[PDF] ANIMATION BASÉE SUR LINTERPOLATION

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ANIMATION BASƒE SUR LÕINTERPOLATION

Chapitre 4

Olivier Vaillancourt, Olivier Godin UniversitŽ de Sherbrooke

PORTƒE DU CHAPITRE

Les chapitres prŽcŽdents Žtaient consacrŽs au mouvement en gŽnŽral.

Ce chapitre et le suivant sont consacrŽs

principalement ˆ la dŽformation de maillages (mesh).

Pour ce chapitre, on parlera principalement

2

PLAN DU CHAPITRE

Types dÕanimation par interpolation

" Animation par key-frame " Animation hiŽrarchique par squelette # Joints # Ossature (Bones) # Variables et contraintes dÕarticulations ConsidŽrations dÕimplŽmentation MŽthodes de skinning Langages dÕanimation

" OrientŽs artistes " Langages de programmation " Variables dÕarticulation " Langages graphiques " Langages basŽs acteurs

BlenderArtists.org, 2008

3

NOTION DE CADRE CLƒ (KEYFRAME)

En animation 2D classique, un cadre clŽ est une image de lÕanimation dŽterminant une pose dÕun objet/personnage.

Les images entre les cadres clŽs

sont appellŽes les Òentre deuxÓ ou Òin-betweenÓ. " Les in-between sont habituellement gŽnŽrŽes par des interpolations simples

Adrien-Luc Sanders,2005

4

NOTION DE CADRE CLƒ (KEY-FRAME)

En animation par ordinateur, un cadre clŽ dŽfinit tout moment o une variable dÕune animation nÕest pas interpolŽe.

" Les diffŽrentes variables peuvent avoir

diffŽrents cadres clŽs. # DŽplacement sur un axe # Couleur # Rotation autour dÕun axe # Etc.

" Un cadre clŽ ne correspond plus

obligatoirement ˆ une pose globale dÕune animation mais plut™t ˆ un Žtat fixŽ dÕune variable.

MapScenes System, 2008 Parent, R. : ÒComputer Animation : Algorithms and techniquesÓ, 1 st edition, Morgan Kaufmann, 2002, p.133 5

ANIMATION PAR KEYFRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR

6

ANIMATION PAR KEY-FRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR

" En 2D on parle de ÒSpriteÓ # Images 2D affichŽes en sŽquence. " En 3D on parle dÕune suite de maillages (mesh) rendus en sŽquence. SNK, Metal Slug, 1999 A. Rebecca, Nisselson J. : ÒComputers who danceÓ, Atari Archive, 1983 7

ANIMATION PAR KEY-FRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR

Variation pour lÕanimation par key-frame classique en 3D: nombre de frame rŽduit pour lÕanimation. " Chaque vertex est interpolŽ un ˆ un entre les images pour combler les trous et produire lÕanimation. 8

ANIMATION PAR KEY-FRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR

Avantages

" Simple # Simplement charger chaque maillage et les afficher sŽquentiellement. " Rapide # Une fois le maillage chargŽ, simplement lÕafficher, ne demande aucun calcul supplŽmentaire. " Haute fidŽlitŽ logiciel dÕanimation. 9

ANIMATION PAR KEY-FRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR

DŽsavantages:

" MŽmoire # Un maillage sŽparŽ pour chaque cadre dÕanimation prend

ŽnormŽment dÕespace.

" Peu/Pas dÕinteraction avec lÕanimation # Aucune structure simplifiŽe pour faciliter lÕinteraction du # Tout doit tre fait dÕavance (transitions entre les animations, actions, etc.) 10

ANIMATION PAR KEY-FRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR

Applications:

" Applications 3D en temps rŽel # C.ˆ.d.: Jeux vidŽos principalement 1990
# ƒmergence des cartes vidŽo 3D # Ordinateurs manquaient de puissance pour dÕautres types dÕanimation " Reprise de la popularitŽ avec les consoles de jeu vidŽo portables, tŽlŽphones cellulaires, etc. De haut en bas: Quake 2, 1997; Animal Crossing, Wild World, 2005; Super Monkey ball (iPod)2008 11 ANIMATION PAR KEY-FRAME CLASSIQUE SUR ORDINATEUR En pratique: squelette dans un logiciel de modŽlisation 3D. " Il est converti en une sŽrie de key-frames 3D reprŽsentant les images de lÕanimation lors de lÕexportation. 12

ANIMATION PAR KEY-FRAMES INTERPOLƒS

13

ANIMATION PAR KEY-FRAMES INTERPOLƒS

Si on exclut lÕanimation classique, en animation par ordinateur un key-frame se dŽfinit comme Žtant:

" LÕimage (le frame) o lՎtat dÕune variable dÕanimation est fixŽ.

Exemples de variables:

" Position " Orientation " Couleur " ƒchelle " PropriŽtŽ dÕun matŽriaux " [...] On fixe le temps soit en termes direct (secondes, minutes, etc.) ou en termes de nombre dÕimages. 14

ANIMATION PAR KEY-FRAMES INTERPOLƒS

" On nomme cette ligne ÒpisteÓ ou ÒtrameÓ dÕanimation. " Les diffŽrentes valeurs contenues sur les key- frames dÕune piste dÕanimation sont interpolŽes pour gŽnŽrer lÕanimation en soit. 15

ANIMATION PAR KEY-FRAMES INTERPOLƒS

LorsquÕon combine les diffŽrentes valeurs contenues sur les diffŽrentes pistes, on obtient notre animation globale.

Form-Z 6.0, AutoDesSys, Inc, 2008

16

ANIMATION PAR KEY-FRAME INTERPOLƒS

Exemple: Courbes dÕanimation sous Maya.

17

ANIMATION PAR KEY-FRAMES INTERPOLƒS

18

ANIMATION PAR KEY-FRAME INTERPOLƒS

" Interpolation Contr™le quantitatif des variables aux keyframes. " ParamŽtrisation, longueur dÕarc

Normalisation du contr™le des variables.

" Contr™le du mouvement

Contr™le de la vitesse des variables.

19 20

ANIMATION HIƒRARCHIQUE PAR SQUELETTE

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION (5.1)

Consiste ˆ exprimer lÕanimation dÕun objet en fonction de transformations relatives ˆ celles dÕun autre objet.

(simplifiŽ) 21

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION

Vocabulaire:

dit que a est lÕenfant de b.

" Le noeud dont un enfant dŽpend est appellŽ son parent. " Un noeud nÕayant aucun parent est appellŽ la racine. " Un noeud nÕayant aucun enfant est une feuille. " Un noeud peut avoir plusieurs enfants mais un seul parent.

22

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION

Exemple: Soleil Racine Lune et Mars Feuilles Terre Parent de Lune Lune Enfant de Terre Soleil Parent de Terre et

mars Etc. 23

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION En exprimant les transformations dÕun noeud par rapport ˆ son parent, on contraint son positionnement ou son orientation par rapport ˆ celui-ci.

" Contraintes de distance (translation) " Contraintes dÕorientation (rotation) 24

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION

La dŽpendance entre les transformations permet de les simplifier de faon individuelle. " On caractŽrise cette simplification comme Žtant une rŽduction de dimensionalitŽ.

Exemple:

25

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION

noeud en question. 27

Rick Parent, 2008

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION Une fois quÕon a obtenu notre transformation globale, transformer les points associŽs au noeud en question se fait simplement.

" Ex : (transformation du point V 1 associŽ au noeud 1.1) 28

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION

Puisque les transformations partent du noeud racine, celui-ci est exprimŽ par dŽfaut en espace monde.

" Toute transformation appliquŽe sur la racine se rŽpercutent sur toute la hiŽrarchie. 29

MODƒLISATION HIƒRARCHIQUE DE LÕANIMATION

La hiŽrarchie entre noeuds peut tre reprŽsentŽe sous la forme dÕun graphe dirigŽ acyclique.

30

Ariane Vaillancourt, 2009

31

SQUELETTES DÕANIMATION

SQUELETTES DÕANIMATION

Comme on vient de le voir:

" La modŽlisation hiŽrarchique " Une autre approche est de

modŽliser une hiŽrarchie ˆ lÕintŽrieur mme dÕun objet pour gŽrer de faon localisŽe sa dŽformation.

32

Linksquare, 2008 Frank A. Rivera, 1998

SQUELETTES DÕANIMATION

" Les diffŽrents points (vertices) qui " LÕassocation dÕun point ˆ un ŽlŽment

de la hiŽrarchie est appellŽ ÒskinningÓ, nous verrons des mŽthodes de skinning plus en dŽtail vers la fin du chapitre.

33
ÒLucienÓ, Mathias Aubry, 2008 David Lanier, 2002

SQUELETTES DÕANIMATION

Vocabulaire:

" Un objet contenant une hiŽrarchie interne est appellŽ un objet articulŽ. " Le fait de modifier lՎtat des transformations de la pas confondre avec Òune articulationÓ.) 34

LES ARTICULATIONS

Les articulations sont les points de jonction entre les diffŽrents arcs de notre squelette dÕanimation.

Il existe deux types dÕarticulations

primaires: " Les articulations prismatiques # Translation selon un axe quelconque. " Les articulations roto•de # Rotation autour dÕun axe quelconque. 35

Roto•de

University of Texas at Austin, RRG

Prismatique

University of Texas at Austin, RRG

LES ARTICULATIONS

Une des propriŽtŽs dÕune articulation est le nombre de transformations distinctes quÕelle peut effectuer.

" Cette propriŽtŽ est appellŽe le nombre de degrŽs de libertŽ. " Les articulations primaires ont un seul degrŽ de libertŽ. 36

LES ARTICULATIONS

" Une articulation complexe peut tre modŽlisŽe comme Žtant plusieurs articulations primaires combinŽes. " Exemples: (non exhaustif) # Articulation Rotule (Ball and socket) $ ƒquivalent de 3 roto•des

3 degrŽs de libertŽ.

# Articulation Planaire (Planar) $ ƒquivalent de 2 articulations prismatiques

2 degrŽs de libertŽ

# Articulation Selle (Saddle) $ ƒquivalent de 2 roto•des orthogonaux

2 degrŽs de libertŽs. 37

ISO/IEC FCD 19774 Ñ Humanoid animation (H-Anim)

LES ARTICULATIONS

En animation, il est courant de limiter les

valeurs possibles des variables dÕarticulations. On parle ici de contraintes dÕarticulation. " Ceci permet de conserver lÕintŽgritŽ et le " Ceci permet de conserver lÕintŽgritŽ 38

Monstrous Software, 2007

LES ARCS

SÕapparentent aux ÒosÓ du squelette.

" Ils servent ˆ dŽfinir la distance par dŽfaut entre

2 articulations.

" Un arc en soit est habituellement rigide dans le temps. " Un arc, est habituellement reprŽsentŽ par un prisme mais nÕest en thŽorie quÕune distance. # Deux arcs reprŽsentŽs de faons diffŽrentes mais formant la mme distance entre deux joints sont considŽrŽs identiques. 39
40

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

TRANSFORMATIONS , ARTICULATIONS ET ARCS

Comme nous lÕavons vu, la transformation dÕune articulation dans lÕespace est le rŽsultat de la transformations accumulŽe de ses parents.

Pour remettre en contexte, notons que chaque transformation

se fait en deux temps, soit: 1. La translation par la distance de lÕarc. 2. La transformation dŽfinie par lÕarticulation.

Ex: 41

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

Tel que vu prŽcŽdemment, un squelette dÕanimation peut tre reprŽsentŽ par un graphe.

Habituellement, on reprŽsente un graphe dÕune de ces faons: " Une liste dÕartes " Une liste de sommets Un squelette dÕanimation se reprŽsente de faon analogue: " Approche par arc " Approche par articulation 42

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

Approche par arc:

" Consiste ˆ dŽfinir chaque ŽlŽment du graphe comme Žtant un segment, dŽfini par sa position initiale et sa position finale. " Ex: structure Arc { Vecteur3 PosDebut(x,y,z) Vecteur3 PosFin(x,y,z) Arc* Parent Arc* Enfant[] } 43

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

La valeur du point au dŽbut du segment (PosDebut) reprŽsente le dŽplacement ˆ partir du point ˆ la fin du segment parent.

La valeur du point ˆ la fin (PosFin) forme le

segment par rapport au point du dŽbut (PosDebut).

La transformation du joint sÕapplique

directement sur le vecteur formŽ par lÕarc.

Si on souhaite relier un arc directement ˆ son

parent, la valeur de PosDebut doit tre ˆ zŽro (0,0,0). 44

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

Avantages de lÕapproche par arc:

" LÕarc peut spatialement tre sŽparŽ du parent. " Facile de transformer lÕarc de coordonnŽes locales

ˆ coordonnŽes globales pour le dissocier du squelette. # (debut += parent.fin; parent = NULL) # Utile lorsque le squelette doit tre dŽsassemblŽ. $ (Explositions, objet qui se dŽmonte, jeu trop violent, etc.) 45
REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION DŽsavantage de lÕapproche par arc: " Prend toujours 2 coordonnŽes. # Redondant pour la plupart des squelettes o les enfants sont joints directement ˆ leur parent. 46

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

Approche par articulation:

" On prend pour acquis quÕune articulation sera toujours reliŽe ˆ " On exprime uniquement lÕarticulation comme Žtant ˆ une certaine orientation et une certaine distance de son articulation parente. " On peut reprŽsenter lÕorientation/distance avec 3 nombres: # ReprŽsentation polaire: # ReprŽsentation cartŽsienne: 47
REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION Approche par articulation:

structure Articulation { Vecteur3 (distance,Theta,Phi) Articulation* Parent Articulation* Enfants[] }

48
REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION Avantages de lÕapproche par articulation: " Beaucoup plus compact. (ƒlimination de la redondance) " Plus facile dÕeffectuer les opŽrations de rotation (diffŽrentes reprŽsentations mieux adaptŽes.) " Facile dÕexprimer la position du joint racine # En fixant la distance/orientation ˆ 0. 49

REPRƒSENTATION DU SQUELETTE DÕANIMATION

DŽsavantages de lÕapproche par articulation: " Les arcs sont obligatoirements spatialement connectŽs. " Demande des structures supplŽmentaires si on veut extraire un arc dÕun squelette pour lÕexprimer en coordonnŽes globales. # (On droit crŽer une articulation supplŽmentaire car un arc est composŽ de 2 articulations.) 50

SQUELETTE DÕANIMATION

Pourquoi utiliser le squelette dÕanimation?

" Beaucoup plus simple ˆ animer. # On manipule les articulations plut™t que dÕavoir ˆ manipuler chaque vertex indŽpendemment. " Beaucoup plus compact que lÕanimation par keyframe classique.quotesdbs_dbs44.pdfusesText_44

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