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A animação por computador é o processo usado para gerar digitalmente imagens animadas. O termo mais geral, imagens geradas por computador (CGI), abrange tanto cenas estáticas quanto imagens dinâmicas, enquanto a animação por computador refere-se apenas a imagens em movimento. A animação por computador moderna geralmente usa computação gráfica 3D para gerar uma imagem bidimensional, embora a computação gráfica 2D ainda seja usada para renderizações estilísticas, de baixa largura de banda e mais rápidas em tempo real. Às vezes, o alvo da animação é o próprio computador, mas às vezes também é o cinema.
A captura de movimento, ou "Mocap", registra o movimento de objetos ou pessoas externas e tem aplicações na medicina, esportes, robótica e militar, bem como para animação em filmes, TV e jogos. O exemplo mais antigo seria em 1878, com o trabalho fotográfico pioneiro de Eadweard Muybridge sobre a locomoção humana e animal, que ainda é uma fonte para animadores hoje.
Um dos primeiros computadores digitais programáveis foi o SEAC (Standards Eastern Automatic Computer), que entrou em serviço em 1950 no National Bureau of Standards (NBS) em Maryland, EUA.
Em 1957, o pioneiro da computação Russell Kirsch e sua equipe revelaram um scanner de tambor para o SEAC, para "rastrear variações de intensidade sobre as superfícies de fotografias", e assim fizeram a primeira imagem digital digitalizando uma fotografia. A imagem, que retratava o filho de três meses de Kirsch, consistia em apenas 176×176 pixels. Eles usaram o computador para extrair desenhos de linha, contar objetos, reconhecer tipos de caracteres e exibir imagens digitais em uma tela de osciloscópio.
Em 1960, uma animação vetorial de 49 segundos de um carro viajando por uma rodovia planejada foi criada no Instituto Real de Tecnologia da Suécia no computador BESK.
O Bell Labs em Murray Hill, Nova Jersey, foi um importante colaborador de pesquisa em computação gráfica, animação por computador e música eletrônica desde o seu início no início da década de 1960. Inicialmente, os pesquisadores estavam interessados no que o computador poderia ser feito para realizar, mas os resultados do trabalho visual produzido pelo computador durante este período estabeleceram pessoas como Edward Zajac, Michael Noll e Ken Knowlton como artistas pioneiros da computação.
Ivan Sutherland é considerado por muitos como o criador da Computação Gráfica Interativa e um pioneiro da internet. Ele trabalhou no Lincoln Laboratory no MIT (Massachusetts Institute of Technology) em 1962, onde desenvolveu um programa chamado Sketchpad I, que permitia ao usuário interagir diretamente com a imagem na tela. Esta foi a primeira Interface Gráfica do Usuário e é considerada um dos programas de computador mais influentes já escritos por um indivíduo.
Edward Zajac produziu um dos primeiros filmes gerados por computador no Bell Labs em 1963, intitulado A Two Gyro Gravity Gradient Attitude Control System, que demonstrou que um satélite poderia ser estabilizado para sempre ter um lado voltado para a Terra enquanto orbitava.
Ken Knowlton desenvolveu o sistema de animação Beflix (Bell Flicks) em 1963, que foi usado para produzir dezenas de filmes artísticos pelos artistas Stan VanDerBeek, Knowlton e Lillian Schwartz. Em vez de programação bruta, o Beflix funcionava usando "primitivas gráficas" simples, como desenhar uma linha, copiar uma região, preencher uma área, ampliar uma área e coisas do tipo.
Na década de 1960, William Fetter era um designer gráfico da Boeing em Wichita e foi creditado por cunhar a frase "Computação Gráfica" para descrever o que ele estava fazendo na Boeing na época (embora o próprio Fetter tenha creditado isso ao colega Verne Hudson). O trabalho de Fetter incluiu o desenvolvimento, em 1964, de descrições ergonômicas do corpo humano que são precisas e adaptáveis a diferentes ambientes, e isso resultou nas primeiras figuras "wireframe" animadas em 3D.
Em 1965, Michael Noll criou filmes 3D estereográficos gerados por computador, incluindo um balé de figuras de palito se movendo em um palco. Alguns filmes também mostraram hiperobjetos quadridimensionais projetados em três dimensões.
Utah foi um grande centro de animação por computador neste período. O corpo docente de ciência da computação foi fundado por David Evans em 1965, e muitas das técnicas básicas de computação gráfica 3D foram desenvolvidas aqui no início da década de 1970 com financiamento da ARPA (Advanced Research Projects Agency). Os resultados da pesquisa incluíram sombreamento Gouraud, Phong e Blinn, mapeamento de textura, algoritmos de superfície oculta, subdivisão de superfície curva, desenho de linha em tempo real e hardware de exibição de imagem raster, além de trabalhos iniciais em realidade virtual.
Por volta de 1967, Noll usou a técnica de animação 4D para produzir sequências de títulos animadas por computador para o curta-metragem comercial Incredible Machine (produzido pelo Bell Labs) e o especial de TV The Unexplained (produzido por Walt DeFaria). Muitos projetos em outras áreas também foram realizados nesta época.
Em 1968, um grupo de físicos e matemáticos soviéticos, com N. Konstantinov como chefe, criou um modelo matemático para o movimento de um gato. Em um computador BESM-4, eles criaram um programa para resolver as equações diferenciais ordinárias para este modelo. O computador imprimiu centenas de quadros em papel usando símbolos do alfabeto que foram posteriormente filmados em sequência, criando assim a primeira animação por computador de um personagem, um gato andando.
O Atlas Computer Laboratory, perto de Oxford, foi por muitos anos uma instalação importante para animação por computador na Grã-Bretanha. O primeiro desenho animado de entretenimento feito foi The Flexipede, de Tony Pritchett, que foi exibido publicamente pela primeira vez na exposição Cybernetic Serendipity em 1968.
Em 1968, Ivan Sutherland juntou-se a David Evans para fundar a empresa Evans & Sutherland — ambos eram professores no Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Utah, e a empresa foi formada para produzir novo hardware projetado para executar os sistemas que estavam sendo desenvolvidos na Universidade. Muitos desses algoritmos resultaram posteriormente na geração de implementações de hardware significativas, incluindo o Geometry Engine, o Head-mounted display, o Frame buffer e simuladores de voo.
Em julho de 1968, a revista de arte Studio International publicou uma edição especial intitulada Cybernetic Serendipity - The Computer and the Arts, que catalogou uma coleção abrangente de itens e exemplos de trabalhos realizados no campo da arte computacional em organizações de todo o mundo e exibidos em exposições em Londres, Reino Unido, São Francisco, CA. e Washington, DC. Isso marcou um marco no desenvolvimento do meio e foi considerado por muitos como de ampla influência e inspiração. Além de todos os exemplos mencionados acima, duas outras imagens icônicas particularmente bem conhecidas incluem Chaos to Order de Charles Csuri (frequentemente referido como o Hummingbird), criado na Ohio State University em 1967, e Running Cola is Africa de Masao Komura e Koji Fujino, criado no Computer Technique Group, Japão, também em 1967.
A primeira máquina a alcançar ampla atenção pública na mídia foi o Scanimate, um sistema de animação por computador analógico projetado e construído por Lee Harrison da Computer Image Corporation em Denver. A partir de cerca de 1969, os sistemas Scanimate foram usados para produzir grande parte da animação baseada em vídeo vista na televisão em comerciais, títulos de programas e outros gráficos. Ele podia criar animações em tempo real, uma grande vantagem sobre os sistemas digitais da época.
O National Film Board of Canada, já um centro mundial de arte de animação, também começou a experimentar técnicas computacionais em 1969. O mais conhecido dos primeiros pioneiros nisso foi o artista Peter Foldes, que completou Metadata em 1971. Este filme consistia em desenhos animados mudando gradualmente de uma imagem para a próxima, uma técnica conhecida como "interpolação" (também conhecida como "inbetweening" ou "morphing").
O primeiro longa-metragem a usar processamento de imagem digital foi o filme Westworld de 1973, um filme de ficção científica escrito e dirigido pelo romancista Michael Crichton, no qual robôs humanoides vivem entre os humanos. John Whitney, Jr. e Gary Demos na Information International, Inc. processaram digitalmente a fotografia cinematográfica para parecer pixelizada, a fim de retratar o ponto de vista do androide Gunslinger.
Um grande passo em direção ao objetivo de maior realismo na animação 3D veio com o desenvolvimento dos "fractais". O termo foi cunhado em 1975 pelo matemático Benoit Mandelbrot, que o usou para estender o conceito teórico de dimensões fracionárias a padrões geométricos na natureza, e publicado na tradução inglesa de seu livro Fractals: Form, Chance, and Dimension em 1977.
O primeiro uso de imagens wireframe 3D no cinema convencional foi na sequência de Westworld, Futureworld (1976), dirigido por Richard T. Heffron. Isso apresentou uma mão e um rosto gerados por computador criados pelos estudantes de pós-graduação da Universidade de Utah, Edwin Catmull e Fred Parke, que haviam aparecido inicialmente em seu curta experimental de 1972, A Computer Animated Hand. O curta de animação vencedor do Oscar de 1975, Great, sobre a vida do engenheiro vitoriano Isambard Kingdom Brunel, contém uma breve sequência de um modelo wireframe rotativo do projeto final de Brunel, o navio a vapor de ferro SS Great Eastern. O terceiro filme a usar essa tecnologia foi Star Wars (1977), escrito e dirigido por George Lucas, com imagens wireframe nas cenas com os planos da Estrela da Morte, os computadores de mira nos caças X-wing e a espaçonave Millennium Falcon.
Softwares de computação gráfica 3D começaram a aparecer para computadores domésticos no final da década de 1970. O exemplo mais antigo conhecido é o 3D Art Graphics, um conjunto de efeitos de computação gráfica 3D, escrito por Kazumasa Mitazawa e lançado em junho de 1978 para o Apple II.
O estúdio de animação em língua francesa do NFB fundou seu Centre d'animatique em 1980, a um custo de 1 milhão de dólares canadenses, com uma equipe de seis especialistas em computação gráfica. A unidade foi inicialmente encarregada de criar sequências de CGI estereoscópicas para o filme 3-D IMAX do NFB, Transitions, para a Expo 86. A equipe do Centre d'animatique incluía Daniel Langlois, que saiu em 1986 para formar a Softimage.
A Silicon Graphics, Inc (SGI) foi uma fabricante de hardware e software de computador de alto desempenho, fundada em 1981 por Jim Clark. Sua ideia, chamada Geometry Engine, era criar uma série de componentes em um processador VLSI que realizaria as principais operações necessárias na síntese de imagem — as transformações de matriz, recorte e as operações de escala que forneciam a transformação para o espaço de visualização. Clark tentou oferecer seu projeto a empresas de computação e, não encontrando interessados, ele e seus colegas da Universidade de Stanford, Califórnia, iniciaram sua própria empresa, a Silicon Graphics.
Em 1979–80, o primeiro filme usando fractais para gerar os gráficos foi feito por Loren Carpenter da Boeing. Intitulado Vol Libre, ele mostrava um voo sobre uma paisagem fractal e foi apresentado na SIGGRAPH 1980. Carpenter foi posteriormente contratado pela Pixar para criar o planeta fractal na sequência Genesis Effect de Star Trek II: A Ira de Khan em junho de 1982.
O primeiro longa-metragem de cinema a fazer uso extensivo de CGI 3D sólido foi Tron, da Walt Disney, dirigido por Steven Lisberger, em 1982. O filme é celebrado como um marco na indústria, embora menos de vinte minutos dessa animação tenham sido realmente usados — principalmente as cenas que mostram "terreno" digital ou incluem veículos como Light Cycles, tanques e naves.
Em 1982, a Universidade de Osaka, no Japão, desenvolveu o LINKS-1 Computer Graphics System, um supercomputador que utilizava até 257 microprocessadores Zilog Z8001, usado para renderizar gráficos 3D realistas. De acordo com a Sociedade de Processamento de Informação do Japão: "O núcleo da renderização de imagens 3D é calcular a luminância de cada pixel que compõe uma superfície renderizada a partir do ponto de vista, fonte de luz e posição do objeto fornecidos. O sistema LINKS-1 foi desenvolvido para realizar uma metodologia de renderização de imagens na qual cada pixel pudesse ser processado em paralelo de forma independente usando ray tracing."
Em 1983, Philippe Bergeron, Nadia Magnenat Thalmann e Daniel Thalmann dirigiram Dream Flight, considerado o primeiro filme gerado em 3D a contar uma história. O filme foi totalmente programado usando a linguagem gráfica MIRA, uma extensão da linguagem de programação Pascal baseada em tipos de dados gráficos abstratos. O filme recebeu vários prêmios e foi exibido no SIGGRAPH '83 Film Show.
O LINKS-1 era o computador mais poderoso do mundo em 1984.
Em 1985, Pierre Lachapelle, Philippe Bergeron, Pierre Robidoux e Daniel Langlois dirigiram Tony de Peltrie, que mostra o primeiro personagem humano animado a expressar emoção através de expressões faciais e movimentos corporais, o que tocou os sentimentos do público. Tony de Peltrie estreou como o filme de encerramento do SIGGRAPH '85.
Flocking é o comportamento exibido quando um grupo de pássaros (ou outros animais) se move junto em um bando. Um modelo matemático de comportamento de bando foi simulado pela primeira vez em um computador em 1986 por Craig Reynolds e logo encontrou seu uso na animação. Jurassic Park destacou-se por apresentar o comportamento de bando e trouxe-o para uma atenção generalizada ao mencioná-lo no roteiro real[carece de fontes]. Outros usos iniciais foram os morcegos em bando em Batman Returns (1992), de Tim Burton, e a debandada de gnus em O Rei Leão (1994), da Disney.
Em 1989, foi lançado o filme de ação subaquática de James Cameron, The Abyss (O Segredo do Abismo). Este foi o primeiro filme de cinema a incluir CGI fotorrealista integrado perfeitamente em cenas de live-action. Uma sequência de cinco minutos apresentando um tentáculo animado ou "pseudópode" foi criada pela ILM, que projetou um programa para produzir ondas de superfície de diferentes tamanhos e propriedades cinéticas para o pseudópode, incluindo reflexão, refração e uma sequência de morphing. Embora curta, essa mistura bem-sucedida de CGI e live-action é amplamente considerada um marco na definição da direção para o desenvolvimento futuro no campo.
A década de 1990 começou com grande parte da tecnologia CGI agora suficientemente desenvolvida para permitir uma grande expansão na produção de filmes e TV. 1991 é amplamente considerado o "ano de ruptura", com dois grandes sucessos de bilheteria, ambos fazendo uso intenso de CGI.
Outro passo significativo veio em 1993, com Jurassic Park, de Steven Spielberg, onde dinossauros em CGI 3D foram integrados com contrapartes animatrônicas em tamanho real. Os animais em CGI foram criados pela ILM e, em uma cena de teste para fazer uma comparação direta de ambas as técnicas, Spielberg escolheu o CGI. Também assistindo estava George Lucas, que comentou: "uma grande lacuna foi superada, e as coisas nunca mais seriam as mesmas".
Em 1993, Babylon 5, de J. Michael Straczynski, tornou-se a primeira grande série de televisão a usar CGI como o método principal para seus efeitos visuais (em vez de usar modelos construídos à mão), seguida mais tarde no mesmo ano por SeaQuest DSV, de Rockne S. O'Bannon.
Em 1995, surgiu o primeiro longa-metragem totalmente animado por computador, Toy Story, da Disney-Pixar, que foi um enorme sucesso comercial.
Outro avanço onde um filme de cinema usou captura de movimento foi a criação de centenas de personagens digitais para o filme Titanic em 1997. A técnica foi usada extensivamente em 1999 para criar Jar-Jar Binks e outros personagens digitais em Star Wars: Episódio I – A Ameaça Fantasma.
Em 2000, uma equipe liderada por Paul Debevec conseguiu capturar (e simular) adequadamente o campo de refletância sobre o rosto humano usando os mais simples estágios de luz, o que foi a última peça que faltava no quebra-cabeça para criar sósias digitais de atores conhecidos.
O primeiro filme de cinema convencional feito inteiramente com captura de movimento foi o nipo-americano Final Fantasy: The Spirits Within (2001), dirigido por Hironobu Sakaguchi, que também foi o primeiro a usar personagens em CGI fotorrealistas. O filme não foi um sucesso de bilheteria. Alguns comentaristas sugeriram que isso pode ser em parte porque os personagens principais em CGI tinham características faciais que caíram no "vale da estranheza".
Em 2002, O Senhor dos Anéis: As Duas Torres, de Peter Jackson, foi o primeiro longa-metragem a usar um sistema de captura de movimento em tempo real, que permitiu que as ações do ator Andy Serkis fossem alimentadas diretamente no modelo CGI 3D de Gollum enquanto ele estava sendo interpretado.
Em 2010, a Academia de Cinema dos EUA (AMPAS) anunciou que filmes de captura de movimento não seriam mais considerados elegíveis para o Oscar de "Melhor Filme de Animação", declarando: "A captura de movimento por si só não é uma técnica de animação."
