GMU:3DIY/analoge 3d animation

Analogue 3D Animation - The Idea

We live in a time where everything is digitally acessable. Photography, cartography, music, films, books and drawings. One by one all major analoge medias are replaced by their digital pendant - and the transformation into "ones" and "zeros" has never been easier. But the technological evolution also offers the possibility to take the opposite direction. With the help of the 3d printer we want to take the step and transform one of the few mere digital medias into an analog counterpart of itself: The analogisation of the digital. The analogisation of mere 3d animation.

3d animation is on of the few movie genres which is almost fully created in digital work. Places and characters are digital. Camera and lighting is digital. And even the carrier medium isnt analog film anymore in many cases. (Pleas note, that we are not referring to Stop-Motion Animation which is actually an analog media.) The possibility to create a movie fully virtual, distinguishes the 3d animation movie from its analog forerunners.

This speciality shall be the starting point of our project. We want to create an alternative draft to the digitalisation of analog medias and analogize a digital media instead. The 3d printer as a distinct media can realize digital operation into analog object. Therefore it is the perfect tool for our aim. Considering this, we are also interested in the abstraction of the printed result, that automatically appears while printing. (Due to the small resolution of the model and the visible plastic layers, created by the printhead)

The Principle of the Zoetrope

To transform digital animation into analog animation there are several ways. The classical way is to expose film material frame by frame with the single shots of the animation until you have a complete copy of the movie. (e.g. for cinema movies) This form of analogisation is not suitable for our aims, cause only the carrier media is analog and real. The animation itself is a virtual image. Besides it is impossible to catch the full range of the 3rd dimension with this method, cause the film image itself is only a two dimensional copy.

first testmodel of a zoetrope

Therefore we have decided to use a very old optical technique, which was invented in 1834 by William George Horner: the zoetrope. A zoetrope basically a film sequence, arranged as a 360° panorama, that rotates infront of the viewers eyes. By the use of rotation the animation phases are arranged like a film. But the human eye can see the animation only with the help of a so called shutter. (otherwise the eye is too slow) The shutter in fact, is a kind of image interupter. The enables the slow human eye to perceive the animation through a quick change between image and darkness. (it lowers the framerate of the film by blocking the sight on the rotation with black phases)

Further Information (german)

• Overview on zoetropes
• video showing the functionality of the zoetrope
• overview on praxinoscopes (further development of the zoetrope)
• video showing the functionality of a praxinoscope

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

Vorüberlegungen

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: <videoflash>9iyOcnh2bZY</videoflash> (3D Testanimation)

Symbiose und Synergie

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?

Evolution

4.6.-6.6.

first 3D testprint

first cardboardmodel of the zoetrope

• creation and testing of 2 simple zoetrope models
• the classical zoetrop works, but with a bad contrast
• the 2nd model (a zoetrope with animation and shutter on the same level doesn't work)

(prototype on the right)

• first printings show the boarders of the 3d printer (on the right: test 1 and test 2) you can see that the printer has issues with printing small parts (throat of the chess figure) due to high temperature and printing speed (the printer prints over layers that havent hardened)
• furthermore it appears that strong overhangs arent possible without backings

25.6.-27.6.10

3d model of the zoetrope prototype

crank handle for the zoetrope build from LEGO

• Creation of a 3d model of the planned zoetrope. The 3d model is alread waterproof and therefore (hopefully) printable.
• Simulation of an animation with the 3d zoetrope. The unusual design of the shutter creates some issues. Due to these troubles a cardboard model of the 3d model is planned to test the shutter in real life:

<videoflash>A1qGF4w98Ho</videoflash> (at a framerate of 256fps the animation becomes bugged and unfluid)

• Construction of a crank handle for the zoetrope (Prototype build with LEGO)

8.7.10

Prototyp made from cardboard

• Building of a working cardboard model with optical shutter, based on the 3d model:

<videoflash>TPzxaY0aD0M</videoflash>

• To improve contrast and image sharpness, further experiments with variations of the shutter size and different light settings are planned

14.7.10 Efforts for optimizing the prototype:

• Decreasing the shutter size for shorter exposure time --> no effect on the animation quality
• Improved isolation of the zoetrope against light from the outside and dyeing the inner parts of the zoetrope to increase contrast --> small improvement of the animation quality

22.7.10 Adjustment of the 3d model due to experiences with the prototype:

• the height of the inner drum is decreased. therefore the drum has more space for rotation
• adjustment of the center line
• the blinds are removed due to inefficiency
• reduction of the wall sizes (=reduction of material needed for printing)

27.7.10

• Brainstorming ideas for animation content

4.8.-6.8.10

• creation of the final animation for the zoetrope

(Video hier)

9.8.10

• experimenting with animated colourmorphs

<videoflash>n1ImjejuEa0</videoflash>

18.8.10

• setting up skeinforge and bfb axon on 2 laptops and testing the program settings
• installing additional printing profiles
• adjusting 3d file and bugfixing

25.8-26.8.10

• first printing test, for results see Printer queue
  

  the complete animationcycle without spray paint

dyeing the animation frames

the complete animationcycle with spray paint

30.8.-2.9.10

• printing of the complete animation cycle, results are viewable at Printer queue

15.8.-16.9.10

• 1st printing test of the cap of the zoetrope. Results here

21.9.10

• 2nd printing test of the zoetrope cap. Results here

22.9.10

• installing the crank handle on the cardboard prototype of the zoetrope
• minor repairs on our models with glue, rasp and sandpaper

25.9.10

• dyeing the animation cycle with black spray paint for better contrast in the zoetrope and softer surface
• further optimization of the cardboard prototype of the zoetrope

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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