Computer animation

2,773 views
2,648 views

Published on

Published in: Education, Technology, Business
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,773
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
61
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Computer animation

  1. 1. Малинка Иванова
  2. 2.  Съвременният софтуер за компютърно подпомогнато проектиране и производство (CAD/CAM) разполага с мощни инструменти за моделиране на 3D обекти в силно интерактивна среда  Три основни функции на CAD/CAM системите революционно променят проектантската индустрия: тримерни изображения, компютърна анимация и мултимедия
  3. 3.  Основна цел - да се синтезира ефект на движение чрез компютър  Системата за анимиране трябва да осигурява инструменти за контрол на движението, които да могат да транслират желанията на аниматора в компютърни команди, разбираеми от нея
  4. 4.  2D техники - фокусирани върху манипулирането на изображения  3D техники - използват се за изграждане на виртуални светове, в които актьорите и обектите се движат и взаимодействат помежду си
  5. 5.  ключови фреймове (keyframes)  обратна кинематика (inverse kinematics) и динамика  създават се методи за рендване  симулационни методи, използващи закони на физиката и динамиката, с по-специално приложение в области, третиращи деформациите, определяне на противоречията и отговора  устройствата за пресъздаване на виртуална реалност (Virtual Reality – VR)  движение на актьор, засичащо се от сензори и участие на други актьори, направлявани от компютър чрез симулация, провеждаща се в реално време
  6. 6.  2D техники - допринасят за извършване на:  морфинг  за вграждане/премахване на графични обекти във видео  създаване на абстрактни шаблони, описващи се чрез математически формули
  7. 7.  Морфинг - техника, характеризираща се с метаморфоза на един обект в друг с течение на времето  Основен проблем - как ефективно да бъдат генерирани междинните изображения от две първоначални  чрез интерполиране на цветовете във всеки пиксел на двете първоначални изображения  чрез 2D геометрична трансформация (warps)
  8. 8.  Морфинг - При дадени две първоначални изображения, за да се изпълни морфинг, те трябва да имат еднакъв набор от точки и линейни сегменти  След това се изчислява 2D геометрична трансформация, като се намират междинните позиции и форми
  9. 9.  Вграждане на графични обекти в съществуващо изображение - позволява да бъдат добавени или премахнати нови елементи  Двата процеса на вграждане и на премахване на обекти се извършват по-трудно, когато се придвижва камера - промяната трябва да бъде последователна и логична с промяна на гледната точка
  10. 10.  Математически формули - използват се, за да се създадат последователности на абстрактни движения  Всички тези 2D техники могат да се използват самостоятелно, за да се създаде анимация, както и в комбинация в пост- изчислителни операции, с цел подобряване на изображението
  11. 11.  3D анимация Изграждането на 3D свят с анимирани последователности включва три стъпки: 1. Моделиране - свързано с оформяне елементите на сцената и описание на всеки един елемент 2. Анимиране 3. Рендване - конвертира описанието на обектите и тяхното движение в изображения Техниките за моделиране и рендване в повечето случаи не зависят от техниките за анимиране, макар, че за да се получи реалистична анимация, моделът на обекта и условията на рендване силно оказват влияние
  12. 12.  Моделиране – статично описание на обекта + описание на движенията  йерархичен модел (articulated model) - колекция от обекти, свързани помежду си чрез общи точки в йерархична, дървовидно подобна структура
  13. 13.  Вторият тип модел се прилага при анимиране на системи от частици или колекция от точки  Движението на частиците в пространството се определя чрез набор от правила  Моделира се вода, дим, огън, ято птици
  14. 14.  Трети тип модел - деформируеми обекти, които не притежават добре дефинирана йерархична структура, нито пък могат да се представят чрез система частици  няколко фундаментално различини начина за представяне на деформируеми обекти, като: решетъчни модели, обемни модели и повърхности представяния  Примери - вода, коса, дрехи
  15. 15.  Плавност на движението (Motion blur) - техника за рендване, необходима за създаване на реалистична анимация  без тази техника, бързото движение на обект през серия от фреймове ще създаде нежелани стробиращи ефекти
  16. 16.  Генериране на движение Редица техники за определяне на движение са разработени - всички налични инструменти изискват компромис между автоматизация и контрол  Използването на ключови фреймове позволява добър контрол и по-малко автоматизация  Процедурните методи и улавянето на движения генерират движения автоматично, но позволяват малък контрол върфу детайлите
  17. 17.  Използване на ключови фреймове  състояща се в автоматично генериране на фреймове, наречени междинни (inbetweens) - междинните фреймове се получават чрез интерполиране на ключови фреймове  Линейната интерполация произвежда нежелани ефекти, като неплавно движение, неравномерна скорост на движение и изкривявания при ротация   използват се сплайнови интерполационни методи  Сплайните могат да бъдат описани математически като апроксимации на кубични полиноминални функции  За анимацията, по-интересни интерполационни сплайни са: сплайни тип cardinal, сплайни на Катмул-Ром (Catmull-Rom) и сплайни на Кочанек-Бартелс (Kochanek- Bartels)
  18. 18.  Един начин за създаване на по-добри изображения - когато параметрите на модел на обект сами се интерполират  Техниката е наречена параметрична анимация, базирана на ключови фреймове  В параметричния модел, аниматорът създава ключови фреймове чрез задаване на подходящ набор от стойности на параметри, след това параметрите се интерполират и изображенията се конструират от интерполираните параметри
  19. 19.  Обратна кинематика  Целта е аниматорът да определи позицията на един обект чрез информация за позициите на обектите над него в йерархичния модел
  20. 20.  Права кинематика (direct kinematics) – проблем – свързан с намиране позициите на крайните точки (например ръка, крак, като крайни елементи от тялото) с течение на времето от гледна точка на фиксирана координатна система без да се вземат под внимание силите или моментите, които предизвикват движението  Типичен пример за прилагане на права кинематика - създаване на параметрична анимация с ключови фреймове
  21. 21.  Обратна кинематика - позволява директно създаване на спецификация на позиците на крайните точки  Присъединените ъгли (Joint angles – например ъгълът при коляното) автоматично се определят
  22. 22.  Създадени са алгоритми за специфични типове движения  Тези техники са наречени процедурни методи, защото компютърът процедурно следва стъпка по стъпка алгоритъм, за да се генерира движение  Процедурните методи имат две основни предимства пред техниката с ключовите фреймове: (1) лесно могат да се генерират семейства със сходни движения; (2) те могат да бъдат приложени за сложни системи, които ръчно е трудно да бъдат анимирани (например системи от частици)  Към процедурните методи спадат симулациите, базирани на физически закони, при които движението се генерира чрез използване на физически закони или тяхна апроксимация
  23. 23.  симулираното движение е реалистично  изграждането на нова симулация понякога е труден процес, изискващ пълно разбиране на подходящи физични закони  след като симулацията е проектирана, аниматорът може да я използва без да се интересува от вътрешно заложените функции
  24. 24.  Симулациите се разделят на две групи:  Пасивни системи - не притежават вътрешен източник на енергия и се преместват само когато външна сила е приложена към тях  Активни системи - имат вътрешен източник на енергия и могат да се преместват по своя воля  Хора, животни, роботи са примери на активни системи – те са трудни за моделиране, защото в допълнение към реализиране на физическите закони, трябва да се специфицира и поведението на симулираните сили или двигатели  Може да се генерира движение на групи от обекти, които се придвижват заедно - ято птици, стада от животни, тълпа от хора
  25. 25.  Изпълнение на анимацията или улавяне на движението - характеризира се с определяне на пространствените измерения и записване на непосредствените действия на реален човек или животно с цел извършване на незабавен анализ или анализ на по-късен етап във времето  Използва се при създаване на виртуални среди с анимирани 3D актьори  Различават се три вида системи за улавяне на движението: механична, магнитна и оптична
  26. 26.  Механични системи или цифрово кукловодство - позволяват анимиране на 3D актьори чрез използване на интерактивни входни устройства: мишка, джойстик, ръкавици, клавиатура и други
  27. 27.  Оптичните системи използват сензори (наречени маркери), прикачени към тялото на човека и няколко камери, фокусирани върху работното пространство  Проблеми:  липсват данни от скритите маркери, например когато човекът е легнал по гръб  липса на автоматизиран начин за различаване на маркерите, когато са много близо един до друг по време на движението  проблемите могат да се намалят чрез добавяне на повече камери, но се увеличава цената
  28. 28.  Магнитните системи изискват реален човек да бъде снабден с набор от сензори, които да могат да измерват тяхната пространствена връзка и да насочват информацията към локален магнитен предавател  Потокът данни от приемниците към главния компютър включва 3D позиции и ориентации на всеки един приемник  Популярни са магнитните системи: Gypsy, Polhemus Fastrack и Ascension Flock of Birds
  29. 29.  При използване на система за улавяне на движението, е възможно да се създадат приложения, базирани изцяло на 3D интеракции, при което спецификация на деформациите или движението се дава в реално време  Това са VR базирани анимационни техники – използва VR устройства, включвайки всички интерактивни устройства, позволяващи комуникация с виртуалните светове  шлем за виртуална реалност (head-mounted display systems)  ръкавици  3D мишка или пространствени топки (SpaceBalls)  MIDI клавиатури, устройства за въвеждане на мултимедия: входни устройства за въвеждане на видео в реално време и на аудио   По време на процеса на създаване на анимация, аниматорът трябва да въведе голям обем от информация в компютъра, което е недостатък
  30. 30.  Моделирането и деформирането на 3D актьори, например човешко тяло по време на процеса на анимиране е труден за решаване проблем  Деформирането на човешко тяло използва моделите:  модел, базиран на повърхнини (surface model)  модел, използващ множество слоеве (multi- layered model)
  31. 31.  Модел, базиран на повърхнини – концептуално прост, съдържащ скелет и външен слой кожа  Обвивката се състой от части от равнини (изградени от прави или от криви)  Проблеми:  моделът изисква дълго въвеждане на важни точки или ъгли, които определят равнината  трудно се контролира реалистичната еволюция на повърхнината в пресечните точки  Предимство - чудати повърхнини или такива с аномалии лесно могат да бъдат произведени  Прости наблюдения на движение на човешка кожа разкриват, че деформациите на външна кожа зависи от много други фактори, касаещи конфигурацията на скелета
  32. 32.  Моделът, използващ множество слоеве - съдържа скелетен слой, междинни слоеве, които симулират физическото поведение на мускули, кости, мазнини и слой кожа  Този модел се използва за реалистично анимиране на човешко тяло  Предимство – веднъж, след като слойният модел е конструиран, само основният скелет е необходимо да бъде описан чрез скрипт, за да се създаде анимация - деформациите на формата се генерира автоматично
  33. 33.  Какво е мултимедия?
  34. 34.  Дефиниране на заданието за проектиране - документ, съдържащ изискванията на пазара или задание, определящо обхвата на проблема  Могат физически да се изследват конкурентни продукти или предишни проекти, но без възможност да станат органична част от документа  Чрез мултимедията всички видове изисквания при проектирането на изделието могат да бъдат снети, каталогизирани и подредени в една хармонична, управляема среда мултимедията предоставя ефективен метод за колективно проектиране, като осигурява комуникацията между проучването на пазара, самото проектиране и управлението на цялостния проектантски процес
  35. 35.  Изработване на проекта  Използване на минал опит  Времето за повторно проектиране на дадено изделие може значително да се намали, ако по електронен път се прехвърлят някои данни или се използва информация от предишен проект  Модели, които не са генерирани чрез CAD системи могат да се въведат чрез тримерно дигитализиране  Когато тази информация се комбинира с аудио бележки и видеоклипове, членовете на дизайнерския екип могат бързо да се запознаят с възможните модификации на дизайна, да обменят информация и направят оценка
  36. 36.  Обосновка на проектното решение  Чрез създаването на аудио бележки в процеса на проектиране и прикрепянето им към модела с визуални изображения един проектант може да опише мисловния процес, стоящ зад определено решение  Тази информация често е в полза за другите членове на проектантския екип, когато променят модела или съобразяват отношението му към другите компоненти в конструкцията  Проектантът може да информира членовете на екипа за своето проектно решение и подхода си към моделирането
  37. 37.  Обучение  Адаптивни интелигентни системи за обучение  курсовете са разработени така, че сами подсказват на потребителя следващите му действия  вградена е обратна връзка, която проверява верен ли е отговора и в зависимост от това определя следващия ход на обучението  могат да се съставят курсове с различна степен на сложност в зависимост от възможностите на потребителя
  38. 38.  Потребителски интерфейс  предимствата на мултимедията се използват за организиране на съвременен потребителски интерфейс:  Използват се клавиши за управление на звуков интерфейс - гласови команди  вербално подсказване на потребителите за следващото действие или се показва степента на завършеност на прекомерно дългите процедури  при решаването на сложни дизайнерски проблеми, които отнемат няколко минути, потребителят е оставен да се чуди дали машината наистина работи – използва се гласово/графично подсказване и обратната връзка - please wait (моля, чакайте), still solving (все още решава), итерация 200 (iteration 200), остават 20 итерации (20 iterations remaining)
  39. 39.  Стандарти при проектирането  стандарти за организиране на бази данни  хиперсвързаност на информация относно различни етапи от проектирането  аудио и видео клиповете могат да бъдат използвани, за да осигуряват детайлна, стандартизирана информация за монтиране, тестване и производствени процедури
  40. 40.  Обобщаване на проекта и промени  Електронните системи позволяват текстовите, аудио и видео бележки да бъдат обединени в процеса на прегледа в обща среда, без използване на хартия, но в същото време по-цялостно и добре документиране  Има вградена функция за колективно проектиране и базата данни на CAD системата е активна едновремено за всички работни станции, участващи в проекта
  41. 41.  Представяне на решението  Анимации  Видеопредставяне на изделието  Аудио бележки  Виртуален прототип

×