انیمیشن رایانهای فرآیندی است که برای تولید دیجیتالی تصاویر متحرک استفاده میشود. اصطلاح کلیتر «تصویرسازی رایانهای» (CGI) هم صحنههای ایستا و هم تصاویر پویا را در بر میگیرد، در حالی که انیمیشن رایانهای فقط به تصاویر متحرک اشاره دارد. انیمیشن رایانهای مدرن معمولاً از گرافیک رایانهای سهبعدی برای تولید یک تصویر دوبعدی استفاده میکند، اگرچه گرافیک رایانهای دوبعدی همچنان برای سبکهای خاص، پهنای باند کم و رندرینگ سریعتر در زمان واقعی استفاده میشود. گاهی اوقات هدف انیمیشن خود رایانه است، اما گاهی اوقات فیلم نیز هست.
ضبط حرکت یا «موشن کپچر»، حرکت اشیاء یا افراد خارجی را ثبت میکند و کاربردهایی در پزشکی، ورزش، رباتیک و ارتش، و همچنین برای انیمیشن در فیلم، تلویزیون و بازیها دارد. اولین نمونه آن به سال ۱۸۷۸ با کار عکاسی پیشگامانه ادوارد مایبریج در مورد حرکت انسان و حیوان برمیگردد که هنوز هم منبعی برای انیماتورها است.
یکی از اولین رایانههای دیجیتال قابل برنامهریزی، SEAC (رایانه خودکار استاندارد شرقی) بود که در سال ۱۹۵۰ در اداره ملی استانداردها (NBS) در مریلند، ایالات متحده آمریکا شروع به کار کرد.
در سال ۱۹۵۷، راسل کرش، پیشگام رایانه، و تیمش یک اسکنر درام برای SEAC رونمایی کردند تا «تغییرات شدت نور را در سطوح عکسها ردیابی کنند» و با این کار، اولین تصویر دیجیتال را با اسکن یک عکس ساختند. این تصویر که پسر سه ماهه کرش را نشان میداد، تنها از ۱۷۶×۱۷۶ پیکسل تشکیل شده بود. آنها از رایانه برای استخراج طرحهای خطی، شمارش اشیاء، تشخیص انواع کاراکترها و نمایش تصاویر دیجیتال روی صفحه اسیلوسکوپ استفاده کردند.
آزمایشگاههای بل در موری هیل، نیوجرسی، از آغاز دهه ۱۹۶۰ یکی از پیشگامان تحقیقاتی در زمینه گرافیک رایانهای، انیمیشن رایانهای و موسیقی الکترونیک بود. در ابتدا، محققان به آنچه رایانه میتوانست انجام دهد علاقهمند بودند، اما نتایج کارهای بصری تولید شده توسط رایانه در این دوره، افرادی مانند ادوارد زاجاک، مایکل نول و کن نولتون را به عنوان هنرمندان پیشگام رایانهای تثبیت کرد.
ایوان ساترلند توسط بسیاری به عنوان خالق گرافیک رایانهای تعاملی و پیشگام اینترنت شناخته میشود. او در سال ۱۹۶۲ در آزمایشگاه لینکلن در MIT (موسسه فناوری ماساچوست) کار میکرد، جایی که برنامهای به نام Sketchpad I را توسعه داد که به کاربر اجازه میداد مستقیماً با تصویر روی صفحه تعامل داشته باشد. این اولین رابط کاربری گرافیکی بود و یکی از تأثیرگذارترین برنامههای رایانهای محسوب میشود که تا به حال توسط یک فرد نوشته شده است.
ادوارد زاجاک یکی از اولین فیلمهای تولید شده با رایانه را در آزمایشگاههای بل در سال ۱۹۶۳ با عنوان «سیستم کنترل وضعیت گرادیان گرانشی دو ژیروسکوپی» تولید کرد که نشان میداد یک ماهواره میتواند به گونهای تثبیت شود که هنگام چرخش به دور زمین، همیشه یک سمت آن رو به زمین باشد.
کن نولتون سیستم انیمیشن Beflix (مخفف Bell Flicks) را در سال ۱۹۶۳ توسعه داد که برای تولید دهها فیلم هنری توسط هنرمندانی مانند استن وندربیک، نولتون و لیلیان شوارتز استفاده شد. به جای برنامهنویسی خام، Beflix با استفاده از «اولیههای گرافیکی» ساده مانند رسم خط، کپی کردن یک ناحیه، پر کردن یک محدوده، بزرگنمایی و موارد مشابه کار میکرد.
در دهه ۱۹۶۰، ویلیام فتر طراح گرافیک بوئینگ در ویچیتا بود و اعتبار ابداع عبارت «گرافیک رایانهای» برای توصیف کاری که در آن زمان در بوئینگ انجام میداد به او نسبت داده شد (اگرچه خود فتر این اعتبار را به همکارش ورن هادسون نسبت داد). کار فتر شامل توسعه توصیفات ارگونومیک بدن انسان در سال ۱۹۶۴ بود که هم دقیق و هم قابل انطباق با محیطهای مختلف بود و این منجر به اولین فیگورهای «وایرفریم» (سیمی) انیمیشنی سهبعدی شد.
در سال ۱۹۶۵، مایکل نول فیلمهای سهبعدی استریوگرافیک تولید شده با رایانه را خلق کرد، از جمله رقص باله فیگورهای چوبی که روی صحنه حرکت میکردند. برخی از فیلمها همچنین ابر-اشیاء چهاربعدی را نشان میدادند که به سه بعد تصویر شده بودند.
یوتا در این دوره مرکز اصلی انیمیشن رایانهای بود. دانشکده علوم رایانه توسط دیوید ایوانز در سال ۱۹۶۵ تأسیس شد و بسیاری از تکنیکهای اساسی گرافیک رایانهای سهبعدی در اوایل دهه ۱۹۷۰ با بودجه ARPA (آژانس پروژههای تحقیقاتی پیشرفته) در اینجا توسعه یافت. نتایج تحقیقات شامل سایهزنی گورو، فونگ و بلین، نگاشت بافت، الگوریتمهای سطح پنهان، تقسیمبندی سطح منحنی، ترسیم خط در زمان واقعی، سختافزار نمایش تصویر رستر و کارهای اولیه واقعیت مجازی بود.
حدود سال ۱۹۶۷، نول از تکنیک انیمیشن چهاربعدی برای تولید سکانسهای عنوان انیمیشن رایانهای برای فیلم کوتاه تجاری «ماشین باورنکردنی» (تولید شده توسط آزمایشگاههای بل) و ویژه برنامه تلویزیونی «ناشناخته» (تولید شده توسط والت دفاریا) استفاده کرد. پروژههای بسیاری در زمینههای دیگر نیز در این زمان انجام شد.
در سال ۱۹۶۸ گروهی از فیزیکدانان و ریاضیدانان شوروی به سرپرستی ان. کنستانتینوف، یک مدل ریاضی برای حرکت گربه ایجاد کردند. آنها روی رایانه BESM-4 برنامهای برای حل معادلات دیفرانسیل معمولی برای این مدل طراحی کردند. رایانه صدها فریم را با استفاده از نمادهای الفبایی روی کاغذ چاپ کرد که بعداً به صورت متوالی فیلمبرداری شدند و بدین ترتیب اولین انیمیشن رایانهای از یک شخصیت، یعنی یک گربه در حال راه رفتن، خلق شد.
آزمایشگاه رایانه اطلس در نزدیکی آکسفورد برای سالهای متمادی مرکز اصلی انیمیشن رایانهای در بریتانیا بود. اولین کارتون سرگرمی ساخته شده، «فلکسیپد» اثر تونی پریچت بود که برای اولین بار در سال ۱۹۶۸ در نمایشگاه «سیرندیپیتی سایبرنتیک» به صورت عمومی نمایش داده شد.
در سال ۱۹۶۸، ایوان ساترلند با دیوید ایوانز همکاری کرد تا شرکت «ایوانز اند ساترلند» را تأسیس کند. هر دوی آنها استاد دانشکده علوم کامپیوتر در دانشگاه یوتا بودند و این شرکت برای تولید سختافزارهای جدیدی که برای اجرای سیستمهای در حال توسعه در دانشگاه طراحی شده بودند، شکل گرفت. بسیاری از این الگوریتمها بعداً منجر به تولید پیادهسازیهای سختافزاری مهمی شدند، از جمله موتور هندسی (Geometry Engine)، نمایشگر نصبشده روی سر (Head-mounted display)، بافر فریم (Frame buffer) و شبیهسازهای پرواز.
در ژوئیه ۱۹۶۸، مجله هنری «استودیو اینترنشنال» شماره ویژهای با عنوان «تصادف سایبرنتیک - کامپیوتر و هنر» منتشر کرد که مجموعهای جامع از اقلام و نمونههای کارهای انجامشده در زمینه هنر کامپیوتری در سازمانهای سراسر جهان را فهرست کرده و در نمایشگاههایی در لندن (بریتانیا)، سانفرانسیسکو (کالیفرنیا) و واشینگتن دیسی به نمایش گذاشت. این رویداد نقطه عطفی در توسعه این رسانه بود و توسط بسیاری به عنوان عاملی با تأثیر و الهامبخشی گسترده در نظر گرفته شد. علاوه بر تمام نمونههای ذکر شده در بالا، دو تصویر نمادین دیگر که به ویژه شناختهشده هستند عبارتند از: «از آشوب تا نظم» اثر چارلز سوری (که اغلب به آن «مرغ مگسخوار» گفته میشود) که در سال ۱۹۶۷ در دانشگاه ایالتی اوهایو خلق شد، و «دویدن کولا آفریقا است» اثر ماسائو کومورا و کوجی فوجینو که در سال ۱۹۶۷ در گروه تکنیک کامپیوتر ژاپن ایجاد شد.
اولین ماشینی که توجه گسترده عمومی را در رسانهها به خود جلب کرد، «اسکانیمیت» بود؛ یک سیستم انیمیشن کامپیوتری آنالوگ که توسط لی هریسون از شرکت «کامپیوتر ایمیج» در دنور طراحی و ساخته شد. از حدود سال ۱۹۶۹ به بعد، سیستمهای اسکانیمیت برای تولید بخش عمدهای از انیمیشنهای مبتنی بر ویدیو که در تلویزیون در تبلیغات، تیتراژ برنامهها و سایر گرافیکها دیده میشد، مورد استفاده قرار گرفتند. این سیستم میتوانست انیمیشنها را به صورت بلادرنگ (Real-time) ایجاد کند که مزیت بزرگی نسبت به سیستمهای دیجیتال آن زمان بود.
هیئت ملی فیلم کانادا (NFB)، که در آن زمان مرکز جهانی هنر انیمیشن بود، در سال ۱۹۶۹ شروع به آزمایش با تکنیکهای کامپیوتری کرد. شناختهشدهترین پیشگامان اولیه در این زمینه، هنرمند پیتر فولدز بود که «متادیتا» را در سال ۱۹۷۱ تکمیل کرد. این فیلم شامل نقاشیهایی بود که با تغییر تدریجی از یک تصویر به تصویر بعدی متحرک شده بودند؛ تکنیکی که به عنوان «درونیابی» (که با نامهای «میانیسازی» یا «مورفینگ» نیز شناخته میشود) معروف است.
اولین فیلم بلندی که از پردازش تصویر دیجیتال استفاده کرد، فیلم «وستورلد» محصول ۱۹۷۳ بود؛ یک فیلم علمی-تخیلی به نویسندگی و کارگردانی رماننویس مایکل کرایتون که در آن رباتهای انساننما در میان انسانها زندگی میکنند. جان ویتنی جونیور و گری دموس در شرکت «اینفورمیشن اینترنشنال» تصاویر فیلم را به صورت دیجیتالی پردازش کردند تا پیکسلدار به نظر برسند و دیدگاه اندروید هفتتیرکش را به تصویر بکشند.
یک گام بزرگ به جلو برای رسیدن به هدف افزایش واقعگرایی در انیمیشن سهبعدی با توسعه «فراکتالها» برداشته شد. این اصطلاح در سال ۱۹۷۵ توسط ریاضیدان بنوا مندلبرو ابداع شد که از آن برای گسترش مفهوم نظری ابعاد کسری به الگوهای هندسی در طبیعت استفاده کرد و در ترجمه انگلیسی کتاب خود با عنوان «فراکتالها: شکل، شانس و بعد» در سال ۱۹۷۷ منتشر کرد.
اولین استفاده از تصاویر وایرفریم (سیمی) سهبعدی در سینمای جریان اصلی در دنباله فیلم وستورلد، یعنی «فیوچرورلد» (۱۹۷۶) به کارگردانی ریچارد تی. هفرون بود. این فیلم شامل یک دست و صورت تولید شده توسط کامپیوتر بود که توسط دانشجویان فارغالتحصیل دانشگاه یوتا، ادوین کتمول و فرد پارک، ساخته شده بود و در ابتدا در فیلم کوتاه تجربی آنها در سال ۱۹۷۲ با عنوان «یک دست متحرک کامپیوتری» ظاهر شده بود. فیلم کوتاه انیمیشنی برنده اسکار ۱۹۷۵ با عنوان «بزرگ»، درباره زندگی مهندس ویکتوریایی ایسامبارد کینگدام برونل، شامل سکانس کوتاهی از یک مدل وایرفریم چرخان از پروژه نهایی برونل، کشتی بخار آهنی «اساس گریت ایسترن» است. سومین فیلمی که از این فناوری استفاده کرد، «جنگ ستارگان» (۱۹۷۷) به نویسندگی و کارگردانی جورج لوکاس بود که در آن تصاویر وایرفریم در صحنههای مربوط به نقشههای ستاره مرگ، کامپیوترهای هدفگیری در جنگندههای ایکس-وینگ و فضاپیمای میلنیوم فالکون دیده میشد.
نرمافزارهای گرافیک کامپیوتری سهبعدی در اواخر دهه ۱۹۷۰ برای کامپیوترهای خانگی ظاهر شدند. قدیمیترین نمونه شناختهشده، «3D Art Graphics» است؛ مجموعهای از جلوههای گرافیک کامپیوتری سهبعدی که توسط کازوماسا میتازاوا نوشته شده و در ژوئن ۱۹۷۸ برای اپل ۲ منتشر شد.
استودیوی انیمیشن فرانسویزبان NFB در سال ۱۹۸۰ «مرکز انیماتیک» خود را با هزینه ۱ میلیون دلار کانادا و با تیمی متشکل از شش متخصص گرافیک کامپیوتری تأسیس کرد. این واحد در ابتدا وظیفه ایجاد سکانسهای CGI استریوسکوپیک برای فیلم سهبعدی IMAX محصول NFB با عنوان «Transitions» برای اکسپو ۸۶ را بر عهده داشت. کارکنان مرکز انیماتیک شامل دنیل لانگلوا بودند که در سال ۱۹۸۶ آنجا را ترک کرد تا شرکت «سافتایمیج» را تأسیس کند.
سیلیکون گرافیکس (SGI) تولیدکننده سختافزار و نرمافزار کامپیوتری با کارایی بالا بود که در سال ۱۹۸۱ توسط جیم کلارک تأسیس شد. ایده او که «موتور هندسی» نام داشت، ایجاد مجموعهای از قطعات در یک پردازنده VLSI بود که عملیات اصلی مورد نیاز در سنتز تصویر را انجام میداد؛ تبدیلهای ماتریسی، برش (Clipping) و عملیات مقیاسبندی که تبدیل به فضای دید را فراهم میکرد. کلارک تلاش کرد طرح خود را به شرکتهای کامپیوتری بفروشد، اما چون خریداری پیدا نکرد، او و همکارانش در دانشگاه استنفورد کالیفرنیا، شرکت خودشان یعنی «سیلیکون گرافیکس» را راه انداختند.
در سالهای ۷۹-۱۹۸۰، اولین فیلمی که از فراکتالها برای تولید گرافیک استفاده کرد، توسط لورن کارپنتر از شرکت بوئینگ ساخته شد. این فیلم با عنوان «Vol Libre»، پروازی بر فراز یک منظره فراکتالی را نشان میداد و در کنفرانس SIGGRAPH 1980 ارائه شد. کارپنتر متعاقباً توسط پیکسار استخدام شد تا سیاره فراکتالی را در سکانس «اثر پیدایش» در فیلم «پیشتازان فضا ۲: خشم خان» در ژوئن ۱۹۸۲ خلق کند.
اولین فیلم بلند سینمایی که استفاده گستردهای از CGI سهبعدی جامد کرد، فیلم «ترون» محصول والت دیزنی به کارگردانی استیون لیزبرگر در سال ۱۹۸۲ بود. این فیلم به عنوان نقطه عطفی در صنعت شناخته میشود، اگرچه کمتر از بیست دقیقه از این انیمیشن در واقعیت استفاده شد؛ عمدتاً صحنههایی که «زمین» دیجیتالی را نشان میدهند یا شامل وسایل نقلیهای مانند لایتسایکلها، تانکها و کشتیها هستند.
در سال ۱۹۸۲، دانشگاه اوساکای ژاپن سیستم گرافیک کامپیوتری LINKS-1 را توسعه داد؛ یک ابررایانه که از ۲۵۷ ریزپردازنده Zilog Z8001 برای رندر کردن گرافیکهای سهبعدی واقعگرایانه استفاده میکرد. طبق گفته انجمن پردازش اطلاعات ژاپن: «هسته اصلی رندر تصویر سهبعدی، محاسبه درخشندگی هر پیکسل تشکیلدهنده یک سطح رندر شده از دیدگاه، منبع نور و موقعیت شیء داده شده است. سیستم LINKS-1 برای تحقق روششناسی رندر تصویری توسعه یافت که در آن هر پیکسل میتوانست به صورت موازی و مستقل با استفاده از رهگیری پرتو (Ray Tracing) پردازش شود.»
در سال ۱۹۸۳، فیلیپ برژرون، نادیا مگننات تالمن و دنیل تالمن فیلم «پرواز رویا» (Dream Flight) را کارگردانی کردند که به عنوان اولین فیلم تولید شده سهبعدی که داستانی را روایت میکند، شناخته میشود. این فیلم به طور کامل با استفاده از زبان گرافیکی MIRA برنامهنویسی شد که توسعهای از زبان برنامهنویسی پاسکال بر اساس انواع دادههای گرافیکی انتزاعی بود. این فیلم جوایز متعددی دریافت کرد و در نمایش فیلم SIGGRAPH '83 به نمایش درآمد.
در سال ۱۹۸۵، پیر لاشاپل، فیلیپ برژرون، پیر روبیدو و دنیل لانگلوآ فیلم «تونی دو پلتر» (Tony de Peltrie) را کارگردانی کردند که اولین شخصیت انسانی انیمیشنی را نشان میدهد که احساسات را از طریق حالات چهره و حرکات بدن ابراز میکند و توانست احساسات مخاطبان را تحت تأثیر قرار دهد. «تونی دو پلتر» به عنوان فیلم اختتامیه SIGGRAPH '85 برای اولین بار به نمایش درآمد.
گلهروی رفتاری است که وقتی گروهی از پرندگان (یا حیوانات دیگر) با هم در یک گله حرکت میکنند، از خود نشان میدهند. یک مدل ریاضی از رفتار گلهروی برای اولین بار در سال ۱۹۸۶ توسط کریگ رینولدز در رایانه شبیهسازی شد و بهزودی کاربرد خود را در انیمیشن پیدا کرد. پارک ژوراسیک بهطور قابلتوجهی از گلهروی استفاده کرد و با ذکر آن در فیلمنامه اصلی، آن را به کانون توجه گستردهای رساند [نیازمند منبع]. از دیگر کاربردهای اولیه میتوان به خفاشهای در حال پرواز در فیلم بازگشت بتمن (۱۹۹۲) اثر تیم برتون و رم کردن گاوهای وحشی در شیر شاه (۱۹۹۴) دیزنی اشاره کرد.
در سال ۱۹۸۹، فیلم اکشن زیرآبی جیمز کامرون با نام ورطه (The Abyss) منتشر شد. این اولین فیلم سینمایی بود که شامل تصاویر کامپیوتری (CGI) واقعگرایانه بود که بهطور یکپارچه با صحنههای لایو اکشن ترکیب شده بود. یک سکانس پنج دقیقهای شامل یک شاخک متحرک یا «شبهپا» توسط شرکت ILM ساخته شد که برنامهای را برای تولید امواج سطحی با اندازهها و ویژگیهای جنبشی متفاوت برای این شبهپا، از جمله بازتاب، شکست نور و یک سکانس تغییر شکل، طراحی کرده بود.
اگرچه این ترکیب کوتاه بود، اما این تلفیق موفق CGI و لایو اکشن بهطور گستردهای بهعنوان نقطه عطفی در تعیین مسیر برای توسعه بیشتر در این زمینه در نظر گرفته میشود.
دهه ۱۹۹۰ با فناوری CGI آغاز شد که اکنون بهاندازه کافی توسعه یافته بود تا امکان گسترش عمده در تولید فیلم و تلویزیون را فراهم کند. سال ۱۹۹۱ بهطور گستردهای «سال ظهور» در نظر گرفته میشود، که در آن دو موفقیت بزرگ در گیشه، هر دو از CGI بهطور گسترده استفاده کردند.
گام مهم دیگر در سال ۱۹۹۳ با فیلم «پارک ژوراسیک» استیون اسپیلبرگ برداشته شد، جایی که دایناسورهای سهبعدی CGI با همتایان انیماترونیک در اندازه واقعی ترکیب شدند. حیوانات CGI توسط شرکت ILM ساخته شدند و در یک صحنه آزمایشی برای مقایسه مستقیم هر دو تکنیک، اسپیلبرگ CGI را انتخاب کرد. جورج لوکاس نیز که نظارهگر بود، اظهار داشت: «شکاف بزرگی پشت سر گذاشته شد و دیگر هیچچیز مثل قبل نخواهد بود».
در سال ۱۹۹۳، سریال «بابیلون ۵» اثر جی. مایکل استرازینسکی به اولین سریال تلویزیونی بزرگ تبدیل شد که از CGI به عنوان روش اصلی برای جلوههای بصری خود (به جای استفاده از مدلهای دستساز) استفاده کرد و پس از آن در همان سال، سریال «SeaQuest DSV» اثر راکنی اس. اوبانون نیز از این روش بهره برد.
یک پیشرفت دیگر که در آن یک فیلم سینمایی از موشن کپچر استفاده کرد، خلق صدها شخصیت دیجیتالی برای فیلم «تایتانیک» در سال ۱۹۹۷ بود. این تکنیک در سال ۱۹۹۹ به طور گسترده برای خلق جار-جار بینکس و سایر شخصیتهای دیجیتالی در فیلم «جنگ ستارگان: قسمت اول – تهدید شبح» مورد استفاده قرار گرفت.
در سال ۲۰۰۰، تیمی به رهبری پل دِبِوِک موفق شد با استفاده از سادهترین صحنههای نوری، میدان بازتاب روی صورت انسان را به شکلی مناسب ثبت (و شبیهسازی) کند؛ این آخرین قطعه گمشده پازل برای ساخت بدلهای دیجیتالی از بازیگران شناختهشده بود.
اولین فیلم سینمایی جریان اصلی که بهطور کامل با استفاده از موشن کپچر (ضبط حرکت) ساخته شد، فیلم ژاپنی-آمریکایی «فاینال فانتزی: ارواح درون» محصول سال ۲۰۰۱ به کارگردانی هیرونوبو ساکاگوچی بود که همچنین اولین فیلمی بود که از شخصیتهای CGI واقعگرایانه استفاده کرد. این فیلم در گیشه موفق نبود. برخی از مفسران پیشنهاد کردهاند که این موضوع ممکن است تا حدی به این دلیل باشد که شخصیتهای اصلی CGI دارای ویژگیهای چهرهای بودند که در «دره وهمی» (Uncanny Valley) قرار میگرفتند.
در سال ۲۰۰۲، فیلم «ارباب حلقهها: دو برج» به کارگردانی پیتر جکسون، اولین فیلم بلندی بود که از سیستم موشن کپچر بلادرنگ استفاده کرد؛ سیستمی که به حرکات بازیگر، اندی سرکیس، اجازه میداد مستقیماً و همزمان با اجرا، به مدل سهبعدی CGI شخصیت گولوم منتقل شود.
در سال ۲۰۱۰، آکادمی علوم و هنرهای سینما (AMPAS) در ایالات متحده اعلام کرد که فیلمهای ساختهشده با موشن کپچر دیگر واجد شرایط رقابت در بخش «بهترین فیلم انیمیشن» اسکار نخواهند بود و اظهار داشت: «موشن کپچر بهتنهایی یک تکنیک انیمیشن محسوب نمیشود.»