UFABC – Universidade Federal do ABC
Mestrado Acadêmico em
Engenharia de Informação
Disciplina
Introdução à Engenharia de Informação
Área e Linha de Pesquisa
Processamento Multimídia: Sinais Audiovisuais
Tema
Modelagem Gráfica e Realidade Virtual
Animação por Computador com
RenderMan
Aluna
Adriana Mendes de Lima
Novembro de 2007
Resumo
A animação por computador compreende o uso de recursos computacionais para a geração de
movimentos de imagens na forma de filmes, efeitos especiais em filmes e vídeos diversos, de curta ou
longa duração. A geração desses movimentos é pela seqüência rápida de imagens estáticas que causam
a ilusão de movimento. Isso requer trabalho de desenho e de criação de quadros de imagem de acordo
com a animação que se pretende reproduzir.
É fácil notar o quanto é trabalhoso produzir uma animação manualmente e a importância de
recursos computacionais gráficos nesse sentido, sobretudo para grandes produtoras de animações e
filmes, como a Disney e a Warner.
Iniciativas diversas têm contribuído, desde pouco mais de três décadas atrás, com o
aperfeiçoamento de recursos e técnicas computacionais para facilitar, agilizar e melhorar a qualidade
das produções gráficas. Atualmente, há equipamentos e programas avançados que simplificam e
sofisticam a construção dos modelos gráficos, das animações e dos quadros intermediários de
animação (renderização).
Neste trabalho, é apresentado o renderizador RenderMan, um programa utilizado para a
produção de animações, criado pela empresa de computação gráfica Pixar. Além disso, são
referenciados o histórico da computação gráfica, das animações e da Pixar, seu contexto com a
animação por computador, novas aplicações para as tecnologias de animação digital e, por fim, uma
breve discussão sobre os benefícios e as lacunas em torno da história da animação por computador.
Animação por Computador
Animação é uma sucessão de imagens semelhantes dispostas em posições seqüenciais, que
causa a ilusão de movimento. Quanto mais imagens por segundo, mais real os movimentos parecem,
até um limite em que a adição de mais imagens por segundo não são percebidas no ganho de qualidade
na animação.
Uma animação pode ser produzida de duas formas: pela criação de uma sucessão de quadros
de imagem ou pelo uso de modelos físicos04 (bonecos e maquetes, como os utilizados nos filmes King
Kong e Titanic) em que as imagens são registradas conforme os movimentos desses modelos.
A animação por computador (computer animation) é produzida pelo uso de máquinas e
programas de renderização, que geram sucessivos quadros em que alguns aspectos das imagens
variam, não sendo, então, necessário projetar artisticamente cada quadro de uma cena, apenas alguns,
para que o computador possa gerar os demais quadros a partir desses, de acordo com parâmetros
fornecidos sobre movimento, forma, iluminação, sombra e outros.
Numa animação simples, há apenas o movimento de câmera e o movimento relativo de corpos
numa cena, como no uso de modelos físicos. Já a animação por computador é mais sofisticada, pois o
movimento de câmera e de objetos pode ser feito de várias formas ao longo de um caminho traçado no
computador e com o uso das leis da Física para determinar o comportamento dos objetos04 (colisões,
queda livre, atrito etc.). Além disso, na animação por computador, é possível utilizar um visualizador
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para acompanhar o comportamento de sistemas complexos (montagens das animações) na linha do
tempo.
A maioria das animações é controlada por movimento. Os primeiros programas não tinham
capacidade computacional para visualizações parciais da animação e controle da interatividade, isso
porque os primeiros desenvolvedores de animação eram mais cientistas de computação que artistas. Os
programas atuais já permitem diversos tipos de controle de movimento, como classificar as técnicas de
animação por nível de abstração. Nesse sentido, para um nível de abstração mais baixo (como em
programas de animação mais simples), é necessário especificar com maior precisão os detalhes de cada
movimento, enquanto num nível mais alto (programas de animação mais sofisticados), é possível usar
métodos mais gerais e abstratos para gerar a seqüência de quadros. Por exemplo, para projetar o
movimento de um cubo são necessários seis quadros, para um pássaro, vinte, e são muito mais para a
animação de um bando de pássaros, sendo deveras trabalhosa uma montagem disso quadro-porquadro, sendo bem mais vantajosa com o auxílio de programas de alto nível. Em acréscimo, também é
necessário um controle hierárquico, para que as construções de alto nível (gerais e abstratas) possam
ser mapeadas (com uso de parâmetros) para construções detalhadas, pois é a partir desse mapeamento
que os programas de alto nível podem gerar e executar as animações como se as mesmas tivessem sido
projetadas quadro-a-quadro04.
Nas animações 2D, os objetos de cenários e personagens são separados em camadas
transparentes (layers), isso facilita a edição e a integração dos componentes artísticos da animação.
Nas animações 3D, além do uso de camadas, os objetos e personagens são modelados em esqueletos
virtuais (virtual skeletons), para obterem um formato ou visão tridimensional. Os objetos modelados,
em 2D ou 3D, são então dispostos em quadros-chave (key frames) intercalados. Em seguida, a
animação é renderizada, significando que os quadros intermediários são gerados a partir dos quadroschave. E assim a animação ocorre com a sucessão de figuras 2D ou de objetos 3D04.
A modelagem gráfica das animações deve considerar uma porção de aspectos. Na modelagem
de personagens, é preciso definir sua estrutura física (altura, robustez, aparência), sua forma de pensar
(personalidade), o jeito de seus movimentos, suas emoções, sua forma de agir. É importante definir a
movimentação da câmera no que se refere a campo de visão, transições entre cenas, ângulos de visão,
forma de movimentação, zoom, profundidade dos efeitos, foco (para onde direcionar a atenção),
transições entre visão exterior e interior das cenas. Para a criação de movimentos reais (como dança,
galope, ondas de água), são necessárias técnicas para captura de movimentos. E ainda há tratamentos
especiais para agrupamentos (manadas, bandos e multidões), peixes (ambiente aquático), animais com
movimentos ondulatórios (serpentes, minhocas, lagartas), seres humanos e personagens sintéticos.
Existem alguns tipos de sistemas de animação. O sistema baseado em roteiro (script), o mais
antigo de todos, consiste da criação de um roteiro continuado, como o girar de uma roda de bicicleta.
A animação procedimental (procedural animation) é um tipo em que procedimentos são definidos
sobre o movimento no tempo, como o uso de leis da Física, com eventos que dependem de outros. Na
animação representativa, os objetos podem mudar de forma, como em articulações, deformações ou
simplesmente com a mudança para outra forma diferente, tanto em 2D como em 3D. A animação
estocástica é um tipo em que os movimentos possuem uma seqüência, como disparo, fogo, quedas
d’água. E no tipo de animação comportamental, os objetos recebem regras sobre como reagir ao
ambiente, como no caso dos comportamentos de multidões.
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A animação por computador está presente em diversas áreas, sobretudo entretenimento, como
em jogos eletrônicos (console, portátil, computador, web, telefone celular, máquinas comerciais de
jogos), efeitos especiais em filmes (Spider Man, Star Wars, Senhor dos Anéis, Harry Potter, Código
Da Vinci, A Múmia), filmes 100% feitos em computação gráfica (Final Fantasy, Carros, Barbie,
Irmão Urso), desenhos animados (X-Men, Liga da Justiça, Meninas Superpoderosas) e campanhas
publicitárias (cereal All Bran, biscoito Trakinas).
A animação por computador está diretamente relacionada com o conceito de realidade virtual,
em que os usuários imergem num ambiente tridimensional simulado, tendo, além da ilusão dos
movimentos, a ilusão de fazer parte desse ambiente simulado, e esse é um campo bastante promissor.
Os recursos de processamento computacional, gráficos de rede e especializados são todos parte da
criação de aplicações críveis. Numa implementação mais completa, o usuário usa recursos específicos
que substituem a visualização comum de vídeo por lentes de diferentes cores para cada olho, que torna
a simulação gráfica ainda mais real, fazendo com que o usuário tenha e impressão de estar dentro do
ambiente simulado. E essa experiência sensorial pode ser ainda mais enriquecida com sons que
simulem o contato entre o usuário e os objetos simulados. Numa implementação parcial, o monitor de
vídeo de um computador torna-se uma janela para o ambiente simulado. Num ambiente em rede, as
pessoas podem ser imergidas numa mesma simulação, cada uma com sua própria percepção sobre
ela06.
Anualmente, ocorre em San Diego na Califórnia, a conferência internacional de computação
gráfica Siggraph, onde há apresentação de inovações em computação gráfica, cursos, programas
educativos e galerias de trabalhos realizados. Não obstante, as melhores inovações apresentadas
recebem prêmios.
Oportunamente, cabe ressaltar que as animações utilizadas na Web são próprias para
transmissão em banda larga e de conteúdo mais leve para permitir um carregamento mais rápido pelos
usuários. Tais animações são comumente construídas com o auxílio do programa Adobe Flash. Para a
produção de filmes completos em computação gráfica e construção de animações de maior qualidade e
alta resolução – a exemplo das utilizadas em filmes, jogos de console e propaganda –, são utilizadas
ferramentas profissionais, como o RenderMan, que está descrito mais adiante.
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RenderMan
RenderMan é um software desenvolvido pela empresa de computação gráfica Pixar, com
objetivo da renderização de animações de alta resolução por computador, de modo a facilitar o
trabalho de animação pela geração de amostras de imagens a partir de modelos gráficos. Sua utilidade
está profundamente inserida na animação por computador, pela automação de processos artísticos
auxiliares para a produção de ilusão de movimento, com foto-realismo, precisão e diversos recursos
gráficos computacionais, possibilitando a criação de grandes produções de filmes digitais gráficos,
efeitos especiais, animações de curta duração, comerciais e produções de vídeo diversas.
A seguir, são apresentados sua origem, seu funcionamento, seus recursos técnicos, suas
aplicações e sua forma de comercialização.
Origens
O RenderMan teve sua origem mais remota na Universidade de Utah nos anos 1970s, onde o
fundador da Pixar, Ed Catmull, fez seu trabalho de PhD sobre problemas de renderização. Da
universidade, Catmull foi para a divisão digital da Lucasfilm de George Lucas, onde trabalhou com
outros pesquisadores em computação gráfica para produzir software gráfico específico para animações.
Os pesquisadores tinham habilidade para criar programas gráficos complexos e de alta qualidade fotorealística, começando pela criação de um renderizador que facilitasse o desenho de animação, que era
muito trabalhoso de ser feito manualmente e quadro-a-quadro01.
Loren Carpenter fez os componentes principais, Robert Cook escreveu o compartilhamento de
subsistema e Pat Hanraham foi o arquiteto do projeto inteiro. O algoritmo de renderização foi
denominado REYES, por inspiração ao Point Reyes na Califórnia e pela ambiciosa frase que a sigla
pode representar “Render Everything You Ever Saw” (fazer tudo como você nunca viu) 01.
Na conferência Siggraph de 1987, Cook, Carpenter e Catmull apresentaram um trabalho
intitulado de “The Reyes Rendering Architecture”, que explicava como o renderizador REYES
funcionava. Na Siggraph de 1990, foi apresentada a linguagem de sombreamento (shading language)
num trabalho intitulado como “A Language for Shading and Ligthing Calcularions”, por Hanrahan e
Jim Lawson. Somente em 1989 o software tornou-se conhecido como RenderMan e começou a ser
licenciado para empresas de animação e de efeitos visuais em computação gráfica. Em 1983, a divisão
de computação gráfica da Lucasfilm tornou-se uma nova companhia, a Pixar, e essa foi comprada por
Steve Jobs, da Apple, em 198601.
Até 1989, o software era utilizado apenas internamente pela Lucasfilm-Pixar, para criar
efeitos especiais em filmes, animações de curta duração (shorts) e comerciais de televisão. Em 1982, o
efeito Genesis, no filme Star Trek II: A Ira de Khan, foi criado com a primeira versão do RenderMan,
como também o personagem gráfico Stained Glass Knight do filme The Young Sherlock Holmes (O
Enigma da Pirâmide, no Brasil) lançado em 198501.
Atualmente, vários estúdios de animação e de efeitos visuais usam o RenderMan da Pixar
para tornar mais ágil, estável e eficiente o tratamento de cenas, com geometria, textura e iluminação
complexas. E os resultados são imagens foto-reais de alta qualidade01.
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O nome RenderMan denota em si uma interface de descrição criada pela Pixar, trazendo a
idéia de modelagem e animação. Sua especificação formal pode ser referida como RI (RenderMan
Interface) Spec, mas o nome correto da versão da Pixar é PRMan (abreviação para Photorealistic
RenderMan) 01.
Funcionamento
Na computação gráfica, a renderização é o último passo da geração de imagem de uma cena,
vindo após a modelagem, a animação e a iluminação. A modelagem é o próprio desenho do objeto a
ser utilizado numa animação; animação é a atribuição de movimentos ou de informações sobre os
movimentos; iluminação é a projeção da luz nos objetos de acordo com pontos de origem de luz
fornecidos; e a renderização é a geração de amostras de imagens a partir das descrições de cena, sem
considerar como elas são estruturadas internamente01.
Os renderizadores são programas especializados e complexos que possuem uma variedade de
algoritmos que são aplicados em conjunto na síntese de imagens. A RI tem uma posição clara em
relação aos programas de modelagem e de animação, numa idéia de trabalho de modelagem e
animação de um lado e de renderização de outro, mantendo um protocolo “handshake” que garanta a
mixagem e a correspondência entre as duas partes. Todos os renderizadores produzem muitas amostras
de imagens de cenas, porque a interface especifica o que deve ser renderizado (geometria, iluminação,
tipos de materiais e texturas, descrições de câmera), mas não como, que é uma implementação
individual de tratamento01.
Entre as capacidades principais da Interface RenderMan estão os estados gráficos
hierárquicos, as transformações de câmera, a filtragem de pixels, o antialiasing e os cálculos de
sombreamento (pela linguagem de sombreamento). Nas capacidades avançadas e opcionais são
encontrados o desfocamento por movimento (motion blur), profundidade de campo e iluminação
global01.
A interface é bastante abrangente e utiliza procedimentos de linguagem C e C++ e seu
correspondente RIB (RenderMan Interface Bytestream). RIB é um formato de descrição de cena para
gerar a renderização. O renderizador aceita arquivo RIB com descrição de cena em formato ASCII ou
binário, normalmente contendo informações apenas de um quadro. Ele lê o arquivo RIB e gera uma
imagem renderizada, que pode ser exibida em tela ou diretamente gravada em arquivo, como no
formato TIFF. Além disso, algoritmos sombreadores podem usar como referência arquivos
mapeadores, com informações externas a eles, como textura, ambiente, reflexão, sombra, profundidade
de sombra, oclusões. É a combinação de arquivos RIB, sombreadores e arquivos de mapas que
renderiza uma imagem01.
A linguagem de sombreamento do RenderMan (RSL) permite a criação de programas
customizados (sombreadores) para definir superfícies e sua interação com as fontes de luz. Esses
algoritmos são referenciados nos arquivos RIB para especificar materiais, fontes de luz, etc, servindo
como uma espécie de plugins dos RIBs. A sintaxe da RSL utiliza linguagem C; tem como tipos de
dados float, string, color, point, vector, normal, matrix, que podem ser arrays também; usa os
operadores comuns =, +, - *, /, % etc; inclui condicionais if ( ) e laços for; possui uma rica coleção de
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funções matemáticas, trigonométricas, de iluminação, de transformação de cor e de chamada de
mapas; permite funções definidas pelo programador, com uso isolado ou em blocos de programa;
possibilita o empacotamento de comandos em “shadeops” para serem compilados (funções de
otimização de ruídos, transformadas de Fourier etc.); dispõe de diretivas de pré-processamento como
#include e #define01.
Com a RSL, é possível criar cinco tipos de sombreadores: de superfície, de deslocamento, de
luz, de ambiente (atmosfera) e de imagem01.
Recursos Técnicos
A interface RenderMan mantém estados gráficos (graphics state), que contêm todas as
informações necessárias para renderizar uma figura geométrica. São os comandos da RI que alteram os
estados gráficos ou renderizam a figura geométrica. Esses estados podem ser globais ou correntes; os
estados globais são os que permanecem constantes enquanto se renderiza uma imagem singular ou um
quadro de uma seqüência; os correntes são os que mudam de forma geométrica. Os parâmetros para o
estado global são referenciados como opções e para o estado corrente, como atributos. As opções
incluem parâmetros de câmera, de visualização (display) e de opções adicionais. Os atributos incluem
cor e opacidade, coordenadas de textura, fontes de luz, sombreamento de superfície (acabamento e
pintura, metal, metal brilhante, plástico, plástico pintado), sombreamento de deslocamento,
sombreamento de volume, taxa de sombreamento, interpolação de sombreamento, objetos de
acabamento (matte), contornos ou limites (bounds), detalhes, aproximação geométrica, orientação e
lados02.
Alguns dos parâmetros de câmera são resolução vertical e horizontal, tela, projeção de
câmera, foco perto e longe, visão de ângulos, distância focal. Seu sistema de coordenadas são em
vários níveis: objeto, global, câmera, tela, raster (pixel) e NDC (normalizado). Alguns dos parâmetros
de visualização são variância de pixels, taxa de amostragem, filtro, quantização de cor, quantização de
profundidade, tipo de visualização, nome e modo de visualização. As opções adicionais são hider
(oculta parte da superfície), amostragem de cores (quantidade de componentes de cor, o padrão é 3
para RGB) e detalhes relativos (coeficiente para definir o nível de um detalhe utilizado) 02.
As transformações ocorrem pela mudança de pontos entre sistemas de coordenadas. O
conjunto de vários pontos numa cena define um sistema particular de coordenadas. A transformação
corrente se mantém como parte do estado gráfico. São utilizados comandos para concatenar
transformações específicas, como translação, rotação, escala e perspectiva. As transformações lineares
são dadas por matrizes 4 x 4, que são pré-multiplicadas por 4 vetores em forma de linhas02.
Freqüentemente, os sombreadores realizam cálculos em sistemas de coordenadas não
padronizados, e isso requer a denominação desses sistemas; quanto aos sistemas predefinidos, esses já
possuem nomes (object, world, screen, câmera, raster, NDC) 02.
As transformações podem ser gravadas e restauradas recursivamente. É conveniente destacar
que alterações nos atributos geram transformações correntes02.
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A interface RenderMan suporta apenas definição sólida e de superfície de figuras
geométricas. As figuras sólidas são criadas a partir das superfícies combinadas por operações. As
figuras geométricas incluem polígonos planos convexos e côncavos, coleções de polígonos convexos e
côncavos, ajustes e malhas de ajuste bilineares, ajustes e malhas de ajuste bicúbicos, quadriláteros e
discos, malhas de subdivisão de superfícies, superfícies implícitas, pontos 1D e curvas 2D. Desse
modo, a partir das figuras geométricas, os traços e pontos são ajustados, formando figuras mais
elaboradas e complexas, de acordo com as necessidades da montagem de cada animação02.
O RenderMan também permite o uso de formas livres por funções implícitas de superfície, no
estilo de moléculas blobby de Jim Blinn. As superfícies blobby podem ser compostas por figuras
esféricas ou segmentos de linhas com bastante controle de flexibilidade. Os tipos de superfícies
também possuem mecanismos de repulsão para evitar a intersecção entre as figuras formadas através
da representação dos mapas de profundidade02.
Em relação aos movimentos da animação, existe a capacidade de realização de antialiasing
temporal e desfoco de movimento (motion blur). O desfoco de movimento é especificado por
transformações e figuras geométricas de movimento, com a possibilidade e alterações nos parâmetros
de aparência (cor, opacidade, sombreamento) de um quadro (frame). Quanto aos objetos que variam
muitas vezes no tempo, várias cópias são criadas com parâmetros diferentes nos diferentes tempos de
um quadro. Os valores dos parâmetros mudam linearmente nos intervalos entre os objetos e não há
limite à quantidade de valores de tempo associados às figuras desfocadas por movimento, mas dois são
normalmente suficientes02.
Movimentos de corpos rígidos e outros baseados em transformação são modelados por
sistemas de coordenadas de movimentos, que são criados pela atribuição de seqüências de
transformações em tempos diferentes, que podem ser concatenadas e encadeadas hierarquicamente.
Todas as figuras de saída são definidas pelo sistema de coordenadas do objeto corrente, assim, se as
coordenadas são se movimento, as figuras de saída também são. Um caso extremo é quando a câmera
está em movimento, pois todos os objetos da cena aparecem em movimento. O movimento de luzes
também são tratados com sistemas de coordenadas, como também a deformação de figuras
geométricas no tempo02.
Conforme visto anteriormente, há como recursos externos os mapas de textura, de ambiente e
de sombreamento.
As texturas são modificadas pelas propriedades da superfície, como cor e opacidade, com uso
de coordenadas de textura ou quaisquer outras coordenadas bidimensionais definidas nos
sombreadores. A textura consiste de um ou mais canais, que podem ser acessados por funções de
textura escritas em linguagem de sombreamento (RSL); essas funções requerem o uso de arquivos com
configurações de textura02.
Os mapas de ambiente são imagens representando a cor de uma ambiente numa direção
particular. Esse mapa é acessado por vetor de direção, que normalmente são espelhos de reflexão e por
isso são muitas vezes chamados de mapas de reflexão. Qualquer direção pode ser definida por
sombreador, em um ou mais canais de cores, que são acessados por funções de ambiente em
linguagem de sombreamento. Os mapas podem ter dois formatos, um simples, como uma imagem de
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latitude e longitude, e outro como um conjunto de projeções das seis faces de um cubo. Os mapas de
ambiente são criados pelo programa de renderização02.
Os mapas de sombreamento são imagens de profundidade, geralmente utilizadas em
sombreadores de fontes de luz, para definir efeitos de sombra nos objetos. Esses mapas são acessados
por pontos das coordenadas de câmera, que devem ser computados pelo sombreador. O mapa de
sombra sobre textura pode ser acessado por funções de sombra em linguagem de sombreamento, que
requerem os arquivos com configurações de textura02.
Um aspecto peculiar é que os procedimentos da interface RenderMan não retornam
mensagens de erros quando esses ocorrem. Em vez disso, o programador pode especificar uma rotina
de tratamento de erros para ser chamada quando erros forem encontrados02.
Uma utilidade importante do protocolo RIB é o armazenamento da descrição de cenas em
arquivos, para a renderização posterior ou em locais remotos de modelagem de aplicação02.
É relevante considerar que, devido à enorme necessidade de capacidade de processamento
para a renderização de animações, a arquitetura de computadores é em rede, com um gerenciador
central e várias estações que renderizam em separado ou em conjunto as partes de um mesmo grupo de
quadros ou de cenas.
Exemplo de Aplicação: Criação de um Filme Gráfico na Pixar
Quando um funcionário da Pixar tem uma idéia, ele a expõe a outros membros da equipe de
desenvolvimento. O desafio real é conseguir a aprovação necessária para que a idéia seja produzida03.
O próximo passo é a criação de um documento com a breve descrição da idéia principal da
estória. Algumas vezes são necessárias várias descrições da idéia, com o objetivo de encontrar o
melhor balanceamento entre as idéias e as possibilidades de desenvolvimento e de produção artística03.
Depois, são feitos manualmente rascunhos gráficos (storyboards) sobre o filme, que servem
de apoio para definição das ações e dos diálogos. Assim são feitos os roteiros e a definição dos
personagens (características emocionais e atitudes, que são transformadas em ações). A partir disso, os
artistas conceitualizam e projetam as seqüências e então produzem seu trabalho em conjunto com o
diretor do filme03.
Falas temporárias são gravadas pelos artistas da Pixar, para complementar e apoiar a produção
dos rascunhos. Conforme a estória e os diálogos são produzidos, atores profissionais passam a gravar
as falas dos personagens, pela leitura dos roteiros e improvisação. Os atores gravam as falas em várias
versões diferentes, e a melhor é utilizada na animação. Algumas vezes, os erros de fala são tão bons
que nem são corrigidos, entrando dessa forma na animação03.
Então os rascunhos são visualizados num computador isolado, sem as falas da estória. A
narração pode ser viável caso o narrador seja realmente bom, para validar a seqüência. Essa é a
primeira instância de temporização das seqüências, em que são definidos o tamanho e outros
elementos de cada episódio das seqüências03.
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Com base nas descrições iniciais, nos rascunhos gráficos e no trabalho de criação por brainstormings e desenvolvimento, o departamento de arte cria as ilustrações dos cenários e dos
personagens, como também o desenho dos sets, dos equipamentos, do figurino e das cores (scripts de
cor para iluminação), com representações impressionistas e ênfase na iluminação das cenas03.
Com os modelos artísticos e as informações de desenho, os personagens e outros elementos
são desenhados à mão e escaneados ou modelados em 3D no computador. A eles são atribuídas as
articulações ou avares (avars) que os animadores utilizam para criar os movimentos. O personagem
Woody do filme Toy Story recebeu 100 avares no rosto03.
Após a construção dos sets, as cenas são revestidas com móveis, equipamentos e diversos
objetos, para criar um ambiente crível, próximo de um ambiente real. Os cenaristas trabalham
cuidadosamente com o diretor para garantir uma boa apresentação desse ambiente03.
Depois disso, são feitos a tradução da estória para o ambiente gráfico tridimensional, os
passos e coreografias dos personagens e o uso de câmera virtual para focar as partes das cenas, de
modo a capturar a emoção e os pontos de ênfase da estória em cada cena. Normalmente, esse layout é
produzido em várias versões, para possibilitar a escolha do que apresenta melhor efeito para o enredo
da estória. Uma vez que as cenas tenham sido escolhidas, a versão final é liberada para animação03.
Síntese visual das etapas de produção do filme Monstros SA03
Os animadores não desenham nem colorem os shots, o que é requerido na animação
tradicional. Como os personagens, os modelos, o layout, o diálogo e o som já estão prontos, eles
trabalham como atores ou manipuladores de marionetes. O software de animação é utilizado para criar
os movimentos de coreografia e expressões faciais de cada cena. Desse modo, todo o controle é
realizado por computador e os avares são usados para definir a posições chave. Então o computador
cria os quadros intermediários, que os animadores ajustam conforme necessário03.
A aplicação dos sombreadores é feita em separado. Isso porque as figuras são determinadas
pelos modelos, enquanto as cores e texturas de superfície, pelos sombreadores. O processo de
sombreamento permite variações complexas de cor e de conformação de cor, para refletir diferentes
formas de iluminação e com isso também a expressividade dos olhos03.
Pela iluminação digital, cada cena é feita em muitas amostras de estágios de iluminação. As
luzes principais, de preenchimento e de realce e o ambiente são todos definidos e utilizados para
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melhorar a capacidade de humor e emoção das cenas, gerando a inspiração criada pelo departamento
de arte03.
A renderização é a tradução de toda a informação em arquivos que transforma os shots em
quadros de filme. O RenderMan interpreta os dados e incorpora o desfoco de movimento. O tempo de
reprodução dos quadros de animação é de 24 por segundo, e cada um deles demora seis horas para
renderizar, chegando a um tempo de 144 horas a renderização de um segundo de filme03.
A equipe editorial supervisiona a produção e adiciona partes de músicas e efeitos sonoros. A
equipe de efeitos de animação acrescenta os efeitos especiais e o departamento de foto-ciência grava
os quadros de filme em um formato apropriado para a projeção digital. Esses são os toques finais03.
Comercialização
O software RenderMan possui diversas versões para aquisição: RenderMan Pro Server 13.5,
RenderMan Studio 1.0 com renderizador embutido ou apenas com o RIB, Alfred Stand Alone 7.0,
Alfserver Stand Alone 13.5 e Cross Platform Fee.
Os valores de comercialização correspondem aos fornecidos pela tabela seguinte:
Produto
$ Aquisição
$ Manutenção
RenderMan Pro Server 13.5
3.500
700
RenderMan Studio 1.0 com renderizador
3.500
300
RenderMan Studio 1.0 sem renderizador
2.000
400
Alfred Stand Alone 7.0
1.000
200
Alfserver Stand Alone 13.5
350
Cross Platform Fee
700
Esses valores são os preços praticados dentro dos Estados Unidos.
Os produtos também são vendidos para fins educacionais com grandes descontos, saindo a
aquisição das versões de maior preço por US$ 875.
A versão Pro Server inclui todas as ferramentas de renderização de imagem para a produção
de vídeos e filmes, podendo transforma qualquer servidor ou computador gráfico em máquina de
renderização. Ela possui o RenderMan (componente principal) e o Alfserver.
A versão Studio é um suíte de ferramentas avançadas que permitem a conexão entre o
RenderMan e o software Maya de desenho 3D. Seus componentes são o RenderMan for Maya Pro, o
Slim, o Alfred e o IT. O primeiro é o que integra o RenderMan com o Maya; o segundo possui solução
completa para a criação e o gerenciamento de sombreadores, construindo-os visualmente e com todas
as vantagens da RSL (linguagem de sombreamento do RenderMan); o terceiro é um suíte para o
gerenciamento de grandes renderizações; e o quarto é o Image Tool, com o poderoso recurso de
composição de imagens por script.
O Alfserver é o componente do Pro Server que se comunica com o Alfred, o sistema de
gerenciamento de renderização, transmitindo informações importantes sobre o desempenho e as
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estatísticas das máquinas. Seu perfil básico é enviar e rastrear comandos de e para o Alfred, sobre todas
as renderizações, simulações, conversões de arquivos e diversas outras tarefas, gerando logs de vários
tipos de estatística, podendo ainda armazenar essas estatísticas em bancos de dados SQL de forma
permanente.
O Alfred é uma espécie de despachante de renderização (render dispatcher). Suas funções são
integrar a rede de renderização, monitorar e controlar os trabalhos de renderização de cada computador
da rede e facilitar a execução de scripts para aplicações customizadas.
O software pode ser adquirido diretamente com a Pixar ([email protected]) ou por
representantes comerciais do RenderMan na Austália, Europa, Hong Kong, Índia, Japão, Rússia,
Escandinávia e Coréia do Sul.
Trajetória da Pixar
A Pixar é uma companhia que revolucionou a indústria cinematográfica. Ela se originou da
divisão digital da LucasFilm, de George Lucas, que foi adquirida, em 1986, por Steve Jobs, da Apple,
que a transformou em Pixar. Vinte anos depois, já em 2006, a Pixar foi adquirida pela Disney,
tornando-se uma empresa subsidiária e integrada aos estúdios Disney, com a especialidade de realizar
as produções por computação gráfica.
A origem da Pixar envolve a história de um grupo de pesquisadores em computação gráfica,
de instituições de pesquisa de elite nos Estados Unidos, que trabalharam na Lucasfilm. A descrição a
seguir remonta um pouco da história desde os estudos que contribuíram para a formação da Lucasfilm.
Richard Shoup tornou-se PhD pela Carnegie Mellon e trabalhou na Berkeley Computer
Corporation, uma das primeiras empresas do mercado de timesharing. Depois, Shoup foi para o Centro
de Pesquisa Palo Alto da Xerox, onde ganhou a reputação de excêntrico. Enquanto seus colegas se
dedicavam ao protótipo de hardware Xerox Alto, ele se obcecava pelo vídeo digital. Shoup utilizou o
laboratório de microcomputadores, no andar de baixo dos outros engenheiros, gravou seu primeiro
vídeo digital e criou um frame buffer simples, o que foi revolucionário em seu tempo e é indispensável
hoje. Os primeiros sistemas que ele usou requeriam uso de memória que custava centenas de milhares
de dólares, e isso tornava o equipamento muito mais caro que qualquer computador da família Alto da
Xerox. Diante disso, ele aumentou o frame buffer para que tratasse cores e legendas de vídeos de
qualquer origem, como LaserDiscs e fitas de vídeo. Então, o computador ganhou memória de vídeo,
que ele ainda incrementou com mais e mais recursos de edição no frame buffer e batizou seu programa
como SuperPaint. Contudo, o foco da Xerox era o mercado de redes ethernet, impressoras laser e
servidores de arquivos e e-mails, e as criações de Shoup não cabiam na estratégia mercadológica da
empresa, mas ele ainda tinha um mercado, o da produção e design de vídeo. Em seguida, ele decidiu
otimizar o SuperPaint, que foi possível com a ajuda de Alvy Ray Smith, novo integrante da empresa08.
Smith era um matemático e economista brilhante, cuja tese de PhD foi sobre teoria autômata.
Ele havia se tornado professor associado da Universidade de Nova Iorque, mas perdeu o interesse pelo
ensino após um sério acidente que o imobilizou por alguns meses. Ele se interessou pelo SuperPaint e,
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embora fosse um artista amador, apaixonou-se rapidamente pela arte de criar imagens coloridas pelo
computador, algo impossível na época. Assim, Smith e Shoup tiveram afinidade08.
No início, o departamento de pessoal recusou patrocinar o trabalho artístico, mas Shoup
conseguiu um pedido de compra de equipamento, através de Smith, com que pôde criar seqüências de
vídeo incríveis, que não eram possíveis com outro meio. Shoup usou a foto de sua namorada e
transformou-a num caleidoscópio de cores, então, criou um esconderijo de Gecko (Gecko’s hide) que
fazia ciclos com as cores e modificava episódios do filme Star Trek com novos efeitos08.
O SuperPaint chegou a ser utilizado pela NASA, em 1978, durante uma missão pioneira a
Vênus.
Smith e Shoup submeteram o trabalho de criação do SuperPaint a um programa local em
1979, e foram orientados a remover qualquer referência à Xerox. Dias depois, Smith foi demitido e o
SuperPaint, destruído08.
Dick Shoup deixou a Xerox e fundou a Aurora Systems, em São Francisco, para desenvolver
novas gerações de sistemas de desenho e animação. Em 1983, Shoup recebeu o prêmio Emmy pelo
trabalho que fizera com o SuperPaint07.
Smith passou a procurar outras formas para dedicar sua energia criativa. Foi à Universidade
de Utah que adquirira recentemente o frame buffer, componente principal do SuperPaint. Ao chegar
em Utah, foi surpreendido com o fato de que o componente gráfico fora comprado por um milionário
de Nova Iorque, Alex Schure08.
Schure construiu sua fortuna no Instituto de Tecnologia de Nova Iorque, aproveitando
oportunidades para estudantes pelo programa GI Bill após a 2a. Guerra Mundial. Ele convidou Smith
para ajudá-lo com as pesquisas de computador. Havia uma equipe de pesquisadores trabalhando de
forma independente no Instituto de Tecnologia de Nova Iorque, que era liderada por Ed Catmull, PhD
em Física. Na adolescência, Catmull criara o primeiro filme em computador, um modelo rotativo de
sua mão; ele também fora convidado por Schure após a compra do equipamento da Universidade de
Utah08.
Alex Schure queria criar o primeiro filme gerado por computador e estava disposto a financiar
o quanto fosse preciso. Havia doze pesquisadores na equipe, todos aptos a realizar trabalhos gráficos
complexos no computador. Alguns começaram pela agilização da criação convencional, com a idéia de
desenho digital dos filmes, que até então eram feitos manualmente, o que viria ser muito atrativo para
a Disney. A maioria dos esforços foi direcionada para a criação de amostras de animação para a
definição de características de personagens. Ao mesmo tempo que Schure patrocinava os
pesquisadores, também financiava animadores para criarem sua própria ferramenta de animação08.
Com o tempo, foi necessário acrescentar mais pessoas na equipe de pesquisadores, que foram
George Lucas e Francis Ford Coppola. Coppola recebera prêmios acadêmicos por The Godfather, The
Godfather II e Apocalypse Now, além de ter produzido American Grafitti dirigido por George Lucas;
ele queria iniciar a integração entre os efeitos especiais e a edição de vídeo no computador08.
Todos os pesquisadores haviam assistido, em maio de 1977, o filme Star Wars, e
consideravam que os efeitos especiais não eram espetaculares, mas o enredo era grandioso. Então, os
pesquisadores sugeriram a George Lucas que adotasse efeitos computacionais para eliminar o trabalho
entediante de desenho e melhorar o movimento de naves espaciais, mas Lucas contratou uma empresa
de computação, Triple-I, e decidiu usar métodos convencionais. Os modelos utilizados pela empresa
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não eram realistas e não chegaram a entrar no filme, porém, a Triple-I provou a Lucas que os
computadores poderiam ser úteis na produção de filmes08.
Em seguida, todos os pesquisadores foram convidados por
Lucas a iniciarem uma nova divisão de computação, a Lucasfilm,
voltada para vídeo e modelos digitais. Para evitar constrangimento
com Schure, os pesquisadores migraram aos poucos ao novo possível competidor; Catmull foi o
primeiro a entrar para a nova divisão e recebeu o controle sobre a equipe. Em 1980, o restante da
equipe já havia sido incorporado e foram produzidos os efeitos especiais para O Retorno de Jedi08.
Nessa nova divisão, nem todos os projetos foram bem sucedidos. A contribuição mais
significativa foi o software de gerenciamento de projeto, Dagobah, que realizava tarefas fora do
computador e ajudou a automatizar cenas de ataques no espaço08.
Fora os lançamentos de luz e naves espaciais, a equipe produziu muito pouco, até que a
Paramount Pictures solicitou a criação de uma cena para Star Trek II: A Ira de Khan, sobre a
destruição e a reintegração de um planeta chamado Genesis. Embora importante na ocasião, esse
trabalho é simplista para os padrões atuais: a nave é uma célula esperma e o planeta, uma montanha; a
parte interessante é o trabalho de câmera. Genesis foi uma das partes mais importantes do filme e criou
uma excelente imagem para George Lucas – que começou a direcionar sua equipe para efeitos
especiais – no cinema, o que foi bem notado pela Disney08.
Michel Eisner, que saiu da Paramount e foi para o estúdio de animação da Disney, propôs a
Catmull o desenvolvimento de um sistema que pudesse desenhar e colorir cada célula de animação e
substituir a equipe de mulheres que realizava o processo à mão. Catmull aceitou a idéia com
entusiasmo e desenvolveu o CAPS (Sistema de Produção de Animação por Computador). Isso não foi
algo trivial, não apenas pela criação de um novo SuperPaint que permitisse os animadores preencher
as células desenhadas, mas sobretudo pelas centenas de milhares de imagens de alta resolução que
teriam de ser armazenadas para a produção de um filme simples, e isso era algo impossível para o
computador mais sofisticado da época. Então, a Disney investiu milhões de dólares para um sistema de
armazenamento, além do programa a ser construído. Essa estrutura para o desenvolvimento do CAPS
foi precursora do Computador de Imagem da Pixar (Pixar Image Computer), que atuou como um
grande frame buffer para o tratamento de imagens de alta resolução e a renderização de modelos
simples. Cada PIC custava US$ 100 mil e funcionava apenas em plataforma Unix08.
O Genesis foi uma grande realização para os pesquisadores. A partir dele, a atenção se voltou
para o desenvolvimento do RenderMan, o software que tornaria a modelagem gráfica mais simples,
com tratamento de imagem de alta resolução. Tal era a importância desse projeto, o RenderMan seria a
base de todos os projetos dos pesquisadores para as duas décadas seguintes08.
Em 1984, John Lasseter deixou seu trabalho de animação na Disney para se juntar ao grupo
de George Lucas, com os efeitos especiais por computador. Ele começou com filmes de curta duração
(shorts) 3D, como o Andre e Wally B03.
Em 1983, a divisão de computação gráfica da Lucasfilm foi estabelecida
como companhia idependente, a Pixar, e, em 1986, foi adquirida por Steve Jobs,
da Apple, por US$ 10 milhões. Ed Catmull, que estivera com George Lucas desde
1979 como vice-presidente da divisão, foi nomeado co-fundador e CTO (chief
technical officer) da Pixar, que estava com 44 pessoas empregadas03.
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O RenderMan recebeu esse nome e ficou inteiramente pronto em 1989,
quando também se tornou comercializável por licença de uso. Com ele, além
dos shorts, a Pixar passou a produzir propagandas, logotipos de empresas e
filmes completos em computação gráfica, além da participação em filmes da
Disney e de outras produtoras que já realizava.
Em janeiro de 2006, a Disney adquiriu a Pixar por US$ 7,4 bilhões e o
chefe executivo da Disney, Bob Iger, encarregou Ed Catmull e John Lassester
de revigorar os estúdios de animação em Burbank, isso para melhorar o
controle das criações e a colaboração entre os projetos, dando mais liberdade de
criação ao uso de técnicas tradicionais de animação em vez da animação por
computador10.
Entre os shorts, podem ser enumerados os Andre e Wally B., Luxo Jr., Red’s Dream, Tin Toy,
Knick Knack, For The Birds e Geri’s Game (somente esses três últimos com uso do Renderman).
Da esquerda para a direita: Andre e Wally B. Red’s Dream, Tin Toy, Knick Knack, For The Birds e Geri’s Game03
Entre os comerciais, alguns exemplos são do anti-séptico bucal Listerine e do cereal All Bran.
Os filmes 100% gráficos da Pixar são o Toy Story (1995), Vida de Inseto (1998), Toy Story 2
(1999), Monstros SA (2001), Procurando Nemo (2003), Os Incríveis (2004), Carros (2006) e
Ratatouille (2007).
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Da esquerda para a direita, de cima para baixo: Toy Story, Toy Story 2, Vida de Inseto, Os Incríveis, Carros, Monstros SA, Procurando Nemo e Ratatouille03
Grande parte de todos esses trabalhos teve inúmeras premiações na Siggraph, prêmios
Academy Awards e outros. Desenvolvedores do RenderMan e do CAPS receberam prêmios
acadêmicos de engenharia pela criação desses softwares. Diversos profissionais da Pixar também
foram premiados por novas técnicas em computação gráfica, como marionete digital e simulação de
roupa.
A Pixar expandiu em trabalhos e tamanho, passando a contar com 375 pessoas trabalhando na
empresa. Abriu capital no mercado de ações em 1995, com 6,9 milhões de ações a US$ 22 cada,
gerando um crescimento de US$ 140 milhões para a empresa.
Cada filme gráfico completo chegou a um faturamento em torno de US$ 160 milhões nos
Estados Unidos e US$ 360 milhões mundial, com picos de sucesso, por exemplo, em Monstros SA,
com US$ 100 milhões nos primeiros nove dias de bilheteria só nos Estados Unidos, e em Toy Story 2,
com US$ 485 milhões de faturamento em nível mundial.
Além dos trabalhos que realiza com a Disney e oferece a produtoras de cinema e agências de
propaganda, a Pixar também comercializa o programa RenderMan desenvolvido por sua equipe.
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Ed Catmull
Ed (Edwin) Catmull nasceu em 1945, na cidade
de Parkersburg, West Virginia, foi vencedor do prêmio
Academy Award como cientista de computação10. É cofundador dos estúdios de animação Pixar e presidente dos
estúdios de animação Disney; também foi vice-presidente
da divisão de computação da Lucasfilm, onde gerenciou
quatro projetos de desenvolvimento nas áreas de
computação gráfica, edição de vídeo, jogos de vídeo e
Fotografia de Ed Catmull09
áudio digital. Ele é uma pessoa muito conhecida e querida
no meio da computação gráfica, não somente por ser um profissional bem sucedido nessa área, mas
principalmente por suas importantes contribuições no desenvolvimento da computação gráfica03.
Catmull já recebeu três prêmios acadêmicos de engenharia e ciência e um Oscar pelos
trabalhos em arte e ciência do momento de imagens. Ele também ganhou o Coons Award, o maior
reconhecimento no campo da computação gráfica pelas contribuições ao longo de sua vida e o Ub
Iwerks Award pelos avanços técnicos significativos na arte e na indústria de animação. Ele ainda é
membro da Academia de Artes e Ciências do Movimento de Imagens e da Academia Nacional de
Engenharia. É graduado em Física e PhD em Ciência de Computação pela Universidade de Utah03.
Desde muito cedo, Ed Catmull já se inspirava nos filmes da Disney, como Peter Pan e
Pinóquio, e sonhava tornar-se um animador de filmes. Em vez de seguir
carreira na indústria cinematográfica, escolheu a Física e a Ciência de
Computação na Universidade de Utah. Ele realizou três importantes
descobertas em computação gráfica: a buferização Z (Z-buffering), o
mapeamento de textura (texture mapping) e os ajustes bicúbicos (bicubic
patches). Na universidade, inventou algoritmos para anti-aliasing e para
subdivisão da renderização10.
A buferização Z é o gerenciamento das coordenadas da
profundidade da imagem em modelagem tridimensional, que surge como
uma solução ao problema de visualização, em que parte da imagem deve
estar visível e outra parte, oculta. O tratamento anti-aliasing é uma técnica
de minimização de distorções geradas pela representação de um sinal de alta
resolução num ambiente de baixa resolução; essa técnica é utilizada em
Buferização Z10
edição de fotografia, computação gráfica, áudio digital e outros domínios10.
Sua primeira contribuição para a indústria cinematográfica foi em 1974, no filme de ficção
científica Futureworld e depois no filme Westworld com computação 3D10.
Após a universidade, Ed Catmull foi para o Computer Graphics Lab, do Instituto de
Tecnologia de Nova Iorque. Em 1979, foi trabalhar com George Lucas na Lucasfilm, onde
desenvolveu a tecnologia de composição digital de imagem, para combinar múltiplas imagens. Em
1986, a divisão digital da Lucasfilm foi vendida para Steve Jobs, da Apple, que deu origem à Pixar,
onde Catmull foi o principal desenvolvedor do sistema de renderização RenderMan, que foi utilizado
em filmes como Toy Story, Procurando Nemo e outros10.
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Outros méritos recebidos por Ed Catmull estão o primeiro Academy Award em 1993, pelo
desenvolvimento do software foto-realístico RenderMan; tornar-se membro da Association for
Computing Machinery em 1995; o Academy Award em 1996, pelo pioneirismo em composição digital
de imagem; e o Oscar em 2001 (mencionado anteriormente), pelos avanços significativos no campo de
renderização de movimentos com o RenderMan da Pixar10.
John Lasseter
John Lasseter nasceu em 12 de janeiro de 1957 em
Hollywood (Los Angeles, Califórnia). Ele trabalhava na Disney,
porém, foi demitido em 1983 por sugerir a aplicação de computação
gráfica nos filmes, indo então para a divisão de computação da Lucas
film.
Ele dirigiu, junto com a Pixar, os filmes de grande sucesso
Toy Story (o primeiro filme feito somente com computação gráfica)
em 1995, Vida de Inseto em 1998 e Toy Story 2 em 1999. Ficou
alguns anos afastado da direção de filmes, para se dedicar mais à
família e também fertilizar ainda mais sua imaginação, voltando a
dirigir, em 2006, o filme Carros, outro grande sucesso nacional e
internacional de bilheterias, mas não o maior sucesso da Pixar11.
Nesse ínterim, ele participou como produtor executivo dos filmes
Monstros SA, Procurando Nemo e Os incríveis.
Não obstante, diversos prêmios de mérito fazem parte de sua
John Lesseter no 34º. Annual Annie Awards,
com a estampa de Carros na gravata09
trajetória profissional, recebendo duas vezes o Academy Awards, o
Oscar pela direção do Toy Story e pela animação de Procurando Nemo e outros prêmios pela quebra de
recordes com Os Incríveis. Ele também escreveu, produziu e animou filmes de curta duração e
comerciais de TV pela Pixar, pelos quais também recebeu prêmios e o Oscar.
Na Lucasfilm, entre outros trabalhos, desenhou e animou o personagem criado por
computador Stained Glass Knight, do filme The Young Sherlock Holmes, produzido por Steven
Spielberg.
Lasseter tornou-se, em 2006, gerente geral de criação de animações dos estúdios Disney e é
hoje o CCO (chief creative officer – chefe de criação) e principal consultor de criação (Walt Disney
Imagineering) da Disney e da Pixar, além de o diretor mais famoso dos Estados Unidos.
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Aplicações de Animação por Computador
Entretenimento
A animação por computador está presente de forma cada vez mais sofisticada nas formas de
entretenimento em jogos de vídeo, filmes, programas de televisão, desenhos animados e casas de
entretenimento. Essa sofisticação tende à geração de animações em realidade virtual, que envolvem a
imersão tridimensional em imagem e som, podendo envolver recursos especiais como óculos de lentes
bicolor e holografia.
Apesar dos avanços nessa área, o campo de desenvolvimento ainda é bastante extenso,
podendo incluir outras formas de entretenimento, ou mesmo a criação de novas formas.
Ambientes Virtuais Multiusuário
Um ambiente virtual multiusuário é um ambiente interativo, em que os usuários navegam por
ambientes simulados com recursos de realidade virtual (som estéreo 3D e animações gráficas 3D).
Nele, os usuários de diferentes partes do mundo podem interagir em tempo real.
Os ambientes virtuais podem ser teleconferências, shoppings centers virtuais, escolas e
bibliotecas virtuais, laboratórios virtuais, projetos artísticos, salas de bate-papo e uma infinidade de
possibilidades.
Esses ambientes são compostos basicamente de quatro elementos: mecanismos gráficos e
dispositivos de apresentação, instrumentos de controle e comunicação, sistemas de processamento e
banco de dados.
A imersão mais simples ocorre com o uso de teclado e mouse, podendo tornar-se mais
realístico através de óculos especiais, máscaras, luvas e outras interfaces.
A modelagem desses ambientes é uma tarefa que requer equilíbrio entre a proposta idealizada
para o ambiente e os recursos computacionais disponíveis.
Educação: Simulações Multimídia, Bibliotecas Virtuais e Ensino à Distância
Na educação presencial, as simulações multimídia podem ser muito úteis nas diversas áreas de
aprendizado, como pelo uso de modelos educativos que simulem leis e fenômenos da física e da
química, que demonstrem eventos e mecanismos biológicos, que apresentem os acontecimentos da
história de forma viva (em enredos), que passeie pelos ambientes geográficos ou mesmo que
apresentem aulas virtuais.
Devido a seu grande potencial de realismo, a animação por computador possui enorme campo
na área educacional, considerando que, quanto mais real o aprendizado, melhor é o nível de
compreensão e de absorção dos estudos. Um outro efeito dos recursos de computação gráfica é
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justamente o entretenimento, o que representa não somente um melhor aprendizado por realismo, mas
especialmente pelo prazer de aprender, pela atratividade que a animação proporciona, tornando as
aulas mais dinâmicas e interessantes, sobretudo ante a presença de gerações de alunos cada vez mais
inseridos numa cultura tecnológica, numa dinamicidade de múltiplos estímulos sensoriais, em que as
formas tradicionais de ensino se mostram mais e mais entediantes e obsoletas.
Um outro aspecto das simulações multimídia é o desenvolvimento do raciocínio lógico, algo
inerente da computação em qualquer de suas áreas (comunicação, dados, desenho, programação,
matemática).
Portanto, fundamentalmente por essas três razões (realismo, entretenimento e
desenvolvimento do raciocínio), a animação por computador tem um amplo campo de aplicação na
área educacional, que há muito carece de novas formas de aprendizado.
As bibliotecas virtuais consistem de ambientes virtuais que simulem bibliotecas, seja em
aspectos de atendimento, de pesquisa de livros e outros conteúdos, de empréstimos de livros e outros
materiais etc. Nelas, a animação gráfica pode trabalhar questões como cópias de documentos,
informação e atendimento a usuários, gerenciamento de pesquisas, recuperação de informações,
proteção dos direitos de cópia, gerenciamento de empréstimos13.
Essa idéia emerge com a perspectiva de aumentar a velocidade de acesso aos materiais de
biblioteca. Além da sofisticação e da promoção do acesso a bibliotecas, há fundamentalmente o
impacto das transformações tecnológicas nas bibliotecas ocorridas por comunicações em rede,
publicações eletrônicas, hipermídia, trabalho cooperativo por computador, realidade virtual, robôs de
conhecimento (inteligência artificial – Knowbots) 13.
Há diferença entre biblioteca eletrônica, digital e virtual. A primeira se refere a processos
básicos automatizados; a segunda, conteúdo somente em forma digital; e a terceira, para existir,
depende de tecnologia de realidade virtual (animação por computador) 13.
Há sete funções básicas das bibliotecas: arquivo de conhecimento, preservação e manutenção
da cultura, disseminação de conhecimento, compartilhamento de conhecimento, recuperação de
informação, educação e interação social13.
A biblioteca virtual (não física) pode ser uma sala de aula ou conjunto de salas com livros e
outros materiais literários armazenados; coleção de materiais literários, filmes, fitas, registros sonoros,
brinquedos infantis etc.; edifício ou instituição que aloja coleções (biblioteca pública); conjuntos de
livros (séries) em formato similar; conjunto de programas-padrão e sub-rotinas para uso imediato. Ela
pode ter três formatos: pouco ou nenhum depósito de livros, periódicos ou espaço de leitura, mas com
alguém que dissemine informação de forma seletiva e direta ao usuário; forma mais tradicional, com
alguns canais de busca em formato eletrônico, para que o máximo de usuários possam visitar
fisicamente a biblioteca; conexão de atividades de gerenciamento de informações13.
Nesse contexto, as novas tecnologias podem ser aplicadas em catálogos on-line, manipulação
de aquisições e empréstimos; adaptação a novos tipos e formas de informação, como livros e jornais
eletrônicos, TV a cabo e equipamento de realidade virtual; revisão completa da idéia de biblioteca e
seus serviços em formato eletrônico13.
O uso da animação por computador em bibliotecas virtuais é um campo bastante interessante,
mas também um tanto desafiador, sobretudo pelo trabalho de catalogação do conteúdo e dos serviços
para o ambiente virtual.
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A educação à distância pode seguir o mesmo princípio das simulações multimídia. Isso pode
incluir ainda a existência de um professor virtual, com quem os alunos possam interagir, a simulação
do aluno em sala de aula e até o uso de laboratórios virtuais.
A interação na sala de aula virtual pode ocorrer entre professor e alunos, aluno e professor,
alunos e alunos. Na primeira forma, podem-se incluir a identificação dos alunos, a escolha de aluno
com quem o professor queira se comunicar (chamar atenção, fazer pergunta ou dizer algo em particular
somente ao aluno), restrição da comunicação entre alunos, desconexão de alunos da sala de aula,
controle de presença, exposição de matéria. Na segunda forma, é possível incluir esclarecimento de
dúvidas e troca de anotações. E na terceira forma, podem-se colocar a escolha com quem se comunicar
e a formação de grupos de estudo14.
O ensino à distância é um outro campo interessante da animação por computador na área
educacional, tanto para a educação regular quanto para cursos superiores e treinamentos corporativos
(sem a necessidade dos funcionários deixarem seus ambientes de trabalho). Além dos possíveis ganhos
de aprendizado (por realismo, entretenimento e desenvolvimento do raciocínio), também há ganhos de
tempo e de locomoção (inerentes do ensino à distância).
Projetos de Engenharia
Uma utilidade da animação por computador em projetos de engenharia é possibilitar a
simulação do projeto antes de construí-lo, sobre tudo quando se tratam de investimentos de grande
porte, que podem implicar em grandes prejuízos por falhas de projeção. Pelo uso de ferramentas e
técnicas de animação por computador, é possível gerar um protótipo virtualmente real da obra que se
deseja realizar, envolvendo inúmeros detalhes, como aparência externa, compartimentos internos,
visualização do maquinário e das peças, movimentação 3D, comportamento dinâmico, tudo isso como
se o objeto existisse no mundo real.
A ilustração a seguir apresenta um modelo tridimensional de uma plataforma de exploração
de petróleo (projeto da plataforma P43 da Petrobrás), que poderia ser projetado em animação por
computador, com melhores recursos gráficos, maior nitidez dos detalhes, efeitos de câmera (zoom e
visão rotacional 3D) e simulação de movimento, de passeio interno e de uso.
Modelo 3D de Plataforma de Exploração de Petróleo, feito no CAD12
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Considerando esse exemplo e as ilustrações apresentadas dos potenciais da computação
gráfica em animação, é possível compreender a animação por computador como uma ferramenta a
proporcionar considerável ganho de realismo no desenho e na simulação de projetos de engenharia,
conferindo assim maior precisão e entendimento sobre eles e com maiores chances de correção de
erros antes da construção das respectivas obras.
Conforme visto anteriormente, é possível atribuir leis físicas aos objetos de modelagem
gráfica, bem como uma diversidade de parâmetros gráficos (tipos de materiais, textura dos objetos,
cores e iluminação, etc.), tratamentos especiais de movimentos, atribuição de efeitos especiais
(simulação de fenômenos não disponíveis na natureza ou ainda não descobertos) e mais uma porção de
técnicas que avançam continuamente.
Algumas empresas já aplicam os modelos virtuais antes da produção de peças e produtos
finais, como a Volkswagem na projeção de novos carros.
Medicina
Na medicina, a animação por computador pode auxiliar na visualização mais nítida e
dinâmica de exames médicos, a exemplo das ultrassonografias, endoscopias e análises clínicas.
Essa tecnologia também pode ajudar no avanço das descobertas sobre o funcionamento
cerebral, que é uma área da ciência ainda com poucos resultados. O mesmo vale para diversas
pesquisas científicas.
Nesse sentido, a computação gráfica atuaria não apenas na coloração dos elementos
analisados, mas principalmente na apresentação da dinâmica de movimentos e de transformações em
tempo real e com registro de imagens e movimentos para análises sucessivas e aprofundadas.
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Conclusões e Discussões
Os progressos tecnológicos em computação gráfica trouxeram melhoria de qualidade e
crescimento à indústria de entretenimento, além de apresentar potencialidades de aplicações ainda
pouco exploradas em outras áreas, como educação e engenharia. Esses avanços contaram com o
aumento da capacidade física dos computadores e do esforço e persistência de cientistas no
desenvolvimento de soluções de computação gráfica, tanto na área de processadores quanto na de
programas.
Observando alguns acontecimentos e os resultados econômicos atuais, surgem alguns
questionamentos, que podem ser melhor explorados em trabalhos futuros.
Uma das questões é o aprisionamento organizacional em paradigmas sedimentados. Isso está
relacionado com o fato da empresa Xerox ter dado pouca importância à pesquisa sobre computação
gráfica que emergia em seus laboratórios.
Publicações formais, como artigos técnicos ou gerenciais com o suporte de organizações de
renome, não mencionam as razões da saída de Dick Shoup e Alvy Smith da Xerox, dizendo no
máximo que foi por problemas de gerenciamento da empresa, ficando essa parte da histórica como
lacuna nas redações formais. Nesse aspecto, publicações menos formais apresentam os fatos mais
abertamente e descrevem a falta de apoio da empresa e sua atitude no encerramento das pesquisas em
computação gráfica realizadas por Shoup e Smith. Uma evidência dessa atitude da empresa em relação
aos trabalhos sobre computação gráfica em seus laboratórios é o fato de não haver em publicações
formais qualquer menção sobre o que aconteceu com o SuperPaint depois que Shoup e Smith deixaram
a empresa. Assim, é possível verificar que a saída desses pesquisadores e a lacuna sobre a situação
posterior do programa são partes omitidas da descrição formal da história da computação gráfica, por
razões evidentemente delicadas. Um outro aspecto é o fato do frame buffer ter ido para a Universidade
de Utah logo que os pesquisadores deixaram os laboratórios da Xerox, quando o esperado é que o
equipamento acompanhasse seu criador sobretudo por esse ter dado seguimento às pesquisas sobre
animação, ou ao menos permanecesse na mesma empresa para uso.
Obviamente, com o sucesso mercadológico e econômico atual da computação gráfica, a
Xerox não quer aparecer na mídia como uma empresa que se absteve ou até que se opôs aos estudos
que contribuíram para os avanços que existem hoje, mas como a empresa onde se originou essa
tecnologia. É certo que numa primeira e única apresentação pública do SuperPaint não houve menção
de participação da empresa, mas isso não é algo que se resolve com a destruição do trabalho realizado,
mas com a devida negociação de participação e correção das informações divulgadas.
De qualquer modo, seu aprisionamento nos paradigmas vigentes, que dominavam sua visão de
mercado e de produção de conhecimento e que não a permitiu enxergar o talento do empreendedor que
havia em seus laboratórios de pesquisa, fez com que perdesse uma grande oportunidade, a de atuar no
mercado de animação. Por essa e outras razões, é possível perceber as vantagens dos paradigmas
abertos, como os de Steve Jobs, Alex Schure, George Lucas, Steven Spielberg, Ed Catmull, John
Lasseter e outros.
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Uma outra questão é a relação de méritos entre os artistas e cientistas e as respectivas
organizações em que trabalham.
Artistas e cientistas, reconhecidos ou não, são a alma de todas as criações, visto que, sem
essas pessoas, seus prodígios não existiriam. Por outro lado, há o mérito dos empreendedores de
negócios, que transformam prodígios artísticos e científicos em atividades lucrativas e oportunidades
para muitas pessoas – criadores, gestores e funcionários operacionais.
Contudo, apesar do reconhecimento moral que alguns criadores (artistas e cientistas)
alcançam, sua remuneração não significa nada perto do que as organizações faturam com suas
criações, o que representa uma distribuição extremamente desigual dos ganhos, e isso vale para todos
os segmentos e setores da economia. Alguns podem argumentar que na indústria cinematográfica as
pessoas são bem pagas, mas isso somente acontece com as grandes estrelas, o que não necessariamente
tem alguma relação com a contribuição criativa.
Na maior parte dos casos, sobretudo nos institutos de pesquisa e nos centros de pesquisa e
desenvolvimento de empresas, o que se encontra são pessoas que se sentem valorizadas por receberem
um bom ordenado, algumas vezes acima da média de salários, enquanto suas respectivas organizações
recebem muito mais pelo empenho de cada uma delas, significando que, embora pareçam
compensadoras, as remunerações são baixas em relação ao valor adicionado pelas pessoas, e essas
acabam por vender muito barato seu potencial criativo.
Também é possível argumentar que receber menos que o merecido é melhor que não receber
nada, mas tudo depende de ousadia, do quanto cada pessoa está disposta a substituir propostas
exploradoras por formas alternativas de auto-valorização, como fizeram Walt Disney, George Lucas,
os fundadores da DreamWorks (SKG – Steven Spielberg, Jeffrey Katzenberg e David Geffen) e
Laurence Ellison (co-fundador e presidente da Oracle Corporation).
Pior que o caso dos criadores profissionais é o caso dos criadores situacionais, que são os
trabalhadores comuns que contribuem com o desenvolvimento das organizações sem receber qualquer
mérito por isso, muitas vezes sendo até punidos por sua criatividade. Isso recai não somente em má
distribuição de ganhos como também em aprisionamento em paradigmas sedimentados.
E mais uma questão é a relação do nível de realismo virtual com uma possível perda de senso
crítico das pessoas, de modo a torná-las mais suscetíveis a variadas formas de dominação psicológica.
Desse modo, são questões para um próximo estudo a liberdade e o mérito de criação como
motores do desenvolvimento e a análise crítica como garantidor do exercício da liberdade.
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