Capture de mouvements

Description

Capture de mouvements SIA Ensimag 3A Estelle Duveau SIA Ensimag 3A (Estelle Duveau) Capture de mouvements 1 / 59 Inspiration Cours de : Marie-Paule Cani, Franc¸ois Faure, Nicolas Holzschuch, Lionel Reveret, ... SIA Ensimag 3A (Estelle Duveau) Capture de mouvements 2 / 59 Plan 1 Introduction 2 Rappels Cinematique Deformation de surfaces 3 Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique SIA Ensimag 3A (Estelle Duveau) Capture de mouvements 3 / 59 Plan 1 Introduction 2 Rappels Cinematique Deformation de surfaces 3 Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique Animation 3D pour quoi? Credibilite vs Expressivite

• physique origines
• simulation coherente
• squelette d'animation ⇒
• limites du skinning besoin
• interpolation ◮
• marqueurs actifs
• hierarchie de reperes transformation
• donnees
• mouvement
• mouvements
• animation
• animations

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• Donnée
• Mouvement
• Animation
• Hiérarchie
• Marqueur
• Limites
• Simulation
• Physique

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• Nombre de lectures: 38
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Exrait

Capture

SIA Ensimag 3A (Estelle Duveau)

Plan

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Introduction

de

mouvements

SIA Ensimag 3A

Rappels Cin´ematique D´eformation de surfaces

Estelle Duveau

Capture de mouvements

Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique

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Capture de mouvements

Animation 3D pour quoi?

Cre´dibilit´evsExpressivite´

R´ealismevsContrˆolabilite´

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Capture de mouvements

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Inspiration

Cours de : MariePaule Cani, Franc¸oisFaure, Nicolas Holzschuch, Lionel Reveret, ...

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Plan

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Introduction

Rappels Cin´ematique De´formationdesurfaces

Capture de mouvements

Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique

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Concepts Mod`ele`acouches ◮ Ide´al:automatiseruotxpnetitsaueidlentesr´vaerlmanuelfletravai controˆletotal de l’animateur ◮ Me´langedeme´thodes:cauole`emod`hcse: Identifierlessousphe´nome`nes`areproduire 1 2 Lesrepre´senterinde´pendammentenchoisissantlemeilleurmode`le 3 Couplerlesmod`elespouravoirunesimulationcoh´erente

H´eritages de l’animation 3D : dessinsanim´esentation:repr´esneptuourudomvumeatisniovinealsu ◮ 2D robotiquematith´etsmaemenne3tvumeudomuqseD:dnof ◮

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Eadweard Muybridge

Unes´equenced’imagesl´ege`rementdiff´erentespeutcre´eruneillusion de mouvement continu

Persistance de la vision⇒pas de blanc entre les images

Fermeture visuelle⇒remplit les trous entre deux stimuli visuels

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Introduction

Rappels Cin´ematique De´formationdesurfaces

Capture de mouvements

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Origine EtienneJules Marey (18301904) : physiologiste, inventeur de la chronophotographie ◮

◮ repre´sentationdumouvementparunecourbe d’animation

Dessinanime´: animateurconfirm´e:dessinscl´es ◮ ◮ aidesanimateurs:dessinsinterm´ediairespouravoir30fps ⇒interpolation ◮ SIA Ensimag 3A (Estelle Duveau) Capture de mouvements

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12 principes de Disney

1937 : premier longm´etrage d’animation

Disney Studios, 1930s : 12 principes d’animation

...toujours valables!

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Introduction

Rappels Cin´ematique De´formationdesurfaces

Capture de mouvements

Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique

Interpolation

Valeurscl´es

Compl´eter ces valeurs cl´es pour obtenir descourbes d’animation

⇒Base de l’animation non simulative

Valeur scalaire (1D) : ◮ approximation interpolation ◮ Hermite,B´ezier... ◮

Quid des rotations?

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Interpolation

Attention auxeprtaenesr´sitnointets`aer!rpoldsemenee´´l

Rotations : ◮ chaquerepre´sentationasespointsforts ⋆ Matrices : transformations ⋆ Angles d’Euler : intuitif Vecteur rotation : compact ⋆ ⋆ Quaternions : interpolation ◮ Formulespourpasserdel’unea`l’autredesrepr´esentations

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Squelette d’animation  Articulations Hi´erarchie de rep`erescontraints

Pasdege´ome´trie,quedesolidesappel´esoset des liens appel´es articulations

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Articulations : 6et´eribelsd´egrdeutsaisors)´e:3(mouvementsrelaitsfni´dpeneadtn ◮ en translation + 3 en rotation ◮ restreignent le mouvement relatif entre les os ◮ permettentdecr´eerlahie´rarchied’os

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Animationd’unmod`elehi´erarchique

Deux cas : mouvementnoncontraint: hocherlatˆete, ◮ faire un signe de la main, ◮ ... ◮ ⇒icme´nctreeiqatdiue ◮

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mouvementcontraint: ◮ attraper quelque chose, marcher sur le sol, ◮ ... ◮ ◮ ⇒´ematiqueinversenic

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Mod´elisationhi´erarchique

Robotique : chaˆıne d’articulations rigides

Objet d´ecompos´e en unehesereieder`p´irerahc

Transformation d’un noeud au niveauj= composition des transformations depuis la racine

La base se d´eplace, tout suit letorsesed´eplace,latˆetesuit ◮ latˆetesed´eplace,lesyeuxetlenezsuivent. ◮

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Squeletted’animationHi´erarchie Hi´erarchie : Chaquenoeudaunp`ere(saufnoeudracine) ◮ ◮ Chaque noeud a un ou plusieurs fils parent T fils =T parent T ◮ fils

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Cine´matique

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Interpolation Repre´sentationdesdonn´ees Squelette d’animation ⇒Commentg´en´erercdoesnne´se?

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Nao (Aldebaran Robotics)

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Plan

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Introduction

Rappels Cine´matique D´eformation de surfaces

Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique

Animation de surfaces 3D

De quelneaivedudta´eslise satisfaire dans l’animation ?

Souvent, on se satisfait de l’approximation par une surface 3Dde lar´ealite´: rapportdirectaveclamod´elisation(formeettexture) ◮ ◮ structurele´ge`refacilea`animer(entempsre´el)

Mod`elestousbase´ssurpointsdecontrˆole ⇒efD´meorod`erunmle⇔psioruelcenotndsleˆotrgirsA

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Construction Mode`le=masses+connexionsparressorts:

Les objets peuvent se plier, s’´ecraser, se tordre :

⇒Rsstrosseeme´lppurespntaiigidourr:tie´

⇒Difficile de mod´eliser le bon comportement

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Animation de surfaces 3D Squeletted’animation/Mode`levisuel

Enre´alite´:formevisiblecompose´edetissus organiques

Quel est le but de l’animation 3D?

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Physique du point

Syst`emes masseressort

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Analyse

Capture de mouvements

Capture de mouvements

On peut tout mod´eliser! tissus, solides, objets mous, semirigides,... ◮ ◮ ⇒bleariairve´tidig

Param`etresdifficilesa`fixer: Faible raideur : oscillations ◮ ◮ Grosseraideur:instabilit´es

⇒?ruetasilituelContrˆo

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Capture de mouvements

manque det´enortcibiloˆal

Origines

Plan

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Introduction

Limites de la simulation physique

Mode`le3D(peau) +squelette d’animation ⇒commentattacherla peau au squelette?

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Robert Bridson

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3

Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique

Pose anim´ee : position squelette donn´ee ⇒trouver nouvelles positions des sommetsdumode`le

Marionnettes : ◮ J.Henson,TheMuppetShow,anne´es80: controˆle`adistanceaveclacapture des gestesdu marionnettiste Tippet Studio, Jurassic Park, 1992 : ◮ robotique inverser´een´estg´neetvumeelom, parunmoteur´electrique

Rotoscoping (Fleischer, Disney) ⇒natureldu mouvement

Limites du skinning Besoin d’une solution entre

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tr`escomplexepour des personnages expressifs

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et

Skinning

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Photographie (E. Muybridge, E.J. Marey) ⇒analysedu mouvement

Collisions

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Rappels Cine´matique D´eformation de surfaces

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Pose au repos: mod`ele non d´eform´e

Buts

Capturerdumonderposturese´lemouvlestsetemen

Plaquerlseomrusucrneemuvtsenutrielletae´veru

Extraireles donn´ees pertinentes pour analyse

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Syst`emesmagn´etiques

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Fonctionnement : sourceetcapteurse´mettentetre¸coiventdeschampsmagn´etiques ◮ ◮ unite´decontroˆlee´lectroniquecalculelespositionsetlesorientations6D ◮ e´chantillonnage:15120Hz ◮ Nombre de capteurs : 1020 Coˆut:40000$ ◮

Avantages : ◮ pas d’occlusions ◮ donne position et orientation pas beaucoup de calibration ◮ ◮ peu cher

Inconv´enients : ◮ perturb´eparme´tal ◮ champd’actionr´eduit: 2 1015m ◮ ´echantillonnage

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Syst`emesm´ecaniques

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Fonctionnement : Exemples : exosquelette, ◮ gant

Avantages : tre`sfiable ◮

Inconv´enients : encombrant ◮

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Plan

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Introduction

Rappels Cin´ematique De´formationdesurfaces

Capture de mouvements Dispositifs Traitement Edition Capture de mouvements et Physique

Syst`emesembarqu´es

Fonctionnement : gyroscopes, ◮ acce´l´erome`tres ◮

Avantages : pas d’occlusions ◮ 3 taille:jusqu’`a5mm ◮ ◮ sans fil

Inconv´enients : ◮ probl`emesded´erive ◮ signaldifficilea`calibrer

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Syst`emesoptiquesFonctionnement Fonctionnement : ◮ marqueurs+cam´eras(1pourvisage,26pourcorps) posttraitement des images :tracking= image matching + ◮ triangulation. ◮ positions 3D des marqueurs ◮ marqueurs actifsmienslupLnoiDEc:meraahuqrencqueuparuod´e marqueurs passifsfstieceflr´:tscieksruoepitetssph`eresr´etro ◮ ◮ e´chantillonnage:100250Hz ◮ nombredemarqueurs:2030marqueurssitu´esauxpointsd’int´ereˆts ◮ coˆut:100000$

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