Inleiding tot 3D in de praktijk: 3D-animaties in de praktijk: Pump-Action

In deze paragraaf laat ik de Engelse animator Phil McNally (alias Captain 3D) aan het woord. Hij heeft rond 2000 in zijn eentje in veertien maanden tijd de drieëneenhalve minuut durende animatie Pump-Action gerealiseerd. Hiervoor heeft hij gebruikgemaakt van Apple-computers (Mac G3’s) en de software Cinema 4D XL versie 5.

Het doel van Pump Action was om de animatie te gebruiken om naar animatiefestivals op te sturen en als portfolio. Daarnaast is de animatie gebruikt voor een promotiecampagne van het bedrijf Maxon voor versie 6 van het animatieprogramma Cinema 4D XL.

Achtergrond

Nadat ik in 1998 het London Effects and Animation Festival (LEAF) had bezocht, kreeg ik het idee om zelf een kort computer-generated (CG) film te gaan maken. Ik dacht zes maanden van mijn freelancertijd nodig te hebben om het project te realiseren. Op dat moment bestonden mijn freelancerwerkzaamheden vooral uit Photoshopwerkzaamheden voor The Body Shop, alsmede 3D-animatieprojecten voor industrieel ontwerp en voor architectonische toepassingen. Deze werkzaamheden kon ik uitvoeren vanwege mijn opleiding meubelontwerp aan de Royal College of Art in Londen.

Stap 1: opstarten

Een van de moeilijkste fasen van het project was het bedenken van een originele situatie en het bedenken van interessante karakters. Vanaf het begin heb ik mij voorgenomen om geen gebruik te maken van lipsynchronisatie en het animeren van gezichtsuitdrukkingen. Ik wilde mij concentreren op een ‘simpel’ verhaal als eerbetoon aan de ‘stomme’ films. Ik heb een aantal dagen naar films van Harold Lloyd gekeken om inspiratie en ideeën op te doen. Ik moest ook rekening houden met de beschikbare apparatuur om de animatie te maken. Het meeste werk zou worden gedaan op een Macintosh B/W G3 400 MHz met 512 megabytes RAM en Cinema 4D XL-software (versie 5). Een van de krachtige eigenschappen van Cinema 4D is de snelle ray-tracer waardoor ik veel detail zou kunnen aanbrengen in de definitieve frames. Versie 5 van Cinema 4D XL is helaas niet zo sterk in het animeren van karakters, dus moest ik de karakters erg simpel houden (versie 6 heeft wel een verbetering ten opzichte van het animeren van karakters). Ik moest ook rekening houden met het materiaal dat ik zou gebruiken, zodat ik zeker wist dat het goed zou renderen op mijn computer. Ik besloot om glimmend plastic te gebruiken. Ik dacht dat wanneer het goed genoeg was voor de animatiefilm Toy Story, dat het helemaal goed genoeg moest zijn voor mijn film.

Het idee voor de ballonkarakters ontstond toen ik dacht aan plastic voorwerpen die geschikt zouden zijn voor animatie en die ‘opgeblazen’ konden worden door de hoofdpersoon slechte Vic Vinyl.

Het uiteindelijke idee speelt zich af in een werkplaats gebaseerd op het werkelijk bestaande bedrijf Inflate. De hoofdpersonen zijn drie karakters in de vorm van: Vic Vinyl the Bully (kwelgeest), Balloon Boy die zich nergens kan verstoppen en Balloon Dog die zo verward is dat hij zelfs niet eens door heeft dat hij meer lijkt op een varkentje dan op een hond.

Stap 2: het Storyboard

De volgende belangrijke fase was het creëren van een zo gedetailleerd mogelijk storyboard.

Omdat het ontwikkeltraject van dit project zo veel tijd in beslag zou gaan nemen, was het belangrijk om alleen die frames te schetsen en te maken waarvan je op voorhand absoluut zeker weet dat je ze zult gaan gebruiken. De hoeveelheid tijd om een seconde film te maken nam gemiddeld zo’n achttien uur in beslag! Het is dus van het grootste belang dat je van tevoren goed inventariseert wat je precies nodig hebt, zodat later niet blijkt dat je een hoop tijd hebt besteed aan frames die je vervolgens niet gebruikt.

De eerste schetsen gaven een goed beeld van het idee achter het verhaal, maar het was niet geschikt om de horizontale en verticale bewegingen van de camera te visualiseren. Om dit probleem op te lossen ben ik gaan experimenteren met een Mini Digital Video-camera (mini DV-camera). Ik heb een model van de set gemaakt met figuren van klei en daarna met echte personen. Dit bleek zeer goed te werken. De acteurs bewogen en ook de camera kon ik bewegen. Hierna heb ik de filmbeelden via de FireWire-interface over gezet naar mijn Macintosh en kon ik met de beelden experimenteren. Via deze methode heb ik in eerste instantie acht minuten video opgenomen en later teruggebracht naar precies drieëneenhalve minuut. Deze beelden waren exact de beelden die ik moest namaken met Cinema 4D XL.

Stap 3: het modelleringsproces

Als een ex-meubelontwerper was het modelleren van de scène en de objecten voor mij het makkelijkste onderdeel van het project. Maar omdat het om zo veel objecten ging, ben ik toch nog ruim twee maanden bezig geweest om alles te modelleren. Ik was al twee maanden kwijt geraakt aan het verzinnen van het verhaal, dus de zes maanden die voor het gehele project gepland stonden, zou ik al nooit meer gaan halen. De karakters konden zelfs nog niet bewegen!

De karakters, en Vic Vinyl in het bijzonder, waren de grootste uitdaging om te modelleren. Zowel Vic als Balloon Boy zijn opgebouwd in Cinema 4D met behulp van NURBS.
Omdat elk onderdeel van het karakter bestaat uit een serie Splines is het makkelijk om de vorm van het model aan te passen aan de bewegingen. Een ander bijkomend voordeel is dat je kunt werken met een beperkte hoeveelheid polygonen in de editor en dat je alle polygonen gebruikt bij het renderen. Hierdoor bespaar je veel tijd tijdens het animeren. In onderstaande figuur ziet u de scène uit het eerdere storyboard gemodelleerd als wireframe. Tot slot ziet u in het tweede figuur het gerenderde resultaat van deze scène.

De meest nauwkeurige details van Vic zijn de plooien op de handen en op het hoofd. Deze plooien zijn gemaakt met behulp van een Displacement Map. In dit geval bestaat de 2D-map uit een serie witte airbrushed lijnen op een zwarte achtergrond. De map is met Photoshop gemaakt. De Displacement Map past de vorm van het oppervlak van het 3Dobject aan, afhankelijk van de grijswaarden in de displacement map. De map heb ik om de handen en om het hoofd geplaatst. Lichte kleuren in de map zorgen ervoor dat het oppervlak van het 3D-object op die plek meer naar buiten komt (uitstulping). Hierdoor ontstaat er dus een fysieke verandering aan het oppervlak.

Balloon Boy bestaat uit een simpel gelede structuur en kon daardoor direct geanimeerd worden. Vic Vinyl zit complexer in elkaar en vereiste daarom een volledig bone-system om alle ledematen beweegbaar te maken. Een bonesystem is een vereenvoudigd skelet dat aan een object wordt toegevoegd. Hierdoor zijn de ledematen met elkaar verbonden en zal het hele object gelijkmatig veranderen bij een beweging van de ledematen. Dit was voor mij de eerste keer dat ik met bones experimenteerde en het duurde dan ook even voordat ik doorhad hoe het precies werkte. Sterker nog, het heeft mij negen dagen gekost om te experimenteren en om te leren hoe het precies in elkaar zat. In onderstaande figuur ziet u de schets op papier van het systeem. In het tweede figuur ziet u het skelet in de 3D-software. Tot slot ziet u in het derde figuur het wireframe van Vic inclusief het skelet.

Gedurende het hele modelleringsproces heb ik ook de textures gemaakt en aan de objecten toegekend.

Omdat het een soloproject betrof, moest ik alles zelf doen en daarom wilde ik mij eerst op het licht concentreren, voordat ik met het daadwerkelijke animeren zou beginnen. Dit kostte me een aantal weken. Gedurende deze weken heb ik veel test-renderings gemaakt net zolang totdat ik tevreden was met de sfeer en de realiteit van het licht.

Stap 4: animeren

Ik heb bij het animatieproces besloten om chronologisch te werken aan de hand van de eerder opgenomen video. Achteraf gezien was het misschien handiger geweest als ik eerst was begonnen met de makkelijke gedeelten.

De mini DV-camera bewees zijn diensten opnieuw tijdens dit animatiegedeelte van het project. Ik ben er dan ook van overtuigd dat het een onmisbaar stuk gereedschap is om de beweging van karakters te bestuderen. Als je dat als referentiemateriaal gebruikt, dan kun je aan een stuk door ontwikkelen, omdat je precies weet hoe de bewegingen eruit moeten gaan zien. Ik ben gestart met de basisbewegingen van het lichaam en ik heb steeds meer ledematen bij de beweging betrokken, net zolang totdat ik tevreden was over het resultaat. Mijn Macintosh-computer was niet krachtig genoeg om de beweging shaded te laten zien in de editor. Om tussentijds toch een goed beeld te krijgen van mijn werk heb ik regelmatig een deel gerenderd in een grove shaded mode. Het maken van dit filmpje duurde telkens minimaal tien minuten. In de editor kon ik de display mode wisselen tussen Wireframe en Bounding box om snel de timing te controleren wanneer ik keyframes had aangepast.

Nadat ik een scène af had, paste ik het licht aan om de beweging meer naar voren te laten komen. Dit vond dus plaats voordat ik daadwerkelijk ging renderen.

Stap 5: rendering

Met behulp van de Net rendering software van Cinema 4D heb ik een mini Render Farm (een netwerk van computers die samen het renderproces uitvoeren) opgezet met een 8200 server en drie computers. Behalve de server bestond het netwerk uit de G3 400 MHz Macintosh waar ik zelf op had gewerkt, een PowerTower pro en een Umax. Deze laatste twee computers waren beide uitgerust met 400 MHz G3 PowerLogic kaarten. Elke machine had ongeveer dezelfde hoeveelheid RAM en CPUkracht.

Omdat dit mijn demonstratieversie van het filmpje was voor mijn persoonlijke portfolio en de filmfestivals, moest ik zowel een PAL 25 fps- als een NTSC 30 fps-versie maken. Ik wilde ook een motion blur-effect toevoegen om de bewegingen realistischer te maken. Hiervoor heb ik besloten om TIFF-frames te renderen op 150 fps. Later heb ik deze frames weer vermengd met het pakket After Effects om zowel PAL- als NTSCfilmpjes van dezelfde beelden te krijgen alsmede het motion blur-effect.

Voor het aantal benodigde frames heb ik de volgende berekening toegepast:

PAL: 150 fps x 16,666% timestretch = 25 fps met 6 frame blur
NTSC: 150 fps x 20,000% timestretch = 30 fps met 5 frame blur

Deze techniek gaf perfecte resultaten, maar had wel tot gevolg dat voor de 3,5 minuten durende film meer dan 31.000 gerenderde frames nodig waren.

Er waren ook frames nodig voor gescheiden overgangen tussen de voorgrond en de achtergrond, Alpha Channels (extra informatie in een afbeelding met betrekking tot transparency) en maps om speciale diepteeffecten te creëren. Al met al denk ik dat ik, inclusief test-renderings en fouten, meer dan 100.000 frames heb gerenderd. De renderkracht van de 3 G3’s was precies goed, want terwijl ik aan een nieuwe deel van de film bezig was, konden zij het voorgaande deel renderen en ze waren dan net iets eerder klaar dan ik. Om het project in zijn geheel af te ronden heb ik twee extra G3’ geleend en 2 iMac’s gekocht, zodat ik de definitieve frames kon renderen. Als ik een schatting maak, dan denk ik dat een gemiddeld frame twaalf minuten nodig had om te renderen, hoewel sommige close-ups van transparante ballonnen, wel dertig minuten nodig hadden.

Ik heb ook nog audio-effecten opgenomen en aan de film toegevoegd om de details van de film te versterken. Ik moet toegeven dat ik dit op het laatste moment heb gedaan en dat het iets is waar ik niet zoveel verstand van heb.

Conclusie

De doelstelling was om een korte computer generated (CG) film te maken die ik kon insturen voor animatiefestivals. Verder moest de film dienst kunnen doen als persoonlijke portfolio. Dit is me gelukt, alleen ben ik er wel twee keer zolang mee bezig geweest als ik had verwacht. Ik heb mij moeten verdiepen in een breed scala aan technieken, zoals: het maken van een storyboard, het modelleren, licht, camera, animaties en ook rendering en het bedenken van een goed back-upbeleid. Ik ben heel erg gelukkig met het resultaat en nog gelukkiger dat het project eindelijk af is. De volgende keer zal ik wel eerst een weekje nadenken voordat ik weer besluit om zo’n CG-avontuur te beginnen.

Captain 3D
http://www.captain3d.com/pump

De statistieken van Pump-Action

Algemene cijfers


Aantal personen	: 1
Totale lengte animatie	: 3 minuten en 30 seconden
Geschatte benodigde tijd	: 6 maanden
Werkelijke benodigde tijd	: 14 maanden
Werkelijke benodigde tijd	: 14 maanden
Totaal aantal uren werk	: 3800 (17,5 uur werk per seconde beeld)
Frame rate	: 150 fps
Formaat	: 25 fps PAL en 30 fps NTSC
Reolutie	: 715 x 415 pixels
Totale rendertijd	: 263 dagen (op een stand alone 400 MHz G3)
Gemiddelde rendertijd per frame	: 12 minuten
Totale benodigde harddiskruimte	: 47 gigabytes

Gebruikte software


Modellering en animatie	: Cinema 4D XL
Textures	: Photoshop
Nabewerking	: After Effects
Rendering	: Cinema 4D Net

Gebruikte hardware


Computer	: Apple Macintosh – 400 MHz G3 x 3

Grove schatting verdeling werk


Onderzoek, storyboard, ontwerp scène en karakters	: 1 maand (7%)
Modellering van scène en objecten	: 3 maanden (20%)
Modellering van karakters en testen	: 1 maand (7%)
Textures	: 1 maand (7%)
Licht	: 15 dagen (4%)
Animeren	: 7 maanden (45%)
Renderen, back-up, administratie	: 6 weken (10%)