İskelet animasyonu - Skeletal animation

"Bones" (yeşil renkte) eskiden bir el pozu verirdi. Uygulamada, "kemikler" genellikle gizlenir ve daha kullanıcı dostu nesnelerle değiştirilir veya basitçe görünmez hale getirilir. Açık kaynak projesi Blender'dan alınan bu örnekte , bu "tutamaklar" (mavi renkte) parmakları bükmek için küçültüldü. Kemikler hala deformasyonu kontrol ediyor, ancak animatör sadece tutamakları görüyor.

İskelet animasyonu veya arma , bilgisayar animasyonunda bir karakterin (veya diğer eklemli nesnenin) iki parça halinde temsil edildiği bir tekniktir : karakteri çizmek için kullanılan bir yüzey temsili ( veya kaplama olarak adlandırılır ) ve birbirine bağlı bölümlerden oluşan hiyerarşik bir küme (olarak adlandırılır). kemikler ve toplu olarak iskeleti veya teçhizatı oluşturan ), ağı canlandırmak ( poz ve ana kare ) için kullanılan sanal bir armatür . Bu teknik genellikle insanları ve diğer organik figürleri canlandırmak için kullanılsa da, yalnızca animasyon sürecini daha sezgisel hale getirmeye hizmet eder ve aynı teknik, kapı, kaşık, bina gibi herhangi bir nesnenin deformasyonunu kontrol etmek için kullanılabilir. veya bir galaksi. Animasyonlu nesne, örneğin bir insansı karakterden daha genel olduğunda, "kemikler" kümesi hiyerarşik veya birbirine bağlı olmayabilir, ancak sadece etkilediği ağın parçasının hareketinin daha üst düzey bir tanımını temsil eder.

Teknik, 1988 yılında Nadia Magnenat Thalmann , Richard Laperrière ve Daniel Thalmann tarafından tanıtıldı . Bu teknik, basitleştirilmiş kullanıcı arayüzlerinin animatörlerin genellikle karmaşık algoritmaları ve büyük miktarda geometriyi kontrol etmesine izin verdiği hemen hemen tüm animasyon sistemlerinde kullanılır; en önemlisi ters kinematik ve diğer "hedef odaklı" teknikler aracılığıyla. Bununla birlikte, prensipte, tekniğin amacı asla gerçek anatomiyi veya fiziksel süreçleri taklit etmek değil, yalnızca ağ verilerinin deformasyonunu kontrol etmektir.

teknik

Josh Petty'nin eğitici bir makalesinde açıklandığı gibi:

Arma, karakterlerimizin hareket etmesini sağlıyor. Donanım süreci, o dijital heykeli alıyoruz ve iskeleti, kasları oluşturmaya başlıyoruz ve cildi karaktere ekliyoruz ve ayrıca animatörlerimizin vücudu itip çekmek için kullandığı bir dizi animasyon kontrolü oluşturuyoruz. etrafında.

Bu teknik , bazen isim anlamında arma olarak da adlandırılan (gerçek dünyadaki herhangi bir anatomik özelliğe karşılık gelmesi gerekmeyen) bir dizi kemik oluşturur . Her kemiğin varsayılan bağlama pozundan (konumunu, ölçeğini ve yönünü içerir) ve isteğe bağlı bir ana kemiğin üç boyutlu bir dönüşümü vardır . Bu nedenle kemikler bir hiyerarşi oluşturur . Bir alt düğümün tam dönüşümü , üst dönüşümünün ve kendi dönüşümünün ürünüdür. Yani uyluk kemiğini hareket ettirmek alt bacağı da hareket ettirecektir. Karakter canlandırıldıkça, kemikler, bazı animasyon denetleyicilerinin etkisi altında zaman içinde dönüşümlerini değiştirir. Bir teçhizat genelde hem oluşmaktadır ileri kinematik ve ters kinematik birbirleriyle etkileşime girebilir parça. İskelet animasyonu, eksiksiz bir kemik konfigürasyonu setinin benzersiz bir pozu tanımladığı, teçhizatın ileri kinematik kısmına atıfta bulunur.

İskeletteki her bir kemik, karakterin görsel temsilinin ( ) bir kısmıyla, skinning adı verilen bir süreçte ilişkilendirilir . Çokgen ağ karakterinin en yaygın durumunda , kemik bir grup köşe ile ilişkilidir ; örneğin, bir insan modelinde, uyluk kemiği, modelin uyluğundaki çokgenleri oluşturan köşelerle ilişkilendirilir. Karakterin derisinin bölümleri normalde her biri köşe ağırlıkları veya karışım ağırlıkları adı verilen ölçeklendirme faktörlerine sahip birden fazla kemikle ilişkilendirilebilir . İki kemiğin eklemlerinin yakınındaki derinin hareketi bu nedenle her iki kemikten de etkilenebilir. En son teknoloji grafik motorlarında, skinning işlemi bir shader programı sayesinde GPU üzerinde yapılır .

Bir çokgen ağ için, her tepe noktası, her kemik için bir karışım ağırlığına sahip olabilir. Tepe noktasının son konumunu hesaplamak için, her bir kemik için, tepe noktasına uygulandığında, önce tepe noktasını kemik boşluğuna yerleştiren, ardından tekrar ağ boşluğuna yerleştiren bir dönüşüm matrisi oluşturulur. Köşeye bir matris uygulandıktan sonra, karşılık gelen ağırlığına göre ölçeklenir. Bu algoritma , matris paleti kaplama veya doğrusal karışım kaplama olarak adlandırılır , çünkü kemik dönüşümleri seti (dönüşüm matrisleri olarak depolanır ), kaplama tepe noktasının seçim yapabileceği bir palet oluşturur.

Yararlar ve zararlar

Güçlü

  • Bir kemik, bir dizi köşeyi (veya bacak gibi bir şeyi temsil eden başka bir nesneyi) temsil eder.
    • Animatörün modelin daha az özelliğini kontrol etmesi gerekir,
      • Animatör büyük ölçekli harekete odaklanabilir,
    • Kemikler bağımsız hareket edebilir.
  • Bir animasyon, tepe nokta yerine (bir çokgen ağ durumunda) kemiklerin basit hareketleriyle tanımlanabilir.

zayıf yönler

  • Bir kemik yalnızca bir dizi köşeyi (veya kesin olarak tanımlanmış başka bir nesneyi) temsil eder ve daha soyut veya kavramsal değildir.
    • Gerçekçi kas hareketi ve cilt hareketi sağlamaz . Bu soruna olası çözümler:
      • Kemiklere bağlı özel kas denetleyicileri.
      • Daha kapsamlı sanal anatomi simülasyonları ile kas-iskelet gerçekçiliğinin doğruluğunu artırmak için fizyoloji uzmanlarıyla istişare .

Uygulamalar

İskelet animasyonu, karakterleri veya mekanik nesneleri uzun süre (genellikle 100 kareden fazla) canlandırmanın standart yoludur. Video oyunu sanatçıları ve film endüstrisinde yaygın olarak kullanılır ve ayrıca mekanik nesnelere ve sert elemanlar ve eklemlerden oluşan diğer nesnelere de uygulanabilir.

Performans yakalama (veya hareket yakalama ), gerçekçilik düzeyini artırmanın yanı sıra iskelet animasyonunun geliştirme süresini de hızlandırabilir.

Performans yakalama için çok tehlikeli olan hareket için, iskelet çerçeveleri ile hareket ve direnç fiziğini otomatik olarak hesaplayan bilgisayar simülasyonları vardır. Uzuvların ağırlığı, kas reaksiyonu, kemik gücü ve eklem kısıtlamaları gibi sanal anatomi özellikleri , sanal akrobasi olarak bilinen gerçekçi zıplama, bükülme, kırılma ve yuvarlanma etkileri için eklenebilir . Ancak, askeri ve acil müdahale gibi sanal anatomi simülasyonlarının başka uygulamaları da vardır . Sanal askerler, kurtarma görevlileri, hastalar, yolcular ve yayalar eğitim, sanal mühendislik ve ekipmanın sanal testi için kullanılabilir. Sanal anatomi teknolojisi , animasyon ve simülasyon teknolojisinin daha da geliştirilmesi için yapay zeka ile birleştirilebilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar