Скелетная анимация

Скелетная анимация или риггинг — это метод компьютерной анимации , в котором персонаж (или другой сочлененный объект) представлен двумя частями: представлением поверхности, используемой для рисования персонажа (называемой сеткой или кожей ) , и иерархическим набором взаимосвязанных частей (называемым кости и вместе образующие скелет или оснастку ), виртуальную арматуру, используемую 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 обратной кинематики и других «целенаправленных» методов. Однако, в принципе, цель метода никогда не состоит в том, чтобы имитировать реальную анатомию или физические процессы, а только контролировать деформацию данных сетки.

Технический [ править ]

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 как прямой , так 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 с использованием матричной палитры или скинированием с линейным смешиванием . ^[4] потому что набор преобразований костей (хранящихся в виде матриц преобразования ) образует палитру для выбора вершины кожи.

Преимущества и недостатки [ править ]

Сильные стороны [ править ]

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 [ править ]

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 виртуальной анатомии . моделирования

Приложения [ править ]

Скелетная анимация — это стандартный способ анимации персонажей или механических объектов в течение длительного периода времени (обычно более 100 кадров). 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.

Захват производительности (или захват движения ) может ускорить разработку скелетной анимации, а также повысить уровень реализма.

Для движения, которое слишком опасно для захвата производительности, существуют компьютерные симуляции , которые автоматически рассчитывают физику движения и сопротивление с помощью скелетных кадров. Свойства виртуальной анатомии, такие как вес конечностей, мышечная реакция, прочность костей и ограничения суставов , могут быть добавлены для реалистичных эффектов подпрыгивания, изгиба, переломов и кувырков, известных как виртуальные трюки . Однако существуют и другие применения моделирования виртуальной анатомии, например, в военной сфере. ^[5] и экстренное реагирование. Виртуальных солдат, спасателей, пациентов, пассажиров и пешеходов можно использовать для обучения, виртуального проектирования и виртуального тестирования оборудования. Технологию виртуальной анатомии можно сочетать с искусственным интеллектом для дальнейшего совершенствования технологий анимации и моделирования.

Программное обеспечение, которое можно настроить, включает Blender , Maya и Spine 2d.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ 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 снятия шкур и примитивы деформации» (PDF) . Skinning.org . Пенсильванский университет.
^ «Оборона» . Сантос Хьюман Инк . Проверено 5 января 2011 г.

[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 снятия шкур и примитивы деформации» (PDF) . Skinning.org . Пенсильванский университет.

[5] «Оборона» . Сантос Хьюман Инк . Проверено 5 января 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]