Na maioria dos sistemas de animação 3D por computador, um animador cria uma representação simplificada da anatomia de um personagem, que é análoga a um esqueleto ou boneco de palito . Eles são organizados em uma posição padrão conhecida como pose de ligação , ou T-Pose. A posição de cada segmento do modelo esquelético é definida por variáveis ​​de animação, ou Avars para abreviar. Em personagens humanos e animais, muitas partes do modelo esquelético correspondem aos ossos reais, mas a animação esquelética também é usada para animar outras coisas, com características faciais (embora existam outros métodos de animação facial ). O personagem "Woody" de Toy Story , por exemplo, usa 700 avares (100 apenas no rosto). O computador geralmente não renderiza o modelo esquelético diretamente (é invisível), mas usa o modelo esquelético para calcular a posição e orientação exatas de determinado personagem, que é eventualmente renderizado em uma imagem. Assim, ao alterar os valores de Avars ao longo do tempo, o animador cria movimento fazendo o personagem se mover quadro a quadro.
Existem vários métodos para gerar os valores Avar para obter um movimento realista. Tradicionalmente, os animadores manipulam os avares diretamente. Em vez de definir Avars para cada frame, eles geralmente definem Avars em pontos estratégicos (frames) no tempo e permitem que o computador interpole ou interpole entre eles em um processo chamado keyframing . O keyframing coloca o controle nas mãos do animador e tem raízes na animação tradicional desenhada à mão .
Em contraste, um método mais novo chamado captura de movimento faz uso de filmagens de ação ao vivo. Quando a animação por computador é impulsionada pela captura de movimento, um artista real representa a cena como se fosse o personagem a ser animado. Seu movimento é gravado em um computador por meio de câmeras de vídeo e marcadores e essa performance é então aplicada ao personagem animado.
Cada método tem suas vantagens e, a partir de 2007, jogos e filmes estão usando um ou ambos os métodos nas produções. A animação de quadro-chave pode produzir movimentos que seriam difíceis ou impossíveis de representar, enquanto a captura de movimento pode reproduzir as sutilezas de um determinado ator. Por exemplo, no filme Piratas do Caribe de 2006 : O Baú do Homem Morto , Bill Nighy fez a atuação do personagem Davy Jones . Mesmo que Nighy não apareça no filme, o filme se beneficiou de sua performance ao registrar as nuances de sua linguagem corporal, postura, expressões faciais, etc. Portanto, a captura de movimento é apropriada em situações onde um comportamento e ação realistas são necessários , mas os tipos de personagens exigidos excedem o que pode ser feito em todo o figurino convencional.
A animação 3D por computador combina modelos 3D de objetos e movimento programado ou "keyframed" à mão. Esses modelos são construídos a partir de vértices geométricos, faces e arestas em um sistema de coordenadas 3D. Os objetos são esculpidos como argila ou gesso real, trabalhando desde formas gerais até detalhes específicos com várias ferramentas de escultura. A menos que um modelo 3D tenha a intenção de ter uma cor sólida, ele deve ser pintado com " texturas " para realismo. Um sistema de animação óssea / articular é configurado para deformar o modelo CGI (por exemplo, para fazer um modelo humanóide andar). Em um processo conhecido como cordame , a marionete virtual recebe vários controladores e alças para controlar o movimento. Os dados de animação podem ser criados usando captura de movimento ou keyframing por um animador humano ou uma combinação dos dois.
Modelos 3D preparados para animação podem conter milhares de pontos de controle - por exemplo, "Woody" de Toy Story usa 700 controladores de animação especializados. Rhythm and Hues Studios trabalhou por dois anos para criar Aslan no filme As Crônicas de Nárnia: O Leão, a Feiticeira e o Guarda-Roupa , que tinha cerca de 1.851 controladores (742 apenas no rosto). No filme de 2004, The Day After Tomorrow , os designers tiveram que projetar forças de clima extremo com a ajuda de referências de vídeo e fatos meteorológicos precisos. Para o remake de King Kong em 2005 , o ator Andy Serkis foi usado para ajudar os designers a identificar a localização privilegiada do gorila nas fotos e usou suas expressões para modelar características "humanas" na criatura. Serkis já havia fornecido a voz e desempenho para Gollum em JRR Tolkien 's O Senhor dos Anéis trilogia.
A animação por computador pode ser criada com um computador e um software de animação. Alguma animação impressionante pode ser alcançada mesmo com programas básicos; no entanto, a renderização pode exigir muito tempo em um computador doméstico comum. Os animadores profissionais de filmes, televisão e videogames podem fazer animações fotorrealistas com alto nível de detalhes. Esse nível de qualidade para animação de filme levaria centenas de anos para ser criado em um computador doméstico. Em vez disso, muitas estações de trabalho poderosas são usadas. As estações de trabalho gráficas usam dois a quatro processadores e são muito mais poderosos do que um computador doméstico real e são especializados para renderização. Muitas estações de trabalho (conhecidas como " farm de renderização " ) são conectadas em rede para atuar efetivamente como um computador gigante, resultando em um filme animado por computador que pode ser concluído em cerca de um a cinco anos (no entanto, este processo não é composto apenas de renderização ) Uma estação de trabalho normalmente custa US $ 2.000-16.000 com as estações mais caras sendo capazes de renderizar muito mais rápido devido ao hardware mais avançado tecnologicamente que contêm. Os profissionais também usam câmeras de filme digital , captura de movimento / desempenho , telas azuis , software de edição de filme , adereços e outras ferramentas usadas para animação de filme. Programas como o Blender permitem que pessoas que não podem pagar por um software caro de animação e renderização possam trabalhar de maneira semelhante àqueles que usam o equipamento de nível comercial.
A modelagem realista das características faciais humanas é um dos elementos mais desafiadores e procurados em imagens geradas por computador. A animação facial por computador é um campo altamente complexo onde os modelos geralmente incluem um grande número de variáveis ​​de animação. Historicamente, os primeiros tutoriais SIGGRAPH sobre o estado da arte em Animação Facial em 1989 e 1990 provaram ser um ponto de inflexão na área ao reunir e consolidar múltiplos elementos de pesquisa e despertar o interesse de vários pesquisadores.
O Sistema de Codificação de Ação Facial (com 46 "unidades de ação", "mordida labial" ou "estrabismo"), desenvolvido em 1976, tornou-se uma base popular para muitos sistemas. Já em 2001, o MPEG-4 incluía 68 Parâmetros de Animação Facial (FAPs) para lábios, mandíbulas, etc., e o campo fez um progresso significativo desde então e o uso de microexpressão facial aumentou.
Em alguns casos, um espaço afetivo , o modelo de estado emocional PAD , pode ser usado para atribuir emoções específicas aos rostos dos avatares . Nesta abordagem, o modelo PAD é usado como um espaço emocional de alto nível e o espaço de nível inferior é o MPEG-4 Facial Animation Parameters (FAP). Um espaço de Parâmetros de Expressão Parcial (PEP) de nível médio é então usado em uma estrutura de dois níveis - o mapeamento PAD-PEP e o modelo de tradução PEP-FAP.