GMU:3DIY/analoge 3d animation

Analoge 3D Animation - Die Idee

Wir leben in einer Epoche in der alles jederzeit digital abrufbar ist. Fotografie, Kartographie, Musik, Filme, Bücher, Zeichnungen. Nach und nach sind alle großen analogen Medien durch digitale Pendants ersetzt - und nie war die Umwandlung in Einsen und Nullen leichter. Doch die technische Entwicklung bietet auch die Möglichkeit zum Umkehrschluss. Mit Hilfe des 3D Druckers wollen wir den Schritt gehen und eines der wenigen, rein digitalen Medien greifbar machen: Die Analogisierung des Digitalen. Die Analogisierung reiner 3D Animation.

3D Animation ist eine der wenigen Filmformen deren Essenz fast komplett in Bildschirmarbeit entsteht. Orte und Protagonisten sind digital. Kamera und Beleuchtung sind digital. Und auch das Trägermedium muss längst kein analoger Film mehr sein. Die Möglichkeit, einen Film komplett virtuell entstehen zu lassen, unterscheidet den 3D Animationsfilm von seinen analogen Vorgängern.

Diese Besonderheit soll Ausgangspunkt für unser Projekt sein. Wir wollen mit Hilfe des 3D Druckers einen Gegenentwurf zu Digitalisierung analoger Medien umsetzen und ein digitales Medium analogisieren. Der 3D Drucker als eigenes Medium, welches digitale Vorgänge in der analogen Welt greifbarer machen kann, ist dafür ein optimales Werkzeug. Dabei interessiert uns auch die Abstraktion, die das 3D Modell durch den Vorgang des Ausdruckens zwangsläufig erfährt. (Relativ niedrige "Auflösung" des Modells durch sichtbare Kunststoffschichten) Eventuell soll diese Besonderheit im Inhalt der analogisierten Animation direkt oder indirekt thematisiert werden.

Das Prinzip Zoetrop

Um digitale Animation in analoge Animation umzuwandeln, gibt es mehrere Möglichkeiten. Klassischerweise wird Filmmaterial Frame für Frame mit den Einzelbildern der Animation belichtet, sodass eine komplette Filmkopie entsteht. (Beispielsweise für Kinovorführungen) Diese Art der Analogisierung ist für unsere Zwecke jedoch ungeeignet, da nur das Trägermaterial real ist. Die Animation selbst ist wiederum virtuell. Außerdem ist es mit dieser Methode unmöglich, das komplette Spektrum dreidimensionaler Animation einzufangen, denn das Filmbild ist wiederum nur eine zweidimensionale Kopie.

Erstes Testmodell eines Zoetrops

Aus diesem Grund haben wir uns dafür entschieden, auf ein sehr altes optisches Verfahren zu setzen, welches 1834 von William George Horner erfunden wurde: Das Zoetrop. Ein Zoetrop ist technisch gesehen eine als 360° Panorama angeordnete Filmsequenz, die direkt vor dem Auge des Betrachters abläuft. Durch Rotation des Panoramas laufen die einzelnen Animationsphasen wie ein Film ab. Für das menschliche Auge ist diese Animation aufgrund seiner Trägheit jedoch nur mit Hilfe eines "Shutters" wahrnehmbar, eines Bildunterbrechers, der für das menschliche Auge durch den Wechsel von Bild und Dunkelheit die Wahrnehmung der Einzelbilder ermöglicht.

Weiterführende Links

• Übersicht Zoetrop
• Video zur Funktionsweise eines Zoetrops
• Übersicht Praxinoskop (Weiterentwicklung)
• Video zur Funktionsweise eines Praxinoskops

Praktische Umsetzung

Basierend auf dem Prinzip des Zoetrops, wollen wir unsere 3D Animation umsetzen und dabei das Verfahren weiterentwickeln. Im Gegensatz zum ursprünglichen Prinzip, bei dem die Shutter-Schlitze auf einer anderen Ebene als die Panorama-Animation liegen, soll bei unserem Zoetrop beides auf einer Ebene liegen. Dies ermöglicht eine kompaktere Konstruktionsweise, sowie einen direkten Blick auf die Animation. (Keine Kavalierperspektive) Außerdem soll die Konstruktion in sich geschlossen sein, sodass das Prinzip von Außen nicht auf den ersten Blick ersichtlich wird.

Der Shutter

Damit Animation und Shutter auf einer Ebene liegen gibt es verschiedene Ansätze zu Umsetzung. Zum einen wollen wir versuchen die Animationsphasen wie Figuren auf einem Karussell aufzubauen. Die Shutter werden wie Stangen zwischen den Figuren aufgebaut und für kurze Zeit das Sichtfenster verdunkeln. Bei diesem Ansatz wäre allerdings der Kontrast des Bilds weniger gut, da die Dunkelphase relativ lang sein muss um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Ein Anderer Ansatz ist ein rein optischer Shutter. Wie bei der vorigen Idee ist die Animation wie ein Karussell angeordnet. Man schaut durch ein Sichtfenster von außen auf das Karussell und sieht immer die am nächsten stehende Figur. Direkt über dem Sichtfenster ist ein Loch für den Lichteinfall. Zwischen den Figuren soll dieses Loch durch Blenden verdunkelt werden, sodass eine Art Stroboskopeffekt entsteht, der die Animationsphasen unterteilt. Denkbar wäre auch diesen Effekt direkt mittels Stroboskoplicht zu erzielen. Um rauszufinden welche Umsetzung am besten funktioniert, wollen wir bei Varianten im digitalen 3D Modell simulieren.

Chromadepth

Zusätzlich zu dem Shuttersystem, von dem wir uns bessere Bildqualität erhoffen, wollen wir auf ein spezielles 3D Verfahren zurückgreifen. Das sogenannte Chromadepth. Hierbei handelt es sich um eine spezielle Form von 3D Brille, Farben eines Bild mit unterschiedlicher Tiefenwirkung darstellen kann. Rot erscheint für den Betrachter im Bild vorne, während Blau im Hintergrund zu sein scheint. Dieses Verfahren ist zwar auf 2D Bilder ausgelegt, da wir aber nur einen kurzen Abstand zwischen den Augen des Betrachters und der Animation haben, hoffen wir auf diese Weise die Räumlichkeit der Animation verbessern zu können.

• Beschreibung der Chromadepth Technologie (engl.)

Die Animation im Zoetrop

Nachdem wir das Zoetrop als Prototyp getestet haben und somit durch den 3D Drucker und das Zoetrop die technischen Rahmenbedingungen abgestimmt sind, konnten wir beginnen uns Gedanken über die Art der eigentlichen Animation zu machen. Fest steht, dass wir relativ simple Körper animieren wollen, da diese aufgrund der Maße des Zoetrops nicht größer als 2,5cm x 2,5cm x 2,5cm sein dürfen. In einer solchen Auflösung ist es nicht möglich detaillierte Figuren mit dem Drucker in einer gleich bleibend sehr guten Qualität zu drucken. Ohne diese wären filigran animierte Figuren aber nicht als flüssige Animation zu erkennen. Da unser Zoetrop außerdem keine perfekte Bildschärfe liefern kann (Nähe von Auge zu Objekt, hohe Drehgeschwindigkeit und daraus resultierende Unschärfe) wollen wir bei der Animation auf 2 Arten von Bewegung setzen, die das Auge dennoch sehr gut wahrnehmen kann. Zum einen soll der Schwerpunkt der Animation auf den Konturen der Objekte liegen, zum anderen auf der Animation von Farbveränderungen. Eine weitere Beschränkung die Beachtung finden muss, ist die Anzahl von Frames (Einzelbildern), die mit der Drehscheibe des Zoetrops möglich sind. Hier haben wir uns bei der Konstruktion auf 16Frames festgelegt. Ein Kompromiss zwischen Bildanzahl und Objektgröße.

Basierend auf diesen technischen Vorgaben haben wir uns folgende Animation entschieden (Videolink folgt).

Zu sehen sein wird eine Endlosschleife der 3 Bauhaus Grundkörper Dreieck, Kreis und Quadrat (bzw. ihrer dreidimensionalen Pendants Pyramide, Kugel und Würfel) mit dem Titel „Symbiose und Synergie“. Diese gehen innerhalb der 16 Einzelbilder nahtlos ineinander über und sollen während dessen zwischen den 3 Bauhausfarben Gelb, Rot, Blau wechseln. Das Ergebnis der Animation ist ein hypnotisches, fast flüssig wirkendes Wabern, welches gleichzeitig ein Zitat des verwendeten Druckermaterials in seiner erhitzten Form ist. Wir haben uns für die 3 Bauhaus Grundkörper und den Titel „Symbiose und Synergie“ entschieden, weil diese die Bauhaus-Idee der Vereinigung verschiedenster Kunst- und Handwerksformen unter einer Schirmherrschaft symbolisieren. In gewisser Form ist die Animation somit auch ein selbstreflektierendes Dokument der Arbeitsweise des 3D Druckers: Wie auch beim Grundgedanken des Bauhaus müssen verschiedenste Gewerke gekoppelt werden um ein Ergebnis zu erzielen. Konstruktion, Montage, Programmierung, Skizzierung, Modellierung und Druck sind nur einige Bereiche die hier eine Rolle spielen. Jedes Einzelne besitzt auch für sich autark eine Existenzberechtigung und variable Verwendungsformen, aber nur im synergetischen Zusammenspiel ist der 3D Druck möglich.

Probleme

Bei der Umsetzung des Projekts werden wir einige Schwierigkeiten überwinden müssen. Fragen mit denen wir uns beschäftigen werden müssen sind:

• Inwieweit beeinträchtigt der Shutter die Schärfe und den Kontrast des Bildes?
• Wird der relativ geringe Abstand von Auge und Animation reichen um genug Bildschärfe und Räumlichkeit zu erzeugen.
• Welche Grenzen gibt der 3D Drucker vor?

Entwicklungsstand

4.6.-6.6.

Erste Versuche eines 3D Drucks

Erstes Pappmodell eines eigenen Zoetrops

• 2 einfache Modelle eines Zoetrops erstellt und getestet. Das klassische Trommelzoetrop funktioniert, aber mit schlechtem Bildkontrast. Der Test eines Zoetrops mit Animation und Shutter auf einer Ebene scheitert. (Prototyp rechts unten)

• erste Ausdrucke zeigen die Grenzen des 3D Druckers auf. (Rechts Versuch Nr.1, Rechts Versuch Nr.2

Man sieht das der Drucker Probleme bekommt, wenn man kleine Flächen wie den Hals der Figur mit zu hoher Temperatur und Geschwindigkeit druckt, weil auf noch nicht verfestigte Schichten bereits neue aufgebracht werden. Außerdem sieht man, dass starke Überhänge nicht funktionieren. Ein Überhang unterhalb des Kopfs ist einfach in dünnen Strängen runtergefallen und erkaltet, da er keinen Halt hatte.)

25.6.-27.6.10

3D Modell des geplanten Zoetrops

Kurbelantrieb aus LEGO

• Erstellung eines 3D Modells des geplanten Zoetrops. Das Modell ist bereits so angelegt, dass es direkt mit dem Rapman ausgedruckt werden könnte. (siehe Bild rechts unten)
• Simulation einer Animation mit dem 3D Zoetrop. Der ungewöhnlich Aufbau des Shutters bereitet Probleme, weswegen die Funktionsweise zunächst mit einem Pappmodell überprüft werden soll:

<videoflash>A1qGF4w98Ho</videoflash> (ab einer Frequenz von 256 fps springt das Bild und es kommt keine flüssige Animation wie in diesem Beispiel zustande. Deshalb ist ein Prototyp aus Pappe nötig um das Shuttersystem zu testen.)

• Konstruktion eines Kurbelantriebs für das Zoetrop. (Prototyp aus Lego/ Bild folgt.)

8.7.10

Prototyp aus Pappe

• Bau eines funktionierenden Pappmodells mit optische Shutter nach Vorlage des 3D Modells:

<videoflash>TPzxaY0aD0M</videoflash>

• Um den Kontrast und die Bewegungsschärfe zu verbessern sind weitere Experimente mit der Größe der Shutteröffnung sowie der Beleuchtung des Zoetrop-Innern geplant.

14.7.10 Versuch der Optimierung des Prototyps:

• Verkleinerung der Shutteröffnungen um kürzere Belichtungsdauer zu erzielen und ein weniger verschwommenes Bild zu bekommen. --> Verkleinerung bringt keine positive Veränderung
• Bessere Abdichtung des Zoetrops gegen ungewollten Lichteinfall und Weißfärben des Zoetrop-Innern um stärkeren Kontrast zu erreichen --> Bildqualität wird subjektiv gesehen leicht verbessert

22.7.10 Korrektur des 3D Modells vom Zoetrop nach Erfahrungen mit dem Prototypen:

• die innere Trommel wird in der Höhe verkleinert und bekommt mehr Spiel bei der Rotation
• Durchmesser der Drehachse wird verkleinert um möglichst exakt zu arbeiten
• Sichtschutz wird entfernt, da er zu groß sein müsste um zu funktionieren
• Maße kontrolliert um nicht dicker als nötig gedruckt zu werden

4.8.-6.8.10

• Erstellung der Animation, die im Zoetrop zu sehen sein soll

(Video der 3D Simulation folgt)

9.8.10

• Experimente mit animierten Farbmorphs

(Video der 3D Simulation folgt)

Feedback

Glückwunsch! Ihr habt den ersten Wiki-Eintrag des Kurses verfasst! Sieht schon mal gut aus. Fehlt nur noch Bild und Kurzbeschreibung auf der Kursseite.
Das Praxinoskop ist ja auch ein interessantes Gerät. Und ich bin auf euer Kompakt-Zoetrop gespannt. Euer Ansatz hat einiges an Potential, ich bin sehr gespannt, wie ihr das entwickelt.
Mehr Bilder wären gut, bei euch bieten sich ja auch laufende Bilder sehr an :) Videos ins Wiki einbetten geht: So!

Videos und Skizzen sind in Arbeit und kommen dann demnächst.

• Ist 3D Animation wirklich etwas rein digitales? Was ist mit 'Wallace & Gromit', um ein Beispiel zu nennen?
  

Die 3D Animation von der wir reden ist nur digital möglich. Über Filme wie Wallace und Gromit und ähnliche, haben wir auch schon nachgedacht. Allerdings zählen die nicht zu 3D Animation, sondern eher zu Stop-Motion, sind also auch mit rein analogen Techniken umsetzbar.

• Warum Cromadepth für euer Vorhaben besonders geeignet ist? Wofür braucht man einen 3D Effekt, wenn man ohnehin schon dreidimensionale Objekte hat?
  

Ob man Chromadepth wirklich braucht, wird sich zeigen. Vermutlich geht es auch ohne. Aber wir hoffen, dass es schlicht und ergreifend noch besser aussieht :)

• Könnt ihr den Abstand zu den Augen nicht einfach festlegen?
  

Das wird sich auch im Test ergeben. Vermutlich wird eine Art Aufsatz den Abstand des Betrachters vom Zoetrop regeln

• Und: Was für eine Animation wollt ihr eigentlich zeigen?
  

Sehr gute Frage, darüber machen wir uns Gedanken, wenn die Technik funktioniert. --sebastian 17:00, 16 June 2010

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