن صحنه موردنظر با پارامترهایی برای کنترل ظاهر مدل است.

وقتی شما از پارامترها (منظور متغیرهایی است که می‌توانید در برنامه‌تان به کار ببرید) برای کنترل موقعیت اشیاء، موقعیت یا خواص نور، شکل یا روابط و یا اشیاء، رنگها، بافت محورهای مختصات، یا هر نقطه کلیدی دیگر در مدلتان استفاده می‌کنید،‌ می‌توانید مقادیر پارامترها را با زمان تغییر بدهید تا دید بیننده خود را در طول اجرا برنامه عوض کنید.

این به شما این امکان را می‌دهد که به خصوصیات ویژه هر یک از این جنبه‌های مدل خود تأکید کنید و با بیننده خود ارتباط برقرار کنید.

تعریف مدلسازی خود به وسیله پارامترها، باید یادآور شویم که تنها سه قسمت برای هر صحنه در تعریف توسط گراف صحنه وجود دارد.

یکی جغرافیای صحنه، که می‌توان از پارامترها برای توضیح جغرافیای صحنه استفاده کرد، مثالی از این می‌تواند تابع سطح باشد، که تابع شامل پارامتری است که با زمان تغییر می‌کند.

مثل: .

دیگری تبدیل صحنه است، که شامل پارامترهایی است برای تعریف چرخش، انتقال، یا مقیاس‌گذاری شی‌ء در صحنه، مثالی از این می‌تواند حرکت یک شی در فضا با جزء تبدیل افقی t و جزء تبدیل عمودی که به شی یک مسیر parabolic می‌دهد.

سوم ظاهر شیء در صفحه است که ممکن است سطح دارای جزء رنگی (1-t) باشد برای تغییر از opaqve در لحظه o به trasparent در لحظه‌1، که به کاربر این امکان را می‌دهد که از سطح بتواند هر آنچه زیرش است را ببیند.

اینها انواع ساده‌ای از کاربرهای مدلسازی‌های پارامتریک است و نباید هیچ مشکلی در ایجاد یک مدل ایجاد کند.

یک راه برای طراحی رشته انیمیشن به وسیله این کار انیمیشن procedural (روندی) نامیده می‌شود و برای انیمیشنهای ساده که شما تنها چند پارامتر برای تعریف رشته دارید به خوبی کار می‌کند( هر چند کلمه “ تنها چند” به سیستم شما و هدف شما از رشته گرافیکی بستگی دارد).

اغلب انیمیشنها که ما بحث می‌کنیم در کاربرهای علمی ارائه می‌دهیم به صورت procedural هستند، که ما موقعیت و رفتار شی را در طول زمان با اصول علمی محاسبه می‌کنیم و آنها را در حالی که تغییر می‌کنند نشان می‌دهیم.

این امر محاسبات خواص هر قاب از انیمیشن را راحت‌تر می‌کند.

راه دیگر برای طراحی یک رشته انیمیشن ایجاد قاب‌های کلیدی یا تصویرهای خاص که می‌خواهید در یک زمان خاص در نمایش انیمیشن ظاهر شوند است.

انیمیشن که به این روش ایجاد می‌شود انیمیشن قاب کلیدی نامیده می‌شود.

دوباره، هر قاب کلیدی می‌تواند به صورت یک سری پارامترهایی که نمایش را کنترل می‌کند تعریف شود اما بجای کنترل کردن پارامترها به صورت برنامه‌ریزی شده، پارامترها interpolate شده‌اند بین مقادیر موجود در قاب‌های کلیدی.

و اما نوع سوم انیمیشن، که به نظر نمی‌آیدکه در موارد قبل به آن فکر شده باشد انیمیشن الحاقی است.

اینجا شما دو مدل را تعریف می‌کنید و هندسه مدل اول را در هندسه مدل دوم الحاق می‌کنید.

یک مثال برای این مورفینگ است که در آن شما با یک شیء (صورت، حیوان، ماشین …) شروع می‌کنید و با یک چیز دیگر تمام می‌کنید برای تأکید کردن تغییر از یک چیز به چیز دیگر.

این یک رشته از تصاویر را شامل می‌شود پس این یک انیمیشن است اما این بیشتر نوع تخصصی روند است و بیشتر در اینجا بحث نمی‌شود.

شاید ساده‌ترین راه رسیدن به انیمیشن تعریف صحنه کلی‌تان به صورت یک پارامتر منفرد و بروزکردن آن پارامتر هر بار که یک قاب جدید تولید می‌کنید باشد.

شما می‌توانستید فکر کنید که پارامتر زمان است و انیمیشن شما به صورت یک مدل متغیر با زمان است.

این شاید راه رسیدن طبیعی باشد وقتی که شما با یک مشکلات علمی کار می‌کنید جایی که زمان نقش فعالی را در اکثر مدلینگ‌ها ایفا می‌کند فکر کنید که چقدر غلم سرکار و کار دارد با تغییر در واحد زمان اگر بدانید که چقدر طول خواهد کشید که صحنه‌تان ایجاد شود شما می‌توانید همچنین پارامتر زمان را تغییر دهید.

برای یک مقداری برای هر قاب که بیننده قابها را با سرعتی که زمان واقعی رفتار سیستمی که مدلسازی کرده‌اید تخمین می‌زند.

معنی دیگر پارامترها می‌تواند شماره‌ قاب باشد، رشته شماره‌های تصویر خاصی که شما در یک سری قاب که زنجیره انیمیشن را درست می‌کنند محاسبه کرده‌اید.

اگر شی با انیمیشنی که با ضبط و پخش‌کردن در یک rate شناخته شده (معمولاً 24 تا 30 قاب در ثانیه) سروکار دارید، می‌توانید شماره قاب را به پارامتر زمان انتقال دهید، ولی این تفاوت در نامها برای پارامترها تفاوت در تفکر را منعکس می‌کند، چرا که شما به مدت زمان تولید قاب توجه نمی‌کنید.

یک جنبه کلیدی در تولید انیمیشن در زمان واقعی Frame rate است سرعتی که شما قادرید یک تصویر جدید در زنجیره انیمیشن ایجاد کنید.

همانطور که در بالا اشاره شد، سرعت قاب احتمالاً برای قابهای تولید شده با جزئیات بیشتر نسبت به قابهای مشابه که از قبل محاسبه شده‌اند و در دستگاه ویدئوئی دیجیتال یا آنالوگ ذخیره شده‌اند کمتر است.

اما در اینجا فرق دیگری هم وجود دارد: سرعت قاب برای تصاویر تولید شده در زمان واقعی.

ممکن است ثابت نباشد.

به هر حال سرعت قاب دقیقاً قابل کنترل است، اگر شما خودتان ویدئوی “hardcopy” انیمیشن خودتان را ایجاد کرده باشد.

مهم نیست تصویر در یک قاب منحصر چه قدر پیچیده باشد.

فصل hardcopy را برای جزئیات بیشتر در این کتاب بخوانید.

انیمیشنkey frame وقتی یک شیء keyframe انجام می‌دهید تعدادی قاب مشخص بعنوان قابها کلیدی که انیمیشن باید تولید کند مشخص کنید و بقیه قابها را محاسبه کنید تا تصور به صورت نرمی از یک قاب کلیدی به دیگری حرکت کند.

قابهای کلیدی بوسیله شماره قاب مشخص می‌شوند.

بنابراین پارامترهایی است که شما استفاده می‌کنید.

که در بالا توضیح دادیم.

در انیمشین نوع کارتون بطور معمول قابهای کلیدی بصورت نقاشیهای کاملاً پیشرفته هستند و برای قابها که باید در فرآیند تولید شود “tweening” نامیده می‌شود.

تولید قاب بین قابهای کلیدی در این حالت هنرمندانی وجود دارند که قابهای in-between را با re-drawing (دوباره نقاشی کردن) المانهای قاب کلیدی در حالیکه بین قابهای کلیدی در حرکت هستند تولید می‌کنند.

هرچند ما تصاویر را با برنامه‌نویسی تولید می‌کنیم.

بنابراین باید بجای نقاشی با مدلها شروع کنیم.

قابهای کلیدی هر پارامتری که برای تعریف یک تصویر مورد نیاز است را دارند و قابهای in-between مان را برای الحاق این پارامترها ایجاد می‌کنیم.

انیمیشن ممکن است بعنوان کلکسیونی از رنجیره انیمیشن( در فیلمها، اینها بعنوان shots معروف است)فرض می‌شود که هر یک از قسمتهای اجزاء، اشیاء، تبدیلات، نورپردازیهای پایه‌ای مشابهی استفاده می‌کنند.

سپس برای هر زنجیره اجزای یکسان و مجموعه یکسان از پارامترها برای این اجزاء داریم و پارامترها در هنگام عبور از این زنجیره عوض می‌شوند.

برای هدف انیمیشن خود اجزا مهم نیستند، ما نیاز دایم روی مجموعه پارامترها و راههای تغییر این پارامترها متمرکز شویم.

با انیمیشن keyfrome پارامترها در هنگام تعریف قابهای اصلی ست می‌شوند و در نوعی حالت در حرکت قابها تجدید می‌شوند.

برای نمونه مدلی را در نظر بگیرید که در حالتی تعریف شده که این امکان را به ما می‌دهد که پارامترهایی که رفتارش را کنترل می‌کنند تشخیص دهیم.

اجازه بدهید که این موضوع را تعریف کنیم… شکل 1-13 شییء که ما animate کرده‌ایم.

برای بحث در مورد روشهای تغییر یک پارامتر برای رسیدن به یک حرکت جرم بین یک قاب اصلی به قاب دیگر نیاز داریم چند اصل را معرفی کنیم اگر مجموعه پارامترها را بعنوان یک بردار واحد فرض کنیم p= آنگاه می‌توانیم مجموعه پارامترها را در قاب داده شده M به صورت در نظر بگیریم کار با سکمنت زنجیره قالبهای کلیدی انیمیشینی که با قاب K شروع می‌شود و به قاب ما می‌رود.

داریم: و p مقدار بردارهای پارامتر آن دو قاب است در مثالهای بالا می‌بینیم پارامترها… اولین دستیابی به این الحاق استفاده از الحاق خطی (linear interprotion) مقادیر پارامترها است.

بنابراین اگر ما تعدادی قاب بین این قابهای اصلی داشته باشیم C=L-K است که داریم: برای هر پارامتر و هر عدد صحیح i بین K,L اگر t=i/c باشد می‌توانیم معادله را به صورت بنویسیم که راه آشنایی برای بیان الحاق خطی خالص است.

این یک محاسبه مستقیم است و می‌تواند مقادیر پارامترها با تغییر حرکت قابهای اصلی از این دستیابی اولیه ساده پچیده‌تر است.هر چند ما نه تنها حرکت ملایم بین دو قاب کلیدی را می‌خواهیم بلکه ما باید حرکت قال را قبل و بعد از حرکت ترکیب کنیم.

الحاق خطی توضیح‌ داده‌شده در بالا این امر را تأمین نمی‌کند هر چند بجای آن ما احتیاج داریم که از یک دستیابی الحاقی کلی‌تری استفاده کنیم که آسان‌سازی داخل و بیرون حرکت نامیده می‌شود راه این است که از یک حرکت از نقطه شروع آغاز کنیم و با سرعت بیشتری به وسط برویم و قسمت پایانی را با سرعت کمتری برویم تا جائیکه تغییر پارامترها را متوقف کنیم(