Спецэффекты в компьютерной графике

С. С. Бекназарова, М. К. Жаумитбаева






            СПЕЦЭФФЕКТЫ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ



Учебник






























Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 004.92
ББК 32.972.13+85.15
     Б42

Рецензенты: доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой аудиовизуальных технологий ТУИТ им. Мухаммада Ал-Хоразми Мухамадиев А. Ш.;
PhD, доц., зав. каф. цифровых медиа и Интернета Университета журналистики и массовых коммуникаций Узбекистана Тайлакова Ш.


        Бекназарова, С. С.

Б42 Спецэффекты в компьютерной графике : учебник / С. С. Бекназарова, М. К. Жаумитбаева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 196 с. : ил.
           ISBN 978-5-9729-1274-2

           Излагаются сведения и основные понятия цифрового видео, современные мультимедийные технологии в создании спецэффектов. Рассматриваются вопросы оптимизации и настройки рабочей среды в прикладных графических программных пакетах. Показано использование палитры эффектов в прикладных графических программных пакетах и работа с выражениями в прикладных графических программных пакетах.
           Для студентов направления «Телевизионные технологии» («Системы и приложения телестудий», «Аудиовизуальные технологии»). Может быть полезно студентам, докторантам и преподавателям, изучающим проблематику цифрового медиа и ТВ технологий.

                                                     УДК 004.92
ББК 32.972.13+85.15











ISBN 978-5-9729-1274-2

     © Бекназарова С. С., Жаумитбаева М. К., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ВВЕДЕНИЕ........................................................4
ГЛАВА I. РОЛЬ СПЕЦЭФФЕКТОВ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ И РАЗВИТИИ ОБЩЕСТВА.............................................6
  1.1. Введение в «Спецэффекты». Прикладные термины.............6
  1.2. Основные понятия цифрового видео......................16
  1.3. Современные мультимедийные технологии в создании спецэффектов .. 24
  1.4.  Вопросы оптимизации и настройки рабочей среды в прикладных графических программных пакетах................................30
  1.5.  Пакеты прикладных графических программ (Composition). Палитра Timeline (временная шкала - монтажный стол). Палитра TimeControls.41
ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА В ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММАХ.............55
  2.1. Работа со слоями и их особенности.......................55
  2.2. Интерполяция ключевых персонали.........................58
  2.3.  Работа с масками. Сравнение способов организации масок в Adobe After Effects.............................................61
  2.4.  Использование палитры эффектов в прикладных графических программных пакетах............................................67
  2.5.  Работа с выражениями в прикладных графических программных пакетах........................................................69
ГЛАВА III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ В ПРИКЛАДНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ ПРОГРАММНЫХ ПАКЕТАХ............................................74
  3.1.  Использование Personal add в прикладных графических программных пакетах. Типы добавления свойств слоя. Режимы усиления яркости.74
  3.2.  Манипулирование цветом в прикладных графических программных пакетах........................................................81
  3.3.  Спецэффекты в аудиомонтаже. Компьютерные программы в аудиомонтаже.................................................95
  3.4. Программа Adobe Audition и ее интерфейс................115
  3.5.  Программа Adobe Audition использование спецэффектов. Рендеринг в Adobe Audition..............................................125
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.............................................133
ГЛОССАРИЙ.....................................................134
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................175
ТЕСТЫ.........................................................179

3

        ВВЕДЕНИЕ


     Сегодня многие кинематографические спецэффекты используют преимущества цифрового моделирования. Их разработка по приемлемой цене стала возможной благодаря быстрому развитию ИТ.
     Они часто моделируют физические явления, связанные с динамикой твердых тел, деформацией упругих тел или движениями жидкости, включая воду, огонь, дым. Поэтому технически они используют, адаптируя их, численные методы, используемые в механике твердого тела, упругости, гидродинамике и другие.
     Моделирование специальных эффектов, хотя и основано на тех же принципах, что и моделирование физических явлений, подвергается дополнительным ограничениям, налагаемым художником, чтобы гарантировать как достоверность, так и качество эффекта.
     Одним из вычислительных методов, часто используемых для представления распространения фронтов с участием жидких масс, является метод поверхностей уровня, более известный как метод установки уровня. Он использовался для имитации пламени дракона в «Гарри Поттере и Кубке огня», вторжения Посейдона, штормового нагона в «День после», грязи и пива в Шреке. Эти методы, особенно разработанные с середины 80-х годов, пользуются все большим успехом. Первым постановщиком спецэффектов был Жан-Кристоф Шнилле-рёфф, немец, приехавший в Англию снимать фильмы.
     Новаторский фильм в этой области - «Звездные войны» Джорджа Лукаса. С 1998 года использование этих техник имело феноменальный успех, например, «Годзилла», «Люди в черном» или «Клинок». За ними последуют технологические революции - «Матрица» и «Властелин колец».
     Созданные как искусственный интеллект, предназначенный для воссоздания движений, а затем постепенно полных персонажей, эти техники обычно основаны на мультиагентных системах, соблюдающих сценарий, определенный режиссером. Студия Pixar также внесла значительный вклад в развитие этих техник.
     Задолго до появления CGI режиссёры использовали практические эффекты. Это спецэффекты, созданные без использования компьютерной графики, будь то удачные ракурсы, каскадёрские трюки или пиротехника. Сейчас практические эффекты всё ещё в ходу - они могут дополнять CGI или полностью заменять его.
     Практические эффекты появились ещё на заре кинематографа. Режиссёры уже тогда осознали, что реалистичные спецэффекты - главное преимущество кино перед театром. Зрители на спектаклях всё равно понимали, что перед ни-4

ми актёры с реквизитом на фоне декораций, а распознать секрет практических эффектов в фильмах было не так просто. Благодаря этому первые ленты по-настоящему удивляли аудиторию.
     В данном учебнике излагаются сведения и основные понятия цифрового видео, современные мультимедийные технологии в создании спецэффектов. Рассматриваются вопросы оптимизации и настройки рабочей среды в прикладных графических программных пакетах. Использование палитры эффектов в прикладных графических программных пакетах и работа с выражениями в прикладных графических программных пакетах.

5

ГЛАВА I. РОЛЬ СПЕЦЭФФЕКТОВ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ И РАЗВИТИИ ОБЩЕСТВА

1.1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «СПЕЦЭФФЕКТЫ»


        План:

    1.  Понятие и виды компьютерной графики.
    2.  История развития компьютерной графики.
    3.  История создания спецэффектов.
    4.  Изменение частоты киносъемки.
    5.  Комбинированная съемка.
    6.  Применение спецэффектов в кинематографе.


        1. Понятие и виды компьютерной трафики


     Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изобра-жений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.
     Работа с компьютерной графикой -одно из самых популярных направ-лений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не толь

ко профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными про

граммными средствами.
     Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90 % рабочего времени коллективов, выпускающих программы массового применения.
     Под видами компьютерной графики подразумевается способ хранения изображения на плоскости монитора.
     В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику подразделяют на несколько видов.

6

        Растровая графика

     Растровое изображение представляет собой сетку пикселей или цветных

точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других

отображающих устройствах и материалах (растр). Важными характеристиками

изображения являются:
     J количество пикселей - размер. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте или же (редко) общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселях); количество используемых цветов или глубина цвета;
     ■S цветовое пространство (цветовая модель). Например, RBG;
     J разрешение - справочная величина, говорящая о рекомендуемом размере пикселя изображения.

     Наименьшим элементом является точка.

     Векторная графика
     Векторная графика - способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании геометрических примитивов, таких как точки, линии, многоугольники и др. Термин используется в противоположность к растровой графике.
     Наименьшим элементом является линия.
     Преимущества векторного способа описания графики над растровой графикой следующие.
     Размер, занимаемый описательной частью, не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.
     В связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу окружности, и она останется гладкой.
     Параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены.
     Также это означает, что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшает качества рисунка.
     При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть задана постоянной величиной, независимо от реального контура.
     Недостатки векторной графики
     Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде - для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое 7

количество сложных объектов, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения.
     Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет - трассировка растра, при том, что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка.
     Преимущество векторной картинки - масштабируемость - пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики. Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную.
     Трехмерная графика
     Трёхмерная графика - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов, предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.
     Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
     Наименьшим элементом является плоскость.

     Фрактальная графика
     От слова фрактал - это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба. Следует отметить, что слово «фрактал» не является математическим термином и не имеет общепринятого строгого математического определения. Оно может употребляться, когда рассматриваемая фигура обладает какими-либо из перечисленных ниже свойств:
     J Увеличение масштаба не ведёт к упрощению структуры, на всех шкалах мы увидим одинаково сложную картину.
     J Является самоподобной или приближённо самоподобной.
     J Обладает дробной размерностью.

     Наименьшим элементом является треугольник.

8

     Многие объекты в природе обладают фрактальными свойствами, например, побережья, облака, кроны деревьев, снежинки, кровеносная система человека или животных.
     Фракталы, особенно на плоскости, популярны благодаря сочетанию красоты с простотой построения при помощи компьютера.
     Первые примеры фрактальной графики с необычными свойствами появились в XIX веке. Термин «фрактал» был введён Бенуа Мандельбротом в 1975 году и получил широкую популярность с выходом в 1977 году его книги «Фрактальная геометрия природы».
     Символьная графика устарела и на сегодняшний день практически не используется.

        2. История развития компьютерной трафики

     Представление данных на компьютере в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов.
     В 1961 году программист С. Рассел возглавил проект по созданию первой компьютерной игры с графикой. Создание игры («Космические войны») заняло около 200 человеко-часов.
     В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программноаппаратный комплекс, который позволял рисовать точки, линии и окружности на трубке цифровым пером. Поддерживались базовые действия с примитивами: перемещение, копирование и др. По сути, это был первый векторный редактор, реализованный на компьютере. Также программу можно назвать первым графическим интерфейсом, причём она являлась таковой ещё до появления самого термина.
     В середине 1960-х гг. появились разработки в промышленных приложениях компьютерной графики. Так, под руководством Т. Мофетта и Н. Тейлора фирма Itek разработала цифровую электронную чертёжную машину.
     В 1968 году группой под руководством Н.Н. Константинова была создана компьютерная математическая модель движения кошки. Машина БЭСМ-4, выполняя написанную программу решения дифференциальных уравнений, рисовала мультфильм «Кошечка», который для своего времени являлся прорывом. Для визуализации использовался алфавитно-цифровой принтер.
     Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее.


9

        На что способна компьютерная графика применительно к кинема-


тографу?

      С появлением компьютерной графики произошла революция в области технологий визуализации, был совершен самый настоящий прорыв в кинематографическом искусстве. Фильм «Терминатор-2», где одержимый монстр превращается в лужу жидкого металла на глазах у зрителей это - не что иное, как результат


компьютерной визуализации. С помощью этой технологии можно, например, заменить реального актера его компьютерным прототипом. Прием был использован, как уже говорилось выше, в «Терминаторе-2», а также в кинофильме «Пираты Карибского моря». Кроме того, с помощью графики можно воссо


здать на экране несуществующие в реальности декорации и этим изрядно сэкономить бюджет картины. Точно так же графика может заменить собой реальных каскадеров, которые тоже обходятся довольно дорого. Впервые это удалось осуществить еще в 70-х годах во время съемки картин «Звездные войны» и «Чужой». Уже в то время существовали специалисты, не понаслышке знавшие, что такое SD-графика. Благодаря ним динозавры из «Парка Юрского периода» получили смоделированную на компьютере кожу и мышцы. Человеку непосвященному такие термины, как пиротехника, аниматроника, макетирование, цифровые эффекты, вряд ли о чем-нибудь расскажут. Мы устанавливаем качественные обои из фильмов на свой монитор, чтобы не расставаться с героями любимых кинолент даже на работе. Но за всеми этими спецэффектами стоят достижения технологий компьютерной графики. В нашей стране индустрия спецэффектов для кино пока только развивается. Но компьютерная графика -это та самая область, где все решает не размер бюджета, а творческий подход и талант отдельных личностей.


        3. История создания спецэффектов

     Спецэффект - технологический приём в кинематографе, на телевидении, на шоу и в компьютерных играх, применяемый для визуализации сцен, которые не могут быть сняты обычным способом (например, для визуализации сцен сражения космических кораблей в далёком будущем).
     Спецэффекты также часто применяются, когда естественная съёмка сцены слишком затратна по сравнению со спецэффектом (например, съёмка масштабного взрыва). Спецэффекты применяются и для улучшения или модификации уже предварительно отснятого видеоматериала (например, для наложе

10

ния погодной карты как фон для телеведущего, рассказывающего о прогнозе погоды).
     Спецэффекты родились почти сразу с зарождением кинематографа. Первые анимационные фильмы начала 1900-х были созданы на основе комических иллюстраций и персонажей из популярных комиксов того времени с использованием покадрового метода. Создателем классических спецэффектов был Жорж Мельес.

     Первым фильмом, в котором спецэффекты играли существенную роль, считается двухминутная лента Мельеса «Замок Дьявола», в которой зрителю были продемонстрированы появления, исчезновения и трансформации людей и предметов в антураже готического замка. Первый полнометражный анимационный фильм Уолта Диснея «Белоснежка и семь гномов»

был выпущен 21 декабря 1937 года. Некоторые примеры ранних спецэффектов получены с помощью колоризации - ручного раскрашивания кадров. Анимация «Динозавр Герти» была создана по эскизу художника Уинзора Мак-Кея.
     В своем эпохальном фильме 1927 года режиссер Фриц Ланг создал мрачный мир Метрополиса, в мельчайших подробностях используя миниатюрные

модели.
     Наряду с полномасштабными городскими пейзажами использовались и методы перспективы для создания несуществующих сред. В отличие от большинства старых спецэффектов, миниатюры используются до сих пор в современном кино.
     Матовые картины были неотъемлемой частью многих фильмов. Без этих спецэффектов не было бы ни статуи Свободы, торчащей из песка в последней сцене в «Планете обезьян», ни Изумрудного города, ни величественного особняка Тара в «Унесенных ветром».


        4. Изменение частоты киносъемки

     Стоп-кадр. Используется в сценах, где требуется показать внезапное появление или исчезновение объекта или изменить естественный интервал между двумя событиями.
     Наплыв. Кинематограф начала и середины XX века использовал этот прием для показа «превращения» одного объекта в другой. На один и тот же отрезок кинопленки на том же фоне снимается сначала один объект с посте

11