Vorbemerkung

In dieser Grundlage werden einzelne Animationstechniken isoliert betrachtet. In der Praxis findet eine Verknüpfung von mehreren Techniken statt. Eine Animationsansatz allein wird nur in den wenigsten Fällen eingesetzt. Viele Computerprogramme stellen verschiedenste Techniken zur Verfügung. Das folgende Beispiel zeigt div. Möglichkeiten und deren Kombination:

kill bee | 320x240 px | mpg | 2,431 kb

(a) Pfad-Animation: Die Biene fliegt entlang eines Pfades.
(b) Deformer: Ein Squash-Deformer verformt den Stängel der Blume. Der Deformer wird ebenfalls entlang eines Pfades bewegt.
(c) Spline-IK: Dabei handelt es sich um einen Pfad, der ein Skelett-System steuert. Dieses Skelett ist eine hierarchische Kette, die mit der der Geometrie (Blume) verbunden ist.
(d) Kamera-Animation: Neben Kamerabewegung sind Werte wie Blende oder Brennweite animierbar.
(e) Skelett: Die Geometrie wird mit einem Skelett-System animiert.
(f) IK / FK: Die Blätter der Blume werden mit vorwärtsgerichteter und Inverser Kinematik animiert.
(g) Deformer: Ein Cluster-Deformer kontrolliert die Spline-IK.
(h) Expression: Die periodische Animation für den Flügelschlag wird über eine Expression gelöst.
(i) Reaktive Animation / Constrain: Der letzte Cluster-Deformer in der Spline-IK-Kette ist mit der Biene verknüpft: Point-Constrain
(j) Hierarchie / Parenting / Expressions: Die Blüten sind hierarchisch verknüpft. Die Rotationen werden über eine Expression weitergegeben. Über eine Verknüpfung (Reaktive Animation) wird das Öffnen und Schließen der Blume über einen Parameter gesteuert.

Wichtige Animationstechniken:

  • Lineare-Nonlineare Animation
  • Pfad-Animation
  • Hierarchie-Parenting-Gruppieren
  • Skeleton-Animation
  • IK-FK, Spline-IK, IK-FK-Blending
  • Texturanimation
  • Kamera-Animation
  • Reaktive Animation
  • Dynamics
  • Partikelsysteme
  • Riggen
  • Expressions

Keyframe und Interpolation

Jegliche animierbaren Werte wie Translation, Rotation oder Skalierung eines Objektes werden zu einem Zeitpunkt (Frame, Einzelbild) festgehalten. Interpolationstechniken berechnen die In-between Frames.
Generell werden bei Animation zuerst die Hauptposen für die Bewegung der Objekte definiert. Animationskurven bestimmen die Übergänge zwischen den Keyframes.

Keyframe und Interpolation
Slow In and Out als Animationsprinzip

Pfad-Animation

Eine Animationstechnik, die ein oder mehrere Objekte an einen Pfad bindet. Die Translations- und Rotationsattribute des animierten Objektes werden durch den Pfad bestimmt. Die Pfad-Animation eignet sich für Geometrien, Lichter, Partikel, Texturen oder Kameras.

Pfadanimation

Reaktive Animation

Bei reaktiven Animationen handelt es sich um eine Anzahl von unterschiedlichen Animationstechniken, die Animationsparameter miteinander verknüpfen. Hier reagieren ein oder mehrere Werte auf einen animierten Parameter: Direkte Verknüpfungen, Driven Keys, Controller, Animationsbeschränkung / Constrain und Expressions.

Reaktive Animation

Expressions

Expressions („Ausdrücke") sind mathematische Gleichungen, einfache Verbindungen oder komplexe Scripts, die für Animationen eingesetzt werden. Sie steuern komplexe Animationsabläufe für Geometrien, Texturen, Lichter oder Partikelsysteme.

Expressions in der 3D-Computeranimation

Hierarchie-Parenting-Gruppieren

Diese Grundlage behandelt Objekte, die aus einer Menge von Gelenken und Verbindungen bestehen. Dazu zählen Gruppen, Verknüpfungen und Skelett-Systeme. Bei hierarchischen Ketten werden generell Rotations-, Trandslations- und Skalierungswerte (affine Transformationen) an die untergeordneten Objekte weitergegeben. Hierarchisch gegliederte Ketten werden in weiterer Folge mit vorwärtsgerichteter und inverser Kinematik animiert.

Hierarchie-Parenting-Gruppieren

Kinematik

Kinematik in der 3D-Computergrafik ist eine Animationstechnik, die auf dem Hierachieverhalten von Gelenken und auf deren mathematischen Berechnungen basiert. Dieser Ansatz entstammt der Robotik. Hier wurden bereits sehr früh Methoden entwickelt, um eine exakte Positionierung von Roboterarmen zu kontrollieren. Die Basis einer Kinematik ist eine hierarchische Kette von Gelenken.

Kinematik: FK / IK

Lineare - Nonlineare Animation

Bei non-linearer Animation werden Animationsdaten zu Gruppen (Clips) zusammengefasst. Diese werden ähnlich wie beim nonlinearen Schnitt bearbeitet. Sogenannte Animation-Clips werden in einer Zeitleiste angeordnet, kombiniert, gestreckt oder überblendet. Die Animationsarbeit wird einfacher, flexibler, intuitiver und nachträglich leichter zu korrigieren.

Nonlineare Animation

Deformationen

Im realen Leben sind Objekte hart oder weich. Weiche Objekte verformen sich auf unterschiedlichste Arten. 3D-Programme bieten div. unterschiedliche animierbare Techniken. Mit nonlinearen Deformationen, Clusters, Space Wraps, Lattices, oder auch dynamische Simulationen können Objekte sowohl animiert als auch modelliert werden.


Modellierung mit Deformer

Skelett / Skeleton

Skelett-Systeme sind hierarchische Ketten bestehend aus mehreren Gelenken. Das Gelenk (engl.: Joint) legt den lokalen Mittelpunkt (engl.: Pivot)und das Koordinatensystem für die Objekte in einer hierarchischen Kette fest. Die Verknüpfung, auch bone oder link genannt, verbindet den Drehpunkt eines untergeordneten Objekts mit dem Drehpunkt eines übergeordneten Objekts. Beim Erstellen von Gelenken entstehen automatisch Verknüpfungen. Jedes neu gezeichnete Gelenk stellt ein Unterobjekt eines übergeordneten Gelenks dar. Skelett-Systeme werden hauptsächlich für Charakteranimationen und komplexe Abläufe eingesetzt, können aber für jegliche hierarchische Animation verwendet werden.

Partikelsysteme

Ein Partikel besitzt weder Größe noch Volumen. Es ist immer Teil eines Partikelsystems, wobei ein System aus nur einem einzigen Partikel bestehen kann. Ein Emitter definiert den Ausstoß der Partikel. Partikelsysteme werden generell durch dynamische Kräfte wie Wind oder Gravitation animiert. Dabei gibt es Inputs die sich für jedes Partikel individuell beziehen oder auf ihre Gesamtheit. Das klassische Anwendungsgebiet von Partikeln ist die Darstellung von physikalischen Volumeneffekten wie Feuer, Nebel, Rauch, Regen, Schnee, Wasser, Explosionen und anderen gasähnlichen Phänomenen.

Ergänzende und vertiefende Module