アニメーションと音楽の同期に関する研究

Synchronization of animation and music

  

    Recently, 3-Dimensional computer graphics animations are often used on the movies、the spot commercials, TV programs and so on. Such animations always use music. This paper attempts to make an animation like them, so it is described the synchronization with the music and the 3-Dimensional computer graphics animation. MUSICMAGIC which is a software to make MIDI data, is used for composing music and LightWave3D is used for making 3-Dimensional computer graphics animation. After making music and animation, they are synchronized with each other. For synchronizing the animation and the music well, their tempo must be same. Therefore, it needs to compute the tempo according to number of the animation’s frames. The tempo means number of beats to one minute. If it is 120 tempo, it counts 120 beats in 1 minute, i.e. 1 beats becomes 1/2 seconds. In generally, the animation needs 30 frames per one second, so the animation needs 15 frames for 1 beat. If it is synchronized with tempo and the number of the frames, a 3-Dimensional computer graphics animation creates beautiful harmony with the music.

Key Words : Synchronization, MUSICMAGIC, LightWave3D , Tempo, Frames, Beat

1.緒 言

 近年、映画やCMなど、様々なメディアで3DCGアニメーションが多く使われている。その3DCGアニメーションに、欠かせず使われているものが音楽である。この研究はそれらのような音楽に合わせた、3DCGアニメーション製作を目的とている。音楽に合わせて、キャラクターを動かす。そのためにはまず、音楽のリズムと、キャラクターの動きを一致させなければならない。そこで、音楽テンポとアニメーションのフレームを計算することで、1、2分程度のアニメーションを作成した。

 

2.作成の流れ

 まず、絵コンテを描き、全体的なストーリーの流れを描き、音楽、3DCGアニメーションを構成する。この時点で、音楽のテンポとアニメーションのフレーム数を計算し決めておく。この絵コンテを元に、音楽ファイル、3DCGアニメーションファイルをそれぞれ製作する。そして、製作したそれぞれのファイルを合体させ、最終的なアニメーションが完成する。

音楽ファイルはMUSICMAGICというフリーソフトを用いて作曲し、MIDIファイルとして保存した( 図1 )。このソフトは、マウスで直接音符を打ち込むことでメロディを作成する。最大16トラックまでメロディ作成することができ、トラックごとに音色(楽器)、音量を設定することができる。そして、テンポを数値で設定し、音楽ファイルが出来上がる。今回は、2曲作曲した。その後、録音機能のある音楽再生ソフトで、WAVEファイル形式で録音させ保存する。


図1 MUSICMAGICでの編集画面

 3DCGアニメーションはLightWave3Dという3DCG製作ソフトを使用した [笹,2]。このソフトウェアは、主にオブジェクトを製作するための「モデラー」と、モデラーで製作したオブジェクトを取り込み、配置、動作設定をして、静止画や、アニメーションを作成させるための「レイアウト」の2種類のソフトで構成されている。

まず、モデラーで動物のキャラクターを作り、顔、胴体、右手、左手、右足、左足を、それぞれレイヤーを別にして製作し、それぞれ別のオブジェクトとして保存する ( 図2 )。そして、その他の地面、山等背景として使用するオブジェクトも同じように作成し、それぞれを保存する。次に、作成したオブジェクトを全てレイアウトに取り込み、サイズ、配置、カメラ、照明などを設定し、フレームごとに動作を設定する。そして、レンダリングし、AVI形式のアニメーションファイルを作成する ( 図3 )。


2 モデラーでの編集画面


3 レイアウトでの編集画面

 

3.テンポとフレーム数の計算

音楽のリズムに合わせたアニメーションを動かす場合、音楽のテンポとフレーム数を合わせなければならない。それには、予めフレーム数とテンポの計算をしておく必要がある。音楽のテンポは、1分間で打たれる拍数を意味する。もし120テンポならば、1分間で120拍になるため、1拍が2分の1秒となる。通常、アニメーションは、1秒間に30フレーム使われている。そのため、120テンポの音楽1拍につき必要なアニメーションのフレーム数は15フレームということになる。 

今回は、120テンポと140テンポの曲を使用した。140テンポの場合、1拍が7分の3秒となる。このままでは、1拍のフレーム数を整数で割り切ることができない。この場合、7拍で3秒と考える。3秒に必要なフレーム数は90フレームとなる。そして、7拍のうち1拍だけ12フレームに設定し、あとの6拍を13フレームに設定する( 表1)。1フレームほどの違いなら、アニメーションとして再生した時、肉眼では殆どずれはわからない。

 1小節

2小節

 

 

1拍

2拍

3拍

4拍

1拍

2拍

3拍

4拍

 

 

3秒

 

 

 

90フレーム

 

 

 

12

13

13

13

13

13

13

 

フレーム数  

表1 140テンポのフレーム設定

4.レイアウトでのキーフレーム設定

アニメーションは、フレームと呼ばれる静止画を1秒間に数十枚(今回は30枚)、高速で切り替えながら表示することで、画像が動いているように見せるものである。動物キャラクターを120テンポの音楽に合わせ歩かせようとする場合、2分の1秒で一歩前進するように設定する。つまり、15枚の画像に、手足を振って一歩前進する様子を徐徐に描き出すことで、作成することができるのである。ただ、15枚全てに動作設定を行うのは、骨の折れる作業である。LightWave3Dは中割機能があるため、動作を15フレームすべてに設定する必要なくアニメーション作成ができる。15フレーム目に、手足を振り全身し切った状態をキーフレームとして設定し、30フレーム目に、手足を反対側に振りさらに一歩前進した状態に設定する。中割機能を使えば、このようにある程度の間隔ごとにキーフレームを設定すると、自動的にその間のフレームはコンピュータの計算で動きが補間され歩行動作を作成することができる。しかし、これだけでは機械的な動きになってしまう為、微調整が必要である。これを繰り返す事で、音楽のリズムに合わせた歩行動作を完成させた ( 図4 )。


図4 完成アニメーション

 

5.結言

 今回、自らMIDIファイルで作曲したこともあり、著作権を気にせずテンポや曲の長さを自由に編集できた点では、アニメーションと音楽を合わせる事はそれほど大変ではなかった。しかし、1曲の音楽と、何場面ものアニメーションを合わせるとき、フレーム設定のミスを犯しやすくなり、少々音楽とアニメーションがずれてしまう部分ができてしまった。フレーム数とテンポの計算と、LightWave3Dのレイアウトでの編集時のキーフレーム設定を正確に行う事が今後の課題である。

 

参考文献

[笹,2] 笹原和也 :LightWave3Dでいこう!,株式会社エクシード・プレス