Обучающие статьи

Физика в анимации

Вам известны “Принципы анимации” а здесь Вы познакомитесь с “Физикой в анимации”. В статье вы узнаете какие “принципы физики в анимации” выделил преподаватель этого курса и познакомитесь детально с ними

Зачем вам, аниматору, знать физику? В конце концов, вы же художник, а не инженер. Сегодня профессор Алехандро Гарсия, преподаватель курса «Физика в анимации» штата Сан-Хосе, расскажет о принципах физики, а также о том, что вам необходимо знать как аниматору.

   Чак Джонс однажды сказал: «Сравнительная анатомия  – жизненно важный инструмент полноценного аниматора или режиссера». Конечно, он не имел в виду, что вы должны изучать анатомию так же, как врач. То же самое с физикой; для аниматора знание основ механики и биомеханики будут невероятно полезны.
   В штате Сан-Хосе я преподаю физику в анимации художникам – аниматорам. Это курс, длящийся один семестр. Также я являюсь консультантом по физике в DreamWorks Animation SKG, работал над такими фильмами, как «Мадагаскар 3» и «Мистер Пибоди и Шерман». Меня попросили соединить несколько основных уроков для вас, и я организовал их соответственно формату, который используется авторами Олли Джонстоном и Френком Томасом  в их книге «Иллюзия жизни».
   Я уверен, что вам знакомы «Принципы анимации» Джонсона и Томаса, такие, как «Сжатие и растяжение» (squash & stretch), «Подготовка к действию» (anticipation) и проч.
А вот – список моих «Принципов физики в анимации»:
  • Тайминг, спейсинг и масштаб.
  • Закон инерции
  • Импульс и cила
  • Центр тяжести
  • Увеличение и потеря веса
  • Действие – реакция
   В этой первой статье я расскажу вам о первом принципе, а о других мы поговорим в следующих статьях.  (здесь мы соеденили две статьи, вторая статья ниже. Примечание редактора) Но перед тем как начать, позвольте мне сказать одну очень важную вещь:  эти принципы физики в анимации предназначены не для создания физически реалистичного  движения. Они призваны помочь вам понимать движения. Точно также как аниматоры используют видеореференсы  –  не для копирования один в один, но для получения общей картины и сути, которая поможет им. Снова процитирую Чака Джонса: «Нам должны поверить. В этом суть нашего искусства».
Хорошо, давайте начнем!
Принцип  №1: Тайминг, спейсинг и масштаб
   Когда вы только начали учиться анимации, вероятно, вы выполняли упражнение прыгающего мяча. В этом упражнении вы узнаете, что тайминг и спейсинг определяют скорость, и когда вы меняете спейсинг, происходит ускорение. Но, возможно, вы подбирали тайминг и спейсинг для мяча методом проб и ошибок.
   В реальном же мире ускорение свободного падения постоянно, и выходит, что спейсинг мяча следует очень простому шаблону.  Я могу назвать этот шаблон «Нечетное правило», потому что спейсинг идет по отметкам 1, 3, 5, 7, 9 и далее. Иллюстрация ниже показывает другие примеры замедления и ускорения, используя «Нечетное правило». (прим. пер. – По всей видимости речь идет здесь о соотношении кадров и расстояния. На иллюстрациях ниже цифры помеченные знаком # – это равные промежутки кадров, просто цифры – мера расстояния. Поскольку они могут быть разыми, в зависимости от значений, мы получаем разное ощущение веса предмета, но соотношение остается прежним.)
   Это действительно шаблон, потому что проявляется каждый раз, когда силы постоянные (как например притяжение земли).

Физика в анимации

 Физика в анимации
   Нечетное правило помогает при анимации «Прямо вперед» (straight ahead), но для метода «от позы к позе» существует другой полезный вариант, который я называю «Четверть вниз за половину времени». Правило очень простое: позиция брейкдауна (кадр 14 на фото), между верхней точкой (кадр 6) и нижней позицией (кадр 22), является четвертью расстояния до верхней точки; кадры на фото наглядно демонстрируют это правило. Снимите свой референс и убедитесь в этом сами!

Физика в анимации

   Когда нет никакого ускорения, скорость постоянна. Для предмета или персонажа летящего в воздухе это означает, что горизонтальный спейсинг остается постоянным, в то время как вертикальный спейсинг следует «Нечетному правилу» и «Четверти вниз  за половину времени». Это приводит к движению  по параболе, как видно на иллюстрации снизу.
 Физика в анимации
   «Нечетное правило» и «Четверть в половину времени» говорят вам о спейсинге, но как насчет тайминга? Мячу необходимо примерно ½ секунды, чтобы упасть на землю с высоты 120 см. Наши правила подсказывают, что за  ¼ секунды он падает на 30 см, а за одну секунду  пролетает почти 5 метров.
   Эти цифровые подсчёты редко бывают полезными для аниматоров персонажей, но я упоминаю их из-за важности тайминга при ощущении масштаба. Предположим, персонаж прыгает с крыши дома и приземляется на землю за ½ секунды (12 кадров при 24 fps). Персонаж покажется очень маленьким, потому что по таймингу мы определим, что высота дома примерно 4 фута (1,2 метра). Это применимо не только к падению, но и к раскачиванию, ходьбе, бегу и прочему, поскольку тайминг рук и ног действует подобным образом. Тайминг обладает огромным влиянием в создании ощущения масштаба. Всего лишь 20%-е изменение в тайминге повлияет на то, что 6-футовый (1,8 метра) персонаж выглядит, как будто его рост 4 фута. Попробуйте использовать это в своей работе. Поиграйте с таймингом, чтобы увидеть, как он влияет на масштаб.
   Держитесь крепко, потому что, сегодня мы будем говорить про инерцию! Это закон физики, который выбивает вас из равновесия во время поездки на автобусе и подбрасывает на кочках. Почему он важен для вашей анимации? Профессор Алехандро Гарсия, который преподает курс “Физика в анимации” в Сан-Хосе, снова с нами, чтобы рассказать об этом законе природы, который постоянно влияет на вас, на меня и даже миску супа с лапшой.
Принцип №2: Закон инерции
   Закон инерции гласит: «Всякое тело пребывает в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят это состояние». Во-первых, давайте проясним, что подразумевается под «действующими силами». Самый простой пример для этого закона – это когда внешних действующих сил нет (например, астероид пролетел в глубоком космосе). В этом случае объект движется с постоянной скоростью (т.е. постоянным таймингом и спейсингом, а линия действия – это прямая линия).
   Вот более обыденный пример: на камень, лежащий на столе, действует одновременно две силы: сила тяжести, которая тянет вниз и сопротивление поверхности стола. Эти две силы компенсируют друг друга. Мяч для боулинга, который катится по гладкому полу, имеет аналогичную пару сбалансированных сил (гравитацию и пол) и, опять же, баланс этих двух сил. Так как силы уравновешены, шар для боулинга катится с постоянной скоростью. Если же есть трение,  то это уже несбалансированная сила и поэтому скорость не будет постоянной (шар будет замедляться).
   Сначала все эти знания кажутся чисто академическими, до тех пор, пока вы не поймете, что анимация движений при захлестах (overlapping) полностью обусловлена законом инерции. Давайте возьмем простой пример: персонажа, который стоит в движущемся автобусе. Если автобус резко остановится – персонаж полетит вперед. Перед тем, как водитель автобуса нажал на тормоза, наш персонаж двигался с постоянной скоростью и, в силу закона инерции, он будет продолжать двигаться, пока другая сила не остановит его (например, когда упадет лицом в пол).
Физика в анимации
   Следствием закона инерции является то, что персонаж в состоянии покоя будет оставаться в покое, пока на него не подействует другая сила. Предположим, что наш персонаж встал и выровнялся снова, после того, как автобус остановился. Теперь, если автобус вдруг очень резко начнет движение вперед, то все находящиеся в нем будут отклоняться или падать назад.

Физика в анимации

   Пассажирам в автобусе кажется, словно есть сила, тянущая их назад, но это потому, что они движутся вместе с автобусом.  Неподвижный наблюдатель стоящий снаружи понял бы, что бедный парень, который падает, фактически не двигается, это автобус как будто уезжает из-под него (см. иллюстрацию ниже). Движение персонажа на самом деле то же самое, но оно выглядит по-разному в зависимости от того, находится ли наблюдатель внутри или снаружи автобуса. Это также напоминает о том, что вы должны быть внимательны с движениями камеры, особенно если она ускоряется.

Физика в анимации

   Закон инерции также объясняет так называемую “центробежную силу”. Если автобус внезапно повернет налево, то наш персонаж продолжит свое изначальное движение и упадет к правой стороне автобуса. Вы будете испытывать то же самое, когда находитесь в автомобиле, который круто сворачивает влево. Это ощущается так, словно вас притягивает к внешней стороне поворота (правой стороне автомобиля), но в действительности ваше тело просто подчиняется закону инерции, который заставляет вас двигаться по прямой линии, если на вас не действует другая сила (например, ремень безопасности).
 Физика в анимации
   Закон инерции также очень важно использовать, анимируя захлесты (overlapping). Как, например, когда персонажи поворачиваются, их волосы и одежда подчиняется закону инерции (объект остается в состоянии покоя, пока на него не подействует другая сила). После того, как движение началось, волосы и одежда по инерции будут продолжать движение. И, когда девушка с длинными волосами, поворачивает голову, по закону инерции, ее волосы словно бы отбрасывает от головы наружу под действием центробежной силы.

Физика в анимации

   И, наконец, я должен упомянуть, что, когда аниматоры говорят о создании ощущения “веса”, то чаще всего они подразумевают инерцию. Более точно мы рассмотрим это в следующем принципе физики: импульс и сила, в следующей, третьей части этой серии. До скорой встречи! =)
Share: