Рис. 13.6. Степени свободы стационарного однорукого робота ОБЩИЕ ФУНКЦИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ АНИМАЦИИ
Многие программные пакеты разрабатывались либо для общего проектирования анимации, либо для выполнения специализированных задач. Типичные функции анимации включают управление движением объекта, генерацию проекций объекта, создание движения камеры и генерацию промежуточных кадров. Одни пакеты анимации, например, \¥а\е&оп1, предлагают специальные функции как для общего проектирования анимации, так и для обработки отдельных объектов. Другие являются специализированными пакетами, предназначенными для выполнения отдельных задач, например, генерации промежуточных кадров или анимации рисунков.
В пакете общей анимации часто присутствует набор процедур для записи базы данных объекта и управления ею. Формы объектов и сопутствующие параметры записываются в базу данных и обновляются в ней. Другие функции, относящиеся к работе с объектами, включают функции для генерации движения объекта и визуализации его поверхностей. Движение может генерироваться согласно заданным условиям с использованием двух- или трехмерных преобразований. После этого можно применять стандартные функции, чтобы определить видимые поверхности и использовать алгоритмы визуализации.
Другой типичный набор функций имитирует движение камеры. Стандартными движениями камеры являются наезд, панорамирование и наклон. Наконец, для данной спецификации ключевых кадров могут автоматически генерироваться промежуточные кадры.
ЯЗЫКИ КОМПЬЮТЕРНОЙ АНИМАЦИИ
При необходимости можно разработать процедуры создания и управления анимационными последовательностями на универсальном (С, C++, Lisp или Fortran) или специализированном языке программирования. Эти языки обычно включают графический редактор, генераторы ключевых и промежуточных кадров, стандартные гра-
Рис. 13.7. Трансляционная и вращательная степени свободы основания “руки” робота фические процедуры. Графический редактор позволяет аниматору разрабатывать и модифицировать формы объектов, используя сплайновые поверхности, методы конструктивной блочной геометрии или другие схемы представления.
При спецификации анимации очень важно правильно описать сцену, т.е. разместить объекты и источники освещения, определить фотометрические параметры (интенсивности излучения источника и параметры освещенности поверхности) и установить параметры камеры (положение, ориентацию и характеристики линз). Другая стандартная функция - спецификация действия, включающая схему траекторий движения объектов и камеры. Кроме того, требуются обычные графические процедуры: преобразование изображения путем изменения точки обзора и перспективное преобразование, геометрические преобразования, определяющие движение объекта как функцию ускорения или кинетических спецификаций траектории, определение видимых поверхностей и операции по визуализации поверхностей.
Системы ключевых кадров изначально представляли собой отдельный набор процедур анимации, предназначенных для генерации промежуточных кадров по заданным пользователем ключевым кадрам. В настоящее время данные процедуры часто являются компонентом более общего пакета анимации. В простейшем случае каждый объект сцены определяется как набор объемных тел, соединенных в некоторых точках и имеющих ограниченное число степеней свободы. В качестве примера рассмотрим “однорукого” робота на рис. 13.6: он имеет шесть степеней свободы, которые называются захват “рукой ” (arm sweep), наклон в “плече ” (shoulder swi\el), удаление “локтя” (elbow oiension), раскачка (pitch), сгибание в “запястье” (yaw) и крен (roll). Число степеней свободы данной руки можно расширить до девяти, разрешив трехмерную трансляцию ее основания (рис. 13.7). Если, к тому же, разрешить вращение основания, ‘^ука” робота будет иметь 12 степеней свободы. Для сравнения - человеческое тело имеет более 200 степеней свободы.