Vortrag im Seminar Computergraphik

Präsentation zum Thema: "Vortrag im Seminar Computergraphik"—  Präsentation transkript:

1 Vortrag im Seminar Computergraphik
Computeranimation Vortrag im Seminar Computergraphik Alan Akbik

2 Zielsetzung Was ist Animation? Ein kurzer Einblick in ihre Entdeckung
Überblick über die verschiedenen Arten der Computeranimation und Begriffsklärung Ein Beispiel zur Partikelanimation Methoden zur Umsetzung von Hierarchischer Bewegung

3 Struktur des Vortrags Entdeckung der Animation Zielsetzung/Motivation
Starrkörperanimation Physikalische Simulation Partikelanimation Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung Verhaltensgesteuerte Animation

4 Entdeckung der Animation (1)
1820: Peter Mark Roget veröffentlicht seinen Bericht ‚The Persistance of Vision with Regard to Moving Objects‘ Er stellt fest, dass das menschliche Auge ein Bild etwa 1/16 einer Sekunde lang in der Retina behält, auch wenn dieses Bild schon verschwunden ist Gezeigt durch das Thaumatrope, 1824 erfunden von John A. Paris

5 Thaumatrope

6 Entdeckung der Animation (2)
Mit sehr schnell aufeinanderfolgenden, sich leicht verändernden Bildern kann der Eindruck von Bewegung gewonnen werden 1832: Phenakistoscope (Joseph Plateau) 1834: Zeotrope (William George Horner) Praxinoscope

7 Entdeckung der Animation (3)
1919 Max Fleischer - ‚Feline Follies‘

8 Pixar - Luxo Jr. Erster gerenderter Film

9 Struktur des Vortrags Starrkörperanimation Zielsetzung/Motivation
Entdeckung der Animation Starrkörperanimation Physikalische Simulation Partikelanimation Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung Verhaltensgesteuerte Animation

10 Starrkörperanimation
Grundlegendste Art der Animation Umfasst Translation und Rotation Im Englischen: Rigid Body Animation Begriffsklärung Interpolation/Keyframing Explizites Skripten

11 Interpolation/Keyframing
Einige Schlüsselframes werden angegeben, der Computer soll die dazwischenliegenden Frames interpolieren Lineare Interpolation oft nicht ausreichend

12 Alternativen zur linearen Interpolation
B-Splines Explizites Skripten

13 Struktur des Vortrags Physikalische Simulation Zielsetzung/Motivation
Entdeckung der Animation Starrkörperanimation Physikalische Simulation Partikelanimation Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung Verhaltensgesteuerte Animation

14 Physikalische Simulation
Idee: Nutze Gesetze der Physik um realistische Bewegungen zu erzeugen Auf Objekte wirken zB Schwerkraft, Beschleunigung, Luftwiderstand Der Animator gibt für Objekte Masse, Startgeschwindigkeit, -beschleunigung, -richtung an Der Computer simuliert und animiert die daraus folgende Bewegung

15 Probleme Kontrolle nur über die Startwerte der Objekte
Komplexe Systeme sehr schwer zu modellieren Problem der Inversen Dynamik

16 Struktur des Vortrags Partikelanimation Zielsetzung/Motivation
Entdeckung der Animation Starrkörperanimation Physikalische Simulation Partikelanimation Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung Verhaltensgesteuerte Animation

17 Partikelanimation Wird benutzt zum Erstellen von Effekten wie
Explosionen Feuer Nebel Wasser(dampf) Sternenfenster

18 Was ist ein Partikel? Eine sehr kleine Primitive (e.g. ein Wassertropfen, ein Sandkorn, ein Funken...) Teil einer großen Menge von Partikeln Entlang eines vorgegebenen Skriptes randomisierte Bewegung (Ausrichtung, Lebensdauer u.s.w...)

19 Attribute eines Partikels
Startposition Startrichtung und Startgeschwindigkeit Transparenz Form Lebensdauer

20 Durchzuführende Schritte pro Frame
Partikel deren Lebensdauer abgelaufen ist werden entfernt Neue Partikel werden generiert Den neuen Partikeln werden individuelle (randomisierte) Werte gegeben Partikel werden bewegt (andere Werte wie Farbe oder Transparenz gegebenenfalls geändert) Partikel werden gerendert

21 Beispielprogramm In der Präsenation wurde an dieser Stelle das Programm „Fireworks“ gezeigt. Im Netz zu finden unter Auf den folgenden Seiten ein Blick auf den Quelltext des Programms

22 Typdefinition const EXPLOSION_SIZE = 0.8; type TParticle = Record
X, Y, Z : glFloat; dX, dY, dZ : glFloat; R, G, B : glFloat; end; TFirework = Record Particle : Array[0..127] of TParticle; Trail : Array[0..15] of TParticle; StartTime : Integer; Duration : Integer; Style : Integer; X, Y : glFloat; dX, dY : glFloat;

23 Procedure SetupFirework
// exploding particles for I :=0 to 127 do with Firework[N].Particle[I] do begin if Firework[N].Style < 2 then R := (random/6 +0.4)/10*EXPLOSION_SIZE else R := (random/ )*EXPLOSION_SIZE; dX :=R*cos(I/10); dY :=R*sin(I/10); dZ :=R*cos(I/4); X :=dX; Y :=dY; Z :=dZ; if Clr = 0 then R :=random/ else R :=random/ if Clr = 1 then G :=random/ else G :=random/ ; if Clr = 2 then B :=random/ else B :=random/ ; end;

24 Struktur des Vortrags Zielsetzung/Motivation Entdeckung der Animation Starrkörperanimation Physikalische Simulation Partikelanimation Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung Verhaltensgesteuerte Animation

25 Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung
Begriffsklärung: Articulated Structures Foward Kinematics Inverse Kinematics Motion Capturing

26 Articulated Structures (1)
Objekte mit Gelenken Für die Animation eines solchen Objektes muss zunächst eine skelettartige Struktur modelliert werden

27 Articulated Structures (2)
Eine Gelenkhierarchie muss festgelegt werden

28 Articulated Structures (3)
Für jedes Gelenk müssen Freiheitsgrade festgelegt werden Es gibt 6 Freiheitsgrade: Bewegung entlang der X-Achse, Y-Achse, Z-Achse Roll: Rotation um X-Achse Pitch: Rotation um Y-Achse Yaw: Rotation um Z-Achse Freiheitsgrade erklären

29 Forward Kinematics (1)

30 Forward Kinematics (2)

31 Forward Kinematics (3)

32 Hierarchische Bewegung
Forward Kinematics ist mit viel Aufwand verbunden Idee: Keyframing für Articulated Structures

33 Inverse Kinematics (1) Man gibt Keyframes des Objektes an
Computer interpoliert dazwischenliegende Frames Interpolation bleibt dem Skelettbau und den Freiheitsgraden der Gelenke treu

34 Inverse Kinematics (2)

35 Inverse Kinematics (3) Selbst bei Strukturen mit wenigen Gelenken gibt es oft verschiedene Wege einen Zielpunkt zu erreichen

36 Inverse Kinematics (4) Kürzester Weg soll animiert werden
Oftmals viele gleichwertige Lösungen Anzahl der Lösungen steigt exponential mit höherer Anzahl an Gelenken

37 Inverse Kinematics (5) Vorteile:
Schlüsselframes genügen zum erzeugen einer animierten articulated Structure > stark reduzierter Aufwand Nachteile: Bei komplexen Strukturen (viele Gelenke) Berechnung sehr aufwendig Entzieht künstlerische Freiheit

38 Motion Capturing (1) Einem Menschen (oder anderem Objekt mit Skelettstruktur) werden an für die benötigte Bewegung wichtigen Stellen Sensoren angebracht Der Mensch läuft diese Bewegung durch, während die Positionswerte der Sensoren aufgezeichnet werden Auf dieser Basis lassen sich natürliche Bewegungen im Computer rekonsturieren

39 Motion Capturing (2) Beispiel eines real-time Motion Capturings
Man bemerke: Finger und Füße bleiben immer starr ausgerichtet

40 Motion Capturing (3) Vorteile:
Menschliche Bewegungen mit vergleichsweise niedrigem Aufwand in hoher Qualtät Nachteile: Nur vorgefertigte Sequenzen

41 Struktur des Vortrags Verhaltensgesteuerte Animation
Zielsetzung/Motivation Entdeckung der Animation Starrkörperanimation Physikalische Simulation Partikelanimation Zusammengesetzte Strukturen / Hierarchische Bewegung Verhaltensgesteuerte Animation

42 Verhaltensgesteuerte Animation
Animierte Figuren bewegen sich entsprechend ihres festgelegten Verhaltenskodex‘ Sind nur über diesen zu steuern, ähneln also Agenten Nützlich für Computerspiele Nützlich zB für die Animation von Tierherden (König der Löwen)

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