پویانمایی رایانه‌ای

پویانمایی رایانه‌ای یا انیمیشن کامپیوتری:  هنر ساخت تصاویر متحرک و پویا با استفاده از رایانه و پویا افزارها است که یکی از زیرمجموعه‌های گرافیک رایانه‌ای و پویانمایی است. بیشتر به وسیلهٔ گرافیک ۳بعدی رایانه ساخته می‌شود، هرچند که از گرافیک ۲بعدی رایانه هم هنوز به‌طور وسیع برای کارهای کم حجم و رندرینگ بی‌درنگ سریع استفاده می‌شود. گاهی هدف پویانمایی خود رایانه‌است ولی گاهی هم هدف رسانه دیگری است، مانند فیلم. همچنین از آن به عنوان یک سی‌جی‌آی (تصورات ساختهٔ رایانه یا پندار ساختهٔ رایانه) یاد می‌شود، به ویژه هنگامی که از آن در فیلم‌ها استفاده می‌شود.

برای اینکه تصور حرکت تصاویر ثابت ایجاد شود، تصاویر ثابت پشت سر هم به نمایش در می‌آیند. به این صورت که یک تصویر روی صفحهٔ رایانه یا تلویزیون یا پرده سینما نمایش می‌یابد و سپس فوراً با یک تصویر تازه که شبیه به تصویر پیشین است ولی کمی با آن تفاوت دارد، جایگزین می‌شود. این همان تکنیکی است که در تلویزیون و فیلم از آن استفاده می‌شود.

پویانمایی رایانه‌ای، جانشین دیجیتالی (ارقامی) بی چون و چرای هنر پویانمایی حرکتِ ثابت (stop motion) مدل‌های ۳بعدی و فریم (قاب) به فریم تصاویر ۲بعدی است. برای پویانمایی‌های ۳بعدی، اشیاء (مدل‌ها) روی نمایشگر رایانه ساخته (مدل‌سازی) می‌شوند و پیکرهای ۳بعدی به یک اسکلت مجازی مجهز می‌شوند. برای متحرک کردن پیکره‌های ۲بعدی، از اشیاء (تصاویر) جدا و لایه‌های شفاف جدا استفاده می‌شود، با یا بدون اسکلت مجازی. سپس، دست و پا، چشم‌ها، دهان، لباس و دیگر اجزای پیکر، به وسیلهٔ انیماتور در فریم‌های کلیدی جابجا می‌شوند. تفاوت‌های ظاهری بین فریم‌های کلیدی، به صورت خودکار توسط رایانه در فرایندی مشهور به توینینگ (tweening) یا مورفینگ (morphing) محاسبه می‌شود. در پایان، پویانمایی رندر(render) می‌شود.

در پویانمایی‌های ۳بعدی، همهٔ فریم‌ها باید پس از اینکه مدل‌سازی پایان یافت ارائه شوند. در پویانمایی‌های ۲بعدی برداری، فرایند رندرینگ فریم کلیدی فرایند تصویرسازی است، درحالی‌که فریم‌های میانی (بینی) چنان‌که لازم باشند رندر می‌شوند. برای نمایش‌های از پیش ضبط شده، فریم‌های رندر شده، به یک فرمت یا رسانهٔ دیگر مانند فیلم یا تصویر دیجیتال منتقل می‌شوند. همچنین ممکن است فریم‌ها به صورت بی‌درنگ درحالی‌که به کاربر نهایی نمایش داده می‌شود رندر شوند. پویانمایی‌های کم‌حجمی که به‌وسیلهٔ اینترنت ارسال می‌شوند (مانند فلش‌های ۲بعدی، X3D و…) معمولاً از نرم‌افزاری در رایانهٔ کاربر نهایی به عنوان یک جریان متناوب یا پویانمایی حجیم از پیش بار(Load) شده برای رندرینگ بی‌درنگ استفاده می‌کنند.

 انواع پویانمایی رایانه‌ای 
بر اساس کاربرد، نوع و شکل نمایش و مشخصات تکنیکی، برای پویانمایی‌های رایانه‌ای فرمت‌ها و انواع زیر را می‌توان قائل شد:

۱- پویانمایی‌های ۲ بعدی فلش (flash animation) - این پویانمایی‌ها که معمولاً به صورت فایلهایی با پسوند swf ذخیره می‌شوند، برای پخش نیازمند نرم‌افزار خاص خود می‌باشند. به دلیل سادگی در تولید و حجم کوچک فایل بسیاری از پدید آورندگان پویانمایی‌های دوبعدی و نیز سازندگان تبلیغات اینترنتی، این نوع پویانمایی را ترجیح می‌دهند. پویانمایی‌های فلش، به جای ذخیره کردن تصویر، اطلاعات برداری (vector) را ذخیره نموده و طی برنامه زمان‌بندی طراحی شده توسط انیماتور، در زمان پخش آن را ترسیم می‌نماید. در پویانمایی‌های فلش، تصاویر و رنگها معمولاً تخت و فاقد جلوه‌های ۳بعدی و رنگهای متنوع هستند. این مشخصه (که گاهی با دقت و تلاش انیماتور غیرقابل تشخیص می‌شود) گاهی به عنوان یک مزیت و گاه نیز به عنوان یک محدودیت برای این‌گونه پویانمایی‌ها شمرده می‌شوند.
بندانگشتی|یک پویانمایی با فرمت gif
۲- پویانمایی‌های ۲ بعدی فلت (flat) - این پویانمایی‌ها، در حقیقت تعداد معینی تصویرهای (raster) است که با سرعت معینی پشت سر هم نمایش داده می‌شوند. مشهورترین فرمت فایلهای فلت (gif) است. به دلیل حجم بسیار زیاد، این فرمت‌ها به دلیل عدم محدودیت در رنگ و شکلها، گاهی برای جلوه‌های کوتاه مدت و تکراری (reciprocating short motion) در صفحات وب بکار می‌رود. پویانمایی‌های فلت ۲ بعدی دارای کاربرد فراوانی در تولید فیلم‌های پویانمایی دارند. در حقیقت تمام آنچه روی صفحهٔ نمایشگرها تماشا می‌کنیم، پویانمایی‌های ۲ بعدی فلت هستند. در تولید پویانمایی‌های ۲بعدی فلت، فریم‌های کلیدی و فریم‌های میانی همچنان نقش مهمی دارند؛ که پهلوانان و رنگ عشق از جمله این دسته از پویانمایی‌های رایانه‌ای می‌باشد.

۳- پویانمایی‌های ۳ بعدی فلت - با گسترش توانایی‌های رایانه‌ها و نمایشگرهای مدرن، نرم‌افزارها و انیماتورها قادر شدند تا سایه روشنهایی با دقت و تفکیک بسیار بالا تولید کنند. تلفیق این توانایی با نرم‌افزارهایی که اشیاء و صحنه‌ها را در آن‌ها می‌توان به صورت مدل ۳ بعدی ترسیم نمود، عملاً نسل جدیدی از پویانمایی را ایجاد نمود که در تولید آن‌ها نیازی به فریم نیست و همهٔ کارها توسط نرم‌افزار انجام می‌شود. پویانمایی‌های ۳ بعدی فلت به دلیل بالا بودن دقت سایه روشن‌ها، زوایا و پرسپکتیو در تصویر بسیار شبیه تصاویر دنیای حقیقی می‌باشند.

۴- پویانمایی‌های ۳ بعدی مجازی - از آنجا که مغز توانایی دارد که با تلفیق تصویر دریافت شده از دو چشم و همپوشانی آن‌ها عمق را در فضا درک نماید، می‌توان با نشان دادن دو تصویر هم‌زمان به هر یک از چشمها، محیط ۳بعدی را در مغز شبیه‌سازی نمود. برای اینکار، سازنده، تصویر ۳بعدی مورد نظر را از ۲ نقطه دید (که حدود ۶ سانتیمتر با هم فاصله داشته باشند) ضبط می‌نماید و نمایش می‌دهد. به این ترتیب، تماشاگر با کمک ابزار خاصی که قادر است این دو تصویر را برای هر چشم به‌طور جداگانه نمایش دهد، تصویر را به صورت کاملاً ۳بعدی می‌بیند. سالن‌های نمایش سینمایی ۳ بعدی مثالی از این تصاویر می‌باشند. عمق این تصاویر گاه چنان است که بیننده احساس می‌کند قادر است اشیا را لمس نماید.

۵- پویانمایی‌های ۳بعدی حقیقت مجازی - از این نوع پویانمایی در سطح گسترده‌ای برای بازی‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود. با ذخیره شدن مدل ۳بعدی فضاها و اشیاء، رایانه در زمان نمایش تصویر مورد نیاز را آنی محاسبه و ترسیم می‌کند. از این تکنیک همچنین برای آموزش خلبانان و مانند آن نیز استفاده می‌شود. تفاوت پویانمایی‌های حقیقت مجازی با تصاویر ۳بعدی مجازی، در این است که در حقیقت مجازی، هیچ حرکت و واکنشی از قبل خلق نشده و صرفاً بر اساس واکنش یا دستور تماشاگر تصویر خلق می‌شود و این تصور ایجاد می‌شود که بیننده در فضایی مجازی در حال حرکت است.

۶- پویانمایی‌های تلفیقی - در این پویانمایی‌ها که کاربرد فراوانی در صنعت فیلم‌سازی دارند، بخشی از تصاویر واقعی بوده (از صحنه‌های واقعی تصویر برداری می‌شوند) و تنها بخشی از تصویر به کمک نرم‌افزار به آن اضافه می‌شود. جلوه‌های ویژه سینمایی از فراوان‌ترین مثالهای این پویانمایی‌ها می‌باشند. خطرات و مشکلات تصویرسازی صحنه‌هایی مانند آتش‌سوزی، انفجار و… کاربرد این پویانمایی را برای تولیدکنندگان بسیار جذاب نموده‌است. افسانه گل نور، هفت رنگ و فرزندان آفتاب نمونه‌هایی از این گروه می‌باشند.

 متدهای متحرک سازی 
بندانگشتی|موشن کپچر صورت
در بیشتر سیستم‌های تصاویر متحرک ۳ بعدی، یک طراح نمونه ساده ای از ساختار شی متحرک را که شبیه استخوان‌بندی یا تصویر کارتونی چوبی می‌باشد را ایجاد می‌کند. موقعیت هر قطعه از مدل اسکلتی توسط متغیرهای انیمیشن که به اختصار (Avar) می‌نامیم، مشخص می‌شود. در کارکترهای انسانی و حیوان، بیشتر قسمت‌های مدل اسکلتی به اسکلت بندی واقعی مرتبط است اما تصاویر متحرک اسکلتی برای نمایش چیزهای دیگری با سیمای ظاهری نیز استفاده می‌شود (در نتیجه روش‌های دیگر متحرک‌سازی چهره وجود دارند).

بعنوان مثال شخصیت «وودی» در انیمیشن داستان اسباب‌بازی از ۷۰۰ متغیر انیمیشن (آواتار) که ۱۰۰ تای آن فقط مختص چهره است استفاده می‌کند. کامپیوتر معمولاً پردازش تصویری (رندر کردن) مدل اسکلتی را به‌طور مستقیم انجام نمی‌دهد (قابل دیدن نمی‌باشد) , اما از مدل اسکلتی برای پردازش و تعیین موقعیت دقیق و جهت کاراکترهای مشخص استفاده می‌نماید که در نهایت منجر به پردازش و تولید یک تصویر می‌شود. ازاین رو با تغییر مقادیر متغیرهای انیمیشن در مقاطع زمانی، طراح با حرکت کاراکترها از یک فریم به فریم دیگر، یک تصویر متحرک ایجاد می‌کند.

چندین روش برای ایجاد متغیرهای انیمیشن (آواتر) که بتوانند حرکات طبیعی ایجاد کنند وجود دارد. به‌طور معمول، طراحان این کار را به صورت دستی انجام می‌دهند به عوض اینکه آواتر را برای هر فریم تنظیم نمایند. آنها معمولاً آواترها را در نقاطی کلیدی فریم‌ها تنظیم می‌کنند و بقیه قسمت‌ها توسط کامپیوتر و طی فرآیندی که "فریم کلیدی” نامیده می‌شود انجام می‌گیرد. فریم کلیدی امکان کنترل تصاویر را در اختیار طراح قرار می‌دهد که ریشه در روش‌های متحرک‌سازی دستی دارد.

در مقایسه، روش جدید دیگری به نام «ضبط حرکت» یا «موشن کپچر» از گام بندی به صورت زنده استفاده می‌کند. زمانی‌که روش گام بندی زنده در متحرک‌سازی تصاویر در یک سیستم کامپیوتری اجرا می‌شود، یک بازیگر واقعی در خارج از صحنه واقعی بازی می کند اما به گونه ای است که انگار در صحنه اجرا می‌شود. حرکات این بازیگر توسط دوربین ویدئویی و علامت گذارها در سیستم کامپیوتر ضبط می‌شود و در مرحله بعد، از این حرکات برای حرکات کارکترهای انیمیشن استفاده می‌شود.

هر کدام از این روش‌ها مزیت‌هایی دارند که در روش مربوط به ۲۰۰۷, بازی‌ها و فیلم‌ها از یک یا هر دو روش برای تولید استفاده می‌کنند. تصاویر متحرک فریم بندی کلیدی می‌توانند حرکاتی ایجاد نمایند که اجرای آن‌ها غیرممکن یا بسیار دشوار است در حالی که روش ضبط حرکت می‌تواند حرکات ظریف یک بازیگر خاص را باز تولید نماید. بطور مثال در فیلم دزدان دریایی کارائیب: صندوقچه مرد مرده، بیل نای (بازیگر) نقش کارکتر دیوی جونز را اجرا کرد. اگرچه دیگی حضور فیزیکی در فیلم نداشت، اما فیلم از اجرای او با ضبط حرکات جزئی بدنی، طرز ایستادن و حالت چهره او و … بهره برده‌است؛ بنابراین سیستم ضبط حرکات در مواقعی که نیاز به حرکات و رفتار طبیعی و قابل باور نیاز باشد بسیار کارا خواهد بود. ,اما مدل کاراکترهای مورد نیاز از آنچه توسط گریم‌های عرفی معمول قابل انجام است پیشی می‌گیرد.

 انیمیشن‌های کامپیوتری 

فیلم‌پیشروی «داستان اسباب‌بازی» اولین انیمیشن بلند کامپیوتری است که توسط شرکت انیمیشن‌سازی پیکسارhttps://www.fastcompany.com/3027135/inside-the-pixar-braintrust (با مشارکت شرکت والت دیزنی) در سال ۱۹۹۵ منتشر شد. از آن زمان تا کنون انواع انیمیشن‌های کامپیوتری توسط شرکت انیمیشن‌سازی نظیر پیکسار، دریم‌ورکس انیمیشن، بلو اسکای استودیو، والت دیزنی پیکچرز، سونی پیکچرز انیمیشن، و… ساخته و منتشر می‌شوند.

فیلمتاریخ انتشارداستان اسباب‌بازی ۱۹۹۵زندگی یک حشره ۱۹۹۸مورچه‌ای به نام زی ۱۹۹۸داستان اسباب‌بازی ۲ ۱۹۹۹دایناسور ۲۰۰۰فرار مرغی ۲۰۰۰شرکت هیولاها ۲۰۰۱شرک ۲۰۰۱عصر یخبندان ۲۰۰۲در جستجوی نمو ۲۰۰۳شگفت‌انگیزان ۲۰۰۴شرک ۲ ۲۰۰۴داستان کوسه ۲۰۰۴کبوتر بی‌باک ۲۰۰۵جوجه کوچولو ۲۰۰۵ماداگاسکار ۲۰۰۵والاس و گرومیت: نفرین موجود خرگوش‌نما ۲۰۰۵ربات‌ها ۲۰۰۵عروس مرده ۲۰۰۵دنیای وحش ۲۰۰۶ماشین‌ها ۲۰۰۶آن سوی پرچین ۲۰۰۶برآب‌رفته ۲۰۰۶عصر یخبندان: ذوب ۲۰۰۶هورتون صدایی می‌شنود ۲۰۰۶فصل شکار۲۰۰۶آرتور و نامرئی‌ها ۲۰۰۶خوش‌قدم ۲۰۰۶رئیس مزرعه ۲۰۰۶ملاقات با رابینسون‌ها ۲۰۰۷راتاتویی ۲۰۰۷شرک ۳ ۲۰۰۷فیلم زنبور ۲۰۰۷موج سواری ۲۰۰۷وال-ئی ۲۰۰۸تیزپا ۲۰۰۸پاندای کونگ فوکار ۲۰۰۸ماداگاسکار: فرار به آفریقا ۲۰۰۸بالا ۲۰۰۹هیولاها دربرابر بیگانگان ۲۰۰۹عصر یخبندان: آغاز دایناسورها ۲۰۰۹ابری با احتمال بارش کوفته‌قلقلی ۲۰۰۹آقای فاکس شگفت‌انگیز ۲۰۰۹کورالاین ۲۰۰۹مری و مکس ۲۰۰۹۹ ۲۰۰۹داستان اسباب‌بازی ۳ ۲۰۱۰گیسوکمند ۲۰۱۰چگونه اژدهای خود را تربیت کنیم ۲۰۱۰شرک ۴ ۲۰۱۰ابرذهن ۲۰۱۰من نفرت‌انگیز ۲۰۱۰ماشین‌ها ۲ ۲۰۱۱پاندای کونگ‌فوکار ۲ ۲۰۱۱گربه چکمه‌پوش ۲۰۱۱ریو ۲۰۱۱آرتور کریسمس ۲۰۱۱رنگو ۲۰۱۱هاپ ۲۰۱۱خوش قدم ۲ ۲۰۱۱دلیر ۲۰۱۲رالف خرابکار ۲۰۱۲ماداگاسکار ۳: تحت تعقیب‌ترین‌های اروپا ۲۰۱۲ظهور نگهبانان ۲۰۱۲عصر یخبندان: رانش قاره‌ای ۲۰۱۲دزدان دریایی! گروهی از ناجورها ۲۰۱۲هتل ترانسیلوانیا ۲۰۱۲فرنکن‌وینی ۲۰۱۲پارانورمن ۲۰۱۲لوراکس ۲۰۱۲دانشگاه هیولاها ۲۰۱۳هواپیماها ۲۰۱۳منجمد ۲۰۱۳خانواده کرودها (غارنشین‌ها) ۲۰۱۳توربو ۲۰۱۳حماسه ۲۰۱۳ابری با احتمال بارش کوفته قلقلی ۲ ۲۰۱۳من نفرت‌انگیز ۲ ۲۰۱۳هواپیماها: حریق و نجات۲۰۱۴شش قهرمان بزرگ ۲۰۱۴آقای پیبادی و شرمن ۲۰۱۴چگونه اژدهای خود را تربیت کنیم ۲ ۲۰۱۴پنگوئن‌های ماداگاسکار ۲۰۱۴ریو ۲ ۲۰۱۴عروسک‌های جعبه‌ای ۲۰۱۴درون و بیرون ۲۰۱۵دایناسور خوب۲۰۱۵خانه ۲۰۱۵فیلم بادام زمینی ۲۰۱۵هتل ترانسیلوانیا ۲ ۲۰۱۵شان گوسفند ۲۰۱۵مینیون‌ها ۲۰۱۵فهرست مقدس ۲۰۱۵زوتوپیا ۲۰۱۶در جستجوی دوری ۲۰۱۶موانا ۲۰۱۶پاندای کونگ‌فوکار ۳ ۲۰۱۶ترول‌ها ۲۰۱۶عصر یخبندان: مسیر برخورد ۲۰۱۶پرندگان خشمگین ۲۰۱۶زندگی پنهان حیوانات خانگی ۲۰۱۶آواز ۲۰۱۶کوبو و دو تار ۲۰۱۶ماشین‌ها ۳ ۲۰۱۷کوکو ۲۰۱۷بچه رئیس ۲۰۱۷کاپیتان زیرشلواری: اولین فیلم حماسی ۲۰۱۷فردیناند ۲۰۱۷اسمورف‌ها: دهکده گمشده ۲۰۱۷ایموجی ۲۰۱۷ستاره ۲۰۱۷من نفرت‌انگیز ۳ ۲۰۱۷شگفت‌انگیزان ۲ ۲۰۱۸رالف اینترنت را خراب می‌کند ۲۰۱۸هتل ترانسیلوانیا ۳ ۲۰۱۸مرد عنکبوتی: به درون دنیای عنکبوتی ۲۰۱۸انسان‌های نخستین ۲۰۱۸گرینچ ۲۰۱۸جزیره سگ‌ها ۲۰۱۸داستان اسباب‌بازی ۴ ۲۰۱۹منجمد ۲ ۲۰۱۹چگونه اژدهای خود را تربیت کنیم: دنیای پنهان ۲۰۱۹زشت ۲۰۱۹جاسوسان نامحسوس ۲۰۱۹پرندگان خشمگین ۲ ۲۰۱۹زندگی پنهان حیوانات خانگی ۲ ۲۰۱۹خانواده آدامز ۲۰۱۹

 جستارهای وابسته 
 پویانمایی
 فیلم سه بعدی
 داستان اسباب بازی

 منابع 

سایت ایرانیان انیمیشن https://web.archive.org/web/20160422181506/http://iraniananimation.com/
http://www.irancg.com


رده:پویانمایی رایانه‌ای
رده:پویانمایی
رده:تکنیک‌های پویانمایی
رده:گرافیک رایانه‌ای