1940 đến Hiện tại
Worldwide
Hoạt hình máy tính là quá trình được sử dụng để tạo ra các hình ảnh động bằng kỹ thuật số. Thuật ngữ chung hơn là hình ảnh do máy tính tạo ra (CGI) bao gồm cả các cảnh tĩnh và hình ảnh động, trong khi hoạt hình máy tính chỉ đề cập đến các hình ảnh chuyển động. Hoạt hình máy tính hiện đại thường sử dụng đồ họa máy tính 3D để tạo ra hình ảnh hai chiều, mặc dù đồ họa máy tính 2D vẫn được sử dụng cho các mục đích phong cách, băng thông thấp và kết xuất thời gian thực nhanh hơn. Đôi khi, mục tiêu của hoạt hình là chính máy tính nhưng đôi khi cũng là phim.
Bắt chuyển động, hay "Mocap", ghi lại chuyển động của các vật thể hoặc con người bên ngoài và có ứng dụng trong y học, thể thao, robot và quân sự, cũng như cho hoạt hình trong phim, truyền hình và trò chơi. Ví dụ sớm nhất là vào năm 1878, với công trình nhiếp ảnh tiên phong của Eadweard Muybridge về sự vận động của con người và động vật, vốn vẫn là nguồn tư liệu cho các nhà làm phim hoạt hình ngày nay.
Một trong những máy tính kỹ thuật số có thể lập trình đầu tiên là SEAC (Standards Eastern Automatic Computer), bắt đầu hoạt động vào năm 1950 tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia (NBS) ở Maryland, Hoa Kỳ.
Năm 1957, nhà tiên phong máy tính Russell Kirsch và nhóm của ông đã công bố một máy quét trống cho SEAC, để "theo dõi các biến thể cường độ trên bề mặt các bức ảnh", và nhờ đó đã tạo ra hình ảnh kỹ thuật số đầu tiên bằng cách quét một bức ảnh. Bức ảnh chụp con trai ba tháng tuổi của Kirsch chỉ bao gồm 176×176 pixel. Họ đã sử dụng máy tính để trích xuất các bản vẽ đường nét, đếm các đối tượng, nhận dạng các loại ký tự và hiển thị hình ảnh kỹ thuật số trên màn hình dao động ký.
Năm 1960, một đoạn hoạt hình vector dài 49 giây về một chiếc ô tô đang chạy trên một đường cao tốc được quy hoạch đã được tạo ra tại Viện Công nghệ Hoàng gia Thụy Điển trên máy tính BESK.
Bell Labs ở Murray Hill, New Jersey, là một đơn vị đóng góp nghiên cứu hàng đầu về đồ họa máy tính, hoạt hình máy tính và âm nhạc điện tử từ khi bắt đầu vào đầu những năm 1960. Ban đầu, các nhà nghiên cứu quan tâm đến việc máy tính có thể làm được những gì, nhưng kết quả của các tác phẩm hình ảnh do máy tính tạo ra trong thời kỳ này đã khẳng định những người như Edward Zajac, Michael Noll và Ken Knowlton là những nghệ sĩ máy tính tiên phong.
Ivan Sutherland được nhiều người coi là cha đẻ của Đồ họa máy tính tương tác và là một người tiên phong về internet. Ông làm việc tại Phòng thí nghiệm Lincoln tại MIT (Viện Công nghệ Massachusetts) vào năm 1962, nơi ông đã phát triển một chương trình có tên là Sketchpad I, cho phép người dùng tương tác trực tiếp với hình ảnh trên màn hình. Đây là Giao diện người dùng đồ họa đầu tiên và được coi là một trong những chương trình máy tính có ảnh hưởng nhất từng được viết bởi một cá nhân.
Edward Zajac đã sản xuất một trong những bộ phim do máy tính tạo ra đầu tiên tại Bell Labs vào năm 1963, có tiêu đề A Two Gyro Gravity Gradient Attitude Control System, chứng minh rằng một vệ tinh có thể được ổn định để luôn có một mặt hướng về Trái đất khi nó quay trên quỹ đạo.
Ken Knowlton đã phát triển hệ thống hoạt hình Beflix (Bell Flicks) vào năm 1963, được sử dụng để sản xuất hàng chục bộ phim nghệ thuật bởi các nghệ sĩ Stan VanDerBeek, Knowlton và Lillian Schwartz. Thay vì lập trình thô, Beflix hoạt động bằng cách sử dụng các "nguyên hàm đồ họa" đơn giản, như vẽ một đường thẳng, sao chép một vùng, tô màu một khu vực, phóng to một khu vực, v.v.
Vào những năm 1960, William Fetter là một nhà thiết kế đồ họa cho Boeing tại Wichita và được ghi nhận là người đã đặt ra cụm từ "Đồ họa máy tính" để mô tả những gì ông đang làm tại Boeing vào thời điểm đó (mặc dù bản thân Fetter đã ghi công này cho đồng nghiệp Verne Hudson). Công việc của Fetter bao gồm việc phát triển các mô tả công thái học về cơ thể con người vào năm 1964, vừa chính xác vừa có thể thích ứng với các môi trường khác nhau, và điều này đã dẫn đến những hình ảnh "khung dây" hoạt hình 3D đầu tiên.
Năm 1965, Michael Noll đã tạo ra các bộ phim 3D lập thể do máy tính tạo ra, bao gồm một vở ballet với các hình người que di chuyển trên sân khấu. Một số bộ phim cũng trình chiếu các siêu vật thể bốn chiều được chiếu lên ba chiều.
Utah là một trung tâm lớn về hoạt hình máy tính trong thời kỳ này. Khoa khoa học máy tính được thành lập bởi David Evans vào năm 1965, và nhiều kỹ thuật cơ bản của đồ họa máy tính 3D đã được phát triển tại đây vào đầu những năm 1970 với sự tài trợ của ARPA (Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến). Các kết quả nghiên cứu bao gồm đổ bóng Gouraud, Phong và Blinn, ánh xạ kết cấu, thuật toán bề mặt ẩn, phân chia bề mặt cong, vẽ đường thời gian thực và phần cứng hiển thị hình ảnh raster, cùng các công trình thực tế ảo sơ khai.
Khoảng năm 1967, Noll đã sử dụng kỹ thuật hoạt hình 4D để sản xuất các đoạn tiêu đề hoạt hình máy tính cho bộ phim ngắn thương mại Incredible Machine (do Bell Labs sản xuất) và chương trình truyền hình đặc biệt The Unexplained (do Walt DeFaria sản xuất). Nhiều dự án trong các lĩnh vực khác cũng được thực hiện vào thời điểm này.
Năm 1968, một nhóm các nhà vật lý và toán học Liên Xô với N.Konstantinov là người đứng đầu đã tạo ra một mô hình toán học cho chuyển động của một con mèo. Trên máy tính BESM-4, họ đã thiết kế một chương trình để giải các phương trình vi phân thường cho mô hình này. Máy tính đã in hàng trăm khung hình trên giấy bằng các ký hiệu bảng chữ cái, sau đó được quay phim theo trình tự, từ đó tạo ra bộ phim hoạt hình máy tính đầu tiên về một nhân vật, một con mèo đang đi bộ.
Phòng thí nghiệm máy tính Atlas gần Oxford trong nhiều năm là một cơ sở lớn cho hoạt hình máy tính ở Anh. Phim hoạt hình giải trí đầu tiên được thực hiện là The Flexipede, bởi Tony Pritchett, được công chiếu lần đầu tại triển lãm Cybernetic Serendipity năm 1968.
Năm 1968, Ivan Sutherland hợp tác với David Evans để thành lập công ty Evans & Sutherland—cả hai đều là giáo sư tại Khoa Khoa học Máy tính của Đại học Utah, và công ty được thành lập để sản xuất phần cứng mới nhằm chạy các hệ thống đang được phát triển tại trường Đại học. Nhiều thuật toán như vậy sau đó đã dẫn đến việc tạo ra các triển khai phần cứng quan trọng, bao gồm Geometry Engine, màn hình gắn trên đầu (Head-mounted display), bộ đệm khung hình (Frame buffer) và các thiết bị mô phỏng chuyến bay.
Vào tháng 7 năm 1968, tạp chí nghệ thuật Studio International đã xuất bản một ấn bản đặc biệt có tiêu đề Cybernetic Serendipity - The Computer and the Arts, trong đó liệt kê một bộ sưu tập toàn diện các mục và ví dụ về công việc đang được thực hiện trong lĩnh vực nghệ thuật máy tính tại các tổ chức trên khắp thế giới và được trưng bày tại các triển lãm ở London, Vương quốc Anh, San Francisco, CA. và Washington, DC. Điều này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự phát triển của phương tiện này và được nhiều người coi là có ảnh hưởng và nguồn cảm hứng sâu rộng. Ngoài tất cả các ví dụ nêu trên, hai hình ảnh mang tính biểu tượng nổi tiếng khác từ sự kiện này bao gồm Chaos to Order của Charles Csuri (thường được gọi là Hummingbird), được tạo ra tại Đại học Bang Ohio vào năm 1967, và Running Cola is Africa của Masao Komura và Koji Fujino được tạo ra tại Computer Technique Group, Nhật Bản, cũng vào năm 1967.
Cỗ máy đầu tiên thu hút sự chú ý rộng rãi của công chúng trên các phương tiện truyền thông là Scanimate, một hệ thống hoạt hình máy tính tương tự được thiết kế và chế tạo bởi Lee Harrison thuộc Computer Image Corporation ở Denver. Từ khoảng năm 1969 trở đi, các hệ thống Scanimate đã được sử dụng để sản xuất phần lớn các hoạt hình dựa trên video xuất hiện trên truyền hình trong các quảng cáo, tiêu đề chương trình và các đồ họa khác. Nó có thể tạo hoạt hình trong thời gian thực, một lợi thế lớn so với các hệ thống kỹ thuật số vào thời điểm đó.
Hội đồng Phim Quốc gia Canada (National Film Board of Canada), vốn đã là một trung tâm nghệ thuật hoạt hình thế giới, cũng bắt đầu thử nghiệm với các kỹ thuật máy tính vào năm 1969. Người tiên phong nổi tiếng nhất trong số những người đầu tiên làm việc này là nghệ sĩ Peter Foldes, người đã hoàn thành Metadata vào năm 1971. Bộ phim này bao gồm các bản vẽ được làm hoạt hình bằng cách thay đổi dần dần từ hình ảnh này sang hình ảnh tiếp theo, một kỹ thuật được gọi là "nội suy" (còn được gọi là "inbetweening" hoặc "morphing").
Bộ phim truyện đầu tiên sử dụng xử lý hình ảnh kỹ thuật số là bộ phim Westworld năm 1973, một bộ phim khoa học viễn tưởng do tiểu thuyết gia Michael Crichton viết kịch bản và đạo diễn, trong đó các robot hình người sống giữa con người. John Whitney, Jr. và Gary Demos tại Information International, Inc. đã xử lý kỹ thuật số các bức ảnh chuyển động để trông giống như pixel nhằm khắc họa góc nhìn của người máy Gunslinger.
Một bước tiến lớn hướng tới mục tiêu tăng tính chân thực trong hoạt hình 3D đã đến với sự phát triển của "fractals" (hình học phân dạng). Thuật ngữ này được đặt ra vào năm 1975 bởi nhà toán học Benoit Mandelbrot, người đã sử dụng nó để mở rộng khái niệm lý thuyết về các chiều phân số cho các mô hình hình học trong tự nhiên, và được xuất bản trong bản dịch tiếng Anh của cuốn sách Fractals: Form, Chance, and Dimension vào năm 1977.
Lần đầu tiên sử dụng hình ảnh khung dây 3D trong điện ảnh chính thống là trong phần tiếp theo của Westworld, Futureworld (1976), do Richard T. Heffron đạo diễn. Phim có sự xuất hiện của một bàn tay và khuôn mặt do máy tính tạo ra bởi các sinh viên tốt nghiệp Đại học Utah là Edwin Catmull và Fred Parke, vốn đã xuất hiện trong bộ phim ngắn thử nghiệm A Computer Animated Hand năm 1972 của họ. Bộ phim hoạt hình ngắn đoạt giải Oscar năm 1975 Great, về cuộc đời của kỹ sư thời Victoria Isambard Kingdom Brunel, chứa một đoạn ngắn về mô hình khung dây xoay của dự án cuối cùng của Brunel, con tàu hơi nước bằng sắt SS Great Eastern. Bộ phim thứ ba sử dụng công nghệ này là Star Wars (1977), do George Lucas viết kịch bản và đạo diễn, với hình ảnh khung dây trong các cảnh quay với kế hoạch Death Star, máy tính nhắm mục tiêu trong các máy bay chiến đấu X-wing và tàu vũ trụ Millennium Falcon.
Phần mềm đồ họa máy tính 3D bắt đầu xuất hiện cho máy tính gia đình vào cuối những năm 1970. Ví dụ sớm nhất được biết đến là 3D Art Graphics, một bộ các hiệu ứng đồ họa máy tính 3D, được viết bởi Kazumasa Mitazawa và phát hành vào tháng 6 năm 1978 cho Apple II.
Xưởng phim hoạt hình tiếng Pháp của NFB đã thành lập Centre d'animatique vào năm 1980, với chi phí 1 triệu đô la CAD, cùng một đội ngũ gồm sáu chuyên gia đồ họa máy tính. Đơn vị này ban đầu được giao nhiệm vụ tạo ra các chuỗi CGI lập thể cho bộ phim IMAX 3D Transitions của NFB cho Expo 86. Nhân viên tại Centre d'animatique bao gồm Daniel Langlois, người đã rời đi vào năm 1986 để thành lập Softimage.
Silicon Graphics, Inc (SGI) là nhà sản xuất phần cứng và phần mềm máy tính hiệu năng cao, được thành lập vào năm 1981 bởi Jim Clark. Ý tưởng của ông, được gọi là Geometry Engine, là tạo ra một loạt các thành phần trong bộ xử lý VLSI để thực hiện các thao tác chính cần thiết trong tổng hợp hình ảnh—các phép biến đổi ma trận, cắt xén và các thao tác tỷ lệ cung cấp phép biến đổi để xem không gian. Clark đã cố gắng chào hàng thiết kế của mình cho các công ty máy tính, và không tìm được người mua, ông và các đồng nghiệp tại Đại học Stanford, California, đã bắt đầu công ty riêng của họ, Silicon Graphics.
Trong giai đoạn 1979–80, bộ phim đầu tiên sử dụng fractals để tạo đồ họa được thực hiện bởi Loren Carpenter của Boeing. Với tiêu đề Vol Libre, nó cho thấy một chuyến bay trên phong cảnh fractal và được trình bày tại SIGGRAPH 1980. Carpenter sau đó được Pixar thuê để tạo ra hành tinh fractal trong chuỗi Genesis Effect của Star Trek II: The Wrath of Khan vào tháng 6 năm 1982.
Bộ phim điện ảnh đầu tiên sử dụng rộng rãi CGI 3D khối là Tron của Walt Disney, do Steven Lisberger đạo diễn vào năm 1982. Bộ phim được tôn vinh là một cột mốc quan trọng trong ngành, mặc dù thực tế chỉ có chưa đầy hai mươi phút hoạt hình này được sử dụng—chủ yếu là các cảnh quay hiển thị "địa hình" kỹ thuật số, hoặc bao gồm các phương tiện như Light Cycles, xe tăng và tàu thủy.
Năm 1982, Đại học Osaka của Nhật Bản đã phát triển Hệ thống Đồ họa Máy tính LINKS-1, một siêu máy tính sử dụng tới 257 bộ vi xử lý Zilog Z8001, được dùng để kết xuất đồ họa máy tính 3D chân thực. Theo Hiệp hội Xử lý Thông tin Nhật Bản: "Cốt lõi của việc kết xuất hình ảnh 3D là tính toán độ chói của từng pixel tạo nên bề mặt được kết xuất từ điểm nhìn, nguồn sáng và vị trí vật thể đã cho. Hệ thống LINKS-1 được phát triển để hiện thực hóa phương pháp kết xuất hình ảnh trong đó mỗi pixel có thể được xử lý song song độc lập bằng cách sử dụng kỹ thuật dò tia (ray tracing)."
Năm 1983, Philippe Bergeron, Nadia Magnenat Thalmann và Daniel Thalmann đã đạo diễn Dream Flight, được coi là bộ phim 3D đầu tiên kể một câu chuyện. Bộ phim được lập trình hoàn toàn bằng ngôn ngữ đồ họa MIRA, một phần mở rộng của ngôn ngữ lập trình Pascal dựa trên các kiểu dữ liệu đồ họa trừu tượng. Bộ phim đã giành được nhiều giải thưởng và được trình chiếu tại Liên hoan phim SIGGRAPH '83.
LINKS-1 là máy tính mạnh nhất thế giới tính đến năm 1984.
Năm 1985, Pierre Lachapelle, Philippe Bergeron, Pierre Robidoux và Daniel Langlois đã đạo diễn Tony de Peltrie, bộ phim giới thiệu nhân vật người hoạt hình đầu tiên thể hiện cảm xúc thông qua biểu cảm khuôn mặt và cử động cơ thể, điều đã chạm đến cảm xúc của khán giả. Tony de Peltrie được công chiếu với tư cách là bộ phim bế mạc của SIGGRAPH '85.
Flocking là hành vi được thể hiện khi một nhóm chim (hoặc các loài động vật khác) di chuyển cùng nhau trong một đàn. Một mô hình toán học về hành vi đàn đã được mô phỏng lần đầu tiên trên máy tính vào năm 1986 bởi Craig Reynolds và sớm được ứng dụng trong hoạt hình. Jurassic Park đặc biệt nổi bật với việc sử dụng hành vi đàn và thu hút sự chú ý rộng rãi bằng cách đề cập đến nó trong kịch bản thực tế[cần dẫn nguồn]. Những ứng dụng sớm khác bao gồm đàn dơi trong Batman Returns (1992) của Tim Burton và cảnh đàn linh dương đầu bò chạy loạn trong The Lion King (1994) của Disney.
Năm 1989, bộ phim hành động dưới nước The Abyss của James Cameron được phát hành. Đây là bộ phim điện ảnh đầu tiên tích hợp CGI chân thực vào các cảnh quay người đóng một cách liền mạch. Một phân đoạn dài năm phút có hình ảnh xúc tu hoạt hình hay "giả túc" (pseudopod) đã được ILM tạo ra, họ đã thiết kế một chương trình để tạo ra các sóng bề mặt với kích thước và đặc tính động học khác nhau cho giả túc, bao gồm phản xạ, khúc xạ và một chuỗi biến hình. Mặc dù ngắn ngủi, sự kết hợp thành công giữa CGI và người đóng này được coi là một cột mốc quan trọng trong việc định hướng cho sự phát triển trong tương lai của lĩnh vực này.
Thập niên 1990 bắt đầu với phần lớn công nghệ CGI đã phát triển đủ để cho phép mở rộng đáng kể vào sản xuất phim và truyền hình. Năm 1991 được coi là "năm bùng nổ", với hai thành công lớn tại phòng vé, cả hai đều sử dụng CGI rất nhiều.
Năm 1993, Babylon 5 của J. Michael Straczynski trở thành loạt phim truyền hình lớn đầu tiên sử dụng CGI làm phương pháp chính cho các hiệu ứng hình ảnh (thay vì sử dụng các mô hình thủ công), theo sau đó cùng năm là SeaQuest DSV của Rockne S. O'Bannon.
Một bước tiến quan trọng khác đến vào năm 1993, với bộ phim Jurassic Park của Steven Spielberg, nơi các con khủng long CGI 3D được tích hợp với các mô hình hoạt hình kích thước thật. Các con vật CGI được tạo ra bởi ILM, và trong một cảnh thử nghiệm để so sánh trực tiếp cả hai kỹ thuật, Spielberg đã chọn CGI. George Lucas cũng đã xem và nhận xét: "một khoảng cách lớn đã được vượt qua, và mọi thứ sẽ không bao giờ như cũ nữa".
Năm 1995, bộ phim hoạt hình dài đầu tiên được thực hiện hoàn toàn bằng máy tính, Toy Story của Disney-Pixar, đã ra đời và đạt được thành công thương mại to lớn.
Một bước đột phá khác khi một bộ phim điện ảnh sử dụng công nghệ bắt chuyển động (motion capture) là việc tạo ra hàng trăm nhân vật kỹ thuật số cho bộ phim Titanic vào năm 1997. Kỹ thuật này đã được sử dụng rộng rãi vào năm 1999 để tạo ra Jar-Jar Binks và các nhân vật kỹ thuật số khác trong Star Wars: Episode I – The Phantom Menace.
Năm 2000, một nhóm do Paul Debevec dẫn đầu đã quản lý việc nắm bắt (và mô phỏng) đầy đủ trường phản xạ trên khuôn mặt người bằng cách sử dụng các sân khấu ánh sáng đơn giản nhất, đây là mảnh ghép cuối cùng còn thiếu để tạo ra các bản sao kỹ thuật số của các diễn viên nổi tiếng.
Bộ phim điện ảnh chính thống đầu tiên được thực hiện hoàn toàn bằng công nghệ bắt chuyển động là bộ phim Nhật-Mỹ năm 2001 Final Fantasy: The Spirits Within do Hironobu Sakaguchi đạo diễn, đây cũng là bộ phim đầu tiên sử dụng các nhân vật CGI chân thực. Bộ phim không thành công về mặt doanh thu phòng vé. Một số nhà bình luận cho rằng điều này có thể một phần vì các nhân vật CGI chính có các đặc điểm khuôn mặt rơi vào "thung lũng kỳ lạ" (uncanny valley).
Năm 2002, The Lord of the Rings: The Two Towers của Peter Jackson là bộ phim điện ảnh đầu tiên sử dụng hệ thống bắt chuyển động thời gian thực, cho phép các hành động của diễn viên Andy Serkis được đưa trực tiếp vào mô hình CGI 3D của Gollum khi nó đang được thực hiện.
Năm 2010, Viện Hàn lâm Điện ảnh Hoa Kỳ (AMPAS) thông báo rằng các bộ phim sử dụng công nghệ bắt chuyển động sẽ không còn đủ điều kiện để tranh giải Oscar cho "Phim hoạt hình xuất sắc nhất", với tuyên bố "Bản thân công nghệ bắt chuyển động không phải là một kỹ thuật hoạt hình."
