computer graphics & visualization
ProSeminar WS 2007/08Leo Hackstein
Character Animation
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Character AnimationLeo Hackstein
ÜbersichtÜbersicht• EinführungEinführung– Geschichte der AnimationGeschichte der Animation– AnwendungsgebieteAnwendungsgebiete– ObjektrepräsentationObjektrepräsentation
• TechnikenTechniken– KeyframingKeyframing– Inverse KinematikInverse Kinematik– Motion CaptureMotion Capture
• AbschlussAbschluss
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Einfühung: Geschichte
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Einführung: Geschichte
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Einführung: Anwendungsgebiete• Wann immer der Eindruck von Bewegung
entstehen soll, z.B.:– Animierte Bilder (Internet, *.gif)– Filme aller Art• Effekte mit Computerunterstützung• Komplett animiert (Zeichentrick, 3D)
– Natürlich: Computerspiele
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Einführung: Objektrepräsentation• 2D-Zeichentrick:– Jedes Bild neu zeichnen (ungeschickt)– Objekt (Person) in unbewegliche Teile splitten ->
Anordnung der Teile variabel
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Einführung: Objektrepräsentation• 3D:– Oft „articulated model“ (Gelenkmodell)– „Nur“ Ansammlung on vertices– Andere Möglichleiten:• Particle systems• Deformable objects
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Techniken: Keyframing• Position für jedes Bild angeben ist aufwändig• -> Keyframing:– Animator gibt Schlüsselstellen an– Computer berechnet Positionen dazwischen (durch
Interpolation)
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Techniken: Inverse Kinematik• Bei Gelenkmodellen (skeletal animation)• Forward Kinematics:– Fixpunkt, an dem Bewegung stattfindet– Berechnung der Positionen untergeordneter
Objekte
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Techniken: Inverse Kinematik• Aber: üblicherweise sind Start- und Endknoten
gegeben -> wir drehen die Technik um
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Techniken: Inverse Kinematik• Gradient Following: Wir überprüfen für eine
mögliche Bewegung, ob wir näher ans Ziel kommen, wenn ja führen wir sie aus (wir suchen quasi den minimalen Abstand)– Einfache Methode, die weiche Bewegungen liefert– Nicht sehr schnell (nicht direkter Weg), man kommt
zwar immer näher ans Ziel, erreicht es aber nicht unbedingt
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Techniken: Inverse Kinematik
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Techniken: Inverse Kinematik• Vor allem bei der Animation von Charakteren
sollte das Ergebnis natürlich aussehen
• In die eben vorgestellte Technik lassen sich weitere Einschränkungen einbauen
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Techniken: Inverse Kinematik• Oft finden sog. Jacobi-Matritzen Anwendung• Zwei Arrays:– Winkel– Punkte (Joints)
• Forward Kinematics:• Inverse Kinematics:
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Techniken: Inverse Kinematik
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Techniken: Inverse Kinematik• Im Zweidimensionalen:
• Führt zu folgender Matrix:
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Techniken: Inverse Kinematik• Es gibt noch viele (zum Teil auch sehr
komplizierte) weitere Methoden• Aber: Keine ist Perfekt• In der Industrie werden meist an den
bestimmten Roboter angepasste Formeln verwendet
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Techniken: skeletal vs. Per-vertex animation• Skeletal animation:– Gelenkmodell wird bewegt– Einfach, Techniken wie z.B. Inverse Kinematik
möglich– Aber: an Skelett gebunden, Nichtberücksichtigung
von z.B. Muskeln• Per-Vertex-/Morph Target Animation:– (nur) Vertices werden bewegt– Erlauben Animator viele Details, z.B. Muskeln– Sehr aufwändig
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Techniken: skeletal vs. Per-vertex animation• Deshhalb:– Üblicherweise wird nur skeletal animation
verwendet– Diese kann dann in per-vertex-animation
konvertiert und „getunt“ werden
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Techniken: Motion Capture• Verschiedene Realisierungsmöglichkeiten• Optisch: passive bzw. aktive Marker werden
von Kameras verfolgt
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Techniken: Motion Capture• Inertial: Sensoren ähnlich einem Wii-Controller,
Daten werden kabellos an Notebook o.ä. übertragen
• Mechanisch: Exoskelett wird an Ausführenden „geklebt“
• Magnetisch: weniger Marker nötig als bei optischen Systemen, aber sehr störanfällig
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Techniken: Motion Capture• Vorteile :– Schnelle Erfassung von komplizierten
Bewegungsabläufen, z.B. Sport, Tanz– Physikalisch korrekt– Ein Schauspieler kann mehrere Rollen in einem Film
spielen
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Techniken: Motion Capture• Nachteile:– Teuer– Ergebnisse erscheinen oft unwirklich, obwohl
Quelle sehr real -> Uncanny Valley– An physikalische Korrektheit gebunden
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Abschluss• Oft werden mehrere Techniken
kombiniert, um das gewünschte Ziel zu erreichen
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Abschluss
„Story is king!“Martin Reddy, Pixar
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Abschluss
FRAGEN?