Beschreibungen und Beispiele zum Raytracer POV-Ray von Friedrich A. Lohmüller
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    3D Animationen mit POV-Ray
        Grundlagen und Beispiele zu Animationen.
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  3D Animation
  Inhaltsübersicht
  0. Grundlagen
     1. Beispiel
     2. Beispiel 2
     3. Bilder zu animierte Gif
     4. Von Bildern zum Video
  > 5. Grundbegriffe
     6. Animationsbefehle
  I. Zyklische Animationen
     1. Objekt-Rotation
     1.2. Planeten im Orbit
     1.3. Animierte Uhr
     2. Kamera-Rotation
     2.1. Kamera Geradeausflug
     3. Western-Kutschen
        -Problem
     3.1. Rollende Räder
     4. Zahnradgetriebe
     4.1. Rollende Kette
     4.2. Fahrradkette
     5. Pendelschwingung
     5.1. Newtonpendel
     5.2: Schaukelstuhl
     6. Federpendel
     7. Koppelstange
     7.1. Pleuelstange
     8. Psychedelic + Op-Art
     9. Zähler + Countdowns
    10. Faltung eines Würfels
  II. Nichtlineare Bewegungen
     1.0 Beschleunigung
          +Bremsen 1
     1.1 Beschleunigung
          + Bremsen 2
     2. Fallen + Hüpfen
     3. Beschleunigung nach
          physikalischen Formeln
     4. Geschwindigkeitssteuerung
          mit Spline-Funktionen
  III. Animationspfade
      mit Spline-Kurven
     1. Spline-Kurven
     2. Geschlossene Splines
     3. Animationspfade
                                                     

Grundbegriffe und Basiswissen

Über Dateigrößen, Filmlängen, Bildgrößen, Ladezeiten
und Kompressionsverfahren für Animations-Dateien.

Wichtig Begriffe der Computeranimation:

frame = das Einzelbild eines Filmes, Videos, einer Animation. Jeder Film ist eine schnelle Abfolge von Einzelbildern ("frames"), die sich nur wenig verändern. Durch die Trägheit unserer Lichtwahrnehmung im Auge wird diese Bildfolge von unserem Gehirn als kontinuierliche Bewegung interpretiert!

fps = "frames per second" = die Frame-Rate = Anzahl der Einzelbilder pro Sekunde.
Das menschliche Auge nimmt eine sich langsam ändernde Folge von Einzelbildern dann als kontinuierliche Bewegung wahr, wenn es ca. 25 Bilder pro Sekunde sieht. Eine langsamere Bildfolge führt zu einem unangenehmen Ruckeln bzw. Flackern.
Bei Mpeg-Videos nach dem mpeg-1-Standard sind folgende Frame-Raten erlaubt:

Bildraten in fps Bilddauer in Millisekunden
23.97 fps 41,7188 ms
24.00 fps 41,6667 ms
25.00 fps 40.0000 ms
29.97 fps 33,3667 ms
30.00 fps 33,3333 ms


bitrate = Bit-Rate = die Anzahl der von einem Computer von der Festplatte oder einer Internetverbindung übertragenen bits pro Sekunde (gemessen in Kbit/sec oder Kbytes/sec). Dieser Wert muss berücksichtigt werden, wenn ein fertiges Video / eine fertige Animation auf einem Computer von der Festplatte oder einer CD-ROM oder über einen Internetanschluss zügig abgespielt werden soll.
Ein Internetanschluss hat ein theoretische Bit-Rate von ca. 20kbit/s bis 64kbit/s bei ISDN bzw. von ca. 700 kbit bzw. 2048 kbit und mehr bei DSL-Anschlüssen. In der Praxis wird meist ein Bruchteil davon wirklich erreicht und nur ein geringer Teil der Internet-Nutzer besitzt einen Anschluss der schnellsten Art!
Bei kleinen Mpeg-Videos sind Bit-Raten um 1200 kbit/s = 150kBytes/s üblich.
DVD-Videos sollen eine Bit-Rate von maximal 9,8 Mbit/sec nicht überschreiten.
Die ideale Bit-Rate hängt einerseits von der Bildgröße und andererseits von der Komprimierungsstärke ab.
Wie gut sich eine Videodatei abspielen bzw. über einen Internetanschluß hängt wesentlich davon ab wie hoch die dabei erreichte Bit-Rate ist.
Wenn die erreichte Bit-Rate zu gering ist, dann stockt das Video, überspringt einige Bilder oder das Bild zeigt eckige Flecken bzw. der Film hängt!

frame size = Bildgröße.
Je größer das Bildformat, größer wird die Datei für ein Einzelbild, desto länger und schwieriger komprimierbar ist die gesamte Animation.
Bei animierten Gif-Dateien sind nach unten kaum Grenzen gesetzt.
Beim Mpeg-Format müssen die Seitenlängen durch 16 teilbar sein!
Hier eine Darstellung der mpeg-Film-Formate und der dabei auftretenden Größen der Dateien der Einzelbilder:
  BildformatAnzahl der BildpunkteDateigröße
SIF: 352 x 288   101 376 pixel  297 kB
others: 512 x 320   163 840 pixel  480 kB
DVD: 720 x 576   414 720 pixel1 215 kB
16:9 : 1280 x 720   921 600 pixel2 700 kB
4:3 : 1440 x 1080 1 555 200 pixel4 557 kB
16:9 : 1920 x 1080 2 073 600 pixel6 075 kB


endless loop = "endlose Schleife", eine zyklische Animation, die dort endet, wo sie anfing.
Dies ist eine beliebte Methode für Logos und Werbungsbanner auf Internetseiten, bei der man mit einer kleinen Amimationsdatei (animierte Gifs) eine kontinuierliche Bewegung erzeugen kann.

Dateiformate und Kompressionsverfahren

Gif und animierte Gif-Dateien
Bei diesem Dateiverfahren werden die einzelnen Bilder auf 256 Farben reduziert. Es wird dabei eine Tabelle der 256 wichtigsten Farben im Bild angelegt und die einzelnen Farbpunkte werden nur noch als Folge ihrer Farbnummern mit jeweils einen Byte pro Bildpunkt notiert.
Dieses Formt ist gut geeignet für animierte Logos und Schriften. Dieses Bildformat kann von allen Internet-Browsern dargestellt werden. Es kann auf Internetseiten so einfach wie Einzelbilder in das Layout integriert werden.
Dieses Format ist wenig geeignet für Filme. Die geringe Farbenanzahl (das menschliche Auge kann ca. 16 Mio. Farben unterscheiden = "true color" 24bit/pixel !) erfordert meist eine grobe Rasterung bei Bildern mit feineren Farbnuancen. Die Komprimierung einer true-color-Bilddatei erreicht höchstens 1/3 der ursprünglichen Größe - Filme werden schnell extrem große schwer transportable Dateien.

AVI-Videoformat
Dieses Videoformat kann mit dem "Windows Mediaplayer" abgespielt werden, sofern der bei der Komprimierung verwendete Videocodec auf dem Computer installiert wurde.
Es erlaubt eine Darstellung in true-color. Die Komprimierung ist wesentlich besser als mit animierten Gif-Dateien bei wesentlich höherer Bildqualität.

Jpeg und Mpeg

Das Mpeg-Video-Format verwendet zur Kompression dieselbe Methode wie das für Fotos verwendete Jpeg-Format. Es erlaubt eine Darstellung in true-color und besitzt zugleich das beste Kompressionsverhalten. Die Bildqualität hängt wie bei dem hierbei verwendeten Jpeg-Verfahren von dem Grad der Komprimierung ab! Die Qualität der dabei erreichten komprimierten Videos hängt auch von den für die Codierung verwendeten Videocodecs ab. Welche Parameter der Komprimierung für eine bestimmte Animation die besten Resultate bezüglich Bildqualität und Dateigröße ergeben lässt sich meist nur durch mehrere Tests fest stellen.
Auch dieses Videoformat kann mit dem "Windows Mediaplayer" abgespielt werden.

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© Friedrich A. Lohmüller, 2009
http://www.f-lohmueller.de