Принципы работы анимированной графики и видео

История компьютерного видео насчитывает всего лет пятнадцать. И это понятно: чтобы хранить полноразмерные фильмы, нужно очень много дискового про­странства, а чтобы его обрабатывать, нужны мощные компьютеры. Как раз пятнадцать лет назад появились достаточно быстродействующие компь­ютеры и достаточно емкие жесткие диски, чтобы обрабатывать и хранить компьютерное видео. И именно в то время возникло понятие "мультимедиа", обозначавшее совокупность текстовых, цифровых, звуковых и видеоданных, объединенных в единое целое.

Давайте выясним, почему для хранения и обработки видео нужно больше ресурсов, чем для обычной компьютерной графики. Вы знаете, что видеофильм можно представить как набор множества непод­вижных изображений (кадров), очень быстро, несколько раз в секунду, сме­няющих друг друга. Так как человеческий глаз не может уследить за сменой одного изображения другим, субъективно этот непрерывный "поток" изо­бражений выглядит как одна движущаяся картинка. Для достижения такого эффекта частота кадров фильма должна быть довольно велика.

Каждый фильм фактически представляет собой огромное количе­ство статичных изображений. Чтобы сохранить их в цифровом виде, нужен носитель весьма большой емкости. Поэтому для сохранения фильмов исполь­зуют алгоритмы сжатия с потерями. Но для распаковки таких фильмов и вывода изображения на экран нужны огромные вычислительные мощности.

Покадровая анимация

Покадровая анимация сродни растровому изображению. И здесь, и там данные сохраняются в виде массива точек, позднее подвергаемого сжа­тию. Отдельные кадры такой анимации сохраняются именно в виде растровых изображений.

Абсолютно все фильмы, накопленные к данному моменту времени человечеством, представляют собой покадровую анимацию. Сам принцип действия киноаппарата основан на фиксации на све­точувствительной пленке множества неподвижных изображений, каждое — через определенный промежуток времени. Двадцать четыре (стандартная частота кадров "большого" кино) раза в секунду киноаппарат приказывает: "Остановись, мгновенье". Из таких мгновений и состоит любая кинолента. Аналогично работает и видеокамера.

Преимущества покадровой анимации.

- очевидность создания. Чтобы изготовить анимационный фильм, нужно нари­совать все входящие в него кадры;

- широкие возможности для создателя.

Недостатки.

- большая трудоемкость создания фильмов;

- большие проблемы, возникающие при сохранении покадровой анимации в цифровом виде.

Вот здесь давайте остановимся. И поговорим о переводе фильмов в цифро­вой вид (оцифровке). Каждый из множества кадров, составляющих фильм, занимает при хранении определенное пространство на диске. Предположим, что это пространство со­ставляет 100 килобайт — для хранения полноцветного изображения высокого разрешения в формате JPEG этого даже маловато. Теперь предположим, что таких изображений у нас 100 000 — такой длинны у нас фильм (100 000 / 24 = 4166 сек = 70 мин). Умножаем 100 на 100 000 и получаем 10 000 000, т. е. примерно 10 гигабайт. Выходит, для хра­нения фильма нам нужна куча компакт-дисков! Этот фильм даже на 2 DVD не влезет! Что делать? Надо сжать фильм. И, если можно, сжать не только са­ми кадры, но и их последовательность, выбросив часть информации, без которой можно и обойтись. И, разумеется, сжать звуковое сопровождение. Для сжатия фильмов используются специальные алгоритмы, реализующие сжатие с потерями. В этом случае при сжатии какая-то часть информации, не очень нужная при воспроизведении, выбрасывается из фильма, за счет чего последний становится заметно меньше. Поэтому для сохранения покадровой анимации применяются растровые форматы. Если сохранить такую анимацию в векторном фор­мате, ее будет практически невозможно сжать с применением одного из применяемых для этого алгоритмов. А такие алгоритмы, как MPEG 4 и DivX, позволяют поместить полноразмер­ный фильм на обычный компакт-диск, т. е. размер сжатого с их помощью видеофайла составляет 600—720 мегабайт. Это уже вполне приемлемые па­раметры. Именно эти два алгоритма и совершили "компьютерно-киношную" рево­люцию, создав высококачественное цифровое кино.

Взглянем еще раз на рис. и подумаем. Отдельные кадры покадровой анимации сохраняются в виде растровых изображений. В векторном виде сохранять их неудоб­но — об этом уже говорилось. Теперь давайте предположим, что мы все-таки сохранили каждый кадр такой анимации в век­торном виде. Далее, предположим, что мы можем описывать с помощью формул не только форму кривых и прочих графиче­ских примитивов, но и их поведение. Следовательно, мы можем изменить форму "рта", просто изменив нужную формулу. Что у нас получится? А получится у нас трансформационная анимация. От покадровой она отлича­ется тем, что не описывает каждый кадр последовательности отдельно, а сразу задает поведение того или иного графического примитива.

Два кадра анимации, показанной на рис., мы все-таки должны создать сами. Эти кадры, собственно, и описывают анимацию, а именно, что же в ее результате меняется в нашем изображении. Давайте назовем эти два кадра, созданные нами, ключевыми. Сформированные же программой кадры назовем промежуточными (на рис. они показаны бледным цветом). Такая, трансформационная анимация возникла только в последние годы. Фактически трансформационную анимацию соз­дал пакет Flash.

Достоинства:

- Простота создания. Вам нужно только растолковать программе, что и как вы хотите изменить, задать промежуток времени, в течение которого будут происходить эти изменения— и программа сама сформирует за вас нужную анимацию. Вам не придется кропотливо рисовать все входящие в ваш фильм кадры, как это было в случае с покадровой анимацией.

- Исключительная компактность получающегося массива данных. Как вы помните, векторная графика занимает меньше места, чем растровая, так и трансформационная анимация занимает меньше места, чем покадровая. Ведь для хранения нескольких параметров функции, задающей анимацию, нужно меньше места, чем для множества кадров, каждый из которых представляет собой растровое изображение.

- Легкость правки трансформационной анимации. Чтобы исправить что-то в классическом фильме, вам придется перерисовывать или переснимать целые сцены. В случае же трансформационной анимации во многих случаях нужно только изменить пару параметров задающих анимацию.

Недостаток всего один, но зато какой! С помощью покадровой анимации мы можем делать все. А с помощью трансформационной только самые простейшие движения. Все богатство покадро­вой анимации нам в этом случае недоступно. Но трансформационная анимация не претендует на лавры покадровой. Ее задача — простейшие анимационные эффекты, применяемые в каче­стве элементов оформления программ и Web-страниц и для простых, в основном, учебных фильмов.