1940. léta do Přítomnost
Worldwide
Počítačová animace je proces používaný k digitálnímu generování animovaných obrazů. Obecnější termín počítačem generovaná grafika (CGI) zahrnuje jak statické scény, tak dynamické obrazy, zatímco počítačová animace se vztahuje pouze na pohyblivé obrazy. Moderní počítačová animace obvykle využívá 3D počítačovou grafiku k vytvoření dvourozměrného obrazu, ačkoliv 2D počítačová grafika se stále používá pro stylistické účely, nízkou šířku pásma a rychlejší vykreslování v reálném čase. Někdy je cílem animace samotný počítač, ale někdy také film.
Motion capture, neboli „Mocap“, zaznamenává pohyb externích objektů nebo lidí a má využití v medicíně, sportu, robotice a armádě, stejně jako pro animaci ve filmu, televizi a hrách. Nejstarší příklad pochází z roku 1878, kdy průkopnická fotografická práce Eadwearda Muybridge o pohybu lidí a zvířat dodnes slouží jako zdroj pro animátory.
Jedním z prvních programovatelných digitálních počítačů byl SEAC (Standards Eastern Automatic Computer), který byl uveden do provozu v roce 1950 v National Bureau of Standards (NBS) v Marylandu v USA.
V roce 1957 představil počítačový průkopník Russell Kirsch se svým týmem bubnový skener pro SEAC, aby „sledoval změny intenzity na površích fotografií“, a tím vytvořil první digitální obraz naskenováním fotografie. Obraz, zachycující Kirschova tříměsíčního syna, se skládal z pouhých 176×176 pixelů. Počítač používali k extrakci čárových kreseb, počítání objektů, rozpoznávání typů znaků a zobrazování digitálních obrazů na obrazovce osciloskopu.
V roce 1960 byla na počítači BESK ve Švédském královském technologickém institutu vytvořena 49sekundová vektorová animace auta jedoucího po plánované dálnici.
Bell Labs v Murray Hill v New Jersey byly od svých počátků v raných 60. letech předním výzkumným přispěvatelem v oblasti počítačové grafiky, počítačové animace a elektronické hudby. Zpočátku se výzkumníci zajímali o to, co lze počítač přimět dělat, ale výsledky vizuální práce vytvořené počítačem v tomto období etablovaly lidi jako Edward Zajac, Michael Noll a Ken Knowlton jako průkopnické počítačové umělce.
Ivan Sutherland je mnohými považován za tvůrce interaktivní počítačové grafiky a internetového průkopníka. V roce 1962 pracoval v Lincoln Laboratory na MIT (Massachusetts Institute of Technology), kde vyvinul program s názvem Sketchpad I, který umožnil uživateli přímo interagovat s obrazem na obrazovce. Jednalo se o první grafické uživatelské rozhraní a je považováno za jeden z nejvlivnějších počítačových programů, jaké kdy jednotlivec napsal.
Edward Zajac vytvořil v roce 1963 v Bell Labs jeden z prvních počítačem generovaných filmů s názvem A Two Gyro Gravity Gradient Attitude Control System, který demonstroval, že satelit lze stabilizovat tak, aby byl při oběhu vždy jednou stranou otočen k Zemi.
Ken Knowlton vyvinul v roce 1963 animační systém Beflix (Bell Flicks), který byl použit k produkci desítek uměleckých filmů umělci Stanem VanDerBeekem, Knowltonem a Lillian Schwartz. Místo syrového programování pracoval Beflix pomocí jednoduchých „grafických primitiv“, jako je kreslení čáry, kopírování oblasti, vyplnění plochy, přiblížení oblasti a podobně.
V 60. letech byl William Fetter grafickým designérem pro Boeing ve Wichitě a je mu připisováno vytvoření fráze „Computer Graphics“ (počítačová grafika) k popisu toho, co v té době v Boeingu dělal (ačkoliv sám Fetter to připisoval kolegovi Vernu Hudsonovi). Fetterova práce zahrnovala vývoj ergonomických popisů lidského těla z roku 1964, které jsou přesné a přizpůsobitelné různým prostředím, což vedlo k prvním 3D animovaným „drátěným“ postavám.
V roce 1965 vytvořil Michael Noll počítačem generované stereografické 3D filmy, včetně baletu postaviček z čar pohybujících se na jevišti. Některé filmy také ukazovaly čtyřrozměrné hyper-objekty promítnuté do tří dimenzí.
Utah byl v tomto období hlavním centrem počítačové animace. Fakultu informatiky založil David Evans v roce 1965 a mnoho základních technik 3D počítačové grafiky zde bylo vyvinuto v raných 70. letech s financováním ARPA (Advanced Research Projects Agency). Výsledky výzkumu zahrnovaly stínování Gouraud, Phong a Blinn, mapování textur, algoritmy skrytých povrchů, dělení zakřivených ploch, vykreslování čar v reálném čase, hardware pro zobrazení rastrových obrazů a ranou práci ve virtuální realitě.
Kolem roku 1967 použil Noll techniku 4D animace k vytvoření počítačově animovaných úvodních titulků pro komerční krátký film Incredible Machine (produkovaný Bell Labs) a televizní speciál The Unexplained (produkovaný Waltem DeFariou). V té době byly realizovány i mnohé projekty v jiných oborech.
V roce 1968 vytvořila skupina sovětských fyziků a matematiků pod vedením N. Konstantinova matematický model pohybu kočky. Na počítači BESM-4 sestavili program pro řešení obyčejných diferenciálních rovnic pro tento model. Počítač vytiskl stovky snímků na papír pomocí symbolů abecedy, které byly následně natočeny v sekvenci, čímž vznikla první počítačová animace postavy, kráčející kočky.
Atlas Computer Laboratory poblíž Oxfordu byla po mnoho let hlavním zařízením pro počítačovou animaci v Británii. Prvním vytvořeným zábavním kresleným filmem byl The Flexipede od Tonyho Pritchetta, který byl poprvé veřejně promítán na výstavě Cybernetic Serendipity v roce 1968.
V roce 1968 se Ivan Sutherland spojil s Davidem Evansem a založili společnost Evans & Sutherland – oba byli profesory na katedře informatiky na University of Utah a společnost byla založena za účelem výroby nového hardwaru navrženého pro provoz systémů vyvíjených na univerzitě. Mnoho takových algoritmů později vedlo k vytvoření významných hardwarových implementací, včetně Geometry Engine, displeje připevněného na hlavu (HMD), vyrovnávací paměti snímků (frame buffer) a leteckých simulátorů.
V červenci 1968 vydal umělecký časopis Studio International speciální číslo s názvem Cybernetic Serendipity - The Computer and the Arts, které katalogizovalo obsáhlou sbírku položek a příkladů práce prováděné v oblasti počítačového umění v organizacích po celém světě a vystavené na výstavách v Londýně (UK), San Franciscu (CA) a Washingtonu (DC). To znamenalo milník ve vývoji tohoto média a mnozí jej považovali za široce vlivné a inspirativní. Kromě všech výše uvedených příkladů zahrnují dvě další obzvláště známé ikonické obrazy Chaos to Order od Charlese Csuriho (často označovaný jako Hummingbird), vytvořený na Ohio State University v roce 1967, a Running Cola is Africa od Masaa Komury a Kojiho Fujina, vytvořený v Computer Technique Group v Japonsku, rovněž v roce 1967.
Prvním strojem, který si získal širokou pozornost veřejnosti v médiích, byl Scanimate, analogový počítačový animační systém navržený a postavený Lee Harrisonem z Computer Image Corporation v Denveru. Přibližně od roku 1969 se systémy Scanimate používaly k produkci velké části videoanimací vídaných v televizi v reklamách, titulcích pořadů a další grafice. Dokázal vytvářet animace v reálném čase, což byla v té době velká výhoda oproti digitálním systémům.
National Film Board of Canada, již tehdy světové centrum animačního umění, začala v roce 1969 experimentovat s počítačovými technikami. Nejznámějším z raných průkopníků v této oblasti byl umělec Peter Foldes, který v roce 1971 dokončil film Metadata. Tento film se skládal z kreseb animovaných postupným přechodem z jednoho snímku na druhý, což je technika známá jako „interpolace“ (také známá jako „mezifázování“ nebo „morphing“).
Prvním celovečerním filmem, který využil digitální zpracování obrazu, byl snímek Westworld z roku 1973, sci-fi film napsaný a režírovaný romanopiscem Michaelem Crichtonem, ve kterém humanoidní roboti žijí mezi lidmi. John Whitney Jr. a Gary Demos ze společnosti Information International, Inc. digitálně zpracovali filmové záběry tak, aby vypadaly pixelovaně, aby ztvárnili pohled androida Gunslingera.
Významným krokem vpřed k cíli zvýšeného realismu ve 3D animaci byl vývoj „fraktálů“. Termín vytvořil v roce 1975 matematik Benoit Mandelbrot, který jej použil k rozšíření teoretického konceptu zlomkových dimenzí na geometrické vzory v přírodě a publikoval jej v anglickém překladu své knihy Fractals: Form, Chance, and Dimension v roce 1977.
První použití 3D drátěného modelu (wireframe) v mainstreamové kinematografii bylo v pokračování Westworldu, Futureworld (1976), v režii Richarda T. Heffrona. Obsahoval počítačem generovanou ruku a obličej vytvořené studenty University of Utah Edwinem Catmullem a Fredem Parkem, které se původně objevily v jejich experimentálním krátkém filmu A Computer Animated Hand z roku 1972. Oscarový krátký animovaný film Great z roku 1975 o životě viktoriánského inženýra Isambarda Kingdoma Brunela obsahuje krátkou sekvenci rotujícího drátěného modelu Brunelova posledního projektu, železného parníku SS Great Eastern. Třetím filmem, který tuto technologii použil, byly Star Wars (1977), napsané a režírované Georgem Lucasem, s drátěnými modely ve scénách s plány Hvězdy smrti, zaměřovacími počítači v stíhačkách X-wing a vesmírnou lodí Millennium Falcon.
Software pro 3D počítačovou grafiku se začal objevovat pro domácí počítače koncem 70. let. Nejstarším známým příkladem je 3D Art Graphics, sada 3D počítačových grafických efektů, kterou napsal Kazumasa Mitazawa a vydal v červnu 1978 pro Apple II.
Francouzskojazyčné animační studio NFB založilo v roce 1980 své Centre d'animatique s náklady 1 milion CAD a týmem šesti specialistů na počítačovou grafiku. Jednotka měla původně za úkol vytvořit stereoskopické CGI sekvence pro 3D IMAX film NFB Transitions pro Expo 86. Mezi zaměstnance Centre d'animatique patřil Daniel Langlois, který v roce 1986 odešel, aby založil společnost Softimage.
Silicon Graphics, Inc (SGI) byl výrobcem vysoce výkonného počítačového hardwaru a softwaru, založeným v roce 1981 Jimem Clarkem. Jeho myšlenka, nazvaná Geometry Engine, spočívala ve vytvoření řady komponent v procesoru VLSI, které by prováděly hlavní operace potřebné při syntéze obrazu – maticové transformace, ořezávání a operace škálování, které zajišťovaly transformaci do prostoru zobrazení. Clark se pokusil svůj návrh nabízet počítačovým společnostem, a když nenašel zájemce, založil se svými kolegy ze Stanford University v Kalifornii vlastní společnost Silicon Graphics.
V letech 1979–80 vytvořil Loren Carpenter z Boeingu první film využívající fraktály ke generování grafiky. S názvem Vol Libre ukazoval let nad fraktální krajinou a byl představen na SIGGRAPH 1980. Carpenter byl následně najat společností Pixar, aby vytvořil fraktální planetu v sekvenci Genesis Effect ve filmu Star Trek II: Khanův hněv v červnu 1982.
Prvním celovečerním filmem, který ve velké míře využil pevnou 3D CGI, byl Tron od Walta Disneyho v režii Stevena Lisbergera z roku 1982. Film je oslavován jako milník v oboru, i když se ve skutečnosti použilo méně než dvacet minut této animace – hlavně scény, které ukazují digitální „terén“ nebo zahrnují vozidla, jako jsou Light Cycles, tanky a lodě.
V roce 1982 vyvinula japonská Ósacká univerzita počítačový grafický systém LINKS-1, superpočítač, který využíval až 257 mikroprocesorů Zilog Z8001 a sloužil k vykreslování realistické 3D počítačové grafiky. Podle Japonské společnosti pro zpracování informací: „Jádrem vykreslování 3D obrazu je výpočet jasu každého pixelu tvořícího vykreslovaný povrch z daného úhlu pohledu, světelného zdroje a pozice objektu. Systém LINKS-1 byl vyvinut za účelem realizace metodiky vykreslování obrazu, při níž mohl být každý pixel nezávisle paralelně zpracován pomocí sledování paprsků (ray tracing).“
V roce 1983 režírovali Philippe Bergeron, Nadia Magnenat Thalmann a Daniel Thalmann film Dream Flight, který je považován za první 3D generovaný film vyprávějící příběh. Film byl kompletně naprogramován pomocí grafického jazyka MIRA, což je rozšíření programovacího jazyka Pascal založené na abstraktních grafických datových typech. Film získal několik ocenění a byl promítán na filmové přehlídce SIGGRAPH '83.
LINKS-1 byl k roku 1984 nejvýkonnějším počítačem na světě.
V roce 1985 režírovali Pierre Lachapelle, Philippe Bergeron, Pierre Robidoux a Daniel Langlois film Tony de Peltrie, který představuje první animovanou lidskou postavu vyjadřující emoce prostřednictvím mimiky a pohybů těla, což zapůsobilo na city diváků. Tony de Peltrie měl premiéru jako závěrečný film konference SIGGRAPH '85.
Hejno (flocking) je chování, které se projevuje, když se skupina ptáků (nebo jiných zvířat) pohybuje společně v hejnu. Matematický model chování v hejnu byl poprvé simulován na počítači v roce 1986 Craigem Reynoldsem a brzy našel své uplatnění v animaci. Jurský park se vyznačoval zejména hejny a přinesl jim širokou pozornost tím, že se o nich zmínil přímo ve scénáři[potřebuje citaci]. Dalšími ranými příklady jsou hejna netopýrů ve filmu Tima Burtona Batman se vrací (1992) a stádo pakoňů ve filmu Lví král od Disneyho (1994).
V roce 1989 byl uveden podmořský akční film Jamese Camerona Propast (The Abyss). Jednalo se o první celovečerní film, který obsahoval fotorealistické CGI hladce integrované do hraných scén. Pětiminutovou sekvenci s animovaným chapadlem neboli „pseudopodem“ vytvořilo studio ILM, které navrhlo program pro generování povrchových vln různých velikostí a kinetických vlastností pro pseudopod, včetně odrazu, lomu a sekvence morfování. Ačkoliv je tato úspěšná směs CGI a hraného filmu krátká, je široce považována za milník, který určil směr dalšího budoucího vývoje v oboru.
Devadesátá léta začala s technologií CGI, která byla nyní dostatečně vyvinuta, aby umožnila velkou expanzi do filmové a televizní produkce. Rok 1991 je široce považován za „průlomový rok“ se dvěma velkými kasovními úspěchy, z nichž oba hojně využívaly CGI.
Další významný krok přišel v roce 1993 se Spielbergovým Jurským parkem, kde byli 3D CGI dinosauři integrováni s animatronickými protějšky v životní velikosti. CGI zvířata vytvořilo studio ILM a v testovací scéně pro přímé srovnání obou technik si Spielberg vybral CGI. Sledoval to i George Lucas, který poznamenal: „byla překročena hlavní propast a věci už nikdy nebudou jako dřív“.
V roce 1993 se seriál Babylon 5 J. Michaela Straczynského stal prvním velkým televizním seriálem, který používal CGI jako primární metodu pro své vizuální efekty (namísto ručně vyráběných modelů), následován později téhož roku seriálem SeaQuest DSV Rockne S. O'Bannona.
V roce 1995 přišel první plně počítačově animovaný celovečerní film, Toy Story: Příběh hraček od Disney-Pixar, který byl obrovským komerčním úspěchem.
Dalším průlomem, kdy byl ve filmu použit motion capture, bylo vytvoření stovek digitálních postav pro film Titanic v roce 1997. Tato technika byla rozsáhle využita v roce 1999 k vytvoření Jar-Jar Binkse a dalších digitálních postav ve filmu Star Wars: Epizoda I – Skrytá hrozba.
V roce 2000 se týmu pod vedením Paula Debeveca podařilo adekvátně zachytit (a simulovat) pole odrazivosti lidské tváře pomocí nejjednodušších světelných scén, což byl poslední chybějící dílek skládačky pro vytvoření digitálních dvojníků známých herců.
Prvním mainstreamovým celovečerním filmem kompletně vytvořeným pomocí motion capture byl japonsko-americký snímek Final Fantasy: Esence života z roku 2001 režiséra Hironobua Sakaguchiho, který byl zároveň prvním filmem využívajícím fotorealistické CGI postavy. Film nebyl kasovním úspěchem. Někteří komentátoři naznačili, že to může být částečně proto, že hlavní CGI postavy měly rysy obličeje, které spadaly do „uncanny valley“ (údolí podivnosti).
V roce 2002 byl film Pán prstenů: Dvě věže Petera Jacksona prvním celovečerním filmem, který použil systém motion capture v reálném čase, což umožnilo, aby akce herce Andyho Serkise byly přenášeny přímo do 3D CGI modelu Gluma v průběhu jeho výkonu.
V roce 2010 americká filmová akademie (AMPAS) oznámila, že filmy využívající motion capture již nebudou považovány za způsobilé pro Oscara za „nejlepší animovaný celovečerní film“ s odůvodněním, že „Motion capture sám o sobě není animační technikou.“
