1 / 59

3D/Characteranimation

3D/Characteranimation. Roman Schieferstein (Großes MM-Seminar). WS 2003. 3D Modellierungsgrundlagen. Übersicht. 3D Animation. Characteranimation. Motion Capture Verfahren. Einleitung. Bildgestaltung wird durch moderne Computer revolutioniert.

purity
Download Presentation

3D/Characteranimation

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. 3D/Characteranimation Roman Schieferstein (Großes MM-Seminar) WS 2003

  2. 3D Modellierungsgrundlagen Übersicht • 3D Animation • Characteranimation • Motion Capture Verfahren

  3. Einleitung • Bildgestaltung wird durch moderne Computer revolutioniert • Realistisches Animieren und Realisieren von virtuellen Szenen durch immer bessere Hardware • Neue Möglichkeiten für Visualisierung und Effekte z.B. fürs Kino • Immer kostengünstigere Realisierung durch laufend verbesserte Soft- und Hardware • Qualität ermöglicht fast kein Unterscheiden mehr zwischen echt und virtuell

  4. Einleitung Welches Glas ist real ?

  5. Grundlagen • Wie ein echtes Glas aus vielen kleinen Atomen besteht, besteht ein virtuelles Glas ebenfalls aus vielen Kleinteilen • Vertex – Vertices • Edges - Kanten • Faces - Flächen • Polygone - Vielecke

  6. Vertices • Was bei einem echten Apfel die Atome sind, sind beim virtuellen die Vertices • Ein Vertex ist eine 3D Raumkoordinate • Nicht sichtbar im Endbild, nur zur Modellierung • Vertices sind markante Endpunkte der Oberfläche

  7. Vertices • Ein Modell kann aus sehr vielen Vertices bestehen bis zur endgültigen Form • Für die komplexen Anordnungen gibt es spezielle Modellierverfahren, man setzt nicht jeden Vertex manuell

  8. Edges • Eine Kante ist eine direkte Verbindung zweier Vertices • Wichtig für Low Polygon Modeling • Falsch gesetzte Kanten können die Oberfläche negativ beeinflussen

  9. Faces • Immer dreieckige Gebilde • Sie sind Teil eines Polygons • Desto mehr Faces, desto glatter und besser das Modell • Viele Faces brauchen viel Rechenzeit beim Rendern

  10. Polygone • Sichtbare Flächen des Modellgitters • Ein Polygon hat mindestens 3 Vertices oder mehr • Alle Polygone ergeben das fertige Modell/Mesh • Polygone fassen angrenzende Faces einer Ebene aus Performancegründen zusammen

  11. Edgesproblem • Kein Problem, wenn alle Vertices eines Polygons in einer Ebene liegen • Problem dann, wenn Vertices auf unterschiedlichen Ebenen im Raum liegen • Folgen: Die Oberfläche folgt nicht mehr dem geometrischen Fluss • Fällt auf bei Low Poly Modellen, bei High Poly Modellen weniger

  12. Grundkörper • Grundkörper sind fertig modellierte Objekte • Schnell modellierbar durch Parametereingabe in der Software wie z.B. der Radius • Viele reale Objekte bestehen aus Grundkörpern • Kombination von Grundkörpern lässt neue Objekte entstehen

  13. Grundkörper Beispiel: Eine Tasse. Aus welchen einfachen Grundkörpern besteht sie ? Eine Tasse besteht z.B. aus 2 Zylindern und einem Stück Rohr

  14. Zusammengesetzte Objekte • Sie werden auch bool‘sche Operationen genannt und ermöglichen z.B.: • Zusammenführen zweier Objekte • Abziehen zweier Objekte • Schnittmenge zweier Objekte So lassen sich recht komplexe Modelle erstellen

  15. Addition • Addition zweier Objekte heisst, der Volumeninhalt beider Objekte wird kombiniert • Die Verticsstrukturen werden zu einem Netz/Objekt und der Schnittbereich der Vertics entfällt

  16. Subtraktion • Das Boole'sche Objekt enthält den Volumeninhalt eines Ursprungsobjekts abzüglich des Schnittmengenvolumens. • Die Verticsstrukturen werden um die Schnittmenge reduziert und um die Schnittfläche erweitert

  17. Schnittmenge • Das fertige Objekt enthält nur den gemeinsamen Inhalt der beiden Einzelobjekte, also der Bereich, in dem sie sich überschneiden • Die Verticsstrukturen werden auf die Schnittmenge reduziert

  18. Texturen • Sie geben dem Modell ihr realistisches Aussehen + • Texturen sind Bilder oder Videos, die auf die Oberfläche gelegt werden • Man nimmt also das Rohmodell… = …wählt eine Textur aus… …und legt die Textur auf die Oberfläche

  19. Komplexe Texturen • Einfache Texturzuweisung ermöglicht keine präzise Detailplatzierung • Problem für präzise Detailzuordnung • Abhilfe: Zuweisung von Teilbereichen der Textur an Polygone • Polygone werden auf der Textur an der richtigen Stelle platziert

  20. Modellbeispiel • 3D Modellierung zielt darauf ab, ein Polygongitter zu erstellen • Dann wird das Rohmodell optimiert und geglättet. • Zum Schluss wird es mit Texturen versehen und kann nun animiert werden.

  21. Was ist 3D Animation • Animation bedeutet Bewegung • Sichtbar durch kleine Änderungen von Bild zu Bild • Unser Auge nimmt etwas als flüssig/ animiert wahr ab ca. 15 Bildern pro Sekunde • Nach PAL Standard 25 Bilder/Sekunde • 3D technisch gesehen heißt Animation, Objekteigenschaften wie Position und Parameter zeitlich zu verändern

  22. Was ist 3D Animation 3D Animation lässt sich in 2 Gruppen teilen 1. Objektanimation 2. Kameraanimation

  23. Koordinaten-/Bezugssystem • XY System aus der Schule bekannt • 3D Animation braucht eine zusätzliche Z- Achse • Dient der Orientierung im Raum und zur Bestimmung von Strecken • Basiskoordinatensystem ist unveränderbar • Jedes Objekt hat ein lokales K.System • Das lokale folgt einer Bewegung und Drehung

  24. Weitere Orientierungshilfen • 3D Software hat die 4 Fenstersicht • Standardmäßig links/rechts, oben/unten, vorne/hinten und eine perspektivische Ansicht

  25. Weitere Orientierungshilfen • Anzeigen von Bewegungsbahnen von Objekten • Hilft der Bewegungsanalyse • Bei vielen Objekten geht jedoch die Übersicht verloren • Ghostbilder zeigen ein paar Bilder des Objektes vor oder nach der aktuellen Zeit • Vorteil:das gesamte Objekt ist zu sehen • Große Abstände deuten auf schnelle Bewegung, kleine auf langsame hin

  26. Keyframes • Jede Animationssoftware bietet die Keyframeanimation an • Ein Keyframe speichert Werte wie Größe, Position und sämtliche Objektparameter • In der Animation werden die gespeicherten Werte zu diesem Zeitpunkt wiederhergestellt • Für eine Animation sind mindestens 2 Keys notwendig

  27. Keyframes • Keyframes speichern Parameter, die eine hohe Aussagekraft über den Bewegungsverlauf aussagen • Bilder zwischen 2 Keyframes werden interpoliert • Keyframing spart Speicher zu Lasten eines höheren Rechenaufwands • Wie sich Werte zwischen 2 Keys verändern, wird durch die Keydynamik bzw. Animationskurven festgelegt

  28. Keydynamik • Ein Key kann 2 Charakteristiken haben für den Eingang und Ausgang • Keydynamik legt fest ob Objektwerte von Key zu Key konstant oder gedämpft übergehen. Die 6 typischen Beispiele sind: 4. Sanft abbremsen/ beschleunigen 1. Automatisch weiche Übergänge 2. Konstante Übergänge 5. Schnell abbremsen/ beschleunigen 3. Harte Übergänge 6. Benutzerdefinierte Kurvendynamik

  29. Praktische Übung

  30. Animationskurven Wie verhält sich der Ball bei dieser Animationskurve ? Lösung: Konstante Bewegung

  31. Animationskurven Wie verhält sich der Ball bei dieser Animationskurve ? Lösung: Gedämpfte Bewegung

  32. Animationskurven Wie verhält sich der Ball bei dieser Animationskurve ? Lösung: Harte Bewegung

  33. Animationskurven Wie verhält sich der Ball bei dieser Animationskurve ? Lösung: Realistische Bewegung (kombinierte Dynamik)

  34. Partikelsysteme • Sie ermöglichen die Animation von nicht Greifbarem wie - Wasser - Feuer - Funken - Rauch • Typische Parameter sind: - Partikelanzahl pro Sekunde - Geschwindigkeit und Richtung der Partikel - Größe der Partikel

  35. Partikelemitter Man unterscheidet 2 Arten von Partikelemittern Die Festemitter z.B. kleiner Zylinder Objektbezogene Emitter

  36. Partikel • Die Partikel selber können verschiedene Formen haben - Tropfenform (für z.B. Wasser) - Strichform (für z.B. Funken) - Quaderform (für z.B. Feuer)

  37. Partikel • Partikel können Texturen erhalten • Partikel können beeinflusst werden durch Modifikatoren wie: - Schwerkraft - Wind - Deflektoren

  38. Partikel Beispiel • Ein fertiges Feuerbeispiel. Verwendet wurde: - Wind - Objektemitter - Quaderpatikel - Partikeltextur

  39. Anwendungsgebiete • Simulation von Fabriksystemen • Planung von Erweiterungen • Systemfehler frühzeitig erkennen • Planen und Realisieren von Gebäuden • Kosten und Material- berechnung durch 3D Bausoftware • Virtueller Lauf durch das Haus vor dem Bau

  40. Anwendungsgebiete • Maschinenbau • Milimetergenaue Visualisierung von Maschinenteilen • Funktionstests wie würden sich Teile verhalten • Unfallrekonstruktion • Auswertung von Black Box Daten • Visualisierung des Unfallhergangs

  41. Characteranimation • Ist die königliche Spitze der 3D Animation • Beschäftigt sich mit der Animation von Lebewesen aller Art wie: - Menschen - Roboter / Maschinen - Tiere - animierte Gegenstände • Erfordert Kenntnisse über die Anatomie der Figur • Setzt perfekte Kenntnisse der 3D Grundlagen voraus für realistisches Animieren

  42. Hard- / Software • Benötigt wird sehr leistungsfähige Hardware • Grafikperformance sehr wichtig • Berechnungen von Animationen in NT Clustern • Meistverwendete Animationssoftware: - SoftImage 3D - Maya - 3D Studio MAX

  43. Skelett • Das Modell muß wie ein echter Mensch mit einem einfachen Skelett versehen werden • Das Skelett legt grundlegende Bewegungsparameter fest • Die Skelettstruktur ähnelt der echten Anatomie • Zum Animieren wird das Skelett animiert und das Modell folgt dem Skelett

  44. Kinematik • Kinematik – ein Teil dreht und mehrere folgen • Hilft beim manuellen Animieren ohne Motion Capture Daten • Bei der Forward Kinematik muß Arm 1,2,3 gedreht werden um das Ziel zu erreichen • Bei der Inversen Kinematik bewegt man IK zum Ziel, und der Rest folgt automatisch • Problem der IK: Das Ziel kann mehrere Ausgangsstellungen haben. Abhilfe durch Winkelbeschränkung

  45. Motion Capture • Das schwierigste ist, eine Figur real zu animieren • Einfaches Laufen ist bereits bei Mann und Frau unterschiedlich • Je realistischer die Figur, desto kritischer bewertet der Zuschauer seine Bewegungen • Motion Capture zeichnet reale Bewegungsabläufe auf von Personen, Tieren oder Maschinen • Zur Erfassung haben sich 3 Verfahren bewährt: Optische, magnetische und mechanische Systeme

  46. Optische Systeme • Der Akteur trägt einen Anzug mit Markierungen an allen wichtigen Stellen • Infrarotlicht bestrahlt die Marker • 3 Kameras verfolgen die Markierungen • Die Kameras werden genau vermessen mit Abstand und Winkel

  47. Optische Systeme • Jede Kamera schaut auf einer Achse • Der überlappende kubische Bereich ist der mögliche Aktionsraum • Zu jedem verfolgten Marker errechnet der Computer anhand der Positionsdaten der Kameras die Markerposition

  48. Optische Systeme • Größtes Problem: Verdeckung von Markern verhindert das Verfolgen • Dadurch keine Interaktion mit zweiter Person • Verdeckung erfordert Nachbearbeitung der Daten • Durch Verdeckungen nicht echtzeitfähig • Durch die Optik sehr genau und hohe Captureraten möglich

  49. Magnetische Systeme • Der Akteur trägt einen Anzug mit Hall Sensoren an allen wichtigen Stellen • Der Akteur bewegt sich in 3 tiefrequenten Magnetfeldern • Die Sensoren messen die Laufzeit vom Einschalten des Feldes bis zum Empfangen und senden die Zeit an den Zentralrechner • Anhand aller Laufzeiten kann der Sensor im 3D Raum bestimmt werden

  50. Magnetische Systeme • Der Zentralrechner schaltet alle 3 Felder kurz nacheinander ein und aus • Im Rucksack werden alle Laufzeiten aufgezeichnet und übermittelt (Funk) • Übermittlung per Funk oder Kabel • Anhand aller Laufzeiten, Positionsdaten und Winkel der Sendeeinheiten wird die Raumkoordinate berechnet

More Related