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

computer graphics & visualization

ProSeminar WS 2007/08Leo Hackstein

Character Animation


Character AnimationLeo Hackstein

ÜbersichtÜbersicht• EinführungEinführung– Geschichte der AnimationGeschichte der Animation– AnwendungsgebieteAnwendungsgebiete– ObjektrepräsentationObjektrepräsentation

• TechnikenTechniken– KeyframingKeyframing– Inverse KinematikInverse Kinematik– Motion CaptureMotion Capture

• AbschlussAbschluss



Einfühung: Geschichte



Einführung: Geschichte



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



Einführung: Objektrepräsentation• 2D-Zeichentrick:– Jedes Bild neu zeichnen (ungeschickt)– Objekt (Person) in unbewegliche Teile splitten ->

Anordnung der Teile variabel



Einführung: Objektrepräsentation• 3D:– Oft „articulated model“ (Gelenkmodell)– „Nur“ Ansammlung on vertices– Andere Möglichleiten:• Particle systems• Deformable objects



Techniken: Keyframing• Position für jedes Bild angeben ist aufwändig• -> Keyframing:– Animator gibt Schlüsselstellen an– Computer berechnet Positionen dazwischen (durch

Interpolation)



Techniken: Inverse Kinematik• Bei Gelenkmodellen (skeletal animation)• Forward Kinematics:– Fixpunkt, an dem Bewegung stattfindet– Berechnung der Positionen untergeordneter

Objekte



Techniken: Inverse Kinematik• Aber: üblicherweise sind Start- und Endknoten

gegeben -> wir drehen die Technik um



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



Techniken: Inverse Kinematik



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



Techniken: Inverse Kinematik• Oft finden sog. Jacobi-Matritzen Anwendung• Zwei Arrays:– Winkel– Punkte (Joints)

• Forward Kinematics:• Inverse Kinematics:



Techniken: Inverse Kinematik



Techniken: Inverse Kinematik• Im Zweidimensionalen:

• Führt zu folgender Matrix:



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



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



Techniken: skeletal vs. Per-vertex animation• Deshhalb:– Üblicherweise wird nur skeletal animation

verwendet– Diese kann dann in per-vertex-animation

konvertiert und „getunt“ werden



Techniken: Motion Capture• Verschiedene Realisierungsmöglichkeiten• Optisch: passive bzw. aktive Marker werden

von Kameras verfolgt



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



Techniken: Motion Capture• Vorteile :– Schnelle Erfassung von komplizierten

Bewegungsabläufen, z.B. Sport, Tanz– Physikalisch korrekt– Ein Schauspieler kann mehrere Rollen in einem Film

spielen



Techniken: Motion Capture• Nachteile:– Teuer– Ergebnisse erscheinen oft unwirklich, obwohl

Quelle sehr real -> Uncanny Valley– An physikalische Korrektheit gebunden



Abschluss• Oft werden mehrere Techniken

kombiniert, um das gewünschte Ziel zu erreichen



Abschluss

„Story is king!“Martin Reddy, Pixar



Abschluss

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