Animație scheletică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
„Ossi” (în verde) obișnuia să pozeze o mână. În practică, oasele în sine sunt adesea ascunse și înlocuite cu obiecte mai ușor de utilizat. În acest exemplu din proiectul Blender open source, aceste „mânere” (în albastru) au fost făcute mai mici pentru a îndoi degetele. Oasele controlează în continuare deformarea, dar animatorul vede doar „mânerele”.

S keletal animație este digitală de animație tehnica in care un caracter (sau un alt obiect articulat) este reprezentată în două părți: o reprezentare suprafață utilizată pentru a desena caracterul (numit piele sau mesh) și un set ierarhic de oase interconectate (numite schelet sau rig ) folosit pentru a anima ( poza și cadru cheie ) rețeaua . [1] În timp ce această tehnică este adesea utilizată pentru a anima oamenii sau mai general pentru modelarea organică, servește doar pentru a face procesul de animație mai intuitiv și aceeași tehnică poate fi utilizată pentru a controla deformarea oricărui obiect - o ușă, o lingură, o clădire sau o galaxie. Atunci când obiectul animat este mai generic decât, să zicem, un personaj humanoid, setul de oase poate să nu fie ierarhic sau interconectat, ci reprezintă doar o descriere la nivel superior a mișcării unei părți a ochiurilor sau a pielii care influențează.

Tehnica a fost introdusă în 1988 de Nadia Magnenat Thalmann, Richard Laperrière și Daniel Thalmann. [2] Această tehnică este utilizată practic în toate sistemele de animație în care interfața simplificată a utilizatorului permite animatorilor să verifice adesea algoritmi complecși și o cantitate mare de geometrie; în principal prin cinematică inversă și alte tehnici „orientate spre scopuri”. Cu toate acestea, în primul rând, intenția tehnicii nu este niciodată să imite anatomia reală sau comportamentele fizice, ci să controleze deformarea datelor mesh.

Tehnică

„Riggingul permite personajelor noastre să se miște. Procesul de rigging este acela că luăm acea sculptură digitală și începem să construim scheletul, mușchii și atașăm pielea la personaj și creăm, de asemenea, un set de controale. De animație, pe care animatorii noștri îl folosesc pentru a împinge și trage corpul în jur. "

Această tehnică este utilizată pentru a construi o serie de "oase", uneori denumite șireturi . Fiecare os prezintă o transformare tridimensională (care include poziția, scara și orientarea sa) și un os părinte opțional. Prin urmare, oasele formează o ierarhie . Transformarea completă a unui nod copil este produsul transformării părintelui său și a propriului său. Deci, prin mișcarea osului coapsei, osul piciorului va fi, de asemenea, mutat. Când personajul este animat, oasele își schimbă transformarea în timp, sub influența unui controler de animație. O platformă este în general compusă din părți cinematice directe și inverse care pot interacționa între ele. Animația scheletică se referă la partea instalației cinematice directe în care un set complet de configurații osoase identifică o singură poziție.

Fiecare os din schelet este asociat cu o porțiune din reprezentarea vizuală a personajului. Skinningul este procesul de creare a acestei asociații. În majoritatea cazurilor, într-o plasă poligonală a unui caracter, osul este asociat cu un grup de vârfuri ; de exemplu, într-un model uman, osul coapsei ar fi asociat cu vârfurile care alcătuiesc poligoanele din coapsa modelului. Porțiuni din pielea caracterului pot fi asociate în mod normal cu oase multiple, fiecare având factori numiți greutăți ale vertexului sau greutăți amestecate. De aceea, mișcarea pielii la joncțiunile a două oase poate fi afectată de ambele oase. În majoritatea motoarelor grafice avansate, procesul de jupuire este efectuat de GPU datorită unui shader .

Într-o plasă de poligon, fiecare vârf poate avea o greutate de amestec pentru fiecare os. Pentru a calcula poziția finală a vârfului, se creează o matrice de transformare pentru fiecare os care, atunci când este aplicată pe vârf, împinge mai întâi vârful în spațiul osos, apoi îl împinge înapoi în spațiul mesh. După aplicarea unei matrice pe vârf, aceasta este scalată prin greutatea sa corespunzătoare. Acest algoritm se numește matrițarea paletei, deoarece setul de transformări osoase (stocate ca matrice de transformare) formează o „paletă” pentru a alege vârful pielii.

Beneficii și dezavantaje

Puncte tari
  • Osul reprezintă seturi de vârfuri (sau alte obiecte, cum ar fi reprezentarea unui picior).
    • Animatorul controlează mai puține caracteristici ale modelului.
      • Animatorul poate acorda atenție mișcărilor la scară largă.
    • Oasele sunt deplasabile independent.

O animație poate fi definită prin mișcări simple ale oaselor, mai degrabă decât vârf cu vârf (în cazul unei rețele poligonale).

Puncte slabe
  • Osul reprezintă seturi de vârfuri (sau alte obiecte).
    • Nu oferă mișcări musculare realiste și mișcări ale pielii.
    • Posibile soluții la această problemă:
      • Controlere musculare speciale atașate la oase;
      • Sfaturi de experți în fiziologie (crește precizia realismului musculo-scheletic cu simulări mai complete ale anatomiei virtuale).

Aplicații

Animația scheletică este metoda standard pentru animarea personajelor sau a obiectelor mecanice pentru perioade lungi de timp (adesea peste 100 de cadre). Este utilizat în mod obișnuit de artiștii de jocuri video și în industria filmului și poate fi aplicat și obiectelor mecanice și oricărui alt obiect realizat din elemente și îmbinări rigide.

Captarea performanței (sau captarea mișcării ) poate accelera timpul de dezvoltare al animației scheletice, precum și crește nivelul de realism.

Pentru mișcările prea periculoase pentru captarea performanței, există simulări pe computer care calculează automat fizica mișcării și rezistența cu cadre scheletice. Proprietăți de anatomie virtuală, cum ar fi greutatea membrelor, reacția musculară, forța osoasă și constrângerile articulațiilor pot fi adăugate pentru recuperări realiste, instabilitate euleriană, fracturi și efecte de rulare cunoscute sub numele de cascadorii virtuale. Cu toate acestea, există alte aplicații ale simulărilor de anatomie virtuală, cum ar fi răspunsurile militare și medicale. Soldații virtuali, salvatorii, pacienții, pasagerii și pietonii pot fi angajați pentru instruire, inginerie virtuală și testarea echipamentelor virtuale. Tehnologia de anatomie virtuală poate fi combinată cu inteligența artificială pentru îmbunătățiri suplimentare ale tehnologiei de animație și simulare.

Notă

  1. ^ alumni.cs.ucr.edu , http://alumni.cs.ucr.edu/~sorianom/cs134_09win/lab5.htm .
  2. ^ N. Magnenat-Thalmann, R.Laperrière, D. Thalmann, Deformări locale dependente de articulații pentru animația mâinilor și apucarea obiectelor, Proc.

Elemente conexe

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh2009001622