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La animación por computadora es el proceso utilizado para generar imágenes animadas digitalmente. El término más general de imágenes generadas por computadora (CGI, por sus siglas en inglés) abarca tanto escenas estáticas como imágenes dinámicas, mientras que la animación por computadora solo se refiere a imágenes en movimiento. La animación por computadora moderna generalmente utiliza gráficos por computadora en 3D para generar una imagen bidimensional, aunque los gráficos por computadora en 2D todavía se utilizan para renderizados estilísticos, de bajo ancho de banda y de tiempo real más rápidos. A veces, el objetivo de la animación es la propia computadora, pero a veces también el cine.
La captura de movimiento, o "Mocap", registra el movimiento de objetos o personas externas y tiene aplicaciones en medicina, deportes, robótica y el ejército, así como para la animación en cine, televisión y videojuegos. El ejemplo más antiguo se remonta a 1878, con el trabajo fotográfico pionero de Eadweard Muybridge sobre la locomoción humana y animal, que sigue siendo una fuente para los animadores hoy en día.
Una de las primeras computadoras digitales programables fue la SEAC (Standards Eastern Automatic Computer), que entró en servicio en 1950 en la Oficina Nacional de Estándares (NBS) en Maryland, EE. UU.
En 1957, el pionero de la computación Russell Kirsch y su equipo presentaron un escáner de tambor para la SEAC, para "rastrear variaciones de intensidad sobre las superficies de fotografías", y al hacerlo crearon la primera imagen digital escaneando una fotografía. La imagen, que mostraba al hijo de tres meses de Kirsch, consistía en solo 176×176 píxeles. Utilizaron la computadora para extraer dibujos lineales, contar objetos, reconocer tipos de caracteres y mostrar imágenes digitales en la pantalla de un osciloscopio.
En 1960, se creó una animación vectorial de 49 segundos de un automóvil viajando por una carretera planificada en el Instituto Real de Tecnología de Suecia en la computadora BESK.
Bell Labs en Murray Hill, Nueva Jersey, fue un contribuyente de investigación líder en gráficos por computadora, animación por computadora y música electrónica desde sus inicios a principios de la década de 1960. Inicialmente, los investigadores estaban interesados en lo que se podía hacer con la computadora, pero los resultados del trabajo visual producido por la computadora durante este período establecieron a personas como Edward Zajac, Michael Noll y Ken Knowlton como artistas informáticos pioneros.
Ivan Sutherland es considerado por muchos como el creador de los gráficos por computadora interactivos y un pionero de Internet. Trabajó en el Laboratorio Lincoln del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) en 1962, donde desarrolló un programa llamado Sketchpad I, que permitía al usuario interactuar directamente con la imagen en la pantalla. Esta fue la primera interfaz gráfica de usuario y se considera uno de los programas informáticos más influyentes jamás escritos por un individuo.
Edward Zajac produjo una de las primeras películas generadas por computadora en Bell Labs en 1963, titulada A Two Gyro Gravity Gradient Attitude Control System, que demostró que un satélite podía estabilizarse para tener siempre un lado orientado hacia la Tierra mientras orbitaba.
Ken Knowlton desarrolló el sistema de animación Beflix (Bell Flicks) en 1963, que se utilizó para producir docenas de películas artísticas por los artistas Stan VanDerBeek, Knowlton y Lillian Schwartz. En lugar de programación pura, Beflix funcionaba utilizando "primitivas gráficas" simples, como dibujar una línea, copiar una región, rellenar un área, ampliar un área y similares.
En la década de 1960, William Fetter era diseñador gráfico para Boeing en Wichita y se le atribuye haber acuñado la frase "Gráficos por computadora" para describir lo que estaba haciendo en Boeing en ese momento (aunque el propio Fetter se lo atribuyó a su colega Verne Hudson). El trabajo de Fetter incluyó el desarrollo en 1964 de descripciones ergonómicas del cuerpo humano que son precisas y adaptables a diferentes entornos, y esto resultó en las primeras figuras de "estructura de alambre" animadas en 3D.
En 1965, Michael Noll creó películas estereográficas en 3D generadas por computadora, incluido un ballet de figuras de palitos moviéndose en un escenario. Algunas películas también mostraban hiperobjetos de cuatro dimensiones proyectados a tres dimensiones.
Utah fue un centro importante para la animación por computadora en este período. La facultad de ciencias de la computación fue fundada por David Evans en 1965, y muchas de las técnicas básicas de los gráficos por computadora en 3D se desarrollaron aquí a principios de la década de 1970 con fondos de ARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada). Los resultados de la investigación incluyeron el sombreado de Gouraud, Phong y Blinn, mapeo de texturas, algoritmos de superficies ocultas, subdivisión de superficies curvas, dibujo de líneas en tiempo real y hardware de visualización de imágenes rasterizadas, además de los primeros trabajos en realidad virtual.
Alrededor de 1967, Noll utilizó la técnica de animación 4D para producir secuencias de títulos animadas por computadora para el cortometraje comercial Incredible Machine (producido por Bell Labs) y el especial de televisión The Unexplained (producido por Walt DeFaria). También se llevaron a cabo muchos proyectos en otros campos en este momento.
En 1968, un grupo de físicos y matemáticos soviéticos con N. Konstantinov a la cabeza creó un modelo matemático para el movimiento de un gato. En una computadora BESM-4, idearon un programa para resolver las ecuaciones diferenciales ordinarias para este modelo. La computadora imprimió cientos de fotogramas en papel utilizando símbolos alfabéticos que luego fueron filmados en secuencia, creando así la primera animación por computadora de un personaje: un gato caminando.
El Laboratorio de Computación Atlas cerca de Oxford fue durante muchos años una instalación importante para la animación por computadora en Gran Bretaña. El primer dibujo animado de entretenimiento realizado fue The Flexipede, de Tony Pritchett, que se mostró públicamente por primera vez en la exposición Cybernetic Serendipity en 1968.
En 1968, Ivan Sutherland se asoció con David Evans para fundar la empresa Evans & Sutherland; ambos eran profesores en el Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Utah, y la empresa se formó para producir nuevo hardware diseñado para ejecutar los sistemas que se estaban desarrollando en la Universidad. Muchos de estos algoritmos han dado lugar posteriormente a la generación de importantes implementaciones de hardware, incluyendo el Geometry Engine, el casco de realidad virtual (Head-mounted display), el búfer de trama (Frame buffer) y los simuladores de vuelo.
En julio de 1968, la revista de arte Studio International publicó un número especial titulado Cybernetic Serendipity - The Computer and the Arts, que catalogaba una colección exhaustiva de artículos y ejemplos de trabajos realizados en el campo del arte informático en organizaciones de todo el mundo y mostrados en exposiciones en Londres (Reino Unido), San Francisco (California) y Washington D. C. Esto marcó un hito en el desarrollo del medio y fue considerado por muchos como una fuente de gran influencia e inspiración. Además de todos los ejemplos mencionados anteriormente, otras dos imágenes icónicas particularmente conocidas incluyen Chaos to Order de Charles Csuri (a menudo referido como el Colibrí), creado en la Universidad Estatal de Ohio en 1967, y Running Cola is Africa de Masao Komura y Koji Fujino, creado en el Computer Technique Group, Japón, también en 1967.
La primera máquina en lograr una atención pública generalizada en los medios fue Scanimate, un sistema de animación por computadora analógica diseñado y construido por Lee Harrison de la Computer Image Corporation en Denver. Desde alrededor de 1969 en adelante, los sistemas Scanimate se utilizaron para producir gran parte de la animación basada en video vista en televisión en comerciales, títulos de programas y otros gráficos. Podía crear animaciones en tiempo real, una gran ventaja sobre los sistemas digitales de la época.
La National Film Board of Canada, que ya era un centro mundial para el arte de la animación, también comenzó a experimentar con técnicas informáticas en 1969. El más conocido de los primeros pioneros en esto fue el artista Peter Foldes, quien completó Metadata en 1971. Esta película comprendía dibujos animados cambiando gradualmente de una imagen a la siguiente, una técnica conocida como "interpolación" (también conocida como "inbetweening" o "morphing").
El primer largometraje en utilizar procesamiento de imágenes digitales fue la película de 1973 Westworld, una película de ciencia ficción escrita y dirigida por el novelista Michael Crichton, en la que robots humanoides viven entre los humanos. John Whitney, Jr. y Gary Demos en Information International, Inc. procesaron digitalmente la fotografía cinematográfica para que pareciera pixelada con el fin de retratar el punto de vista del androide Gunslinger.
Un gran paso adelante hacia el objetivo de una mayor realidad en la animación 3D llegó con el desarrollo de los "fractales". El término fue acuñado en 1975 por el matemático Benoit Mandelbrot, quien lo utilizó para extender el concepto teórico de dimensiones fraccionarias a patrones geométricos en la naturaleza, y publicado en la traducción al inglés de su libro Fractals: Form, Chance, and Dimension en 1977.
El primer uso de imágenes de wireframe 3D en el cine convencional fue en la secuela de Westworld, Futureworld (1976), dirigida por Richard T. Heffron. Esta presentaba una mano y una cara generadas por computadora creadas por los estudiantes graduados de la Universidad de Utah, Edwin Catmull y Fred Parke, que habían aparecido inicialmente en su corto experimental de 1972 A Computer Animated Hand. El cortometraje de animación ganador del Oscar en 1975, Great, sobre la vida del ingeniero victoriano Isambard Kingdom Brunel, contiene una breve secuencia de un modelo de wireframe giratorio del proyecto final de Brunel, el barco de vapor de hierro SS Great Eastern. La tercera película en utilizar esta tecnología fue Star Wars (1977), escrita y dirigida por George Lucas, con imágenes de wireframe en las escenas con los planos de la Estrella de la Muerte, las computadoras de puntería en los cazas X-wing y la nave espacial Millennium Falcon.
El software de gráficos por computadora 3D comenzó a aparecer para computadoras domésticas a finales de la década de 1970. El ejemplo más antiguo conocido es 3D Art Graphics, un conjunto de efectos de gráficos por computadora 3D, escrito por Kazumasa Mitazawa y lanzado en junio de 1978 para el Apple II.
El estudio de animación en francés de la NFB fundó su Centre d'animatique en 1980, con un costo de 1 millón de dólares canadienses, con un equipo de seis especialistas en gráficos por computadora. La unidad fue encargada inicialmente de crear secuencias CGI estereoscópicas para la película IMAX 3D de la NFB, Transitions, para la Expo 86. El personal del Centre d'animatique incluía a Daniel Langlois, quien se fue en 1986 para formar Softimage.
Silicon Graphics, Inc (SGI) fue un fabricante de hardware y software informático de alto rendimiento, fundado en 1981 por Jim Clark. Su idea, llamada Geometry Engine, era crear una serie de componentes en un procesador VLSI que realizaran las operaciones principales requeridas en la síntesis de imágenes: las transformaciones de matriz, el recorte y las operaciones de escalado que proporcionaban la transformación al espacio de visualización. Clark intentó ofrecer su diseño a empresas de informática y, al no encontrar interesados, él y sus colegas de la Universidad de Stanford, California, fundaron su propia empresa, Silicon Graphics.
En 1979-80, la primera película que utilizó fractales para generar los gráficos fue realizada por Loren Carpenter de Boeing. Titulada Vol Libre, mostraba un vuelo sobre un paisaje fractal y fue presentada en SIGGRAPH 1980. Posteriormente, Carpenter fue contratado por Pixar para crear el planeta fractal en la secuencia del Efecto Génesis de Star Trek II: La ira de Khan en junio de 1982.
El primer largometraje de cine en hacer un uso extensivo de CGI 3D sólido fue Tron de Walt Disney, dirigida por Steven Lisberger, en 1982. La película es celebrada como un hito en la industria, aunque en realidad se utilizaron menos de veinte minutos de esta animación, principalmente las escenas que muestran "terreno" digital o incluyen vehículos como Light Cycles, tanques y naves.
En 1982, la Universidad de Osaka de Japón desarrolló el sistema de gráficos por computadora LINKS-1, una supercomputadora que utilizaba hasta 257 microprocesadores Zilog Z8001, empleada para renderizar gráficos 3D realistas. Según la Sociedad de Procesamiento de Información de Japón: "El núcleo del renderizado de imágenes 3D es calcular la luminancia de cada píxel que compone una superficie renderizada a partir del punto de vista, la fuente de luz y la posición del objeto dados. El sistema LINKS-1 se desarrolló para implementar una metodología de renderizado de imágenes en la que cada píxel pudiera procesarse en paralelo de forma independiente mediante trazado de rayos".
En 1983, Philippe Bergeron, Nadia Magnenat Thalmann y Daniel Thalmann dirigieron Dream Flight, considerada la primera película generada en 3D que cuenta una historia. La película fue programada completamente utilizando el lenguaje gráfico MIRA, una extensión del lenguaje de programación Pascal basada en tipos de datos gráficos abstractos. La película obtuvo varios premios y se proyectó en el Film Show de SIGGRAPH '83.
La LINKS-1 fue la computadora más potente del mundo en 1984.
En 1985, Pierre Lachapelle, Philippe Bergeron, Pierre Robidoux y Daniel Langlois dirigieron Tony de Peltrie, que muestra al primer personaje humano animado que expresa emociones a través de expresiones faciales y movimientos corporales, lo cual conmovió al público. Tony de Peltrie se estrenó como la película de clausura de SIGGRAPH '85.
El comportamiento de bandada (flocking) es el que exhibe un grupo de aves (u otros animales) cuando se mueven juntas en una bandada. Un modelo matemático del comportamiento de bandada fue simulado por primera vez en una computadora en 1986 por Craig Reynolds y pronto encontró su uso en la animación. Jurassic Park destacó por incluir este comportamiento y lo dio a conocer ampliamente al mencionarlo en el guion original[cita requerida]. Otros usos tempranos fueron los murciélagos en bandada en Batman Returns (1992) de Tim Burton y la estampida de ñus en El Rey León (1994) de Disney.
En 1989 se estrenó la película de acción submarina The Abyss de James Cameron. Fue la primera película de cine en incluir CGI fotorrealista integrado perfectamente en escenas de acción real. Una secuencia de cinco minutos que presentaba un tentáculo animado o "pseudópodo" fue creada por ILM, quienes diseñaron un programa para producir ondas superficiales de diferentes tamaños y propiedades cinéticas para el pseudópodo, incluyendo reflexión, refracción y una secuencia de transformación (morphing). Aunque breve, esta exitosa mezcla de CGI y acción real es ampliamente considerada un hito que marcó el rumbo para el desarrollo futuro en el campo.
La década de 1990 comenzó con gran parte de la tecnología CGI ya lo suficientemente desarrollada como para permitir una expansión importante en la producción de cine y televisión. 1991 es ampliamente considerado el "año decisivo", con dos grandes éxitos de taquilla, ambos haciendo un uso intensivo de CGI.
Otro paso significativo llegó en 1993 con Jurassic Park de Steven Spielberg, donde los dinosaurios CGI en 3D se integraron con contrapartes animatrónicas de tamaño real. Los animales CGI fueron creados por ILM, y en una escena de prueba para hacer una comparación directa de ambas técnicas, Spielberg eligió el CGI. También observando estaba George Lucas, quien comentó: "se ha cruzado una brecha importante y las cosas nunca volverán a ser iguales".
En 1993, Babylon 5 de J. Michael Straczynski se convirtió en la primera serie de televisión importante en utilizar CGI como método principal para sus efectos visuales (en lugar de usar modelos construidos a mano), seguida más tarde ese mismo año por SeaQuest DSV de Rockne S. O'Bannon.
En 1995 llegó el primer largometraje totalmente animado por computadora, Toy Story de Disney-Pixar, que fue un gran éxito comercial.
Otro avance donde una película de cine utilizó captura de movimiento fue la creación de cientos de personajes digitales para la película Titanic en 1997. La técnica se utilizó ampliamente en 1999 para crear a Jar-Jar Binks y otros personajes digitales en Star Wars: Episodio I - La amenaza fantasma.
En 2000, un equipo dirigido por Paul Debevec logró capturar (y simular) adecuadamente el campo de reflectancia sobre el rostro humano utilizando los escenarios de luz más simples, lo cual fue la última pieza faltante del rompecabezas para crear dobles digitales de actores conocidos.
La primera película de cine comercial realizada completamente con captura de movimiento fue la japonesa-estadounidense de 2001 Final Fantasy: The Spirits Within, dirigida por Hironobu Sakaguchi, que también fue la primera en utilizar personajes CGI fotorrealistas. La película no fue un éxito de taquilla. Algunos comentaristas han sugerido que esto puede deberse en parte a que los personajes CGI principales tenían rasgos faciales que caían en el "valle inquietante".
En 2002, El Señor de los Anillos: Las dos torres de Peter Jackson fue el primer largometraje en utilizar un sistema de captura de movimiento en tiempo real, lo que permitió que las acciones del actor Andy Serkis se introdujeran directamente en el modelo CGI 3D de Gollum mientras se realizaba la actuación.
En 2010, la Academia de Cine de EE. UU. (AMPAS) anunció que las películas de captura de movimiento ya no serían elegibles para los Oscar a la "Mejor película de animación", declarando: "La captura de movimiento por sí sola no es una técnica de animación".
