Wat is 3D animatie eigenlijk?

Film is illusie: een reeks stilstaande beelden wordt zo snel afgedraaid, dat de toeschouwer beweging ervaart. Dat wordt gebruikt in animatie: door niet het echte leven op te nemen (live action), maar elk beeld apart te maken, kun je dingen doen die in het echt niet kunnen. Tekenfilms, klei-animatie, het zijn allebei voorbeelden van deze illusie.
Begin tachtiger jaren kwam de computer op als beeldmaker. Eerst wetenschappelijk, later kunstzinnig. En als je één beeld kunt maken, kun je er meer maken. Stem je die beelden op elkaar af, dan heb je animatie.

3D animatie is de tak van dit vak, waar het gaat om gesimuleerde ruimtelijkheid. De illusie wordt gewekt dat er objecten te zien zijn, objecten die niet plat zijn, maar ook diepte hebben. Om dit te bereiken zijn een aantal stappen nodig:

• Modeling
• Texturing
• Mise en scène
• Belichting
• Animatie
• Rendering
• Compositing

Modeling

Het begint allemaal met geometrie, oftewel ruimtelijke meetkunde. Dat klinkt misschien bekend: het is een onderdeel van middelbare school-wiskunde. Voor de geïnteresseerden: het is de wiskundige methode om ruimtelijke structuren te beschrijven. Zo is een cirkel de lijn van punten die op een plat vlak allemaal even ver van het middelpunt afliggen. X-kwadraat plus Y-kwadraat is R-kwadraat: de stelling van Pythagoras.
Vervolgens is een bol het gebogen vlak dat in 3 dimensies steeds even ver van het middelpunt ligt. X-kwadraat plus Y-kwadraat plus Z-kwadraat is R-kwadraat.
Zo is er voor elke vorm een wiskundige beschrijving te maken. En als computers ergens mee overweg kunnen dan is het sommetjes.

De software die ik gebruik, maakt het mij heel makkelijk om die beschrijvingen te formuleren: ik "teken" kubussen, bollen, kegels, en meer ingewikkelde vormen, waarbij ik 3 aanzichten op het scherm heb: boven-, voor- en zij-aanzicht. Tegelijkertijd zie ik de ontstane vorm nog in een perspectivisch aanzicht, waarin ik het object rond kan draaien.
Alle objecten worden uiteindelijk beschreven met punten (3 coordinaten, voor hoogte, breedte en diepte), en de vlakken die met die punten gevormd worden. Zo heeft een kubus 8 punten, en 6 vierkante vlakken. Elk vlak deelt z'n punten met 4 aangrenzende vlakken. Het is te vergelijken met een ouderwetse bouwplaat: zo'n stuk karton waar je vormpjes uitknipt, die je ruimtelijk in elkaar lijmt.
Dit proces, het bouwen van het object, heet modeling.

Texturing

Na de modeling-fase komt het texturen. Dat wil zeggen dat al die vlakjes die samen het object vormen, voorzien worden van kleur. En die kleur kan bijvoorbeeld ook een houtstructuur zijn, of marmer, textiel, etc. Zo'n beeld heet een texturemap. Verder wordt er bepaald hoeveel glans, reflectie, transparantie de oppervlakken hebben. En er is nog veel meer mogelijk, om precies dat te krijgen wat je wilt bereiken.
Dat kan realistisch zijn, maar bijvoorbeeld ook cartoon-achtig, of op een andere manier gestileerd.

Mise en scène

De positionering van alle objecten gaat natuurlijk ook in 3 dimensies. Hoogte, breedte en diepte. Zowel bij de camera als de objecten. De positionering wordt zo gedaan dat het juiste kader wordt bereikt, en dat alles wat te zien moet zijn, ook te zien is.

Texturing van een balletje.

• 1. Standaard grijs
• 2. Blauw gekleurd
• 3. Doffe glans
• 4. Scherpe glans
• 5. Bobbel-texture
• 6. Plaatje rondom
• 7. Omgeving en reflectie
• 8. Transparantie en lichtbreking
• 9. Kadrering en positionering

Belichting

Vervolgens wordt er belicht. Virtuele lampen werken ongeveer net zo als in het echt: je zet ze ergens neer, en daar komt het licht vandaan. Je kunt ze ook richten. Zonder lampen wordt het een zwart plaatje, met te felle lampen wordt het overbelicht. Alleen bieden gesimuleerde lampen veel meer vrijheid: je kunt schaduwen naar believen aan of uit zetten, bepaalde objecten uitsluiten van belichting, lampen van kleur laten veranderen, enzovoorts. Voor simpele scenes heb je aan 3 lampen wel genoeg, maar soms heb je er enkele honderden nodig om het juiste effect te bereiken.

Animatie

Animatie is in principe niet veel ingewikkelder dan een extra mise-en-scène maken. Met het verschil dat je aangeeft dat de nieuwe situatie een tijd later komt. Bijvoorbeeld: een kubus staat aan het begin links in beeld, en na 2 seconden staat hij rechts. De software interpoleert de tussenliggende beweging.
Zo is alles te animeren: de objecten, de camera, de lampen, de vorm van de objecten, de kleuren, het licht, you name it. Elke soort animatie stelt andere eisen aan de animator: een flying logo is veel makkelijker te animeren dan een karakter dat herkenbare emotie moet uitbeelden.

Rendering

Na al deze stappen, waarbij eigenlijk de totale opzet gemaakt wordt voor de animatie, moeten de "opnamen" gemaakt worden. Omdat animatie uit een reeks opeenvolgende beelden bestaat, moeten al die beelden nu gemaakt worden. Voor een film van 10 seconden zijn 240 beelden nodig, omdat film met 24 beelden per seconde wordt afgespeeld.
Elk beeld wordt uitgerekend: in feite wordt de werking van een filmcamera gesimuleerd. Er worden enorme hoeveelheden lichtstralen nagerekend, en hun interactie met de objecten (spiegeling, transparantie, kleur...). Deze rendering is heel rekenintensief, en kost over het algemeen veel tijd. Gelukkig is dat een karwei waar de animator niet bij nodig is, dus dat kan bijvoorbeeld 's nachts en in het weekend gebeuren. Voor een groot project wordt ook wel gebruik gemaakt van een zogenaamde renderfarm: een groep computers die zich uitsluitend bezighoudt met het renderen van beelden.
Het eindresultaat is een serie digitale beelden, die op film of video overgezet kunnen worden, of nog verder bewerkt in de laatste stap.

Compositing

Met de gerenderde beelden kan in de digitale nabewerking nog heel veel gedaan worden. Denk alleen al aan het inpassen in live action-beelden.
Maar het mooiste van compositing met 3D animatie, is het apart verwerken van de verschillende aspecten van een beeld. Het is bij 3D animatie mogelijk om kleur, lichtval, schaduw, glans, transparantie, spiegeling, silhouet, etc. allemaal los te renderen. Elk aspect krijgt dan zijn eigen beeldsequentie. Zelfs allerlei objecten of delen van objecten kunnen los gerenderd worden. Met die sequenties kan in de compositing het beeld zoals het bedoeld is gemaakt worden, met alle vrijheden die losse onderdelen geven.
De door het raam zichtbare buitenwereld lichter? Een schuif aan een knopje. Alleen dat marsmannetje groener, en de rest meer glans? Twee schuifjes aan twee knopjes.
Natuurlijk zou dat ook kunnen in het 3D-pakket, maar op deze manier hoeft er niet steeds opnieuw gerenderd te worden, en zijn er bovendien extra dingen mogelijk die in een 3D-pakket niet kunnen, of heel erg veel tijd kosten.