117
Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije Helena Gabrijelčič Tomc (UL, NTF, Oddelek za tekstilstvo, grafiko in oblikovanje) 2. stopnja, magistrskega študija GIK

Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije

Helena Gabrijelčič Tomc(UL, NTF, Oddelek za tekstilstvo, grafiko in oblikovanje)

2. stopnja, magistrskega študija GIK

Page 2: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Produkcijski cevovod v 3D animacijah

Page 3: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Cevovod

Andy Beane: 3D animation Essentials

Page 4: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• je podpodrojče računalniške grafike.

• računalniško podprto računanje, ki se uporablja za produkcijo slik z

namenom ustvarjanja percepcije gibanja

• na splošno je vsaka vrednost, ki je lahko spremenjena lahko tudi

animirana

• osnovni parametri, ki so lahko animirani so: lega in orientacija, oblika

objekta, parametri senčenja, koordinate teksture, parametri luči in

kamere.

Kaj je računalniška animacija?

Page 5: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=-K2lDkXZxtA

2:17 min

luči

Produkcija in načrtovanje

gibanje

Page 6: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pri oblikovanju likov je pomembno:

• se naučiti, da resnično vidimo

• uporabljati referenco

• razumevanje anatomije ter

• uporaba oz. delo z »Uncanny valley«

»Uncanny valley«

Page 7: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pregled tipov 3D animacijskih tehnik

Page 8: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Vrste animacije

• animacija s ključnimi sličicami

• animacija zajemom gibanja

• proceduralna animacija

Page 9: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• artistična animacija (animator ima največjo odgovornost za

ustvarjanje gibanja)

• podatkovno-gnana (data-driven) animacija, kjer je živo gibanje

digitalizirano in nato mapirano na grafični objekt (zajem gibanja)

• proceduralna animacija, kjer se uporablja računski model za kontrolo

gibanja (določanje vhodnih nastavitev za določeno vrsto fizične

simulacije ali simulaije obnašanja)

Bazični pristopi animiranja

Page 10: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

1. ANIMACIJA S KLJUČNIMI SLIČICAMI (KEYFRAMED ANIMATION): najtežja tehnika, ki zahteva veliko časa, a je še potrebna v delokrogu animacij.

Ima štiri različice:• POSE-TO-POSE: izhaja iz 12 principov animacije; je postavitev posameznih leg objekta, izhaja iz

klasičnih principov animacije

• STRAIGHT AHEAD: izhaja iz 12 principov animacije, je tehnika, ki animira posamezne lege v

zaporedju frame1, frame2, frame 3 itd…..

• HYBRID: je neka mešanica pose-to-pose in straight-ahead in omogoča vse prednosti obeh tehnik.

Najprej se izdela ključne sličice, nato pa naredi in-beetween sličice (najbolj uporabljen)

• HIERARCY: je delokrog, uporaben pri generiranju cikličnih animacij, ki se ciklično ponavljajo; prvi in

zadnji frame animacije mora biti enak za ustvarjanje efekta cikličnosti.

Med zgornjimi je vključena tudi animacija po poti: objekt sledi poti in se glede na njega tudi rotira

Nadaljnje delitve 3D animacijskih tehnik

Page 11: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

2.MOTION CAPTURE ANIMATION: dva tipa te tehnologije : • sistem z markerji • sistem brez markerjev• tipično obraz, roke in prsti niso zajeti z zajemom gibanja, ampak jih animator

posebej animira.

3. PROCEDURALNA ANIMACIJA: animator nima dela z animacijo gibanja, temveč le dodaja parametre, ki omogočajo reakcijo gibanja v definiranem smislu.

Vrste animacije

Page 12: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Artistična animacija

http://webneel.com/webneel/blog/beautiful-3d-animated-dream-world-3-inspired-animation-showcase

Page 13: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Podatkovno-gnana animacija

https://www.youtube.com/watch?v=VLrnIH4Y8Cs

Page 14: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://vimeo.com/112177705

Proceduralna animacija

Page 15: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

12 principov animacij

Page 16: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• osnova za vse vrste tehnik animiranja

• obravnavajo fizikalne zakonitosti ter slednje implemetirajo v animacijo

12 principov animacije

https://www.youtube.com/watch?v=GnfdLp0PcSg

12 principles of animation - in pixar films

Page 17: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• ni sicer princip animacije, vendar je zelo pomembna faza

https://courses.cs.washington.edu/courses/cse459/13au/exercises/animation_principles.html

Reference in načrtovanje

Page 18: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• sta zelo pomembni orodji v 3D-ju, ki izhajata iz zgodovine • markiranje gibanja na ekranu pri animiranju; ghosting pomeni, da animiramo tako, da je objekt viden

še nekaj sličic pred in po dejanski sliki

Andy Beane: 3D animation Essentials

Oznake sledenja in gibanje po ustavitvi (Tracking marks and Ghosting)

Page 19: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Časovni in prostorski potek (Timing and spacing)

https://www.youtube.com/watch?v=KRVhtMxQWRs

Page 20: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Časovni in prostorski potek (Timing and spacing)

http://blog.digitaltutors.com/character-animation-fundamentals-timing-spacing/

Page 21: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Sukcesivna animacija in od poze do poze (Straight ahead action and Pose to pose)

• izhaja iz klasične animacije in pomaga animatorju oblikovati posnetek (kader).• sukcesivna animacija: pomeni da oblikujemo vsak plan v zaporedju pojavljanja • od poze do poze: interpolacija (vmesne slike)

http://blog.digitaltutors.com/understanding-12-principles-animation/

Page 22: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Videz, izgled (Appeal)

http://hypo-thermic.tumblr.com/post/103222691718/zbrush-modeling-reel-by-michael-defeo

• plasti razvoja lika• plasti razvoja drugih 3D objektov

Page 23: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Stisniti in raztegniti (Squash and stretch)

pet ključnih sličic mežikanja očesnega mežikanjaključne sličice padca in odboja žoge

Andy Beane: 3D animation Essentials

Page 24: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://courses.cs.washington.edu/courses/cse459/13au/exercises/animation_principles.html

Stisniti in raztegniti (Squash and stretch)

osnovne slike principa + animacija

Page 25: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pričakovanje (Anticipation)

• princip animacije, ki omogoča gledalcu pričakovanje, da se bo nekaj zgodilo• vsaka glavna akcija mora imeti dejanje pričakovanja, preden se zgodi• velikokrat ni očiten proces (kot je primer dvig noge pred hojo - prenos teže na drugo nogo)

http://blog.digitaltutors.com/understanding-12-principles-animation/Andy Beane: 3D animation Essentials

Page 26: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Sceniranje, postavitev na sceno (Staging)

• zapolnitev slikovnega prostora tako, da gledalci razumejo, kaj se dogaja• kompozicija• odnos med subjekti (liki)• odnos med ozadjem in liki

http://i2.wp.com/blog.digitaltutors.com/wp-content/uploads/2014/07/Staging.jpg

Page 27: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Follow Through in Overlaping action

• dva različna a tesno povezana principa• follow through: deli objektov se premikajo tudi po tem, ko se je objekt ustavil; spodaj je prikazan na princip na

premikajoči žogi z repom• overlaping action: različni dli telesa se premikajo z drugačnim časovni intervalom (timing)• v realnosti se vse premika z drugačnim časovnim in prostorskim intervalom (zelo pomembno upoštevati)• lahko uporabimo za komične efekte

http://blog.digitaltutors.com/understanding-12-principles-animation/

Andy Beane: 3D animation Essentials

Page 28: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pospešek in pojemek (Slow-in ter slow out , Ease in Ease Out)

• vse se giblje pospešeno in pojemajoče, linearnega gibanja je zelo malo (robotsko)• s pravilnim prostorskih zaporedjem (spacing) dosežemo najboljše efekte pospeška in pojemka

http://i2.wp.com/blog.digitaltutors.com/wp-content/uploads/2014/07/Staging.jpgAndy Beane: 3D animation Essentials

Page 29: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Loki (Arcs)

http://i2.wp.com/blog.digitaltutors.com/wp-content/uploads/2014/07/Staging.jpg

Andy Beane: 3D animation Essentials

Page 30: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Loki (Arcs)

https://www.youtube.com/watch?v=6tNcGmR_QN0#t=50s

Page 31: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Sekundarna akcija (Secundary action)

• je akcija, ki podpira osnovno, glavno akcijo in vdihne več življenja v animacijo

http://i2.wp.com/blog.digitaltutors.com/wp-content/uploads/2014/07/Staging.jpg

Page 32: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Prepričljivo risanje (Solid Drawing)

• v 2D-ju je to prepričljivost risanja volumna lika ter teže• v 3D-ju je prepričljivost in čistost silhuete, prepričljivost uporabe kosti ter njihova

postavitev v določeno pozo

http://i2.wp.com/blog.digitaltutors.com/wp-content/uploads/2014/07/Staging.jpg

Page 33: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pretiravanje (Exaggeration)

http://jebmation.blogspot.si/2011/01/12-principles-of-animation-geris-game.html

Page 34: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pričakovanje (Anticipation)

http://video-university.87seconds.com/?p=197

http://blog.digitaltutors.com/understanding-12-principles-animation/

Page 35: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Primer

https://www.youtube.com/watch?v=JKIVAODCIes

Page 36: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• študij scene• 3D modeli• ozadje (3D, 2D)• tehnike animiranja objektov• posebni efekti• luči, kamera (kompozicija)• digitalno sestavljanje

luči

luči

Page 37: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Pregled osnovnih in naprednih animacijskih tehnik

Page 38: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Osnovne animacijske tehnike

Page 39: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Osnovne in interpolacijske tehnike

Kontrola gibanja po krivulji• Kontrola hitrosti• Funkcijske krivulje• Pospešek in pojemek• Funkcije razdalja – čas• Ujemanje krivulj: lega - čas

Sledenje poti• Orientacija po poti• Glajenje poti• Določanje poti na površini

Page 40: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Osnovne in interpolacijske tehnike

https://www.youtube.com/watch?v=96NDCn__s3M

Page 41: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Osnovne in interpolacijske tehnike

Sistemi ključnih sličic

Interpolacije rotacije in orientacije

Animacijski programski jeziki• Umetniško orientirani jeziki• Artikulacijske variabile• Grafični jeziki (Houdini)• Jeziki, ki bazirajo na igralcih

Page 42: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Grafični programski jezikiC

om

pu

teran

imatio

nalgh

oritm

san

dte

chn

iqu

es

https://www.youtube.com/watch?v=aH0KGGOlDkc

Page 43: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Osnovne in interpolacijske tehnike

Deformiranje objektov• Ovijanje objekta• Koordinatne mrežne deformacije

Morfiranje• Koordinatni mrežni prijemi• Morfiranje, ki temelji na funkcijah

3D interpolacija oblik• Ujemanje topologije• Rekurzivna subdivizija

Page 44: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Napredne animacijske tehnike

Page 45: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Hierarhično kinematično modeliranje• Kinematika z delovanjem naprej• Inverzna kinematika

Simulacije trdnih teles• Telesa s prostim padom• Telesa in trki

Simulacije mehkih teles• Mehka telesa• Virtualne vzmeti

Napredne animacijske tehnike

Page 46: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=PTjF-d8nkxA

Napredne animacijske tehnike – kinematika z delovanjem naprej

Page 47: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=jzDCvlWvhfY

Napredne animacijske tehnike – inverzna kinematika

Page 48: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=-jC6OV350JQ

Napredne animacijske tehnike – dinamika

Page 49: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontrola skupine objektov• Sistem delcev• Obnašanje jat • Avtonomno obnašanje

Napredne animacijske tehnike

Page 50: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=x5bfldvW99o

Napredne animacijske tehnike - sistem delcev

Page 51: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=ZtylkruaI2g

Napredne animacijske tehnike – sistem jat

Page 52: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Naravni fenomeni

Page 53: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Rastline• L- sistemi• Simuliranje rasti rastlin

Voda• Mirujoča voda ter voda z majhno amplitudo valovanja• Voda z veliko amplitudo valovanja

Plini• Računalniško podprti pristopi• Oblaki• Ogenj

Naravni fenomeni

Page 54: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Naravni fenomeni – rast rastlin

https://www.youtube.com/watch?v=XoteQCgIl6U

Page 55: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Naravni fenomeni – tekočine

https://www.youtube.com/watch?v=6ae3xr0_ZKA

Page 56: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Modeliranje in animiranje zglobnihobjektov

Page 57: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• Iztegovanje udov in prijemanje

• Hoja

• Animiranje obraza

• Oblačila

• Zajem gibanja

Modeliranje in animiranje zglobnih objektov

Page 58: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=z86YsS-pVsQ

Modeliranje in animiranje zglobnih objektov - animiranje obraza

Page 59: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Naravni fenomenihttps://www.youtube.com/watch?v=H2Sr9InAwiQ

Modeliranje in animiranje zglobnih objektov - hoja

Page 60: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

https://www.youtube.com/watch?v=trK20lGM8RU

Modeliranje in animiranje zglobnih objektov - tekstil

Page 61: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Osnovni principi in tehnike 3D animacij

Page 62: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• interpolacije poljubnih oblik

• poti gibanja, trajektorije (Motion Paths)

• 3D morfiranje (3D Morphing)

• eksterna kontrola strukture modela – animacija z mrežo (Free-form Deformers/Lattice, External Control Structures)

• animiranje po površini drugega objekta (z ničelnim objektom, Dummy)

• animacije površinskih karakteristik, mapirana sekvenca (Animation of the SurfaceCharacteristics, Mapping a Sequence)

Osnovni animacijski principi

Page 63: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Ključi, ključne slike (Keyframes, poses) in časovni trak (Timeline)

progresivna linija (interpolacija, aproksimacija)

ključne slike (poze)

časovni trak, časovnica

Page 64: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Ključi, ključne slike (Keyframes, poses) in časovni trak (Timeline)

Page 65: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Interpolacija

Page 66: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru)

• osnova so ključne točke (ekstremi)

• izzivi interpolacije lege točke v prostoru: parametrizacija funkcije, ki bazira na razdalji, ohranjanje želene kontrole interpolacije in lege v odvisnosti od časa

• na bazi interpolacije se poleg osnovnih transformacij objektov animira tudi teksturo, kamero (recimo globino polja), svetlobni vir, člene okostja itd…

Interpolacija

kako ustvariti korektno interpolacijo med ključnimi točkami

Page 67: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Interpolacija vs. aproksimacija

interplacija akroksimacija

določanje načina prehoda skozi ali mimo ključnih točk (ekstremov)

Parent R.:Computer alghoritms and techniques

• prehod interpolacijske krivulje skozi kontrolne točke

• samo končne točke so interpolirane, notranje točke so uporabne le za oblikovanje krivulje

Page 68: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• linearna interpolacija (Linear Interpolation)enakomerna razporeditev slik med ključi, enakomerna hitrost

• nelinearna interpolacija (Curve Interpolation)neenakomerna razporeditev slik med ključi, pospešek, pojemek

Interpolacija ključnih slik in vmesne slike (Keyframe interpolation, in-betweening)

Parent R.:Computer alghoritms and techniques

Page 69: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontrola gibanja po krivulji

• prikaz točk, ki so rezultat interpolacijskih parametrov tipične kubične krivulje

• lok med točkami

Page 70: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kaj upoštevamo pri interpolaciji?

• kompleksnost• kontinuirnost• globalna vs. lokalna kontrola, kontrolna točka in ročica

Page 71: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kompleksnost in kontinuirnost prehoda skozi ključne točke

• gladkost• fizikalna korektnost

• kontinuirnost• kaj upoštevati kot ustrezen prehod• krivulje ničtega reda, prvega reda, drugega reda• večinoma se uporablja kombinirane

• kompleksnost: kompleksnejše funkcije interpolacije zahtevajo več računanja • polinomske funkcije so najustreznejše do vključno tretjega reda (če je red višji je prekompleksno za računati)

Page 72: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kompleksnost krivulj

Page 73: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Vrste interpolacije

• enostavna linearna interpolacija

• sestavljena Hermitova krivulja• Catmull-Rom Spline

Parent R.:Computer alghoritms and techniques

• kubična interpolacija Hermite (začetna in končna točka ter začetni in končni tangentni vektor), sestavljena Hermitova krivulja

Parent R.:Computer alghoritms and techniques

Page 74: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Vrste interpolacije

• Catmull-Rom Spline (podobno kot Hermitova, tangente v notranjosti kontrolnih točk pa se generirajo avtomatično)

Parent R.:Computer alghoritms and techniques

• mešane parabolične enačbe

• Bézierjeve

Page 75: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontinuirnost krivulj

Page 76: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontinuirnost, napetost

kontinuirnostnapetost

Page 77: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontinuirnost krivulj (kvaliteta)

Page 78: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Lokalna vs. globalna kontrola krivulj

Page 79: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Lokalna vs. globalna kontrola

• lokalna: kontrolna točka ima kontrolo le nad segmentom krivulje

• globalna: kontrolna točka (uporabnik) ima kontrolo nas celo krivuljo

Page 80: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontrola hitrosti

Ease-out Animations Ease-in Animations Ease-in-out Animations

https://developers.google.com/web/fundamentals/design-and-ui/animations/the-basics-of-easing

Page 81: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Kontrola hitrosti in pospeška

Page 82: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• oblika interpolacijske krivulje – sprememba hitrosti v odvisnosti od časa

Časovni potek parametra, krivulje parametrov (Parameter/Function Curve)

--

upočasnitev

hitrost

overshooting

robni pogoji (ease-in, ease-out)

Page 83: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

linearna interpolacija nelinearna interpolacija

Kontrola gibanja po krivulji

Page 84: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Linearna interpolacija

Page 85: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Nelinearna interpolacija hitrosti (lege in orientacije)

Page 86: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Interpolacija rotacije

Page 87: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Interpolacija rotacije

https://www.youtube.com/watch?v=QxIdIZ0eKCE

Page 88: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Slednje poti

Page 89: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Animiranje po poti

• enostavna in osnovna animacijska tehnika

• ne gre le za translacijo, ki sledi poti ter je paramertrizirana z dolžino loka ter s spreminjanjem pospeška in pojemka, upoštevati je potrebno tudi orientacijo

• če je pot rezultat digitalizacije mora biti zglajena

• v primeru animiranja po poti, ki leži na drugem objektu, je potrebno kompleksnejše računanje

Page 90: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Frenet sistem

Težave s Frenetovimi enačbami:• kjer ima krivulja majhno ukrivljenost• ko je prisotna diskontinuiranost krivuljnega vektorja• rezultati ne izgledajo naravno, pregrobe spremembe• problematika glajenja poti, uporabljajo se kubične enačbe, B-spline aproksimacije,

Kernelove konvolucije itd…

lokalni koordinatni sistem, ki bazira na kameri

Page 91: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

pot gibanja + nagib objekta s pomočjo osi objekta-tangente na pot

Poti gibanja, trajektorije

Page 92: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• orientacija je direktno odvisna od lastnosti krivulje

• Frenet-ov okvir (Frenet frame) se lahko definira kot premikajoč (desnosučni) koordinatni sistem (u,v, w), ki je definiran s krivuljno tangento in ukrivljenostjo

Gibanje kamere

Najenostavnejši način za definiranje orientacije kamere je, da postavimo center interesa (center of interest, COI) za računanje vektorja pogleda (view vector):1. v fiksno točko v okolici 2. določeno točko drugega objekta v okolici

Page 93: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• gibanje kamere

• parametri kamere (položaj in orientacija,optične lastnosti, spreminjanje ravnin obrezovanja…)

• rez (Camera Cut)

• globina polja

• interpolacijske krivulje, poti gibanja ipd.

Animacija kamere (Camera Animation)

Page 95: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Poti gibanja, trajektorije

https://www.youtube.com/watch?v=oolJWcOhHCw

Page 96: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• izziv pri tem je najti iz vidika računanja najmanj potratno pot med dvema točkama• za rešitev obstajajo alternative• določanje poti med dvema točkama po površini ravnine (intersekcijska ravnina), ki je pravokotna na objekt

Str. 114Gibanje po površini drugega objekta

Page 97: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Gibanje po površini drugega objekta

• omejitve gibanja z vzpostavitvijo relacij med objekti (Constraints)

Str. 114Gibanje po površini drugega objekta

Page 98: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Deformacije objektov

Page 99: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• zelo močna animacijska tehnika transformacije enega objekta v drugega• z njimi dosežemo ekspresivnost in večjo sporočilnost objektov (principi animacije)• za tovrstne animacije se lahko uporablja dinamične simulacije, ki pa so procesorsko potratne ter nad njimi ne moremo imeti kontrole v tolikšni meri – alternativa so deformacije s ključnimi slikami• običajno se določajo vmesne stopnje oblik na bazi oglišče – oglišče, s tem je prehod najbolj gladek

http://www.grasshopper3d.com/profiles/blogs/affine-transformations

"affine " transformacija

Deformiranje objektov

• poznamo enakomerne in neenakomerne deformacije• "affine" transformacija je najbolj enostavna med temi in je funkcija med "affine" prostori, ki ohranjajo točke, ravne linije, vzporednost ter ravnine (ni nujno da ohranja kote me linijami in razdaljo med točkami, vendar razmerje med razdaljami med točkami, ki ležijo na ravni liniji

Page 100: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• določanje ključnih slik enake geometrije, progresivna sprememba oblike modela (squash, strech)

Deformiranje objektov - Poljubna interpolacija oblik

Page 101: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• enostaven način za modifikacije oblike je premik določenega oglišča (seed vertex) ali skupine oglišč do izbranega oglišča ali skupine oglišč

• za kalkulacijo takega premika se uporabljajo funkcijo razdalje (distance function), ki se lahko izvaja kot:1. funkcija, ki vključuje minimalno število robov med dvema ogliščema2. funkcija, ki vključuje računanje najmanjše razdalje po površini objekta od izhodiščnega do končnega oglišča

Deformiranje objektov

Page 102: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• popularen način spreminanja mreže: razvijalec Sederberg• prosto-oblikovna deformacija (free-form deformation, FFD)• določi lokalni koordinatni sistem na delu objekta, ki bo deformiran• ustvari se lokalni koordinatni sistem, s katerim je lažje izvesti manipulacijo objekta: objekt ima sicer koordinate v globalnem sistemu, vendar se mu s to deformacijo dodeli lokalne koordinate njegovih oglišč• transformacije so lahko nelinerne, kar je pri animacijah zelo uporabno

http://www.dh.aist.go.jp/research/centered/dressdummy/FFDexp.php.en

Deformacija koordinatne mreže (Coordinate Grid Deformation)

Page 103: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

http://knowledge.autodesk.com/support/3ds-max/learn-explore/caas/CloudHelp/cloudhelp/2015/ENU/3DSMax/files/GUID-1129177A-6B3D-47EB-8636-B6D38BE816F8-htm.html

Deformacija koordinatne mreže (Coordinate Grid Deformation)

Page 104: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• je v osnovi 3D ekstenzija Burtnyk‘s tehnike in vključuje interpolacijo višje stopnje (tretje stopnje, Bezierjevainterpolacija lahko pa tudi kakšne druge vrste)• lokaliziran koordinatni sistem je nadgrajen nad objekt – globalna deformacija• za vsako oglišče so določene relativne koordinate glede na lokalno mrežo, ki registrirajo oglišče v mreži• mreža se nato manipulirana iz strani uporabnika

Deformacija svobodne oblike (Free-Form deformation)

Page 105: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

FFD se lahko izvaja1. sekvenčno2. hierarhično

Sekvenčno: objekt je modeliran progresivno s pomočjo določenih sekvenc FFD manipulacij

Deformacija svobodne oblike (Free-Form deformation)

Page 106: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Hierarhično: omogoča delo na različnih nivojih detajlov, finoločljivostni FFD-ji, ki so uporabljeni lokalno so po hierarhiji više vstavljeni v FFD manjše ločljivosti• hierarhija: z manipulacijo FFD-ja staršev tako vplivamo tudi na FFD otrok

enostavni primer hierarhične FFD

Deformacija svobodne oblike (Free-Form deformation)

Page 107: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

FFD in animiranje

https://www.youtube.com/watch?v=JIfrAO-jzHs

Page 108: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• zunanja kontrolna struktura:1. kontrolna mreža (free-form lattice)2. funkcije (wave function)

kontrolna mreža

Eksterna kontrola strukture modela

Page 109: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

3D interpolacije oblike

Page 110: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• sprememba enega objekta v drugega1. površinsko (surface based)2. volumsko (volume based)

Volumsko:1. upošteva volumen znotraj objekta tako, da en volumen zmeša – pretvori v drugega2. princip ima prednost, da je manj občutljiv na topološke specifike in posebnosti3. ker zahtevajo volumen so računsko bolj potratni in se manj uporabljajo

3D interpolacije oblike

Površinsko: 1. uporablja robno reprezentacijo objektov ter modificira enega ali oba objekta tako, da se robovi in oglišča ujemajo2. sledi interpolacija oglišče-oglišče• omejitev so objekti z luknjami, kar je pomembna lastnost topologije

Page 111: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Transformacija oblike izzove dva izziva, ki sta med seboj soodvisna:1. korenspondenčni problem: določanje mapiranja iz oglišča enega objekta v oglišče

drugega objekta2. interpolacijski problem: kreiranje sekvence vmesnih objektov, ki vizualno predstavljajo

transformacijo enega objekta v drugega

Ujemanje topologije:• najenostavnejši način morfiranja je možen, ko objekta delita enako topologijo oglišče –

rob

• primer: 1. objekt se obdela s FFD; 2. morf iz enega v drugo stanje; 3. morf se izvede z interpolacijo 3D oglišč

3D interpolacije oblike

Page 112: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

3D morfiranje

3D morfiranje oblik

Page 113: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• v vseh modelih uporabljena ista oglišča• ponekod dodani novi elementi

3D morfiranje oblik

https://www.youtube.com/watch?v=kS52JzsOEAU

Page 114: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• planarne• krogelne • sferične

http://www.youtube.com/watch?v=TVBP0r0y-q4

http://www.youtube.com/watch?v=SlwZzbGh7Cw

http://www.youtube.com/watch?v=S8xY0V8f6FE

3D deformacije s funkcijami

Page 115: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Animacija površinskih karakteristik-barve, materiala

Page 116: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

Mapirana sekvenca Mapirana sekvenca

Page 117: Napredna 3D računalniška grafika in vizualizacije - NTF · •interpolacija vrednosti je osnova večine animacij (napr. interpolacija lege točke v prostoru) • osnova so ključne

• animiranje luči z objekti – hierarhija objektov

Animacija luči (Light Animation)