Videoverfilmung von Computeranimationen

von Herbert Stappler (Ausgabe 94/3, Dezember 1994)

 

Daß gelungene graphische Darstellungen von Daten meistens mehr Aussagekraft haben als lange Zahlenkolonnen, ist wohl allgemein bekannt. Analog dazu hat sich herausgestellt, daß für manche Aufgabenbereiche nicht einzelne Standbilder, sondern Filme das geeignetste Ausgabemedium sind. Was liegt in diesem Fall also näher, als eine Folge computergenerierter Bilder zu einem Film zusammenzusetzen? Das EDV-Zentrum verfügt über die technischen Einrichtungen, um auf diese Weise in hoher Qualität Videofilme zu erzeugen, und stellt sie allen Interessenten kostenlos zur Verfügung.

Bevor hier jedoch die technischen Details beschrieben werden, eine Warnung: Das Erstellen von Computeranimationen ist ein sehr aufwendiges Unterfangen! Eine wenige Minuten dauernde Sequenz erfordert meist nicht nur mehrere Monate intensiver Arbeit, sondern auch eine gute Ausstattung mit EDV-Geräten: Ein Videofilm enthält bei Verwendung der bei uns gebräuchlichen PAL-Norm 25 Bilder pro Sekunde. Jedes dieser Bilder muß an einem Rechner mit einem entsprechenden Programm erzeugt werden. Waren früher nur teure Hochleistungs-Graphikworkstations imstande, die erforderliche Zahl an Einzelbildern in vernünftiger Zeit zu generieren, so kann man heute schon mit gut ausgestatteten PCs oder Macintosh- Rechnern gute Ergebnisse erzielen. Im Bereich der Software gibt es inzwischen eine Fülle von Programmen, die zur Erstellung von Computeranimationen eingesetzt werden können. Es bleibt Ihnen überlassen, welches Programm und welchen Rechner Sie verwenden, um die Bilder zu generieren (erzeugen müssen Sie die Bilddateien zunächst auf Ihrem eigenen Rechner).

Wenn Sie die Einrichtungen des EDV-Zentrums zur Videoverfilmung nutzen wollen, müssen Sie in der Lage sein, die einzelnen Bilder in einem bestimmten Format zu generieren und auf einem Server des EDV-Zentrums abzulegen. Die Bilder müssen eine Größe von 740 x 578 Bildpunkten haben und im TARGA-Format gespeichert sein. TARGA ist ein Format für Rasterbilder, das von vielen Programmen unterstützt wird. Für Rasterbilder, die in anderen verbreiteten Formaten wie GIF, TIFF, JPEG, PICT, PPM, RLE oder BMP vorliegen, existieren zahlreiche Programme zur Konversion in das TARGA-Format.

TARGA unterscheidet mehrere Typen von Bildern. Für die Videoverfilmung sollte man sich auf TARGA-Bilder vom Typ 2 und 10 beschränken, also auf Bilder mit 24 bit Farbtiefe (auch "True Color" genannt). Das bedeutet, daß 16 Millionen verschiedene Farben zur Verfügung stehen und daß für die Speicherung des Farbwertes pro Bildelement 3 Byte benötigt werden. Bildtyp 2 des TARGAFormates ist die unkomprimierte, Bildtyp 10 die komprimierte Speicherung von True Color-Bildern. Das Komprimieren mittels "run length encoding" ist nur für jene True Color-Bilder sinnvoll, die größere gleichfarbige Flächen - wie etwa einen einheitlichen Hintergrund - beinhalten. Eine genaue Beschreibung des TARGAFormates finden Sie am FTP-Server der Universität Wien (Hostname: FTP.UNIVIE.AC.AT, Directory: /univie/ edvz/docs, Dateiname: targa.ps).

Ein kurzes Rechenbeispiel zeigt den enormen Plattenplatzbedarf von Computeranimationen:

Ein unkomprimiertes TARGA-Bild enthält

740 x 578 = 427720 Bildpunkte,

für die man 3 Byte (= 24 bit) pro Punkt benötigt. Dazu kommen noch 18 Byte, die am Anfang der Datei stehen und Informationen wie Bildtyp und Bildgröße enthalten. Daher braucht jedes Bild

427720 x 3 + 18 = 1283178 Byte.

Da, wie schon erwähnt, ein PAL-Videofilm 25 Bilder pro Sekunde enthält, braucht man für eine Minute Animation

25 x 60 = 1500 Bilder.

Sind in dieser Sequenz keine Passagen, in denen dasselbe Bild für längere Zeit steht, sondern verwendet man 1500 verschiedene Bilder, so ergibt sich ein Plattenplatzbedarf von

1500 x 1283178 = 1924767000 Byte.

Dies sind also beinahe 2 Gigabyte für eine Minute Film. Das EDV-Zentrum stellt Interessenten auf einem Server Plattenplatz in dieser Größenordnung zum Speichern der Bilddateien zur Verfügung.

Die Videoverfilmung erfolgt über einen PC - daher müssen die Namen der Dateien gemäß den Konventionen von MS-DOS gewählt werden. Eine spezielle Regelung betrifft den Erweiterungsteil des Dateinamens (das ist die Zeichenkette nach dem Punkt): Die Software zur Verfilmung verlangt, daß dieser Teil dazu verwendet wird, die Einzelbilder durchzunumerieren. Er muß stets aus drei Ziffern bestehen und hat daher einen der Werte von 000 bis 999.

Um den Ablauf des Verfilmungsvorganges genau festzulegen, ist eine Steuerdatei erforderlich, in der man die Reihenfolge der Bilder angibt. Diese Steuerdatei ist eine gewöhnliche Textdatei, die pro Zeile eine Anweisung enthält. Der Aufbau der Anweisungen ist recht einfach. Wenn wir annehmen, daß die Bilddateien auf der E-Disk des PC's gespeichert sind, sind die folgenden Anweisungen so zu interpretieren:

100-755 E:SEQUENZ1
bedeutet, daß die Dateien E:SEQUENZ1.100, E:SEQUENZ1.101 bis E:SEQUENZ1.755 in dieser Reihenfolge aufgezeichnet werden.

125*233 E:TITEL
bewirkt, daß das in E:TITEL.233 gespeicherte Bild 125mal (insgesamt 5 Sekunden lang) gezeigt wird.

500-250 E:ZOOM
bedeutet, daß die Dateien E:ZOOM.500, E:ZOOM.499 bis E:ZOOM.250 in dieser Reihenfolge auf den Film kommen.

Nach diesen Anweisungen wird der Videofilm erzeugt. Die Steuerung der Videoverfilmungsanlage übernimmt dabei ein PC, der die Bilddateien am Server liest und mit Hilfe einer speziellen Einschubkarte in ein Videosignal umsetzt, das von einem SONY CRV VideoDisc-Recorder verarbeitet werden kann. Dieses etwa eine halbe Million Schilling teure Bildplattengerät hat Studioqualität und erlaubt es, Bilder sowohl einzeln als auch kontinuierlich aufzuzeichnen. Der gesamte Aufzeichnungsvorgang kann dabei über den PC gesteuert werden, der dafür sorgt, daß nach den Angaben der Steuerdatei Bild für Bild auf die Bildplatte geschrieben wird.

Das fertige Produkt kann man am EDV-Zentrum auf eine VHS- oder eine U-matic-Videokassette überspielen. Bei U-matic-Kassetten werden alle drei Formate (Low, High und SP) unterstützt. Wer seinen Videofilm in professioneller Qualität weiterbearbeiten möchte, kann mit der Bildplatte in ein Videostudio gehen. Der Film auf der Bildplatte liegt etwa in BetaCam-Qualität vor. BetaCam- Geräte sind der derzeitige de facto-Standard im Bereich der professionellen Videotechnik und entsprechend teuer. Daher verfügt das EDV-Zentrum selbst über keine Einrichtungen zum Schneiden und Nachvertonen von Videofilmen. Interessenten müssen dafür entweder kommerzielle Videostudios oder entsprechende Einrichtungen im Hochschulbereich in Anspruch nehmen.

Obwohl das Erstellen von Animationen eine der aufwendigsten Sparten der Computergraphik ist, sind im letzten halben Jahr drei Projekte erfolgreich abgewickelt worden:

  • Das Institut für Biochemie erstellte in Zusammenarbeit mit dem Institut für Computergraphik an der TU Wien einen Film, der das Andocken von Antikörpern an Schnupfenviren veranschaulicht.
  • Im Rahmen einer Diplomarbeit entstand am Institut für Geographie ein simulierter Flug über das aus Höhendaten rekonstruierte Gebiet von Rax und Schneeberg.
  • In Zusammenarbeit mit dem Bundesinstitut für den Wissenschaftlichen Film entstand der Film ?Visualisierung in den Geowissenschaften?. Wenn Sie Interesse an der Erstellung von Videofilmen haben oder mehr technische Details wissen möchten, wenden Sie sich bitte an Herbert Stappler (Tel.: 4065822- 236; eMail: STAPPLER@CC.UNIVIE.AC.AT).