Download - Modelagem e Animação de personagens virtuais
![Page 1: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/1.jpg)
Modelagem de
Humanos Virtuais
Soraia Raupp Musse21/05/2013
![Page 2: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/2.jpg)
Modelagem de HV
�Modelagem do corpo�Modelagem da face�Modelagem das mãos�Modelagem de cabelos
![Page 3: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/3.jpg)
www.youtube.com/watch?v=Dou4Gy0p97Y
![Page 4: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/4.jpg)
Representação hierárquica
� São compostos por: malhas, esqueleto, materiais e animação;
� A malha serve para determinar a aparência física do personagem e é formada por polígonos do personagem e é formada por polígonos compostos por um conjunto de vértices:
4
![Page 5: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/5.jpg)
Representação hierárquica
� Para esta malha ser animada, são utilizados esqueletos hierárquicos para criar um modelo geométrico articulado. O esqueleto é um sistema hierárquico de objetos representado por ossos e hierárquico de objetos representado por ossos e suas juntas.
5
![Page 6: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/6.jpg)
Representação hierárquica
� Para unir a malha ao esqueleto (rigging), os vértices da malha são associados aos ossos do corpo. Ao realizar rotações nas juntas do personagem, os vértices que fazem parte do esqueleto são também alterados, bem como as malhas que dão volume ao alterados, bem como as malhas que dão volume ao humanóide.
� O movimento de uma junta pode ser sem deformação (a) ou com deformação (b).
6
![Page 7: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/7.jpg)
Modelagem do corpo: PELE (SS)
�Curved patches� Pequena área curva criada a partir de 4
curvascurvas� Patches podem ser “somados” (disto
depende o processo de igualar topologias)� Patches podem ser definidos manualmente
ou automaticamente
![Page 8: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/8.jpg)
Trabalhos Relacionados
�Pode-se classificar a criação de personagens virtuais em:personagens virtuais em:� Construção manual;� Captura de corpos reais;� Variação de geometrias existentes.
8
![Page 9: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/9.jpg)
Modelagem por Construção Manual
�Necessário conhecimento especializado (artístico e em ferramentas de autoria)(artístico e em ferramentas de autoria)
�Modelos multicamadas:
[Whilhelms 1997] [Scheepers 1997] [Nedel 1998]9
![Page 10: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/10.jpg)
Modelagem do corpo
�Modelos de superfície: Metaballs � Definidos por objetos cilíndricos
parametrizáveisparametrizáveis
![Page 11: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/11.jpg)
Modelagem do corpo
�Modelos de superfície: Metaballs � Definidos por objetos cilíndricos
parametrizáveisparametrizáveis
![Page 12: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/12.jpg)
Modelagem do corpo
Deformação baseada em “reference joint” para cadaprimitiva ou grupo de primitivas quedetermina dinamicamente:- centro, orientação e shape da primitiva
![Page 13: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/13.jpg)
Captura de corpos reais
�Scanner 3D ([Amenta 1999][Dekker 2000])
� Imagens ([Kakadiaris 1995][Hilton 1999])
�Vídeos ([Plaenkers 1999])�Vídeos ([Plaenkers 1999])
imagens de entrada (esq.) e modelo reconstruído (dir.) - Hilton13
![Page 14: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/15.jpg)
Variação de geometria existente� Jack [Azuola 1994]:
� Spreadsheet Anthropometry Scaling System (SASS)� Humanóide dividido em 31 segmentos
� Hyewon Seo e Nadia Magnenat-Thalman (2003)
� Ao invés de dados estatísticos, utilizam tamanhos e formas de pessoas obtidos por scanners 3D
� Baseado em um modelo base� Novas geometrias são criadas
por parâmetros antropométricos
15
![Page 16: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/16.jpg)
Variação de geometria existente� Brett Allen (2003):
� Tamanhos e formas de pessoas por scanners 3D� Marcadores� Gera outros modelos
a partir de exemplosa partir de exemplos
� Lucia Modesto (PDI/Dreamworks - 2001)� Criação de personagens secundários para Shrek� Alongando/encolhendo corpos e utilizando diferentes texturas de roupas e
variações de formas de roupa, cabeça, chapéu
16
![Page 17: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/17.jpg)
Formas de corpos: Somatotipo by Andre Tavares
17
![Page 18: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/18.jpg)
SomatocartaX = ectomorfia – endomorfia Y = 2mesomorfia – (ectomorfia+endomorfia)
1
8
![Page 19: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/19.jpg)
Modelo�Visão Geral� A geração dos personagens virtuais é realizada de
acordo com duas informações: características físicas da população a ser criada e templates;
� Conforme distribuição de dados informada, são definidos aleatoriamente as características físicas da população;população;
� A forma do corpo é definida através do somatotipo do novo personagem e tabelas de dimensões de exemplos de somatotipos dominantes.
1
9
![Page 20: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/20.jpg)
Entrada do Modelo
�Características Físicas da População� Quantidade de personagens, % masculino
e feminino, médias de idade, altura e pesoe seus desvios padrão
Templates�Templates� Arquivos de geometria e esqueleto� Arquivo com informações de: sexo, idades mínima
e máxima, arquivos de animação (para os estados emocionais), conjuntos de materiais (para uma maior variação visual) , tabela de dimensões das partes do corpo do modelo geométrico base e tabela de dimensões para somatotipos dominantes
� Número de templates não é fixo
2
0
![Page 21: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/21.jpg)
Processo de Geração
1 Definição dos dados iniciais2 Escolha do template3 Definição dos novos somatotiposDefinição dos novos somatotipos4 Cálculo de influência dos somatotipos
dominantes5 Cálculo da nova dimensão6 Cálculo de variação na malha7 Deformação da malha através dos vértices
2
1
![Page 22: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/22.jpg)
1 Definição dos dados iniciais
�São criados modelos masculinos e femininos de acordo com os valores de quantidade e percentuais de feminino e quantidade e percentuais de feminino e masculino;
�Para cada personagem, são definidos aleatoriamente valores de idade, altura e peso conforme a distribuição informada.
2
2
![Page 23: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/23.jpg)
2 Escolha do template1. De acordo com os dados de entrada (quantidade, sexo e
idade) é escolhido um template:
1 modelo,
Masculino,
35 anos,
Masculino,
15 a 70 anos
1,65 m, 65 Kg
2. Escolhido aleatoriamente um conjunto de materiais.
35 anos,
1,70 m,90 KgMasculino,
2 a 14 anos
1,45 m, 45 Kg
Feminino,
2 a 14 anos
1,45 m, 45 Kg
Feminino,
15 a 70 anos
1,65 m, 65 Kg
2
3
![Page 24: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/24.jpg)
3 Definição dos novos somatotipos
�Calculado o componente ectomorfia confirme definido por Heath e Carter:
estatura=
2
4
≤
>≥−
>−
=
25,381
25,3875,4063,17463,0
75,4058,28732,0
HWR
HWRHWR
HWRHWR
Ectomorfia
se
se
se
3 peso
estaturaHWR =
![Page 25: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/25.jpg)
3 Definição dos novos somatotipos
�Estipulado aleatoriamente um valor para o componente mesomorfia:
)732,0390( HWRrandMesomorfia −= a
�A taxa de endomorfia é calculada a partir dos outros dois componentes:
2
5
)58,28732,0(5,10 −−−= HWRMesomorfiaEndomorfia
![Page 26: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/26.jpg)
4 Cálculo de influência dos somatotipos dominantes
� Os templates contém tabelas de dimensões de somatotipos dominantes, contendo:� valor de cada um dos componentes� valor de cada um dos componentes� medidas de cada parte do corpo
� É calculada a influência de cada um dos exemplos:
2
6
[ ]( ) NWSSSrrrrr
=321
(onde Sx = exemplos, W = pesos e N = Novo Somatotipo, )
=
ecto
meso
endo
ecto
meso
endo
ectoectoecto
mesomesomeso
endoendoendo
N
N
N
W
W
W
SSS
SSS
SSS
321
321
321
![Page 27: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/27.jpg)
�Primeiro, a nova dimensão (ND) de cada parte do corpo p é calculada como função das medidas da parte (PS) nos
5 Cálculo da nova dimensão
das medidas da parte (PS) nos somatotipos dominantes e do peso associado aos mesmos:
2
7
ipipipi ectoectomesomesoendoendop PSWPSWPSWND ⋅+⋅+⋅=
(onde i = direções: altura, largura e profundidade)
![Page 28: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/28.jpg)
� É possível informar mais de uma tabela de dimensões para cada um dos somatotipos dominantes, permitindo uma maior diversidade de formas.
Formas variadas de “engorde”
Ganho de peso principalmente no abdômen e parte superior do corpo
Ganho de peso principalmente nas cochas e nádegas
Ganho de peso ocorre uniformemente em todo o corpo
28
![Page 29: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/29.jpg)
�Depois de definida a nova dimensão, é estimada a variação (Variation) que o modelo geométrico base deverá sofrer em
6 Cálculo de variação na malha
modelo geométrico base deverá sofrer em cada uma das partes nas direções i:
2
9
(onde ND = Nova Dimensão e BD = Dimensões do modelo geométrico base)
randBD
NDVariation
i
i
i
p
p
p +=
![Page 30: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/30.jpg)
7 Deformação da malha
� Primeiramente, o modelo geométrico base é inteiramente escalado para alcançar a altura desejada. Esta escala é feita uniformemente para não haver deformação do modelo geométrico;
� Após escalado o corpo inteiro uniformemente, cada uma das partes do corpo será escalada diferentemente para atingir o formato desejado do personagem a ser criado:
][ vp pInfluenceVariationvvi⋅⋅=
(onde Influence[pv] = Influencia do osso no vértice)3
0
![Page 31: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/31.jpg)
Resumindo:
3
1
![Page 32: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/32.jpg)
Animação
� Cada personagem criado recebe um estado emocional.
� O objetivo é fazer com que cada personagem possa ser animado baseado em sua emoção pela possa ser animado baseado em sua emoção pela interpolação dos estados base.
3
2
![Page 33: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/33.jpg)
Resultados
33
altura: 171,5 cm;
peso: 100,5 Kg;
somatotipo: 4-8-½
altura: 171,5 cm;
peso: 63,8 Kg;
somatotipo: 4-4-3
![Page 34: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/34.jpg)
Resultados
34
altura: 168,2 cm;
peso: 56,5 Kg;
somatotipo: 4½-2½-3½
altura: 168,2 cm;
peso: 79 Kg;
somatotipo: 8½-2-½
![Page 35: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/35.jpg)
Resultados
35
altura: 176,1 cm;
peso: 56,5 Kg;
somatotipo: 4½-2½-3½
altura: 176,1 cm;
peso: 83 Kg;
somatotipo: 8½-2-½
![Page 36: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/36.jpg)
Resultados
• Baixa Resolução (270 polígonos)
36
![Page 37: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/37.jpg)
Resultados
• Personagem não humano
37
![Page 38: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/38.jpg)
Resultados
38
![Page 39: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/39.jpg)
SBGames 2011
�New pipeline
![Page 40: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/40.jpg)
Skeleton Initialization
- 19 bones- 20 joints
![Page 41: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/41.jpg)
Human Segmentation
�Steps:� 1) Learning the model
![Page 42: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/42.jpg)
Human Segmentation
�Steps:� 1) Learning the model� 2) Finding the Silhouette
a) Coherence using Malahanobis distanceb) Morphological operatorsc) Different colors used for each segment
![Page 43: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/43.jpg)
Human Segmentation
Required silhouetteRequired silhouetteprocessing
![Page 44: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/44.jpg)
Silhouette Processing
• Two segments (ideally){low=0.5,high=2.0}We compute the median• We compute the median
• Generate widths of body parts in XML file
![Page 45: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/45.jpg)
3D Pose Identification
• Solution based on Taylor model [Tay00]
![Page 46: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/46.jpg)
3D Pose Identification
�However, Taylor formulation generates ambiguities related to z
�If the skeleton has 20 joints (our case), it will be postures in the worst scenario
202
�We introduce a set of Biomechanical constraints� i) Shoulders� If angle < 165 degrees, one z should be changed
� ii) Hip (similar to the last one)
� iii) P1,P2,P3,P4,P8,P12,P16,P20 are never negative
�Remaining 2^8 possible poses
![Page 47: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/47.jpg)
3D Pose Identification
1) Ranking of poses based on “Confort”...
a) Standing poses -> lower value is expected to be the confortable posture
b) Non standing poses -> higher value
![Page 48: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/48.jpg)
Virtual Human Reconstruction
1) Adequate the posture2) Match the dimensions3) Color and textures
![Page 49: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/49.jpg)
Results
![Page 50: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/50.jpg)
Results
![Page 51: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/51.jpg)
Results
![Page 52: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/52.jpg)
Results
![Page 53: Modelagem e Animação de personagens virtuais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022032711/587362911a28abe7148bd245/html5/thumbnails/53.jpg)