Скелетная анимация

Скелетная анимация или риггинг — это метод компьютерной анимации , в котором персонаж (или другой сочлененный объект) представлен двумя частями: полигональным или параметрическим сетчатым представлением поверхности объекта и иерархическим набором взаимосвязанных частей (называемых суставами или кости и вместе образующие скелет), виртуальная арматура, используемая для анимации (позы и ключевого кадра) 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 более общий, чем, например, гуманоидный персонаж, набор «костей» может не быть иерархическим или взаимосвязанным, а просто представлять собой высокоуровневое описание движения части сетки, на которую он влияет.

Техника была представлена в 1988 году Надей Магненат Тельманн , Ришаром Лаперьером и Даниэлем Тельманном . ^{[ 2 ]} Этот метод используется практически во всех анимационных системах, где упрощенные пользовательские интерфейсы позволяют аниматорам управлять зачастую сложными алгоритмами и огромным количеством геометрии; в первую очередь с помощью инверсной кинематики и других «целенаправленных» методов.

Техника

Как описано в обучающей статье Джоша Петти: ^{[ 3 ]}

Риггинг дает нашим персонажам возможность двигаться. Процесс риггинга заключается в том, что мы берем цифровую скульптуру и 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.

В этом методе создается ряд костей (которые не обязательно соответствуют каким-либо реальным анатомическим особенностям), иногда также называемый такелажем в смысле существительного. Каждая кость имеет трехмерную трансформацию из позы привязки по умолчанию (которая включает ее положение, масштаб и ориентацию), а также дополнительную родительскую кость. 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. Поскольку персонаж анимирован, кости со временем меняют свою трансформацию под воздействием какого-либо контроллера анимации. Установка обычно состоит из частей прямой и обратной кинематики , которые могут взаимодействовать друг с другом. Скелетная анимация относится к передней части кинематики оснастки, где полный набор конфигураций костей определяет уникальную позу.

Каждая кость скелета связана с некоторой частью визуального представления персонажа (сеткой ) в процессе, называемом скиннингом. В наиболее распространенном случае полигонального характера сетки кость связана с группой вершин ; например, в модели человека кость бедра будет связана с вершинами, образующими многоугольники бедра модели. Части кожи персонажа обычно могут быть связаны с несколькими костями, каждая из которых имеет коэффициент масштабирования, называемый весами вершин или смешанными весами . Таким образом, на движение кожи вблизи суставов двух костей могут влиять обе кости. В большинстве современных графических движков процесс создания скинов выполняется на графическом процессоре с помощью шейдерной программы .

В полигональной сетке каждая вершина может иметь вес смешивания 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 скинированием матричной палитры или скинированием линейного смешивания. ^{[ 4 ]} потому что набор преобразований костей (хранящихся в виде матриц преобразований ) образует палитру для выбора вершины кожи.

Преимущества и недостатки

Сильные стороны

Кость представляет собой набор вершин (или какой-либо другой объект, который что-то представляет, например ногу).
- Аниматору необходимо контролировать меньше характеристик модели,
  - Аниматор может сосредоточиться на крупномасштабном движении,
- Кости независимо подвижны.
Анимацию можно определить простыми движениями костей, а не повершинно (в случае полигональной сетки).

Слабые стороны

Кость может представлять только набор вершин (или какой-либо другой точно определенный объект) и не является более абстрактной или концептуальной.
- Не обеспечивает реалистичных мышц движений и кожи. Возможные решения этой проблемы:
  - К костям прикреплены специальные мышечные контроллеры.
  - Консультации со специалистами по физиологии для повышения точности скелетно-мышечного реализма за счет более тщательного моделирования виртуальной анатомии.

Приложения

Скелетная анимация — это стандартный способ анимации персонажей или механических объектов в течение длительного периода времени. Он обычно используется художниками видеоигр и в киноиндустрии , а также может применяться к механическим объектам и любым другим объектам, состоящим из жестких элементов и соединений.

Performance capture (или motion capture ) позволяет ускорить процесс скелетной анимации, а также повысить уровень реализма.

Установки могут управляться физикой тряпичной куклы , которая автоматически рассчитывает физику движения и сопротивления с помощью скелетных рам. Свойства виртуальной анатомии, такие как вес конечностей, мышечная реакция, прочность костей и ограничения суставов , могут быть добавлены для реалистичных эффектов подпрыгивания, изгиба, перелома и кувырка.

Некоторые популярные пакеты программного обеспечения, в которых можно создавать установки, включают Blender , Autodesk Maya , SideFX Houdini , Autodesk 3ds Max , Maxon Cinema 4D , Unreal Engine и многие другие.

См. также

Ссылки

^ Сориано, Марк. «Скелетная анимация» . Инженерный колледж Борнса . Проверено 5 января 2011 г.
^ Магненат-Тальманн, Надя; Лаперьер, Ришар; Тельманн, Дэниел (6–10 июня 1988 г.). «Совместно-зависимые локальные деформации для анимации рук и захвата объектов». Труды графического интерфейса '88 . Эдмонтон: 26–33.
^ Петти, Джош (26 июля 2018 г.). «Что такое 3D-ригинг для анимации и дизайна персонажей?» . Концепт-арт Империи . Проверено 29 ноября 2018 г.
^ Каван, Ладислав. «Методы прямого скиннинга и примитивы деформации» (PDF) . Skinning.org . Пенсильванский университет.

[1] Сориано, Марк. «Скелетная анимация» . Инженерный колледж Борнса . Проверено 5 января 2011 г.

[2] Магненат-Тальманн, Надя; Лаперьер, Ришар; Тельманн, Дэниел (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 (26 июля 2018 г.). «Что такое 3D-ригинг для анимации и дизайна персонажей?» . Концепт-арт Империи . Проверено 29 ноября 2018 г.

[4] Каван, Ладислав. «Методы прямого скиннинга и примитивы деформации» (PDF) . Skinning.org . Пенсильванский университет.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]