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コンピュータアニメーション - Wikipedia

コンピュータアニメーションえい: computer animation)とは、コンピュータ使つかって動画どうが制作せいさくする技法ぎほう、またはコンピュータで制作せいさくされたアニメーションである。

モーションキャプチャによるコンピュータアニメーション(この画像がぞう静止せいし

概要がいよう

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コンピュータグラフィックスアニメーション一部いちぶである。3次元じげんコンピュータグラフィックス使つかったものがえているが、2次元じげんコンピュータグラフィックスによるものは帯域たいいきはばちいさくリアルタイムのレンダリングが必要ひつよう場合ばあいによく使つかわれている。アニメーションとしての表示ひょうじはコンピュータじょうおこな場合ばあいもあるが、映画えいがなどのほかのメディアで利用りようする場合ばあいもある。映画えいが場合ばあいはこれを CGI(Computer Generated Imagery)ともぶ。

うごいているようにせかけるため、コンピュータディスプレイに1つの画像がぞう表示ひょうじすると素早すばやべつすこしだけ変化へんかした画像がぞう表示ひょうじする。この技法ぎほうテレビ映画えいがうごいているようにせるのとおな方法ほうほうである。

コンピュータアニメーションは、立体りったい模型もけい使つかったストップモーション・アニメーション平面へいめんのイラストを使つかった普通ふつうのアニメーションをデジタルしたものとうことができる。3次元じげんアニメーションでは、物体ぶったい模型もけい)はコンピュータディスプレイうえつくられ、3次元じげん人物じんぶつには仮想かそう骨格こっかく使つかう。2次元じげん人物じんぶつのアニメーションでは、物体ぶったいぐん(イラスト)が別途べっと用意よういされ、透明とうめいなレイヤを使つかい、仮想かそう骨格こっかく使つかうこともある。そして、手足てあしくち衣服いふくなどを骨格こっかく付与ふよし、人間にんげん(アニメータ)がキーフレーム作成さくせいする。キーフレームあいだ差異さいはコンピュータが自動的じどうてき計算けいさんする。この処理しょりトウィーニングまたはモーフィングぶ。最後さいごに、アニメーションがレンダリングされる。

3次元じげんアニメーションでは、モデリングが完了かんりょうしてからぜんフレームを描画びょうがする必要ひつようがある。2次元じげんアニメーションでは、描画びょうがはキーフレームをえが工程こうていであり、キーフレームあいだ補間ほかん(トウィーニング)は必要ひつようおうじてレンダリングする。リアルタイムでない場合ばあい描画びょうがしたフレームぐん映画えいがのフィルムやデジタルビデオなどの各種かくしゅフォーマットに変換へんかんされる。リアルタイムにフレームを描画びょうがし、そのままエンドユーザーに提示ていじする場合ばあいもある。インターネット経由けいゆてい帯域たいいきはばのアニメーションを転送てんそうする場合ばあい、エンドユーザーがわのコンピュータじょうのソフトウェア(Adobe FlashX3D)がリアルタイムのレンダリングをおこなう。一方いっぽうこう帯域たいいきはばのアニメーションは事前じぜんにデジタルビデオ形式けいしき記録きろくしておき、ストリーミング方式ほうしき転送てんそうする。

単純たんじゅんれい

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コンピュータアニメーションのれい

みぎのアニメーションでは、まず画面がめんくろなどの背景はいけいしょくりつぶす。つぎ山羊やぎ画面がめんみぎえがく。そして、画面がめんふたた背景はいけいしょくりつぶし、山羊やぎまえより若干じゃっかんひだり位置いちえがく。これをかえすと、山羊やぎはゆっくりみぎからひだり移動いどうしてえる。かえしの速度そくど十分じゅうぶんはやければ、山羊やぎがスムーズにひだりうごいているようにえる。この方法ほうほう映画えいがやテレビの動画どうがでも使つかわれている。

このれい物体ぶったい位置いちをずらすものだが、おおきさや形状けいじょう照明しょうめいいろ変化へんかさせるようなより複雑ふくざつ変換へんかんおこなうには、たんさい描画びょうがかえすだけでなく、ある程度ていど計算けいさんレンダリング技術ぎじゅつようする。

錯覚さっかく残像ざんぞう

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のう物体ぶったいがスムーズにうごいていると錯覚さっかくさせるには、画像がぞう毎秒まいびょう12まいフレームレート(fps)以上いじょうはやさで描画びょうがする必要ひつようがある(フレームとは1まい完全かんぜん静止せいし画像がぞうである)。毎秒まいびょう70フレーム以上いじょうになると、のう知覚ちかく限界げんかいたっし、それ以上いじょうリアリティやスムーズさが向上こうじょうしなくなる。毎秒まいびょう12フレーム未満みまんでは、おおくの人々ひとびとがフレームのわりにづいてしまう。一般いっぱんてき手描てがきのアニメーションは毎秒まいびょう15フレーム程度ていど日本にっぽんテレビアニメは8フレーム程度ていど主流しゅりゅう)にしてセルの描画びょうが枚数まいすうおさえているが、これはアニメの様式ようしきしたえがかただからこそ可能かのうなことである。コンピュータアニメーションの生成せいせいする画像がぞうはそれよりもリアルであるため、もっとフレームレートをげないとリアリティをせない。

素早すばやくフレームをえるとスムーズにうごいてえるのは「残像ざんぞう現象げんしょうがあるからである。のう瞬間しゅんかんごとの画像がぞう記憶きおくし、それらを自動的じどうてき平滑へいかつしている。映画えいが一般いっぱん毎秒まいびょう24フレームで、連続れんぞくてきうごきとしてせるにはその程度ていど十分じゅうぶんである。

架空かくうのキャラクターをアニメする方法ほうほう

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.gif形式けいしきの2次元じげんアニメーション。ぼう人間にんげん静止せいしをキーフレームとしてうごきを生成せいせいしている。

ほとんどの3次元じげんコンピュータアニメーションシステムでは、アニメーターはまず骨格こっかくぼう人間にんげんのような単純たんじゅんしたもので人物じんぶつ表現ひょうげんする。骨格こっかくモデルのかく部分ぶぶん位置いちはanimation variablesアニメーション変数へんすう)またはAvars定義ていぎされる。人間にんげん動物どうぶつえが場合ばあい骨格こっかくモデルは実際じっさい骨格こっかく対応たいおうしていることがおおいが、おな手法しゅほう骨格こっかくとそれをおお表面ひょうめん)をうご物体ぶったい描画びょうが使つかうこともあり、たとえば顔面がんめん描画びょうが使つかわれる(べつ手法しゅほうもある)。映画えいがトイ・ストーリー』のキャラクター ウッディには全部ぜんぶで700のAvarsを使つかっているが、そのうち100のAvarsは顔面がんめんようである。コンピュータはレンダリングとき骨格こっかく描画びょうがするわけではなく、骨格こっかくモデルを使つかって人物じんぶつきや位置いち正確せいかく計算けいさんし、それを使つかって画像がぞう描画びょうがする。したがって、Avarsの変化へんかさせていけば、人物じんぶつうごきをあたえることができる。

リアルなうごきをるための Avarsの生成せいせい方法ほうほうはいくつかある。ふるくはアニメーターがAvarsを直接ちょくせつ操作そうさした。ぜんフレームでAvarsを設定せっていするのではなく、いくつかの戦略せんりゃくてき時点じてんのフレームについてだけAvarsを設定せっていし、それ以外いがいはコンピュータに補間ほかんさせる。これをキーフレーミングという。キーフレーミングではアニメーターがうごきを制御せいぎょできる。これは、手描てがきのセルアニメ手法しゅほうをデジタルにんだものとえる。

対照たいしょうてきに、モーションキャプチャという比較的ひかくてきあたらしい手法しゅほうでは実写じっしゃうごきを利用りようする。モーションキャプチャでコンピュータアニメーションをうごかす場合ばあい実際じっさい画像がぞう処理しょりのためのマーカーをけた人間にんげんがアニメされるキャラクターのようにシーンをえんじる。マーカーのうごきをビデオカメラ使つかってAvarsとして記録きろくし、記録きろくされたAvarsをコンピュータじょうでアニメされたキャラクターに適用てきようする。

どちらの手法しゅほう一長一短いっちょういったんであり、2007ねん現在げんざい、ゲームや映画えいが制作せいさくではどちらかの方法ほうほう採用さいようするか、場合ばあいによっては両方りょうほうわせてもちいる。キーフレームアニメーションは、人間にんげんえんじるのが困難こんなんまたは不可能ふかのう場合ばあいてきしており、モーションキャプチャは人間にんげん演者えんじゃ微妙びみょううごきも再現さいげんできる。たとえば2006ねん映画えいがパイレーツ・オブ・カリビアン/デッドマンズ・チェスト』では、俳優はいゆうビル・ナイデイヴィ・ジョーンズというキャラクターをえんじた。ナイ自身じしん映画えいがにはかおしていないが、かれ演技えんぎ記録きろくすることで微妙びみょううごきや表情ひょうじょうなどがそのキャラクターに付与ふよされている。したがって、モーションキャプチャはリアルないやうごきが必要ひつよう場合ばあいてきしているが、えんじるキャラクターはたん衣装いしょう特殊とくしゅメイクでは実現じつげんできないものである。

コンピュータアニメーション開発かいはつ設備せつび

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コンピュータアニメーションは、コンピュータとアニメーションソフトウェアで作成さくせいする。アニメーションソフトウェアのれいとして、Art of IllusionPoserBryceMayaAnim8orBlender 3DtrueSpaceLightWave3ds MaxSOFTIMAGE XSIAdobe Flash(2次元じげん)などがある。これら以外いがいにも様々さまざま製品せいひんがあり、ターゲットとする市場いちばによって価格かかく様々さまざまである。てい価格かかく製品せいひんでも印象いんしょうてきなアニメーションをつくれるが、一般いっぱんてきなパーソナルコンピュータではレンダリング過程かてい多大ただい時間じかんようする。そのため、ゲームでは家庭かていよう一般いっぱんてき価格かかくたいのパーソナルコンピュータでもレンダリングができるよう、解像度かいぞうどやポリゴンすう上限じょうげんひくくして制作せいさくする傾向けいこうがある。その場合ばあい写実しゃじつてきなアニメーションはのぞめない。

映画えいがやテレビやゲームのムービー部分ぶぶんは、写実しゃじつてきなアニメーションがおおい。そのような(フルハイビジョン画質がしつである1080iや、4K解像度かいぞうど画質がしつなど)こう品質ひんしつのアニメーションを家庭かていようのパーソナルコンピュータじょうつくろうとすると、2015ねん現在げんざいでも相当そうとう時間じかんはかかる。そこで、画像がぞう処理しょりとくした強力きょうりょくワークステーションなんだい使つかう。グラフィックスワークステーションは2から4のプロセッサを搭載とうさいし、レンダリング性能せいのう強化きょうかされている。多数たすうのワークステーションをネットワークで相互そうご接続せつぞくしたものを、レンダーファームぶ。このような設備せつび使つかうことで、全編ぜんぺんがコンピュータアニメーションの映画えいがでもだいたい1ねんから5ねん期間きかん制作せいさくできる(この期間きかんはレンダリングにかかる時間じかんだけではない)。1だいのワークステーションは2000ドルから16000ドル程度ていどで、高価こうかなものほど最新さいしん技術ぎじゅつ採用さいようされていて高速こうそくである。ピクサー・アニメーション・スタジオRenderManは、映画えいがようアニメーション制作せいさくひろ使つかわれているソフトウェアであり、競合きょうごうするソフトウェアとしてドイツせいMental rayがある。ピクサーの公式こうしきサイトでは5000ドルから8000ドルでRenderManを販売はんばいしている。LinuxmacOSWindowsうえ動作どうさし、MayaやSoftimage XSIといったアニメーションプログラムととも使用しようする。その映画えいがようデジタルカメラモーションキャプチャ機材きざいクロマキー機材きざい編集へんしゅうソフトウェア、プロップなどといった機材きざい設備せつび映画えいがなどの制作せいさく使用しようする。

写実しゃじつせい

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コンピュータアニメーションの課題かだいの1つとして、人間にんげん実写じっしゃのようにえがくということがげられる。コンピュータアニメーションを使つかった映画えいが登場とうじょうするキャラクターは、動物どうぶつだったり(『ファインディング・ニモ』、『アイス・エイジ』、『もりのリトル・ギャング』)、ファンタジーてきなキャラクターだったり(『シュレック』、『モンスターズ・インク』)、擬人ぎじんされた機械きかいだったり(『カーズ』、『ロボッツ』、『ウォーリー』)、マンガてき人物じんぶつ(『Mr.インクレディブル』、『カールじいさんのそらいえ』、『ルイスと未来みらい泥棒どろぼう』)だったりすることがおおい。映画えいがばんファイナルファンタジー』は実写じっしゃのように人間にんげんえがこうとした最初さいしょのコンピュータアニメーション映画えいがとされる。しかし、人間にんげんからだうごきなどはきわめて複雑ふくざつであり、人間にんげんのリアルなシミュレーションにはまだ課題かだいおおい。この分野ぶんやでの最終さいしゅう目標もくひょうの1つは、実写じっしゃレベルのリアルな人物じんぶつ生成せいせいし、ソフトウェアのみで映画えいが製作せいさくできるようにすることである。映画えいがひとが、それがコンピュータアニメーションなのか実写じっしゃなのかわからないレベルになれば、目標もくひょう達成たっせいできたとえるだろう。

現在げんざい、3次元じげんコンピュータアニメーションは、写実しゃじつてき方向ほうこうせいとそれとは反対はんたい方向ほうこうせいかれている。写実しゃじつてき方向ほうこうせいのコンピュータアニメーションは、実写じっしゃのような写実しゃじつせいもとめる方向ほうこうモーションキャプチャうごきをつけるのが典型てんけいてき)と様式ようしきした写実しゃじつせい方向ほうこうがある。実写じっしゃてき写実しゃじつせいは『ファイナルファンタジー』が達成たっせいしようとした方向ほうこうであり、将来しょうらいてきには『ダーククリスタル』のようなファンタジー映画えいが人形にんぎょうやアニマトロニクスを使つかわずに実現じつげんすることになるとかんがえられる。『アンツ』は様式ようしきした写実しゃじつせい方向ほうこうれいであり、将来しょうらいてきには『ティム・バートンのコープスブライド』のようなストップモーション・アニメーションを代替だいたいする可能かのうせいがある。これらはいずれも完璧かんぺきにはいたっていないが、いま進化しんかつづけている。

写実しゃじつせいもとめないマンガてき方向ほうこうは、既存きそんのアニメーションを発展はってんさせ、3次元じげんしたようなもので、ナイン・オールドメン伝統でんとういでいる。写実しゃじつてきコンピュータアニメーションのフレームは写真しゃしんのようであり、マンガてきコンピュータアニメーションのフレームは絵画かいがのようである(より単純たんじゅん生成せいせいするトゥーンレンダリングとはことなる)。

詳細しょうさいれい擬似ぎじコード

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2次元じげんコンピュータアニメーションでは、うご物体ぶったいを「スプライト」とぶ。スプライトは対応たいおうする位置いち画像がぞうである。スプライトの位置いちをフレームごと微妙びみょう変化へんかさせ、それによってうごきをつける。以下いか擬似ぎじコードは、スプライトをひだりからみぎ移動いどうさせるものである。

var int x := 0, y := screenHeight / 2;
while x < screenWidth
drawBackground()
drawSpriteAtXY (x, y)  // 背景はいけいじょう描画びょうがする
x := x + 5  // みぎうごかす

最近さいきんのコンピュータアニメーションでは、うごきをつけるのにべつ技法ぎほう使つかっている。もっとおおいのは、複雑ふくざつな3次元じげんポリゴン数学すうがくてき操作そうさし、それにテクスチャマッピングほどこし、照明しょうめいなどの効果こうかあたえ、最終さいしゅうてき完全かんぜんなイメージをレンダリングする。アニメーションのうごきを作成さくせいするのに洗練せんれんされたグラフィカルユーザインタフェース使つかうこともある。べつ技法ぎほうとして、規則きそくてき形状けいじょうにブール演算えんざん実施じっしするCSG表現ひょうげん物体ぶったい定義ていぎする方法ほうほうがあり、任意にんい解像度かいぞうどでも正確せいかくなアニメーションを生成せいせいすることができる。

木製もくせいたいらなかべかこまれた部屋へやなか灰色はいいろのピラミッドがあるという単純たんじゅんなイメージをかんがえてみよう。ピラミッドには照明しょうめいたっていて、表面ひょうめんかがやいているてんがある。かべゆか天井てんじょうはそれぞれ単純たんじゅんなポリゴン(この場合ばあい矩形くけい)である。矩形くけい頂点ちょうてん位置いちは X、Y、Z の3つの定義ていぎされる。X は左右さゆう位置いち、Y は上下じょうげ位置いち、Z は奥行おくゆきをあらわす。視点してんもっとちかかべは4つのてん(それぞれに X, Y, Z のがある)で定義ていぎされる。以下いかはそのかべ定義ていぎ表現ひょうげんしたものである。

(0, 10, 0)                        (10, 10, 0)

(0,0,0)                           (10, 0, 0)

視点してんからもっととおかべつぎのようになる。

(0, 10, 20)                        (10, 10, 20)

(0, 0, 20)                         (10, 0, 20)

ピラミッドは5つのポリゴンで構成こうせいされる。矩形くけい底辺ていへんと4つの三角形さんかっけい側面そくめんである。このイメージをえがくため、コンピュータは3次元じげんのデータで定義ていぎされたものを2次元じげん画面がめん投影とうえいするための計算けいさんをする。

まず、どの地点ちてんから情景じょうけいえがくか、すなわち視点してんめる。ここでは部屋へやなかゆかより若干じゃっかんたか位置いち視点してん設定せっていし、正面しょうめんにピラミッドがくるようにする。コンピュータはまず、どのポリゴンがえるかを計算けいさんする。ちかかべ視点してんうしろにあるため、まった表示ひょうじされない。またピラミッドの反対はんたいがわめんかくれていてえない。

つぎかくてん画面がめんじょう遠近えんきんほう考慮こうりょして投影とうえいする。とおくにあるかべ画面がめんじょうではちかかべよりもちいさくなる。かべ木製もくせいえるように木目もくめのテクスチャをそのうええがく。このときに使つか技法ぎほうとしては「テクスチャマッピング」が一般いっぱんてきである。木目もくめのパターンをかべ形状けいじょうわせて変形へんけいしたうえでタイル(または壁紙かべがみ)のようにならべる。ピラミッドは灰色はいいろなので、その表面ひょうめんたん灰色はいいろにする。しかし、照明しょうめい効果こうか再現さいげんする必要ひつようがある。照明しょうめいたっているめんあかるくし、かげになっている部分ぶぶんくらくする。

以上いじょうのようにして完全かんぜん情景じょうけい画面がめんじょうえがく。ピラミッドの位置いちあらわ徐々じょじょ変化へんかさせると、ピラミッドがうごいているようにせることができる。

全編ぜんぺんCGIによる短編たんぺん映画えいがは1976ねんごろから制作せいさくされていた。そのとくSFX技法ぎほうとしてのコンピュータアニメーションの一般いっぱんにより、とくにアメリカを中心ちゅうしんとして映画えいがでのコンピュータアニメーションが急激きゅうげき発展はってんげた。最初さいしょのテレビけの完全かんぜんなコンピュータアニメーションのシリーズは『リブート』(1994ねん)、最初さいしょ映画えいがは『トイ・ストーリー』(1995ねん)である。そのの2000年代ねんだいまでのおも作品さくひん以下いか列挙れっきょする。

アマチュアによるアニメーション

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YouTubeなどのサイトでは、ユーザーが自作じさく動画どうが投稿とうこうできる。そこに Windows ムービーメーカー などのユーティリティを使つかった自作じさくのアニメーションを投稿とうこうするアマチュアのコンピュータアニメーターがえている。プロようのアニメーションソフトウェアにも試用しようばんがあり、制限せいげんきで教育きょういく目的もくてき商用しょうよう目的もくてき使つかうことができる。フリーウェアのアニメーションソフトウェアも存在そんざいする。もっと簡単かんたんなアニメーション制作せいさくほうとしては、GIFフォーマットによるアニメーションがあり、専門せんもんサイトでなくとも容易ようい公開こうかいできる。

建築けんちくアニメーション

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建築けんちくにおいても、3次元じげんアニメーションモデルを使つかうことがある。従来じゅうらい手描てがきの設計せっけいをイメージしていたが、それよりも正確せいかくなイメージがられる。コンピュータアニメーションすることで、建築けんちくぶつ周囲しゅうい環境かんきょう周辺しゅうへん建物たてものとの関係かんけい把握はあくすることが可能かのうになる。

関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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