Скелетная анимация

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Поиск источников: «Скелетная анимация» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( декабрь 2007 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

«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 Blender эти «ручки» (показаны синим цветом) были уменьшены, чтобы сгибать пальцы. Кости по-прежнему контролируют деформацию, но аниматор видит только ручки.

Скелетная анимация или риггинг - это метод компьютерной анимации, в котором персонаж (или другой шарнирный объект) представлен в двух частях: представление поверхности, используемое для рисования персонажа (называемое сеткой или кожей ), и иерархический набор взаимосвязанных частей (называемых кости , и все вместе образующие скелет или буровой установки ), виртуальный якорь Используется для анимации ( позы и ключевой кадр ) сетки. ^[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 быть не иерархическим или взаимосвязанным, а просто представлять высокоуровневое описание движения части меша, на которую он влияет.

Техника была представлена в 1988 году Надей Магненат Тельманн , Ричардом Лаперриером и Даниэлем Тельманном . ^[2] Этот метод используется практически во всех анимационных системах, где упрощенные пользовательские интерфейсы позволяют аниматорам часто управлять сложными алгоритмами и огромным количеством геометрии; особенно с помощью обратной кинематики и других «целенаправленных» методов. В принципе, однако, цель этого метода - никогда не имитировать реальную анатомию или физические процессы, а только контролировать деформацию данных сетки.

Техника [ править ]

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.

Также описано Squiggly Rigs: ^[4]

Риггинг персонажа (3D-риггинг) в анимации - ссылка на метод, который используется во время
процедура трехмерной скелетной анимации, которая использует трехмерную модель и соединяет ее костную структуру для создания каркаса скелета, который позволяет аниматору управлять движением трехмерной модели, как марионеткой.
По сути, 3D-такелаж - это метод создания подходящей скелетной системы.
для модели, чтобы ее можно было перемещать и деформировать.

Этот метод используется для построения серии костей (которые не обязательно должны соответствовать каким-либо анатомическим особенностям реального мира), иногда также называемые риггингом в смысле существительного. Каждая кость имеет трехмерное преобразование из стандартной позы привязки (которая включает ее положение, масштаб и ориентацию) и необязательной родительской кости. Таким образом, кости образуют иерархию . Полное преобразование дочернего узла является продуктом его родительского преобразования и его 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 изчасти прямой и обратной кинематики, 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 ( сеткой ) в процессе, называемом скиннингом . В наиболее распространенном случае полигональной сетки кость связана с группой вершин ; 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 коэффициенты масштабирования, называемые весами вершин или весами смешивания.. Таким образом, на движение кожи около суставов двух костей могут влиять обе кости. В большинстве современных графических движков процесс создания скинов выполняется на графическом процессоре благодаря программе шейдеров .

Для многоугольной сетки каждая вершина может иметь вес наложения для каждой кости. Чтобы вычислить окончательное положение вершины, для каждой кости создается матрица преобразования, которая при применении к вершине сначала помещает вершину в пространство кости, а затем возвращает ее обратно в пространство сетки. После применения матрицы к вершине она масштабируется по соответствующему весу. Этот алгоритм называется матрица-палитра обесшкуриванием или линейно-смесь шкурой , ^[5] , так как множество костных преобразований (хранятся в виде преобразования матриц ) образует палитру для вершины кожи , чтобы выбрать из.

Преимущества и недостатки [ править ]

Сильные стороны [ править ]

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 полигональной сетки).

Слабые стороны [ править ]

Кость представляет собой только набор вершин (или какой-либо другой точно определенный объект) и не является более абстрактным или концептуальным.
- Не обеспечивает реалистичного движения мышц и кожи. Возможные решения этой проблемы:
  - К костям прикреплены специальные регуляторы мышц.
  - Консультации с физиологией экспертов, чтобы повысить точность опорно - двигательного аппарата реализма с более тщательной виртуальной анатомии моделирования.

Приложения [ править ]

Скелетная анимация - это стандартный способ анимировать персонажей или механические объекты в течение длительного периода времени (обычно более 100 кадров). Он обычно используется художниками по видеоиграм и в киноиндустрии , а также может применяться к механическим объектам и любым другим объектам, состоящим из жестких элементов и соединений.

Захват производительности (или захват движения ) может ускорить разработку скелетной анимации, а также повысить уровень реализма.

Для движения, которое слишком опасно для захвата производительности, существуют компьютерные симуляции, которые автоматически вычисляют физику движения и сопротивления с помощью скелетных рам. Свойства виртуальной анатомии, такие как вес конечностей, реакция мышц, прочность костей и ограничения суставов, могут быть добавлены для реалистичных эффектов подпрыгивания, изгиба, перелома и кувырка, известных как виртуальные трюки . Однако есть и другие приложения виртуального анатомического моделирования, такие как военные ^[6] и аварийные ситуации.отклик. Виртуальных солдат, спасателей, пациентов, пассажиров и пешеходов можно использовать для обучения, виртуального проектирования и виртуального тестирования оборудования. Технология виртуальной анатомии может быть объединена с искусственным интеллектом для дальнейшего совершенствования технологий анимации и моделирования.

См. Также [ править ]

3D компьютерная графика
Морфинг целевой анимации
Интерактивное моделирование на основе скелетов
Вырезанная анимация

Ссылки [ править ]

^ Сориано, Марк. «Скелетная анимация» . Борнс инженерный колледж . Проверено 5 января 2011 года .
^ Magnenat-Тельман, Надь; Лаперьер, Ричард; Тальманн, Даниэль (6–10 июня 1988 г.). «Совместно-зависимые локальные деформации для анимации рук и захвата объектов». Труды графического интерфейса '88 . Эдмонтон: 26–33.
^ Петти, Джош. «Что такое 3D-оснастка для анимации и дизайна персонажей?» . Концепт-арт империя . Проверено 29 ноября 2018 .
^ «Что такое 3D оснастка в анимации - Объяснение оснастки персонажей» . Squiggly Rigs . 2019-05-04 . Источник 2021-02-03 .
↑ Каван, Ладислав. "Методы прямого скиннинга и примитивы деформации" (PDF) . Skinning.org . Пенсильванский университет.
^ «Оборона» . Santos Human Inc . Проверено 5 января 2011 года .

[1] Сориано, Марк. «Скелетная анимация» . Борнс инженерный колледж . Проверено 5 января 2011 года .

[2] Magnenat-Тельман, Надь; Лаперьер, Ричард; Тальманн, 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 . Проверено 29 ноября 2018 .

[4] «Что такое 3D оснастка в анимации - Объяснение оснастки персонажей» . Squiggly Rigs . 2019-05-04 . Источник 2021-02-03 .

[5] Каван, Ладислав. "Методы прямого скиннинга и примитивы деформации" (PDF) . Skinning.org . Пенсильванский университет.

[6] «Оборона» . Santos Human Inc . Проверено 5 января 2011 года .

[1]