Computer graphics & visualization Rigging & Skinning.

computer graphics & visualization

How to make a PIXAR movie

Rigging & Skinning


Rigging & SkinningJohannes Schmidt

Schneewittchen



Schneewittchen• 1937: 1. abendfüllernder Zeichentrickfilm

• Über 750 Künstler beteiligt– 32 Hauptzeichner– 102 Assistenzzeichner– 167 Inbetweener– 65 Spezialeffektzeichner



Prinzip Keyframe-Animation

Keyframe1 Keyframe2

Keyframe3

Interframes

Interframes



Prinzip Keyframe-Animation• Keyframes: einzelne wichtige Bilder

– Geben grobe Bewegungssequenz vor– Von Haupzeichnern erstellt

• Interframes: Füllen Bereiche zwischen Keyframes– Von Inbetweenern kreiert

=> Problem: Riesiger Aufwand



Lösung Computer

• Frameworks interpolieren zwischen Keyframes=> Ziel: Möglichst natürliche Bewegung

Film/TV

So realistisch wie möglich

Videospiele/ Virtual Environments

Echtzeit



Erstellung Keyframes

• Gegeben:3D-Charakter

• Benötigt:verschiedene Posen für Keyframes




• Besteht aus Vertices

• Manipulation einzelner Punkte?=> zu komplex




• Lösung:Hierarchisches Skelett

• Orientierung an realer Welt

Rigging




• Einbetten des Rigs in Model

• VerbindungSkelett – 3D-Model

Skinning




• Bewegung Skelett-> Bewegung Model

=> Vereinfachung



Skinning im Detail

• Einfaches 3D-Model

Bone a

Bone b

VaVb



Skinning im Detail

• Einfaches 3D-Model

Bone a

Bone b

Va

Vb



Skinning im Detail

• Komplexeres 3D-Model:1 Vertex, mehrere beeinflussende Bones

Bone a

Bone b

Vab



Skinning im Detail

Problem:Resultierende Position von diesen Vertices berechnen



Lösung SSDSkeletal Subspace Deformation

• Simpel• Effizient

Þ Am weitesten verbreitetÞ Ähnliche Algorithmen in Filmen, TV



SSD im Detail

mitGewichtung Transformation + Bewegung

Bone 2Bone 1



Negative Effekte SSDVolumenverlust• Collapsing Elbow

• Candy-Wrapper



Komplexere Ansätze

SSD MWEMulti Weight EnvelopingVorteil:

Translation, Rotation, Skalierung, Scherung beeinflussbar



MWE im Detail

SSD:

MWE:

10003232222212120202

3131212111110101

3030202010100000

mwmwmwmwmwmwmwmwmwmwmwmw

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MWE im DetailBestimmung der Gewichte:12 Gewichte pro Bone/Vertex

Trainingsposen

10003232222212120202

3131212111110101

3030202010100000

mwmwmwmwmwmwmwmwmwmwmwmw

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Influence Map



Body AnimationBody Animation Facial Animation

• Hierarchisches Skelett• Orientierung an realer

Welt• Verformung 3D Model

durch Skelett



Facial AnimationBody Animation Facial Animation

• Kein Skelett• Dafür muskelbasiert• Realistischere

Gewebeverformungen



Facial Animation

Unreal Engine 1

(2000)

CryEngine 2

(2007)



Facial Animation• Herausforderung:

Kleinste Abweichungenfallen negativ auf

Augen, PupillenWichtigste Merkmale



Facial Animation• Ziele:

– Realismus– Echtzeit

– Automatisierung– Passt zu individuellen

Gesichtern



Verschiedene AnsätzeGeometry Based

• Basieren auf Meshes• Spiele, Animationsfilme,

Medizinische Anwendungen

Image Based• Überblenden von Fotos• Filme (Postproduction)



Blend Shaping1. Shapes anfertigen 2. Durch Regler

vermischen



Blend Shaping• Blending von n Meshes

ShapesGewichtung

Resultat



Blend Shaping• Komplexeres Gesicht:



Blend ShapingBeispiel Gollum, Herr der Ringe:• Motion Capturing• Key-Framing• 964 Kontrollpunkte• Blend Shaping:

– 675 Shapes



Fazit• Computeranimation schon seit ca 25 Jahren

aber:– Auch komplexe Algorithmen stoßen an Grenzen– Abwägen Realismus – Echtzeit– Bisher kein Fotorealismus



Fazit• Trotzdem große Fortschritte

– Neue Animationsverfahren– Mehr Rechenpower

1988 Tin Toy

2007 Ratatouille2001 Monster AG



Zusammenfassung• Body Animation

Rigging & Skinning :Model indirekt durch Skelett animiert – Beispiel SSD: simpel, linearer Algorithmus

• Facial AnimationBlending von Meshes, Fotos– Beispiel Blend Shaping



Zukunft

• Ein universelles Verfahren?– physikbasiert– Neuro-Enveloping

• Automatisierte Implementierung Skelett– Deformation aus Datenbank abgeleitet



Vielen Dank für dieAufmerksamkeit!

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