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Zwischenergebnisse 01.12.2006 - Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation
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Zwischenergebnisse 01.12.2006 - Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation

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Zwischenergebnisse - Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation …

Zwischenergebnisse - Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation

Technische Universität Hamburg-Harburg
The Parallel Computing Group

Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation

Studienarbeit im Studiengang Informatik-Ingenieurwesen

Pawel Kazakow
01.12.2006

Betreuer: Prof. Dr. Helmut Weberpals

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  • 1. Dynamisches Hautmodellfür Muskelbasierte GesichtsanimationZwischenergebnisse 01.12.2006 www.muskelbasierte-gesichtsanimation.dePräsentation: Pawel KazakowBetreuer: Prof. Helmut WeberpalsTechnische Universität Hamburg-Harburg
  • 2. Inhalt  Selbstüberschneidungen bei einem 3D-Offset-Polygon  Erkennung  BehebungPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 3. Selbstüberschneidungen  Zur Offsetberechnung wird eine direkte Methode verwendet.  Die Topologie des Polygons wird nicht verändert.  Sehr schnelle Berechnung  Selbstüberschneidungen  Entstehen bei einer direkten Offset-Methode  Können nicht verhindert werden  Müssen nachträglich entfernt werden  Herausforderungen bei Entfernung von Selbstüberschneidungen  Erkennung  EntfernungPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 4. Effektivität einer direkten Offset-Methode  Bereinigung der Selbstüberschneidungen ist die größte Herausforderung bei einer direkten Offset-Methode  Die Effektivität einer direkten Offset-Methode wird an der Effizienz der Bereinigung der Selbstüberschneidungen gemessenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 5. Arten von Selbstüberschneidungen  Globale  Entstehen durch zu große Offset-Entfernung  Ursprünglich gegenüberliegende Flächen überschneiden sich  Können manuell behoben werden, durch Anpassung der Offset-Entfernung  Automatische Bereinigung nicht sinnvoll  Automatische Überprüfung der eingegebenen Offset- Entfernung denkbar, bevor der Offset-Polygon berechnet wird  Lokale  Entstehen, wenn der Offset-Polygon in die konkaven Bereiche der Originaloberfläche wächstPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 6. Arten von Selbstüberschneidungen  Lokale  Entstehen, wenn der Offset-Polygon in die konkaven Bereiche der Originaloberfläche wächst  Manuelle Bereinigung in der Praxis nicht möglich  Automatische Erkennung und Bereinigung nötig  Herausforderung  Erkennung  BehebungPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 7. Direkte Offset-Methode Wiederholung  Offset-Polygon wird durch Verschiebung der Punkte berechnet  Richtung: Vertexnormale  Entfernung: manuell eingegebener Offset-Wert  Verfahren  Punktpositionen werden in einem Array gespeichert  Zu jedem Punkt wird seine Vertexnormale multipliziert mit dem Offset-Wert dazuaddiert  Anschließend werden die Punkte an das Polygon-Objekt übergebenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 8. Erkennung von Selbstüberschneidungen  Ist es möglich Selbstüberschneidungen allein aus den neuen Knotenpositionen zu erkennen?  Nein, da die Relationen der Punkte zueinander (Flächen und Kanten) vollständig fehlen. Zusätzliche Betrachtung der ursprünglichen Positionen ist deshalb auch keine Abhilfe.  Überschneidung bezieht sich auf Kanten und Flächen, Punkte können sich nicht selbst überschneidenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 9. Erkennung von Selbstüberschneidungen Vorder- und Rückseite einer Polygonfläche  Einzelne Polygonflächen haben eine Rück- und Vorderseite, definiert durch das Vorzeichen der Flächennormale (sie zeigt aus der Vorderseite)  Beschreibt ein Polygon einen Volumenkörper (z.B. einen Kopf), zeigen die Flächennormalen i. d. R. nach außen, d. h. die Vorderseiten der Polygone sind außen zu sehenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 10. Erkennung von Selbstüberschneidungen Merkmale einer Selbstüberschneidung  Rückseiten einiger Polygonflächen sind außen sichtbarPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 11. Erkennung von Selbstüberschneidungen Merkmale einer Selbstüberschneidung  Entstehung geschlossener Bereche in einem Polygon, Rückseiten geraten aber nicht nach außenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 12. Erkennung von Selbstüberschneidungen Merkmale einer Selbstüberschneidung allgemein  Bestimmte Relation der Flächen zueinander ändert sich gegenüber der Relation derselben Flächen im Originalpolygon, sobald sie an einer lokalen Selbstüberschneidung beteiligt sindPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 13. Erkennung von Selbstüberschneidungen Ansatz für die Erkennung allgemein  Für jede Fläche muss diese Relation zu allen anderen Flächen im Offset-Polygon berechnet und mit den Relationen im Originalpolygon verglichen werden  Bei n Flächen müssten dann n² Relationen im Original- und Offset-Polygon berechnet und zwischengespeichert werden  Um die Rechenzeit zu senken und Speicher zu sparen, könnte eine feste Anzahl (manuell festgelegt) der umliegenden Flächen überprüft werden (Überschneidungen topologisch weit entfernter Flächen werden nicht erkannt)Pawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 14. Erkennung von Selbstüberschneidungen Herausforderungen  Eine mathematische Relation zu finden, an der sicher erkannt werden kann, ob eine Überschneidung vorliegt  Eine sehr effiziente Implementierung für diese Relation zu findenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 15. Erkennung von Selbstüberschneidungen Welche Eigenschaften ändern sich, wenn Punkte (und damit Flächen) in die Offset-Richtung verschoben werden?Pawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 16. Behebung von Selbstüberschneidungen Ansatz:  Zurückverschiebung der Punkte bis die Überschneidung aufgelöst wird  Offset-Abstand wird lokal gesenktPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 17. Behebung von Selbstüberschneidungen  Um den Offset-Polygon mit den Überschneidungen nicht zu verändern werden die neuen Positionen in einem Array gespeichert und später auf das Polygon angewendet  Es ist nicht ausgeschlossen, dass Flächen nach der Verschiebung zusammenfallen. Dies wird vermutlich weder die Optik noch die Dynamik stören (sehr kurze Federverbindungen verhalten sich nicht anders als Verbindungen mit höherer Länge)Pawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 18. Behebung von Selbstüberschneidungen  Liefert der Originalpolygon wertvolle Zusatzinformationen?  Bei der Verschiebung ändern sich die Vertexnormalen  Vertexnormalen berechnen sich aus dem Durchschnitt der Normalen der Flächen, die den Punkt teilen  Bei der Offset-Verschiebung kann die Parallelität der Offset- Flächen zu den Originalflächen nicht beibehalten werden  Folglich ändern sich bei der Verschiebung die VertexnormalenPawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 19. Behebung von Selbstüberschneidungen  Liefert der Originalpolygon wertvolle Zusatzinformationen?  Ja, denn die optimale Richtung eines Punktes für die Zurückverschiebung ist die Vertexnormale dieses Punktes im Originalpolygon.Pawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 20. Behebung von Selbstüberschneidungen Experiment: Zurückverschiebung entlang der Offset- Vertexnormalen Originalpolygon Offset-Entfernung: +5 Offset-Entfernung: -5Pawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 21. Erkennung von Selbstüberschneidungen Bobachtung: Fehler durch die Verschiebung in Richtung der Offset- Vertexnormalen treten in den Bereichen der Selbstüberschneidungen auf Offset-Entfernung: +5  -5 Offset-Entfernung: -4Pawel KazakowDynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
  • 22. www.muskelbasierte-gesichtsanimation.de