Bewegt und bewegend

Computergrafik Teil 5: Heft 2/1993 (S. 121)

Bewegte Bilder üben seit jeher eine besondere Faszination auf den Betrachter aus. Mit Hilfe des Grafik-Computers werden Animationssequenzen erheblich leichter hergestellt, als man dies bisher konnte. Hinzu kommen zahlreiche neue Möglichkeiten bei der Ausarbeitung von Filmsequenzen.

Eine besonders starke Faszination üben seit jeher bewegte Grafiken auf die Menschen aus. Das hat bereits Walt Disney mit seinen zahlreichen Zeichentrickfilmen erkannt.

Seit der Grafik-Computer Einzug in den Filmbereich gehalten hat, sind die Zuschauer mehr denn je von den bewegten, also animierten Bildern angetan. Da 25 Grafiken pro Sekunde Filmlaufzeit benötigt werden, um dem Betrachter ein bewegtes Bild vorzutäuschen, waren Animationsequenzen in der Produktion stets sehr zeitaufwendig und teuer.

Aus Kostengründen kann man zwar im Einzelfall auch jedes Bild zweimal aufnehmen, und somit nur die Hälfte an Grafiken anfertigen. Diese Sparmaßnahme ist jedoch an den ruckenden Bildern leicht zu erkennen. Deshalb sollte dieses Verfahren nur in Sonderfällen angewandt werden.

Die neuen Verfahren

Viele der nötigen Arbeitsschritte werden dem Grafik-Designer erleichtert, wenn er mit dem Grafikcomputer arbeitet. Bereits bei handgezeichneten Animationen wurde die Arbeit in sehr verschiedene Arbeitsbereiche aufgeteilt. Nachdem das Drehbuch und somit der Filmablauf endgültig feststand, wurden die Hauptphasen, auch Eckphasen genannt, gezeichnet. Das sind die Phasen, bei denen sich die Bewegung in ihrer Art oder Richtung verändert.

Danach animierten die sogenannten "Inbetweener" die einzelnen Zwischenphasen, also die Zwischenzeichnungen von Hauptphase zu Hauptphase. Im Anschluß daran wurden die Bleistiftzeichnungen auf Folien übertragen und von Koloristen mit speziellen Folienfarben bearbeitet. Die Hintergründe wurden gesondert gemalt. Waren alle Vorlagen fertiggestellt, wurden die Vorlagen von Kameraleuten auf Kinefilm aufgenommen und nach der Filmentwicklung von Cuttern in die richtige Reihenfolge gebracht, um letztendlich vertont zu werden. So waren unter Umständen bis zu zehn unterschiedliche Personen nötig, um einen effektiven und zügigen Arbeitsablauf zu gewährleisten. Dies hat sich nunmehr grundlegend geändert. Wenn man über die entsprechende Ausbildung und damit über das nötige Wissen verfügt, kann eine Person alle diese Arbeiten allein erledigen. Viele der Arbeitsschritte werden vom Computer vollständig automatisch erledigt. So müssen keinerlei Zwischenphasen mehr gezeichnet werden, es werden keine Folien koloriert, und in gewissem Sinne wird auch die Aufnahme selbständig vom Rechner durchgeführt.

Oft meint man, daß durch diese Entwicklung die verbleibenden neun Zeichentrickfachleute beschäftigungslos werden könnten. Durch ihr enormes Fachwissen in diesem sehr speziellen Bereich werden sie jedoch neue Ein-satzgebiete finden, wenn sie bereit sind, den Grafikcomputer als ihr neues Zeichenwerkzeug zu akzeptieren. So leistungsfähig alle Animationsprogramme auch sind, das Wissen von Fachleuten aus dem manuellen Trickfilmbereich kann man mit diesen Programmen nicht ersetzen. Ohne dieses Grundwissen in der Filmherstellung werden die Filme kälter und unnatürlicher aussehen und nur mit einem längeren Produktionszeitraum ausgeführt werden können.

Es ist daher sinnvoll, Computeranimationen im Verarbeitungsstil der manuellen Technik anzugleichen. Die meisten der zur Zeit verfügbaren Computeranimationsprogramme sind ähnlich wie die manuelle Verarbeitung aufgebaut.

Kombination mit Realbildern

Eine große Schwierigkeit bereitete zu Beginn der Computergrafik die Integration von Realbildern in Animationssequenzen. Durch entsprechende Mappingverfahren (siehe Teil 4 dieser Artikelserie) kann man heute sehr wirkungsvoll Computergrafik mit Realbildern kombinieren. Die Programme sind nunmehr in der Lage, die Bilder z.B. von Videobändern oder von gespeicherten Animationen einzelbildweise auf Objekte zu übertragen, so daß sich Figuren auf animierten Objekten bewegen können. Damit kann man auch eine wirkungsvolle Kombination von manuellen Zeichentrickaufnahmen und Computeranimationen erreichen, indem man die handgezeichneten Sequenzen auf Videobänder überträgt und von dort in die computergenerierten Animationen einbaut. Dieses Verfahren, bewegte Bilder in Animationssequenzen zu übernehmen, nennt man Rotoscoping, Fast alle professionellen Animationsprogramme verfügen über diese Funktion. Durch die unterschiedlichsten Variationsmöglichkeiten sind mit dieser Technik der Phantasie des Gestalters heute keine Grenzen mehr gesetzt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Hintergrund eines Bildes mit einer Realaufnahme zu belegen und alle Objekte des Modells mittels Computeranimationen zu bewegen (Abb. 2). Dieses Verfahren wird oftmals bei Animationen im Architekturbereich eingesetzt, um z.B. Stadtbilder zu zeigen, die noch gar nicht oder nur teilweise real existieren.

Daneben können natürlich auch reale Schauspieler vor einer vollständig im Computer entstandenen Kulisse agieren. Diese Möglichkeit wurde bereits frühzeitig in Science-Fiction-Filmen eingesetzt. In anderen Spielfilmen werden Kulissen mit Hilfe der Computergrafik optimiert, ohne daß der Zuschauer es erahnt. Durch entsprechende Maskierungen werden die Schauspieler vom Hintergrund getrennt aufgenommen, und erst zum Schluß wieder mit den Trickteilen zusammengesetzt.

Die Beschränkungen

Zur Zeit ist es nur mit außerordentlich hohen Hardwareanforderungen und zahlreichen Beschränkungen möglich, Live-Bilder in Echtzeit zu bearbeiten. Durch die Entwicklung von verschiedenen Komprimierungsverfahren im Hard- und Softwarebereich könnte diese Arbeit in Zukunft erleichtert werden. Gerade in der Zeit von vielfältigen multimedialen Anwendungen werden die Ansprüche der Anwender im Bereich der Realtime-Animationen steigen. Zur Zeit ist es zwar bereits möglich, Fernsehbilder mit dem Computer aufzuzeichnen und weiterzubearbeiten. Allerdings lassen momentan die Qualität und die Bearbeitungsmöglichkeiten noch stark zu wünschen übrig. Da die bisher sehr teuren Workstations bereits über zahlreiche Funktionen in diesem speziellen Arbeitsbereich verfügen und sie sich in ihrem Preis den PCs immer weiter annähern, kann man davon ausgehen, daß in Kürze viele dieser Variationen auch für den PC zu einem akzeptablen Preis erhältlich sind.

Die Präsentation

Die einfachste Art, Bewegungen zu erzeugen, ist der Einsatz von sogenannten Präsentationsprogrammen. Dabei werden bereits fertiggestellte Grafiken mit verschiedenen Überblendtechniken auf dem Computermonitor gezeigt (Abb. 9 und 10). Mit diesen Programmen können auch kürzere Animationssequenzen hergestellt werden, indem kleine Bilder über den Bildschirm "geschoben" werden. Die Geschwindigkeit richtet sich dabei nach der Größe der Bilder und dem im Rechner vorhandenen Speicher. Mit derartigen Programmen kann man ohne viel Zeitaufwand Einzelbilder effektvoll für Präsentationen zusammenstellen. Der Nachteil dieser Programme besteht darin, daß sich die Effekte nicht modifizieren lassen, wenn sie den eigenen Wünschen nicht exakt entsprechen. Außerdem ist man sehr stark von der verwendeten Hardware abhängig. Effektiv lassen sich diese Programme nur mit ausreichendem Speicher und schnellen Rechnern einsetzen. "Echte", fließende Animationen kann man mit solchen Programmen schon deshalb nicht erreichen, weil sie mit Effekten, (- ohne Einzelphasen -) arbeiten.

Abb. 3: Nach Fertigstellung der Hauptphasen kann man sich sogenannte Storyboards anzeigen lassen. Dabei werden einzelne Bilder der Animationssequenz auf einem Gesamtbild dargestellt, anhand dessen man sich einen Überblick über den Bewegungsablauf verschaffen kann.

Die Einzelbildanimation

Eine völlig andere Arbeitsweise ist nötig, wenn alle Animationen in Einzelphasen berechnet werden. Der erheblich höhere Arbeitsaufwand lohnt sich allerdings, weil man dadurch unter anderem im Nachhinein die Einzelphasen bearbeiten kann, um sie den eigenen Vorstellungen anzupassen. Der Arbeitsablauf ist im wesentlichen identisch mit dem Herstellen gezeichneter Animationen. Zuerst legt man sämtliche Hauptphasen einer Bewegung fest. Die Animationsabläufe werden in einem dem gezeichneten Storyboard ähnlichen Editor bearbeitet. Damit werden unter anderem die Animationspfade und die Dauer der einzelnen Bewegungen bestimmt. Die Animationspfade legen den genauen Weg fest, auf dem sich ein Objekt während der Animationssequenz bewegt.

Im Unterschied zur herkömmlichen Trickanimation können die Art der Beschleunigung und das Abbremsen einer Bewegung exakt festgelegt werden. Dieser "logarithmische" Bewegungsablauf sieht sehr natürlich und harmonisch aus und ist eine der wesentlichen Erleichterungen gegenüber der bisherigen Verfahrensweise. Nur mit sehr großem Arbeitsaufwand waren die Grafiker bisher in der Lage, solche natürlichen Beschleunigungen zu zeichnen.

Die Zwischenphasen stehen nach Festlegung der Hauptphasen (Keyframes) sofort zur Verfügung und können einzelbildweise modifiziert werden. Bei jedem Einzelbild, bei dem eine Bewegung ihre Richtung oder Art verändert, muß man die neuen Daten der Animation eingeben. Im sogenannten Preview Modus wird anschließend der Ablauf in verminderter Bildqualität am Monitor wiedergegeben.

Abb. 4 bis 8: In dieser Filmsequenz wurde die Art dargestellt, in der ein erhitztes Rohr erkaltet. Um die runden Formen von allen Seiten betrachten zu können, wurde die dreidimensionale Animation für dieses Vorhaben gewählt. Während des Films drehen sich alle Einzelteile um ihre Achse.

Die sogenannte Funktion "Directors chair" ermöglicht es, das gestaltete Modell mit Abstand zu betrachten, so wie es in der Realität der Regisseur von seinem Regiestuhl aus auch tun kann (Abb. 11 bis 13). Mit dieser Funktion hat man einen guten Überblick über den gesamten Ablauf.

Sind alle Korrekturen eingebracht, kann man die Gesamtanimation endgültig einzelbildweise rendern lassen (siehe Teil 4 dieser Artikelserie) und sie dabei auf die verschiedenen Ausgabegeräte übertragen. Dazu zählen neben der Festplatte auch Videorekorder und hochauflösende Filmbelichter. Dieser Vorgang geschieht vollautomatisch.

Durch diese Arbeitstechnik kann man sich sehr intensiv um die sorgfältige Ausarbeitung der Hauptphasen kümmern, da alle anschließenden Arbeiten, die bisher den größten Teil der Arbeitszeit in Anspruch genommen haben, vom Rechner allein durchgeführt werden.

Abb. 9 und 10: Bei diesen beiden Darstellungen wurden Präsentationsprogramme eingesetzt, um auf eine einfache Art verschiedene vorhandene Bilder zusammenzustellen.

Die Überlegungen

Der gesamte beschriebene Arbeitsablauf ist im Grunde bei allen Animationsprogrammen identisch. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um zwei- oder dreidimensionale Animationen handelt. Besonders bei den zweidimensionalen, "gewöhnlichen" Animationen zahlt sich die Arbeit mit dem Grafik-Computer aus, da diese Szenen besonders schnell berechnet werden. Zudem sind die Ergebnisse sehr viel exakter, als dies mit herkömmlichen Mitteln je möglich gewesen wäre. Der benötigte Zeitaufwand für das Berechnen einer Animation ist neben dem zur Verfügung stehenden Rechner wesentlich abhängig von der Anzahl der Objekte, die ein Modell enthält. Aus diesem Grund muß man gerade bei Animationen oftmals einen Kompromiß eingehen, wenn es um den Aufbau des Modells geht. Ein Bild, das mehrere Stunden Renderzeit benötigt, ist nur schwierig zu animieren, da dann unter Umständen schon bei kurzen Szenen eine Rechenzeit von mehreren Wochen entstehen würde. Die Herstellung von einzelnen Animationsphasen hat natürlich zusätzlich den Nachteil, daß sehr viel Festplattenspeicher nötig ist, da Pixelgrafiken in hoher Qualität viele Gigabyte an Speicherplatz benötigen. Die Vorteile in der Qualität und der Bearbeitungsmöglichkeit legen einen Neukauf von Festplattenspeicher nahe.

Bei der dreidimensionalen Animation sind viele Möglichkeiten hinzugekommen, die dem Grafik-Designer bisher nicht zur Verfügung standen. Man kann z.B. mit der "Kamera" durch das gebaute Modell "fahren" oder mit dem "Objektiv" an Objekte heranzoomen, wie es mit einer Kamera in der Realität auch möglich ist.

Bei vielen professionellen Animationsprogrammen hat man die Wahl, Modelle und Animationen auch mit Hilfe eines Texteditors und völlig ohne Programmenü herzustellen. Mit dieser recht ungewohnten Art, Grafiken zu erzeugen, besteht die Gelegenheit, sehr komplexe Modelle schnell und effektiv anzufertigen. Auch wenn dieses Verfahren recht schwierig erlernbar ist, da alle einzelnen Modelldaten wie auch bei Programmiersprachen sehr exakt definiert sind, sollte man versuchen, häufig mit dieser Methode zu arbeiten, da erhebliche Arbeitszeit dadurch einspart werden kann. Wenn man zusätzlich über Kenntnisse im Programmieren verfügt, kann man mit Hilfe dieser Funktion Modelle in großen Teilen vollautomatisch erstellen, ohne das eigentliche 3D-Programm benutzen zu müssen. Viele der sogenannten Raytracing-Programme arbeiten ebenfalls nach diesem Prinzip.

Grundsätzliches

Bei dem Erstellen von umfangreichen Animationsteilen darf man keine Bedenken vor den großen Datenmengen und dem erheblichen Arbeitsaufwand haben. Da bei Animationen sehr viele Daten entstehen, muß gelernt werden, diese Daten sehr sorgfältig zu verwalten. Wenn dieser Punkt nicht beachtet wird, besteht kaum eine Möglichkeit, am Ende eines Filmvorhabens die entsprechenden Einzelphasen wiederzufinden, da es keine Seltenheit ist, daß bei einem Film von wenigen Minuten Laufzeit über 10.000 Einzelbilder entstehen.

Außerdem muß man bei diesen Arbeiten bedenken, daß mit einer "Computerkamera" gearbeitet wird. Das bedeutet unter anderem, daß jede Blende und jeder geringfügige Kameraschwenk aus 25 Einzelbildern pro Sekunde Film berechnet werden muß. Bei der Verwendung einer Videokamera macht man sich über diese Problematik keine Gedanken. Auch bei Tricktischaufnahmen von gezeichneten Animationen wurde der Bildausschnitt ebenso wie eine Kamerafahrt bisher erst festgelegt, wenn alle einzelnen Zeichnungen fertiggestellt waren. Nunmehr muß ein sehr genaues Storyboard angefertigt werden, bevor die erste Animationsszene eingerichtet wird. Es besteht zwar die Möglichkeit, die Bewegungen nachträglich zu editieren, man verschwendet aber damit wertvolle Arbeitszeit.

Ein wesentlicher Punkt, der zur Zeit sehr selten beachtet wird, betrifft die Modelle und die Bewegung. Ein fliegendes Rechteck sieht mit wirkungsvollen Lichtreflexen zwar gut aus, der Zuschauer gewöhnt sich aber sehr schnell an solche simplen Bewegungen. Bald danach stellt er sich die Frage, warum er auf dem Fernsehschirm Schriftzüge und Rechtecke durch das Bild fliegen sieht. In der Realität fliegen diese Gegenstände ja auch nicht "in der Gegend" herum. Man sollte also schon überlegen, ob eine Bewegung wirklich nötig ist, oder ob sie nur eingesetzt wird, um zu zeigen, daß man über ein Animationsprogramm verfügt, das derartige Bewegungen erzeugen kann. Solche Abläufe und die dazugehörenden einfachen Modelle nutzen sich im heutigen Fernsehalltag sehr schnell ab.

Problemstellungen

Besonders schwierig sind diejenigen Filme zu realisieren, bei denen exakte, real existierende Bewegungsabläufe wiedergegeben werden sollen. Bei diesen Filmen müssen die Modelle von vornherein so konzipiert werden, daß alle gewünschten Bewegungsabläufe anschließend leicht umzusetzen sind. Oftmals stellt man gegen Ende des Hauptphasenaufbaus fest, daß die Konstruktion des Modells den Einbau der gewünschten Animationen nicht zuläßt. Die Zeit, die man für die Konzeption von Animationen einplant, sollte daher sehr großzügig bemessen sein. Solange wie Animationen per Hand gezeichnet wurden, verbrachte der Grafiker die meiste Zeit mit Fleißarbeiten. Der Computer-Grafiker benötigt dagegen die längste Zeit für die Konzeption und den Aufbau eines Modells und der dazugehörenden Animation. Für alle kreativen Arbeitsschritte steht durch die neuen Techniken mehr Freiraum zur Verfügung als bisher. Deshalb sollten die Computeranimationen eigentlich weit geschmackvoller gestaltet und ausgearbeitet sein als die bisherigen Animationen.