WikiDer > Скелетная анимация

Skeletal animation
«Кости» (зеленого цвета) изображали руку. На практике сами «кости» часто скрыты и заменены более удобными для пользователя объектами или просто невидимы. В этом примере из проекта с открытым исходным кодом Блендер, эти «ручки» (отмечены синим цветом) были уменьшены, чтобы сгибать пальцы. Кости по-прежнему контролируют деформацию, но аниматор видит только ручки.

Скелетная анимация или же оснастка это техника в компьютерная анимация в котором персонаж (или другой шарнирный объект) представлен в двух частях: представление поверхности, используемое для рисования персонажа (называемое сетка или же кожа) и иерархический набор взаимосвязанных частей (называемых кости, и вместе формируя скелет или же буровая установка), виртуальный арматура используется для анимации (поза и ключевой кадр) сетка.[1] Хотя этот метод часто используется для анимации людей и других органических фигур, он служит только для того, чтобы сделать процесс анимации более интуитивным, и тот же метод можно использовать для управления деформацией любого объекта, например двери, ложки, здания. , или галактика. Когда анимированный объект является более общим, чем, например, гуманоидный персонаж, набор «костей» может не быть иерархическим или взаимосвязанным, а просто представлять высокоуровневое описание движения части меша, на которую он влияет.

Техника была представлена ​​в 1988 г. Надя Магненат Тельманн, Ричард Лаперриер и Даниэль Тельманн.[2] Этот метод используется практически во всех анимационных системах, где упрощенный пользовательский интерфейс позволяет аниматорам управлять часто сложными алгоритмами и огромным количеством геометрии; в первую очередь через обратная кинематика и другие «целенаправленные» приемы. В принципе, однако, этот метод никогда не предназначен для имитации реальной анатомии или физических процессов, а только для контроля деформации данных сетки.

Техника

Как описано в обучающей статье Джоша Петти:[3]

Такелаж дает нашим персонажам возможность двигаться. Процесс оснастки заключается в том, что мы берем эту цифровую скульптуру, начинаем строить скелет, мышцы, прикрепляем кожу к персонажу, а также создаем набор элементов управления анимацией, которые наши аниматоры используют, чтобы толкать и тянуть тело. вокруг.

Этот метод используется путем построения серии кости (которые не обязательно должны соответствовать каким-либо анатомическим особенностям реального мира), иногда также называемые оснастка в смысле существительного. Каждая кость имеет трехмерное преобразование по умолчанию связанная поза (который включает его положение, масштаб и ориентацию) и необязательную родительскую кость. Таким образом, кости образуют иерархия. Полная трансформация дочерний узел является продуктом родительского преобразования и собственного преобразования. Таким образом, перемещение бедренной кости приведет к перемещению и голени. Когда персонаж анимирован, кости меняют свою трансформацию с течением времени под влиянием какого-либо контроллера анимации. Буровая установка обычно состоит из передняя кинематика и обратная кинематика части, которые могут взаимодействовать друг с другом. Скелетная анимация относится к передней кинематической части оснастки, где полный набор конфигураций костей определяет уникальную позу.

Каждая кость в скелете связана с некоторой частью визуального представления персонажа ( сетка) в процессе, называемом или снятие шкуры. В наиболее распространенном случае полигональной сетки кость связана с группой вершины; например, в модели человека кость бедра будет связана с вершинами, составляющими многоугольники бедра модели. Части кожи персонажа обычно могут быть связаны с несколькими костями, каждая из которых имеет коэффициент масштабирования, называемый веса вершин, или же смешивать веса. Таким образом, на движение кожи около суставов двух костей могут влиять обе кости. В большинстве современных графических движков процесс создания скинов выполняется на GPU благодаря шейдерная программа.

Для многоугольной сетки каждая вершина может иметь вес наложения для каждой кости. Чтобы вычислить окончательное положение вершины, a матрица преобразования создается для каждой кости, которая при применении к вершине сначала помещает вершину в пространство кости, а затем возвращает ее в пространство меша. После применения матрицы к вершине она масштабируется по соответствующему весу. Этот алгоритм называется матрица-палитра скиннинг или же линейное смешение кожи[4], поскольку набор преобразований костей (хранится как преобразование матрицы) формируют палитру для вершины скина на выбор.

Преимущества и недостатки

Сильные стороны

  • Кость представляет собой набор вершин (или какой-то другой объект, который что-то представляет, например, ногу),
    • Аниматору нужно управлять меньшим количеством характеристик модели,
      • Аниматор может сосредоточиться на крупномасштабном движении,
    • Кости двигаются независимо.
  • Анимация может быть определена простыми движениями костей, а не вершиной за вершиной (в случае многоугольной сетки).

Недостатки

  • Кость представляет собой только набор вершин (или какой-либо другой точно определенный объект) и не является более абстрактным или концептуальным.

Приложения

Скелетная анимация - это стандартный способ анимировать персонажей или механические объекты в течение длительного периода времени (обычно более 100 кадров). Это обычно используется художники видеоигр и в киноиндустрия, а также может применяться к механическим объектам и любому другому объекту, состоящему из жестких элементов и соединений.

Захват производительности (или же захвата движения) может ускорить разработку скелетной анимации, а также повысить уровень реалистичности.

Для движения, которое слишком опасно для захвата производительности, есть компьютерное моделирование которые автоматически вычисляют физику движения и сопротивления со скелетными каркасами. Виртуальная анатомия такие свойства, как вес конечностей, реакция мышц, прочность костей и совместные ограничения могут быть добавлены для реалистичных эффектов подпрыгивания, изгиба, разрушения и опрокидывания, известных как виртуальные трюки. Однако есть и другие приложения виртуального анатомического моделирования, такие как военный[5] и чрезвычайная ситуация отклик. Виртуальных солдат, спасателей, пациентов, пассажиров и пешеходов можно использовать для обучения, виртуального проектирования и виртуального тестирования оборудования. Технологию виртуальной анатомии можно комбинировать с искусственный интеллект для дальнейшего совершенствования технологий анимации и моделирования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Сориано, Марк. «Скелетная анимация». Борнс инженерный колледж. Получено 5 января 2011.
  2. ^ Магненат-Тельманн, Надя; Лаперьер, Ричард; Тельман, Даниэль (6–10 июня 1988 г.). «Совместно-зависимые локальные деформации для анимации рук и захвата объектов». Труды графического интерфейса '88. Эдмонтон: 26–33.
  3. ^ Петти, Джош. «Что такое 3D-оснастка для анимации и дизайна персонажей?». Концепт-арт империя. Получено 29 ноябрь 2018.
  4. ^ Каван, Ладислав. «Методы прямого снятия шкур и примитивы деформации» (PDF). Skinning.org. Пенсильванский университет.
  5. ^ "Защита". Santos Human Inc. Получено 5 января 2011.