Animation 1: Grundlagen
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Einleitung
Definition
Animation
Animation ist die Herstellung von Einzelbildern, um die Illusion von Bewegung zu erzeugen, wenn diese Bilder in zeitlicher Abfolge wiedergegeben werden
Erklärung
Diese virtuelle Bewegung kann durch Abbildung realer Objekte entstehen (Stop Motion Animation). Es können aber auch die animierten Objekte selbst virtuell sein, was in der Computeranimation die Regel darstellt.
Im Unterschied zum Realfilm, wo die Einzelbilder (Frames) durch fotografische Aufnahmen in Echtzeit entstehen und in der Regel die Bildrate für Aufnahme und Wiedergabe gleich ist, hat der Gestalter einer Animation Kontrolle über jedes Einzelbild.
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Psychologische Grundlagen
Definition
Bildrate (Framerate)
Anzahl der Filmbilder, die pro Sekunde gezeigt werden.
Die Bildrate wird meist nicht in Hertz sondern in Frames per Second (fps) angegeben – was den selben Zahlenwert ergibt.
Definition
Scheinbewegung
Als Scheinbewegung wird eine Wahrnehmungstäuschung bezeichnet, die durch die Abfolge von bestimmten visuellen Reizen ausgelöst wird und beim Betrachter den Eindruck von Bewegung erzeugt, ohne dass tatsächlich eine physikalische Bewegung stattfindet.
Scheinbewegungen werden in zwei Gruppen eingeteilt:
- Long-Range Apparent Motion
- Short-Range Apparent Motion
Scheinbewegung über große Distanzen sind unter dem von Max Wertheimer eingeführten Begriff Phi-Pänomen bekannt.
Beispiel
Zwei nahe nebeneinander platzierte Punkte, die abwechselnd blinken, erzeugen die Illusion eines einzelnen, hin und her springenden Punktes.
Das Phi-Phänomen läßt sich nur mit sehr simplen Einzelbildern hervorrufen. Bei komplexeren Anordnungen wird keine Bewegung über große Distanzen wahrgenommen, es werden lediglich einander abwechselnde Bilder wahrgenommen.
Beispiel
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Konzentriert man sich auf ein einzelnes Mitglied des Fischschwarms, kann die Bewegungsillusion auch in diesem vergleichsweise komplexen Beispiel auftreten.
Sie ist allerdings bei weitem nicht so zwingend wie bei den hin und her springenden Punkten aus Wertheimers Versuchsanordnung.
Betrachtet man die ablaufenden Bilder im Ganzen, geht die Scheinbewegung ganz verloren. An ihre Stelle tritt eine schnelle Abfolge von nicht bewegten Bildern.
Bei Bildern, welche die in der Wertheimerschen Versuchsanordnung verwendeten an Komplexität übersteigern, funktioniert die Scheinbewegung nur über kurze Distanzen (Short-Range Apparent Motion oder auch Fine Grain Illusion). Das heißt, der Unterschied zwischen zwei in einem Film oder einer Animation aufeinander folgenden Bildern darf nur gering sein.
Das Phi-Phänomen kann als Spezialfall gelten, der für die Bewegungswahrnehmung im Film nur von geringer Bedeutung ist. In der Lerneinheit 
„Animation: Planung und Ausführung“ wird demonstriert, wie sich Scheinbewegung über zu große Distanzen negativ auswirkt, und wie diese Distanz verringert werden kann.
„Animation: Planung und Ausführung“ wird demonstriert, wie sich Scheinbewegung über zu große Distanzen negativ auswirkt, und wie diese Distanz verringert werden kann.Bewegung wird von unserem Gehirn unabhängig von Form und Farbe verarbeitet. In den 1970er Jahren haben Experimente gezeigt, dass die für die Bewegungswahrnehmung zuständigen Gehirnregionen durch Long-Range Apparent Motion nur schwach stimuliert werden, während sie auf Short-Range Apparent Motion ganz ähnlich wie auf reale Bewegung reagieren.
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Flimmerverschmelzungsfrequenz
Durch ihre Mechanik bedingt flimmert das Bild der meisten Filmprojektoren und Bildschirme. Zwischen zwei Bildern wird der Bildschirm jeweils für einen Sekundenbruchteil dunkel. Dieses Flimmern wird bei der Wiedergabe als sehr störend empfunden.
Flimmern wird bei Frequenzen zwischen 30 und 50 Hz zunehmend schwächer wahrgenommen, und die Einzelbilder verschmelzen schließlich zu einem kontinuierlichen Bild. Die Flimmerverschmelzungsfrequenz ist keine Konstante sondern von verschiedenen Faktoren wie Bildhelligkeit oder Betrachtungsabstand abhängig und auch von Betrachter zu Betrachter unterschiedlich. Ab einer Bildrate von 60 fps wird keine Qualitätsveränderung mehr wahrgenommen.
Kinofilme laufen mit einer Bildrate von 24 fps, also deutlich unter der Flimmerverschmelzungsfrequenz . Der Filmprojektor wirft jedes Einzelbild zweimal oder dreimal hintereinander auf die Leinwand, um die Flimmerfrequenz auf 48 Hz oder 72 Hz zu heben. TV-Geräte flimmern mit 50 Hz in Europa bzw. 60 Hz in den USA.
Definition
Nachbilder
Durch die Trägheit der Rezeptoren in der Netzhaut wird jeder visuelle Eindruck über das Ende eines tatsächlichen optische Reizes hinaus für Sekundenbruchteile verlängert. Dadurch entsteht eine kurze, sehr schwache Überlagerung jedes visuellen Eindrucks durch den vorhergegangenen.
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Dieses auch als Persistence of Vision (POV) bezeichnete Phänomen hielten Filmtheoretiker lange für die wichtigste Grundlage der Bewegungsillusion. In der Wahrnehmungspsychologie wird dem Nachbild den heute gängigen Lehrmeinungen zufolge nur geringe oder gar keine Bedeutung für den cinematografischen Prozess zugestanden.
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Animationstechnik
Stop Motion Animation
Stop Motion Animation entsteht, indem reale zwei- oder dreidimensionale Objekte fotografisch aufgenommen werden. Zwischen zwei Einzelaufnahme werden die Objekte bewegt oder ausgetauscht.
Diese Produktionstechnik ist sehr zeitaufwendig, und die Produktionsleistung liegt bei Stop Motion Animationen typischerweise unter 10 Filmsekunden pro Tag.
Zeichentrickfilm
Vorläufer
Im 19. Jahrhundert wurde eine Reihe von optischen Geräten entwickelt, die von Ihren Erfindern und Vertreibern mit griechischen Wortschöpfungen wie Phenakistiskop, Zoetrop oder Praxinoskop versehen wurden, um den Anspruch auf Seriosität und Wissenschaftlichkeit zu unterstreichen.
Diese Apparate waren mit Bildscheiben oder -trommeln ausgestattet, und zeigten mittels Schlitzblenden, rotierender Spiegel oder Projektionsoptiken kurze, sich wiederholende Animationssequenzen.
Beispiel
Stroboskop
Das Phenakistiskop wurde 1832 vom Belgier Joseph Plateau erfunden. Zur gleichen Zeit entwickelt Simon Ritter von Stampfer am Polytechnischen Institut in Wien das fast funktionsgleiche Stroboskop. Das Phenakistiskop bestand aus einer Drehscheibe mit einer aus 10 Einzelbildern zusammengesetzten Animationssequenz und ebensovielen Schlitzblenden zwischen den Bildern.
Ein Betrachter konnte die Bilder in Bewegung sehen, wenn er die rotierende Scheibe durch die Sehschlitze im Spiegel betrachtete. Stampfers Stroboskop bestand aus einer Bild- und einer Blendenscheibe und konnte dadurch ohne Spiegel benutzt werden.
Simulation einer Stroboskop-Animation
Die ersten Zeichentrickfilme
1892 demonstrierte Emile Reynaud in Paris sein Théâtre Optique. Anstelle von rotierenden Bildscheiben oder -trommeln verwendete Reynaud lange Gelatinestreifen, die von einer Rolle abgespult wurden. Dadurch konnte er über ein Projektionssystem Animationen vorführen, die aus bis zu 500 Einzelbildern bestanden.
Ab 1909 produzierte der US-Amerikaner Windsor McCay Stop Motion Animationsfilme, indem er mit Feder und Tusche Sequenzen aus tausenden Einzelbildern zeichnete und diese Bild für Bild auf Fotofilm aufnahm.
Beispiel
Gertie
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Ein Standbild aus McCays „Gertie the Dinosaur“. (Mit freundlicher Genehmigung von Milestone Film & Video, NJ und John Canemaker)
McCay trat live auf der Bühne vor der Leinwand auf und gab eine Dressurvorstellung mit dem Zeichentrickdinosaurier. Gegen Ende der Vorführung verließ der Künstler die Bühne, um kurz darauf ebenfalls als gezeichnete Animationsfigur auf der Leinwand zu erscheinen.
Gut sind auf dem Bild die vier Kreuze für die Registratur zu sehen. In späteren Jahren wurden die Blätter gelocht um beim Zeichnen und der Aufnahme exakt in Position zu bleiben.
Cel Animation
McCay zeichnete noch jedes Einzelbild komplett inklusive Hintergrund, und war dadurch gezwungen, diesen sehr einfach zu halten. 1914 wurden erstmals Animationsfilme produziert, indem die Einzelbilder auf transparentes Celluloid gemalt und erst für die fotografische Aufnahme vor den unbewegten Hintergrund gelegt wurden.
Diese Technik machte zum Beispiel die aufwendigen Sets der Disney-Filme möglich. Sie ist bis heute üblich, wird jedoch absehbar in den nächsten Jahren durch digitale Produktionsweisen weitgehend verdrängt werden.
Puppenanimation
Die Gliedmaßen der für Animationsfilme verwendeten Puppen müssen biegsam sein, um ihre Haltung von Bild zu Bild ändern zu können. Gleichzeitig müssen sie steif genug sein, um diese Position unter ihrem Eigengewicht auch unverändert beizubehalten. Deshalb werden die Puppen meist mit einem Metallgerüst ausgestattet. Das „Fleisch“ um dieses Skelett besteht aus Latex oder Knetmasse.
Beispiel
Space Rabbit
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Kugelgelenk-Armatur von Jürgen Kling für Monika Stellmachs Film „Space Rabbit“.
Einfachere Rigs werden aus verlöteten oder zusammengesteckten Drahtstücken gebaut.
Cutout Animation
Cutout Animation kann man als 2D-Puppenanimation verstehen. Einzelne Körperteile einer Figur werden z.B. auf Karton gemalt und ausgeschnitten. Dadurch, dass nicht der gesamte Körper für jede Aufnahme komplett gezeichnet sondern lediglich die Einzelteile neu positioniert werden, ist diese Produktionsart sehr ökonomisch und wird oft von kleinen Studios bevorzugt.
Beispiel
Cutout Animation in Flash
Das Computer-Animationsprogramm Flash ist gut geeignet, um Cutout-Animation digital zu simulieren.
Computeranimation
Typischerweise sind in der Computeranimation nicht nur Bewegungen sondern auch die bewegten Objekte virtuell. In der Computeranimation sind der Prozess der Positionierung der Einzelobjekte und die Berechnung des Bildes von einander getrennt.
Echtzeitrendering im Web
Echtzeitrendering kann eingesetzt werden, um den Speicherbedarf und damit gegebenenfalls Downloadzeiten zu minimieren. Flash-Animationen bestehen aus Vektorgrafiken, die im Vergleich zu Pixelgrafiken geringere Datenmengen produzieren. Aus den auflösungsunabhängigen Vektorzeichnungen und Bewegungsdaten werden erst beim Abspielen die Einzelbilder in der vom Player definierten Auflösung berechnet.
Für Web-Animation ist die Downloadzeit nach wie vor kritisch, weshalb das Flash-Format in diesem Bereich weit verbreitet ist.
Beispiel
20 Sekunden für 200 kB
Diese 20 Sekunden lange Flash-Animation ist 200 kB groß. Als MPEG4-Film benötigt sie in TV-Auflösung und vergleichbarer Bildqualität 2 MB.
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Je länger die Animation, um so größer ist auch der Unterschied in der Downloadzeit. Mit zunehmender visueller Komplexität verringert sich der Unterschied im Speicherbedarf. Flash-Animationen werden deshalb meist mit wenigen einfachen Elementen gestaltet.
Echtzeitrendering für Games
Ein weiters Anwendungsgebiet für Bildberechnung in Echtzeit sind Computerspiele. Hier werden einzelne Bewegungsabläufe (z. B. Gehen, Springen, Körperdrehungen) festgelegt und in einer Bibliothek abgelegt. Erst beim (Ab-)spielen setzt das Programm diese Einzelteile abhängig vom Spielgeschehen zu Animationssequenzen zusammen, während die Bilder in Echtzeit berechnet werden.
Virtuelle Puppenanimation
3D-Animationen für Spielfilme sind meist zu aufwendig, um in Echtzeit berechnet zu werden. Wie für Stop Motion Animation legen die Animatoren für jedes der virtuellen Objekte und Puppen die Positionen für jedes Einzelbild fest. Anschließend werden aus diesen Daten die Filmbilder berechnet (gerendert).
Beispiel
Haut und Knochen
In die dreidimensionale Geometrie (Mesh), welche die Oberfläche einer Figur definiert, werden Deformatoren platziert, die auf das Mesh wirken. Die „Bones“ genannten Deformatoren sind ähnlich wie die Knochen eines menschlichen Körpers oder die Armaturen einer Stop-Motion-Puppe angeordnet und wirken auf einzelne Punkte des Meshs.
Durch Bewegung der Bones wird eine entsprechende Bewegung des Meshs bewirkt.
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Die Benutzeroberfläche des Animationsprogramms Motionbuilder.
Die Gelenke der Figur sind durch Hilfsobjekte versehen, die das Skelett und damit die gesamte Figur beeinflussen, wenn sie selbst manipuliert werden. Bei der Bildberechnung werden die Hilfsobjekte ignoriert.
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Zur Bildberechnung werden virtuelle Lichtquellen und Kameras im Raum platziert und den Objektoberflächen Materialeigenschaften wie Farbe, Reflexionsverhalten oder Transparenz zugewiesen.
Das Rendering kann in verschiedenen Qualitätsstufen erfolgen. Niedrige Preview-Qualität dient der schnellen Kontrolle der Animation und kann von einem durchschnittlichen PC in wenigen Minuten geliefert werden. Die Berechnung eines fotorealistische Bildes in Kinoauflösung dauert mehrere Stunden. Daher sind große Filmstudios auf die Rechenleistungen großer Netzwerke (Renderfarms) angewiesen. Für TV-Auflösung sind Rechenzeiten von 10 Minuten pro Bild keine Seltenheit.
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Anwendungsgebiete
Bewegung zieht Aufmerksamkeit auf sich, vor allem wenn sie in einer sonst unbewegten Umgebung stattfindet (Bewegungskontrast). Entsprechend beliebt sind animierte Werbebanner im Internet.
Aufmerksamkeit ist nicht mit Interesse gleichzusetzen. Im Web demonstrieren tausende Intro-Animationen wie enervierend erzwungene Aufmerksamkeit ist, wenn durch die Animation nichts transportiert wird, was für den Betrachter von Interesse ist. Die Zeiten, als die schiere Machbarkeit von Animation im Web für Interesse sorgte, sind endgültig vorbei.
Vorspann, Intro
Ein Filmvorspann stimmt die Zuschauer auf die Atmosphäre des Films ein. Es kann aber aus der Auflistung von Personen und Firmen auch ein stilistisch eigenständiger, animierter Kurzfilm entstehen.
Das bekannteste Beispiel für solch einen Film vor dem Film ist wohl der Vorspann zu The Pink Panther, aus dem sich die gleichnamige Zeichentrickserie mit „Paulchen Panter“ entwickelte.
Dieses Konzept kann auch auf Multimedia-Projekte angewandt werden. Allerdings bedarf Unterhaltung, die auch vom Konsumenten als solche gesehen wird, in der Kreation und Produktion eines gewissen finanziellen oder zumindest zeitlichen Aufwands. Durch das Bild schwebende Logos sind zu wenig.
Andererseits sollte auch der Unterhaltungswert des Intros nicht den der folgenden Inhalte übertreffen.
Motion Graphics
Headlines, Menütitel oder Inserts können im Film durch Animation (etwa weiche Bewegung beim Einblenden) gut integriert werden oder durch visuelles Spektakel Aufmerksamkeit auf die folgende Sensation lenken. Bleibt die Sensation aber aus, dann hat das bombastisch animierte Insert nur falsche Erwartungen geschaffen.
Räumliche Visualisierung
In der Regel werden dreidimensionale Objekte auf Bildschirmen und Papier als perspektivische Abbildungen wiedergegeben (Zentralprojektion). Stereografische 3D-Techniken bilden die Ausnahme, da sie vom Betrachter immer die Verwendung spezieller Hilfsmittel (z.B. 3D-Brillen) oder viel Konzentration erfordern.
Animierte Darstellungen wie „Walkthroughs“ ermöglichen die räumliche Betrachtung von plastischen Objekten, wie sie uns aus der realen Welt vertraut ist.
Beispiel
Virtuelle Skulptur
Durch Virtual Reality können auch rekonstruierte oder erst geplante Objekte durch- oder umwandert werden. Die Komplexität einer VR-Umgebung kann von einer simplen 360°-Drehung bis zur freien Bewegung durch den Raum mit Echtzeit-Rendering reichen.
Zeitliche Visualisierung
Durch animierte Illustration können zeitliche Abläufe in komplexen Systemen oft anschaulicher dargestellt werden, als durch ein statisches Diagramm oder verbale Erklärung.
Beispiel
Galileo
Diese Animation zeigt im Zeitraffer die sechs Jahre dauernde Reise der Raumsonde Galileo von der Erde zum Jupiter. Um die nötige Fluchtgeschwindigkeit aus dem inneren Sonnensystem zu gewinnen, wird die Sonde mehrmals an Erde und Venus vorbeigesteuert, um durch deren Gravitationsfeld beschleunigt zu werden. Die Beschleunigung ist übertrieben dargestellt.
Games
Egal ob Strategie-, Adventure-, Racing-, Rollenspiel oder Shooter. Kaum ein Computerspiel kommt ohne Animation aus.
Für manche Spiel werden Animationen noch fertig gerendert als Video, meist aber als Bewegungsmodule gespeichert, die abhängig vom Spielverlauf interaktiv zusammengesetzt und in Echtzeit gerendert werden.
Gebrauchs- und Sicherheitsanweisungen
Anleitungen, die komplexe Bewegungsabläufe beinhalten, sind ein weiteres Anwendungsgebiet für Animation.
Beispiel
Immer mehr Airlines zeigen in ihren Flugzeugen die Sicherheitsanweisungen für Notfälle als Animation, anstatt sie durch das Flugpersonal vorführen zu lassen.
Für einfachere Anleitungen, die lediglich auf Bedienelemente hinweisen, sind Serien von Einzelbildern meist besser als Animationen geeignet.
Infotainment
Mit Cartoon-Animation können Einführungen zu komplexen sozialen, wirtschaftlichen oder technischen Themen auf pointierte oder überzeichnete Weise gestaltet werden.
Diese Art der Themenaufbereitung kann allerdings eine ernsthafte Themeneinführung nicht ersetzen.
Gegenüber dem Realfilm hat die Animation – neben der Möglichkeit zu karikieren – den Vorteil, von der Realhandlung in gedankliche oder metaphorische Ebenen wechseln zu können. Im Realfim wirkt dies dagegen meist altmodisch oder gar verwirrend.
Beispiel
Krise und Management
Dieser Kurzclip für einen Management-Kongress thematisiert das Problemfeld Öffentlichkeitsarbeit und Krisenmanagement. Durch starken gestalterischen Kontrast zum restlichen Informationsmaterial und inhaltliche Übertreibung bleibt die Grenze zwischen seriöser Information und Unterhaltung klar erkennbar.
Literatur
Richard Taylor: The Encyclopedia of Animation Techniques. Running Press Book Publishers, Philadelphia, 1996
Steve Curran: Motion Graphics – Design for Broadcast and Film. Ginko Press, Hamburg, 2000
Peter Lord, Brian Sibley: Cracking Animation – The Aardman Book of 3-D Animation. Thames & Hudson, London, 1998
Inhalt identisch mit: Creating 3-D Animation – The Aardman Book of Filmmaking. Harry N. Abrams, New York, 1998
Jeff Bellantoni, Matt Woolman: Type in Motion – Innovative digitale Gestaltung. Verlag Hermann Schmidt, Mainz, 1999