Animación por Computadora
La animación es la simulación de un movimiento, creada por la muestra de una serie de imágenes o cuadros. Un ejemplo sencillo de esto son las caricaturas, que pertenecen a la animación tradicional. Con el paso de los años, la animación de imágenes he evolucionado de forma considerable. Hace algunos años se debía dibujar cada cuadro y se unían para formar una imagen animada. Ahora, el uso de la computadora permite crear escenas mucho más reales.
La animación por computadora se puede definir como un formato de presentación de información digital en movimiento a través de una secuencia de imágenes o cuadros creadas o generadas por la computadora se utiliza principalmente en videojuegos y películas. Es necesario conocer la diferencia entre un video y una animación. El video toma el movimiento continuo y lo descompone en cuadros, la animación parte varias imágenes
Estáticas y las une para crear la ilusión de un movimiento continuo.
Características de la Animación 3D
Una característica importante de la animación por computadora es que nos permite crear escenas “realmente” tridimensionales.
Una ventaja de la animación por computadora es que se pueden reutilizar partes de la animación por separado. Incluso, una animación puede verse muy diferente simplemente cambiando el ángulo de la cámara o cambiando el tiempo del movimiento o de partes de la animación. Por ejemplo, si tenemos un conjunto de elementos iguales que se mueven en forma similar (como en el caso de esta tesis un grupo de animales), podemos hacer que
Cada uno de ellos tenga ligeros movimientos independientes además del movimiento que hace el grupo.
Gracias a las nuevas técnicas de graficación, los objetos se pueden
Ver mucho más realistas. Podemos hacer incluso que aparenten ser de un material específico cambiando las texturas y los pesos. Para cambiar el peso que tiene un objeto es necesario cambiar el tiempo que tarda este en moverse. Mientras más pesado es un objeto, su masa es mayor y es necesario aplicar mayor fuerza para moverlo y esto significa que tiene menor aceleración. Por ejemplo, si tenemos dos objetos del mismo tamaño y la misma forma, pero uno es más pesado que el otro y tratamos de mover ambos, el más ligero se moverá más rápidamente y también es posible que se detenga rápidamente por la fricción del aire. Entonces, al hacer animaciones, debemos considerar los atributos que tiene cada elemento de nuestra animación.
Animación en el Cine
Sin duda la industria del cine es una de las que más estudios sobre animación por computadora ha hecho, tanto en efectos visuales como en películas totalmente animadas por computadora.
Los estudios de Animación Pixar crearon en conjunto con los estudios Disney la primera película animada completamente por computadora: Toy Story. Esta además ganó el premio de la Academia en 1995. Otras películas producidas por pixar son Bichos (“A Bugs Life”, 1998), Toy Story 2 (1999) y Monsters Inc. (2001).Monsters Inc. Copyright © Pixar Animation Studios
Técnicas de animación
Algunas técnicas que se utilizan en la animación tradicional son la animación en acetatos (cel animation), la animación basada en cuadros (flipbook animation) y la animación en sprite .
Animación Basada en Cuadros
La animación basada en cuadros es una de las más utilizadas. Una película contiene 24 cuadros por segundo generalmente, las caricaturas tienen solamente 12. Para hacer una secuencia, se van filmando las imágenes cuadro por cuadro y luego estos se unen para formar la animación. Es posible formar bibliotecas de movimientos de cada parte del cuerpo de la animación para de esta forma combinarlas y hacer animaciones diferentes.
Animación Basada en Sprites
Sobre la animación en Sprites, esta se refiere a animaciones de objetos sobre fondos estáticos, es decir, lo que cambia son los personajes. Esta técnica es aplicada en los video juegos. Con el paso del tiempo, se han creado nuevas técnicas como key framing, rotoscopiado, motion control [17] y wavelets [18].
Key Framming
El key framing se refiere a establecer posiciones en puntos específicos de tiempo en una animación y la parte intermedia la obtiene la computadora por medio de interpolación matemática. Es necesario hacer un key frame para cada control en cada nivel de la jerarquía del modelo.
Rotoscopiado
El Rotoscopiado consiste en una forma más elaborada de key framing. En este caso se obtienen la posición y el ángulo de los puntos clave de imágenes reales y se trata de hacer converger los modelos en computadora con ellos.
Motion Control
La técnica de Motion control es muy utilizada actualmente, sobre todo en sets virtuales y en el cine. Consiste en obtener posiciones clave de manera automática a partir de un actor real por medio de dispositivos que se conectan a su cuerpo. El primer modelo importante utilizando esta técnica fue Sexy Robot en 1985 creado por Robert Abel & Associates. En México, un modelo muy conocido de esta técnica es el Ponchito Virtual, utilizado por Andrés Bustamante en el programa de TV Azteca Los Protagonistas. El Ponchito Virtual fue construido por la empresa mexicana ARTEC.Sexy Robot
Wavelets
Wavelets significa “pequeñas ondulaciones” . Esta técnica permite que en una sola imagen se compriman una gran cantidad de datos para que al acercarse a ella, se vayan viendo los detalles.
¿Qué es la visión por computadora y por qué deberíamos estar interesados en estudiarla?
Hay varias razones por las que debemos estar interesados en la visión computacional o visión artificial, pero los dos siguientes aspectos nos permitirán observar las distintas direcciones en las cuales se puede ver el tema:
Todas las formas de vida inteligente poseen la capacidad de obrar recíprocamente y de manipular su ambiente de una manera coherente y estable. Esta interacción es facilitada por la continua intervención inteligente entre la percepción y el control del movimiento (es decir acción); la percepción visual es de fundamental importancia para la vida inteligente.
Más fabricantes están preocupados por la integridad cosmética de sus productos; los clientes comparan absolutamente a menudo la calidad del aspecto con calidad funcional. Así pues, para asegurar la acertada comercialización a largo plazo de un artículo, es altamente deseable comparar su aspecto visual antes de ser empaquetado y enviado. Asimismo, es deseable que el proceso de la inspección esté automatizado y efectuado sin la intervención humana.
Como hemos visto, a la visión artificial le compete estudiar la estructura física tridimensional del mundo para el análisis automático de imágenes. Sin embargo, es necesaria la calidad en el uso de imágenes. Primero, analicemos una simple imagen es de dos- dimensiones y, por lo tanto, perdemos inevitable la información en el proceso de la proyección, es decir en pasar de un mundo tridimensional a una imagen de dos dimensiones.
La visión artificial incluye muchas técnicas que son útiles para si misma, Ej., el procesamiento de imágenes (que se refiere a la transformación, codificación, y transmisión de las imágenes) y los patrones, de las cuales los patrones visuales son pero solo una instancia). Más significativamente, sin embargo, la visión artificial incluye técnicas para la descripción útil de la forma y del volumen, para modelos geométricos, y para el llamado proceso cognoscitivo. Así, aunque la visión artificial se refiere ciertamente al procesamiento de imágenes, estas imágenes son solamente la materia prima de una ciencia mucho más amplia, la misma que se esfuerza en última instancia para emular las capacidades perceptivas del hombre y, quizás, para verter una luz sobre la manera por la cual él logra su interacción adaptativa y robusta con su ambiente.
Procesamiento de imágenes
El procesamiento de imanes se divide en dos niveles:
1.-Prosesamiento de imágenes de bajo nivel
*Muy poco uso de conocimiento respecto al contenido de las imágenes
*Comúnmente se reconoce una secuencia de cuatro para el procesamiento a bajo nivel: adquisición de la imagen, pre-procesamiento, segmentación de la imagen, descripción y clasificación de objetos.
2.-Entendimiento de la imagen a alto nivel
*Existe la capacidad de realizar toma de decisiones respecto al contenido de las imágenes.
El procesamiento de las imágenes esta dado por un conjunto de operaciones llevadas acabo sobre las imágenes a fin de realizar mediciones cuantitativas para poder describirlas; es decir, extraer ciertas características que permitan mejorar, perfeccionar o detallar la imagen.
El poder realizar mediciones sobre las imágenes generalmente requiere que sus características estén bien definidas, los bordes bienes detallados y el color y brillo sean uniformes. El tipo de mediciones a realizar para cada característica específica es un factor importante para poder determinar los pasos apropiados para su procesamiento. Los procedimientos aplicados para el procesamiento de imágenes están orientados a las aplicaciones. Lo que puede ser adecuado para una aplicación puede no ser lo para otra.
Las herramientas para la adquisición de imágenes transforman la imagen visual de un objeto físico y sus características intrínsecas en un conjunto de datos digitalizados, usados para procesarla.
En el procesamiento digital de imágenes, existen diversas aplicaciones y problemas:
-Representación
-Transformación
-Modelado
-Restauración
-Análisis
-Comprensión de datos
Filtros para la eliminación de ruido en las imágenes
se define como ruido cualquier entidad de imágenes, datos o resultados intermedios que no son interesantes para la computación que se pretende llevar acabo.
Se considera como ruido en las imágenes electrocardiografías un fondo con cuadriculado, así como cualquier otro pixel ajeno a las curva del electrocardiograma que pueda representarse en la imagen.
Las técnicas de filtraje son transformaciones de la imagen pixel a pixel, que no dependen solamente del nivel de gris de un determinado pixel, si no también del valor de los niveles de gris de los pixeles vecinos en la imagen original. El proceso de filtraje se realiza utilizando matrices denominadas mascaras, que son aplicadas sobre la imagen. La imagen resultante de la aplicación de un filtro es una nueva imagen. Ls filtros sirven para suavizar o realzar detalles de la imagen, o inclusive minimizar efectos de ruido.
Filtro gaussiano
Este filtro implementa mascaras que intentan imitar la forma guassiana: , donde x,y son las coordenadas de la imagen y sigma una desviación estándar de la probabilidad de distribusion asociada.
El filtro tiene el inconveniente de que, además de remover el ruido, empaña la imagen ocasionando perdida de los detalles mas finos.
Filtro mediana
El objetivo de este filtro es reducir el empañamiento de los bordes. Este filtro reeplaza el pixel actualmente analizado en la imagen por la mediana con el brillo respecto a los vecinos mas cercanos. Este filtro tiene la ventaja de no ser afectado por los pixeles vecinos ruidosos. La eliminación del ruido es bastante buena, con la ventaja de no empañar demasiado los bordes.
Filtro de suavizado direccional
La eliminación de ruido mediante suavizado distorsiona la información con respecto a los bordes al realizar el suavizado se puede usar un filtro de promediado direccional.
Filtro de suavizado conservador
Su procedimiento consiste en encontrar los valores máximo y mínimo de intensidad para cada uno de los pixeles que se encuentran alrededor del pixel a analizar. Si la intensidad del pixel central cae dentro del rango de sus vecinos no se realiza cambio alguno, por el contrario si la intensidad del pixel central es mayor que el valor máximo, el pixel central toma el valor del máximo. Si la intensidad del pixel central es menor que el valor mínimo, dicho valor es asignado al pixel central.
Realce de contraste
La técnica tiene como objetivo mejorar la calidad de las imágenes bajo ciertos criterios subjetivos del ojo humano. Normalmente esta técnica es utilizada como una etapa de pre-procesamiento para sistemas de reconocimiento de patrones.
Filtro paso bajo
Es un filtro de suavizado empleado para remover ruido de alta frecuencia espacial en una imagen digital. Este ruido es generalmente introducido en la imagen durante el proceso de conversión análogo digital como un efecto secundario de la conversión física de patrones de energía luminosa a patrones eléctricos.
Filtro paso alto
Es igual el proceso que en el de paso bajo, con un resultado opuesto. En vez de obtener un suavizado de la imagen, el filtro realza detalles de la imagen. Esto suele enfatizar mucho el ruido en la imagen.
Filtro SUSAN
Aísla únicamente los pixeles que se encuentran dentro de la región del pixel analizado tomando un excedente de promedio de los pixeles en la localidad, siendo este un núcleo circular de pixeles utilizado para el calculo matemático del nuevo valor del pixel.
Este filtro integra los mejores aspectos de los métodos de reducción de ruido existentes incluyendo la preservación de bordes, arrojando, por consiguiente, resultados bastante aceptables.
Operadores para la detección de bordes
La detección de esquinas y líneas se basa en los operadores de deteccion de bordes, mismos que, mediante el cálculo de primeras y segundas derivadas permiten determinar puntos de principal importancia para poder realizar las mediciones necesarias.
Las técnicas utilizadas para determinar los objetos de interés son conocidas como técnicas de segmentación. Una de las más comunes es la segmentación mediante la detección de bordes.
El objetivo de un algoritmo de detección de bordes es obtener imágenes cuya salida se muestre en pixeles de mayor intensidad en los valores que demuestren transiciones cercanas. Los bordes son encontrados en zonas de la imagen donde el nivel de intensidad fluctua bruscamente.
Para poder detectar los bordes de los objetos debemos detectar aquellos puntos de borde que los forman. Así, un punto de borde puede ser visto como un punto en una imagen donde se produce una discontinuidad en el gradiente. Un buen proceso de detección de los bordes facilita la elaboración de fronteras de objetos, con el que el proceso de reconocimiento de objetos se simplifica.
Visión por computadora
La experiencia en el mundo en que vivimos esta cubierta por una variedad sin fin de objetos, animados e inanimados. Así pues, si la visión es un medio para un fin – conocer el mundo observándolo – la visión artificial es exactamente lo mismo salvo que el medio por el cual se adquiere el conocimiento ahora es un instrumento de cómputo más bien que el cerebro de alguna ser vivo. Sin duda, esto es una definición muy amplia. Pero el tema de la visión artificial es extenso: los asuntos tales como la restauración de imágenes, mejoramiento de imagen, inspección visual automatizada, visión robótica, escenas tridimensionales, y percepción y cognición visual todas forman parte del término “Visión Artificial”.
Como hemos visto, a la visión artificial le compete estudiar la estructura física tridimensional del mundo para el análisis automático de imágenes. Sin embargo, es necesaria la calidad en el uso de imágenes. Primero, analicemos una simple imagen es dedos- dimensiones y, por lo tanto, perdemos inevitable la información en el proceso de la proyección, es decir en pasar de un mundo tridimensional a una imagen de dos dimensiones.
La visión artificial incluye muchas técnicas que son útiles para si misma, Ej., el procesamiento de imágenes (que se refiere a la transformación, codificación, y transmisión de las imágenes) y los patrones, de las cuales los patrones visuales son pero solo una instancia). Más significativamente, sin embargo, la visión artificial incluye técnicas para la descripción útil de la forma y del volumen, para modelos geométricos, y para el llamado proceso cognoscitivo. Así, aunque la visión artificial se refiere ciertamente al procesamiento de imágenes, estas imágenes son solamente la materia prima de una ciencia mucho más amplia, la misma que se esfuerza en última instancia para emular las capacidades perceptivas del hombre y, quizás, para verter una luz sobre la manera por la cual él logra su interacción adaptativa y robusta con su ambiente.
Animación por computadora
La animación por computadora se puede definir como un formato de presentación de información digital en el movimiento atreves de una secuencia de imágenes o cuadros creada por la computadora, se utilice principalmente en video juegos películas.
Características de la animación 3D
Una característica importante de la animación por computadora es que nos permite crear escenas realmente tridimensionales. Esto quiere decir que a diferencia de la animación dibujada a mano, en una escena animada por computadora es posible cambiar el ángulo de la cámara y con esto ver otra parte de la escena.
Es posible lograr que una animación se vea más realista si variamos el peso y el tamaño de los objetos. Gracias a las nuevas técnicas de graficación los objetos se pueden ver mucho más realistas. Podemos hacer incluso que aparenten ser de un material específico cambiando las texturas y los pesos. Para cambiar el peso de un objeto es necesario cambiar el tiempo que se tarda en moverse.
Hay tres frases que componen una acción: la anticipación de la acción, la acción en si y la reacción, para que una animación se vea realista, es necesario que el tiempo empleado en cada parte de esa acción sea el indicado. También se debe de mantener el flujo y la continuidad entre las acciones y esto se lograra traslapando un poco cada parte de la acción.
Técnicas de animación
1.-animacion basada en cuadros: es la más utilizada. Para hacer una secuencia las imágenes se van filmando cuadro por cuadro y luego estos se unen para formar la animación.
2.-animacion basada en sprites: se refiere a animación basada en objetos de fondo estático, es decir, lo que cambia son los personajes. Esta técnica es aplicada en video juegos.
3.-key framming: se establecen posiciones en puntos específicos de tiempo en una animación y la parte intermedia la obtiene la computadora promedio de interpolación matemática.
4.-rotoscopiado: se obtiene la posición y el ángulo de los puntos clave de la imagen real y se trata de hacer converger los modelos en computadora con ellos.
5.-Monition control: consiste en obtener posiciones clave de manera automática a partir de un actor por medio de dispositivos que se conectan en su cuerpo.
6.-pixar: el proceso consiste de cuatro etapas desarrollo, preproducción, producción, y pos producción.
En el primer paso se da la idea de los empleados del equipo por escrito.
Se dibuja la historia a mano
Se graba la voz de los personajes
Entonces se crean las escenas en un ambiente tridimensional hecho por computadora.
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