Computer graphics & visualization ProSeminar WS 2007/08 Leo Hackstein Character Animation

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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

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