Animacja komputerowa. dr inż. Piotr Steć



Podobne dokumenty
Techniki animacji komputerowej

Metody animacji komputerowych

Podstawy 3D Studio MAX

INTERAKTYWNA KOMUNIKACJA WIZUALNA ANIMACJA

KSMM PG. Definicja. Pojęcie to obejmuje zmiany pozycji w czasie (dynamika ruchu), kształtu, barwy, przezroczystości,

Zaawansowana Grafika Komputerowa

Grafika 2D. Animacja - wstęp. Wykład obejmuje podstawowe pojęcia związane z animacja komputerową. opracowanie: Jacek Kęsik

Autodesk 3D Studio MAX Animacja komputerowa i praca kamery

Modelowanie i Animacja

Symulacje komputerowe

Grafika Komputerowa Wykład 5. Potok Renderowania Oświetlenie. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/38

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Animowana grafika 3D. Opracowanie: J. Kęsik.

Grafika Komputerowa Wykład 4. Synteza grafiki 3D. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/30

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Opis ruchu obrotowego

Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Synchronizacja dźwięku i obrazu

Zasady dynamiki Newtona. Ilość ruchu, stan ruchu danego ciała opisuje pęd

Modelowanie i Animacja

Zasady oceniania karta pracy

METODY OBLICZENIOWE. Projekt nr 3.4. Dariusz Ostrowski, Wojciech Muła 2FD/L03

Grafika Komputerowa Podstawy animacji

Badanie ruchu złożenia

Dynamika mechanizmów

WideoSondy - Pomiary. Trzy Metody Pomiarowe w jednym urządzeniu XL G3 lub XL Go. Metoda Porównawcza. Metoda projekcji Cienia (ShadowProbe)

Prawa ruchu: dynamika

Misja#3. Robimy film animowany.

Aparaty słuchowe Hi-Fi z Multiphysics Modeling

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

Dynamika manipulatora. Robert Muszyński Janusz Jakubiak Instytut Cybernetyki Technicznej Politechnika Wrocławska. Podstawy robotyki wykład VI

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

TEMAT :Animacja Komputerowa. Projekt współfinansowany w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Animacja komputerowa : algorytmy i techniki / Rick Parent. Warszawa, 2011 Spis treści Przedmowa

4.1. Modelowanie matematyczne

Kinematyka: opis ruchu

Synchronizacja dźwięku i obrazu. Opracował: dr inż. Piotr Suchomski

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

Projekt połowicznej, prostej endoprotezy stawu biodrowego w programie SOLIDWorks.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Bartosz Bazyluk SYNTEZA GRAFIKI 3D Grafika realistyczna i czasu rzeczywistego. Pojęcie sceny i kamery. Grafika Komputerowa, Informatyka, I Rok

IRONCAD. TriBall IRONCAD Narzędzie pozycjonujące

Animacje z zastosowaniem suwaka i przycisku

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Modelowanie, sterowanie i symulacja manipulatora o odkształcalnych ramionach. Krzysztof Żurek Gdańsk,

Biomechanika Inżynierska

fazy tworzenia filmu preprodukcja szkice, rysunki, plany produkcji... produkcja nagrywanie scen postprodukcja montaż, korekcja, podkład dźwiękowy

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

Opis systemów dynamicznych w przestrzeni stanu. Wojciech Kurek , Gdańsk

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Grafika 3D i multimedia

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

Grafika Komputerowa Materiały Laboratoryjne

4. Oprogramowanie OCR do rozpoznawania znaków 39

SIŁA JAKO PRZYCZYNA ZMIAN RUCHU MODUŁ I: WSTĘP TEORETYCZNY

Rysunek 1: Okno timeline wykorzystywane do tworzenia animacji.

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Manipulatory i roboty mobilne AR S1 semestr 5

Zasady dynamiki Newtona. Ilość ruchu, stan ruchu danego ciała opisuje pęd

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

MS Word Długi dokument. Praca z długim dokumentem. Kinga Sorkowska

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 4 26.X Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Plan wynikowy z wymaganiami edukacyjnymi przedmiotu fizyka w zakresie rozszerzonym dla I klasy liceum ogólnokształcącego i technikum

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

1. Podstawowe pojęcia

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Ćwiczenia nr 7. TEMATYKA: Krzywe Bézier a

Z poprzedniego wykładu:

Ćwiczenie: "Kinematyka"

INTERAKTYWNA KOMUNIKACJA WIZUALNA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI. Robot do pokrycia powierzchni terenu

Podstawy Robotyki Określenie kinematyki oraz dynamiki manipulatora

Program V-SIM tworzenie plików video z przebiegu symulacji

Wektor położenia. Zajęcia uzupełniające. Mgr Kamila Rudź, Podstawy Fizyki.

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Szybkie prototypowanie w projektowaniu mechatronicznym

17.1 Podstawy metod symulacji komputerowych dla klasycznych układów wielu cząstek

Roboty przemysłowe. Cz. II

Modelowanie Fizyczne w Animacji Komputerowej

Ćwiczenie 1 Automatyczna animacja ruchu

Przykłady: zderzenia ciał

1. Narzędzia główne: WORD 2010 INTERFEJS UŻYTKOWNIKA. wycinamy tekst, grafikę

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY. Optoelektroniczne pomiary aksjograficzne stawu skroniowo-żuchwowego człowieka

Zasady dynamiki Newtona

BLENDER- Laboratorium 1 opracował Michał Zakrzewski, 2014 r. Interfejs i poruszanie się po programie oraz podstawy edycji bryły

Modelowanie matematyczne a eksperyment

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Synteza i obróbka obrazu ANIMACJA KOMPUTEROWA

8. ANALIZA KINEMATYCZNA I STATYCZNA USTROJÓW PRĘTOWYCH

Projektowanie graficzne. Wykład 2. Open Office Draw

Zasady zachowania. Fizyka I (Mechanika) Wykład VI:

1. Kinematyka 8 godzin

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Prawa ruchu: dynamika

Synteza i obróbka obrazu. Algorytmy oświetlenia globalnego

Transkrypt:

Animacja komputerowa dr inż. Piotr Steć

Plan wykładu Animacja tradycyjna Cykl produkcji Podstawy animacji Techniki produkcyjne Animacja komputerowa Cykl produkcji Klatki kluczowe i interpolacja Kinematyka prosta Kinematyka odwrotna Dynamika Systemy cząsteczek Symulacja materiałów

Cykl produkcji tradycyjnej animacji 1. Scenariusz. Projektowanie postaci 3. Storyboard 4. Klatki kluczowe Inbetweens Czyszczenie (cleanup) Zdjęcia

Scenariusz Przedstawia pewną historię Tradycyjna konstrukcja: wprowadzenie, rozwinięcie, zakończenie Dodatkowe informacje ułatwiające dalszą pracę: informacje na temat lokalizacji, ujęć, efektów, itp. Odpowiednie formatowanie ułatwia dalszą pracę

Format scenariusza Czcionka Courier 1pt Marginesy: górny: 1,9 cm,5 cm dolny: 1,3 cm 3,8 cm lewy: 3,8 cm 5,1 cm prawy:,5cm Marginesy dialogów: lewy: 7,6 cm prawy: 5,8 cm Marginesy dodatkowych opisów w nawiasach: lewy: 9,4 cm prawy: 7,6 cm Pierwsza linia zawiera wyrównany do prawej numer strony zakończony kropką

Format scenariusza c.d. Podział na sceny z zaznaczeniem otoczenia i pory dnia: WN. KORYTARZ PRZED SALĄ EGZAMINACYJNĄ RANO WN. wnętrze PL. plener Efekty wejścia i wyjścia sceny Dialogi z podziałem na role i notatkami

Przykład scenariusza

Projektowanie postaci Techniki tradycyjne: szkice modele

Projektowanie postaci

Storyboard Obrazkowy szkic scen Pokazuje ujęcia i czas ich trwania Opisuje ruch kamery i przejścia pomiędzy ujęciami Opisuje główny ruch aktorów Zwykle szkic na papierze w ramkach o proporcjach ekranu

Storyboard (Dawno temu w trawie)

Storyboard (Jaskiniowcy)

Klatki kluczowe W tradycyjnej animacji: klatki rysowane przez głównego rysownika pokazujące główne fazy ruchu postaci Zawierają linie pomocnicze i ścieżki ruchu Zawierają informację o rodzaju i szybkości ruchu, oraz ilości klatek pośrednich

Klatki kluczowe

Inbetweens Proces dorysowywania klatek pośrednich pomiędzy klatkami kluczowymi Zwykle wykonywany przez asystentów głównego animatora

Czyszczenie klatek (cleanup) szkic wyczyszczony rysunek

Zdjęcia kamera oświetlenie animowana postać tło 1. warstwa tło. warstwa

Panoramiczne tło (Pinokio) Panorama o wielu perspektywach

Cykl produkcyjny animacji komputerowej 1. Scenariusz. Projektowanie postaci 3. Storyboard 4. Modelowanie 5. Kompozycja scen 6. Oświetlenie 7. Animacja 8. Cieniowanie i teksturowanie 9. Rendering 10. Postprodukcja

Modelowanie

Kompozycja scen

Scena bez tekstur i cieni

Gotowa scena

Rendering Wymaga dużych mocy obliczeniowych Pojedyncza klatka animacji może renderować się nawet kilka godzin (przeciętnie kilka minut) 1 min. filmu kinowego to 1440 klatek Przy dużych produkcjach stosuje sięrendering sieciowy, z użyciem wielu komputerów

Postprodukcja Montaż Przejścia efektowe Synchronizacja dźwięku Efekty specjalne Napisy

Podstawowe techniki animacji Przyśpieszenie, opóźnienie Ściskanie i rozciąganie Kompozycja czasowa (timing) Akcje drugorzędne Trajektorie

Ruch jednostajny

Przyśpieszenie, opóźnienie

Ściskanie i rozciąganie

Kompozycja czasowa (timing) Timing ma wpływ na odbieraną wagę: Lekkie obiekty poruszają się szybko Ciężkie obiekty poruszają się wolno Szybkość wykonywanego ruchu bardzo mocno wpływa na jego interpretację Chuck Jones (WB): "The difference between the right timing and the almost right timing, is the difference between lightning and a lightning bug."

Różna szybkość, różne znaczenia rozglądanie się nie uderzenie

Który obiekt jest cięższy?

Akcje drugorzędne Reakcja na działanie postaci Ruch drobniejszych elementów związanych z ruchem obiektu Przykłady: Machanie rękami podczas chodzenia Falowanie włosów Rozchylanie się trawy pod toczącą się piłką Akcje drugorzędne mają olbrzymi wpływ na realizm animacji

Akcje drugorzędne

Trajektorie animacji W przypadku animacji obiektów fizycznych, trajektoria ich ruchu powinna odpowiadać naturze Wszystkie ruchy animowanej postaci powinny odbywać się po łuku

Trajektorie animacji

Przewidywanie Ruch powinien być poprzedzony akcją wprowadzającą W przypadku animacji tradycyjnej gesty są zwykle przerysowane Przy zachowaniu dużego realizmu, akcje te powinny być bardziej subtelne

Klatki kluczowe i interpolacja Interpolacja liniowa

Klatki kluczowe i interpolacja Interpolacja wielomianowa

Klatki kluczowe i interpolacja Interpolacja spline'ami

Kinematyka Kinematyka jest nauką o ruchu, która nie uwzględnia sił powodujących ruch W animacjach komputerowych stosuje się dwa podejścia do kinematyki: Kinematykę prostą (forward kinematics) Kinematykę odwrotną (inverse kinematics) Kinematykę stosuje się głównie do animacji obiektów, które składają się ze sztywnych segmentów połączonych przegubami

Rodzaje przegubów Przegub obrotowy Przegub teleskopowy

Kinematyka prosta Dwa segmenty połączone przegubami efektor X ( l cosθ + l cos( Θ + Θ ), l sin Θ + ( Θ + Θ )) = l 1 1 1 1 1 sin 1

Kinematyka prosta Ruch przegubów określony przez krzywe

Kinematyka prosta Ruch może być też określony przez warunki początkowe i prędkości Θ 1 dθ dt (0) = 60 1 = 1, Θ dθ dt (0) = 40 = 0,1

Właściwości prostej kinematyki Przeguby mogą być teleskopowe lub obrotowe o 1, albo 3 stopniach swobody Segmenty łączone przegubami muszą tworzyć strukturę hierarchiczną Problem z uzyskaniem pożądanego położenia końca układu (efektora)

Kinematyka odwrotna Animator określa położenie efektora Komputer oblicza kąty obrotu stawów efektor Θ Θ 1 = = ( l sin( Θ )) x + ( l1 + l cos( Θ )) ( l sin( Θ )) y + ( l + l cos( Θ )) cos 1 x + x l l l 1 1 1 l y x

Kiedy używać odwrotnej kinematyki Postać podnosi przedmioty Stawianie kroków Wszystkie sytuacje, gdzie istotne jest położenie końca struktury (dłoni, stóp)

Problemy z odwrotną kinematyką Uzyskanie naturalnego sposobu poruszania się postaci Osobliwości równań Niejednoznaczne rozwiązania równań (efektor może być w tym samym miejscu dla wielu ustawień przegubów)

Bardziej skomplikowane struktury Trzy niewiadome (kąty), dwa równania (x,y)

Umożliwienie obliczania skomplikowanych struktur Odnajdywanie najlepszego rozwiązania (minimalizacja energii) Optymalizacja nieliniowa Wprowadzanie dodatkowych ograniczeń na ruchomość stawów (pozwala odrzucić część rozwiązań)

Przechwytywanie ruchu (motion capture) Systemy pozwalające rejestrować ruch aktorów W stawach aktora umieszczane czujniki położenia Położenie próbkowane z odpowiednią częstotliwością Technika często wykorzystywana w zaawansowanych (czyt. kosztownych) animacjach W filmach pozwala zastąpić żywego aktora wirtualnym

Przechwytywanie ruchu (motion capture) Zalety: Ruch rejestrowany w naturalnym środowisku Dokładny zapis ruchu postaci wraz z ruchami pobocznymi Pozwala na realistyczną animację postaci Wady: Dane trudne do edycji Szum Przesunięcia w stosunku do rzeczywistych położeń

Urządzenia przechwytujące Optyczne Magnetyczne Mechaniczne

Dynamika Sposób animacji poprzez symulację naturalnego świata Animator określa warunki początkowe, właściwości obiektów, oraz siły zewnętrzne Bardzo kosztowna obliczeniowo ale daje bardzo realistyczne efekty, niemożliwe do uzyskania innymi technikami

Detekcja kolizji

Odbicie kuli od płaszczyzny v p v n v v n v n v p v = v + v n p v = v v p n v n v = ( v n)n = v v p n Odbicie idealnie elastyczne. Brak strat energii.

Kolizja dwóch sfer U1 i U wektory prędkości w momencie zderzenia X wektor łączący środki sfer U1x, Ux projekcje wektorów prędkości na wektor X U1y, Uy projekcje wektorów prędkości na wektory prostopadłe do X U1y U1x U1 U X U x U y

Kolizja dwóch sfer Kolizja dwóch sfer U1y x U1 x U U y 1 U U X ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y V x V V y V x V V y U y V y U y V M M M x U x U M x U M x U x V M M M x U x U M x U M x U x V x U U y U U X X x U x U U y U U X X x U X X X środek środek X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1) ( + = + = = = + + = + + = = = = = = = M1, M masy sfer V1,V prędkości po zderzeniu

Problemy związane z detekcją kolizji Dyskretyzacja czasu (w jednej chwili obiekt może być przed, w drugiej za przeszkodą) Obiekty o skomplikowanych kształtach (zastępowane przez proxy) Obiekty wirujące Uwzględnianie tarcia Zderzenia miękkich obiektów

Zderzenia miękkich obiektów

Systemy cząsteczek Popularna technika symulacji zjawisk fizycznych Cząsteczka jest punktem o skończonej masie i określonym czasie życia Cząsteczki zwykle nie kolidują ze sobą nawzajem Cząsteczki wydobywają się z tzw. emiterów, które nadają im początkową prędkość Do symulacji używa się bardzo dużych ilości cząsteczek

Zjawiska symulowane systemami cząsteczek Ogień Dym Chmury Odłamki i iskry Woda Zachowania stadne

Ruch cząsteczki w polu siłowym Symulacja następuje w dyskretnych odstępach czasowych Wynikowa siła jest sumą wszystkich sił działających na cząsteczkę (grawitacja, wiatr, turbulencje, itp.) Przyśpieszenie = Siła/Masa Nowa_Prędkość = Stara_Pdkość + Przyśpieszenie * Krok_Czasu Nowa_Pozycja = Stara_Pozycja + Nowa_Prędkość * Krok_Czasu

Przykłady zastosowań systemów cząsteczek