Реферат по нирс на тему "Анимация персонажей в 3D играх"

Главная страница
Контакты

    Главная страница


Реферат по нирс на тему "Анимация персонажей в 3D играх"

Скачать 217,64 Kb.


Дата13.04.2017
Размер217,64 Kb.

Скачать 217,64 Kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Факультет Информатики и Вычислительной Техники

Реферат по НИРС


На тему

“Анимация персонажей в 3D играх”




Выполнил: Бастраков А. Е.
Проверила: Кудрина И. Н.
Йошкар-Ола

2009 г.


Анимация лица и речь персонажей
Анимация лица - одна из наиболее сложных и требующих внимания задач, с которой вы столкнетесь в качестве художника-аниматора. Зритель прекрасно разбирается в нюансах выражений и эмоций. Мы мгновенно можем определить плохую игру киноактера по его притворной мимике. Так и в анимации: хорошая анимация лица выглядит естественной и не вызывает отторжения, а плохая сразу бросается в глаза, даже если причина необъяснима
Анимация лица требует наблюдательности и глубоких знаний сценического искусства и эмоций. Внимательно наблюдайте за людьми, их лицами и тем, как они выражают свои эмоции. Бесценным для художника-аниматора может быть знание основ классических фильмов, особенно немых кинокартин, герои которых передавали свои чувства только при помощи лица и «языка» тела.
Чтобы создать убедительную анимацию, необходимо иметь хорошие программные инструменты. Вам понадобится пакет, позволяющий создавать сложные формы и воспроизводить их движение, не отвлекаясь на мелочи. К примеру, модель головы, обладающая достаточной подвижностью и легко поддающаяся анимации, поможет сэкономить вам несколько упаковок аспирина.
Методы анимации лица
Для воссоздания мимики лица применялось множество методов. На заре компьютерной анимации некоторые художники вытягивали и перемещали вершины лица в каждом кадре. Пришедшие им на смену художники деформировали лицо с помощью таких инструментов, как кости, кластеры и решетки. Они обладают массой достоинств, но имеют и свои недостатки, прежде всего плохое управление мелкими деталями.
Со временем большинство художников пришло к выводу, что целесообразнее контролировать мелкие детали в программе моделирования, а не в модуле деформации. Единственный метод, использующий преимущества программы моделирования, называется морфингом. Во многих студиях морфинг стал стандартным методом анимации лица.
Морфинг
При помощи морфинга можно создавать очень сложную анимацию лица. Он является очень мощным и легко управляемым методом. Большинство упражнений по анимации лица в этой книге посвящено использованию морфинга.
Морфинг позволяет преобразовать форму исходного объекта в форму другого, целевого объекта. Подготовка персонажа к анимаций состоит в применении программы моделирования для составления набора соответствующих выражений лица. Это дает определенные преимущества, так как впоследствии в ней можно усовершенствовать любое из них.
Метод морфинга подходит и для полигональных моделей, и для моделей на основе патчей. В некоторых пакетах приходится создавать отдельные объекты для каждой формы, другие позволяют конструировать формы на основе одной модели. Большинство программных пакетов требует, чтобы подвергаемые морфингу модели содержали одинаковое число вершин, расположенных в одном и том же порядке. Это требование соблюдается моделированием простого стандартного и лишенного эмоций лица, которое копируется и затем преобразуется в лицо, имеющее то или иное выражение. Существуют два основных метода морфинга: одноцелевой и многоцелевой.
Одноцелевой морфинг
Метод одноцелевого морфинга (single-target morphing) позволяет выполнять преобразование только между двумя отдельными формами. Художник-аниматор должен моделировать все возможные выражения заранее, что затрудняет экспериментирование. Например, нельзя выполнять такие простые налагающиеся действия, как закрывать рот модели, одновременно открывая ее глаза. В результате лицо выглядит как минимум статичным. Лучшие программные пакеты сейчас поддерживают более сложный метод многоцелевого морфинга.
Многоцелевой морфинг
Многоцелевой морфинг (multiple-target morphing), также называемый методом взвешенных форм (shape weights), или переходных форм (blend shape), позволяет смешивать несколько форм, моделировать форму отдельных частей лица и имитировать улыбку, открывающийся рот, поднимающиеся брови и т.д. Эти формы объединяются и формируется определенное выражение улыбающегося лица, при котором рот открыт, например на 50%, а брови подняты на 30%. Процесс управления лицом значительно упрощается. Каждая из морфинг-мишеней перемещает только часть лица, а общее выражение образуется за счет объединения всех частей. Можно комбинировать любое число форм. Все, что требуется для выполнения анимации, — задать относительный вес каждой форме, благодаря чему существенно облегчается воспроизведение естественных выражений лица, и уменьшается количество создаваемых моделей. Большинство современных пакетов даже позволяет связать с весом виртуальные движки, поэтому можно просто «указывать» требуемое выражение, что, в свою очередь, тоже упрощает процесс анимации.
Моделирование морфинг-мишеней для анимации
Моделирование морфинг-мишени для анимации начинается с изучения лежащей в его основе анатомии мышц лица. Вспомните расположение лицевых мышц, с которым вы познакомились в главе 5. В многоцелевом морфинге нужно смоделировать только крайние положения отдельных мускулов, чтобы затем объединить отдельные выражения. Каждая мышца присоединяется к коже в определенном месте, следовательно, ее напряжение изменяет форму только части лица. Если точно смоделировать выражение, возникающее в результате движения каждого мускула, то при наложении всех выражений (соответствующих той или иной группе мышц) сформируется правильная анимация.
В идеале следует смоделировать все мышцы лица, создав несколько десятков целей. Но в этой книге для простоты изложения мы выделили только некоторые наиболее важные выражения. Хотя в формировании части из них участвуют одновременно несколько мускулов, следует исходить из принципа: каждый из регуляторов управляет только частью лица. При создании моделей, подвергаемых морфингу, перемещайте вершины, на которые влияет только заданная мышца. Если, например, случайно переместить одну из вершин уха, то его форма может изменяться всякий раз при открывании рта. Выполняйте также плавный переход от правой к левой стороне лица. Если вы моделируете правую часть улыбающихся губ, их движение должно быть согласовано с перемещением левой части. Если управлять одной и той же частью лица при помощи нескольких движков, то это может привести к нежелательным результатам, например, к подергиванию верхней губы персонажа, как при нервном тике.
Не забывайте также, что эти выражения соответствуют крайним состояниям, поэтому и моделировать их нужно соответствующим образом. Попытайтесь представить самую широкую улыбку, самые нахмуренные брови, и т.д. Смотрите в зеркало и используйте в качестве пособия выражения собственного лица.
Движения бровей и глаз стилизованных персонажей
У некоторых персонажей нет бровей, глаза смоделированы при помощи сфер, а веки - полусфер. В таких случаях художник-аниматор управляет выражениями лица, поворачивая веки под разными углами.
Другие выражения лица
Кроме уже упоминавшихся в предыдущих разделах, можно смоделировать множество других выражений лица. Если вы не можете добиться нужного результата перемещением движков, создайте наиболее близкий вариант, затем доработайте его, сохраните новое выражение и используйте в качестве целевого. Не все персонажи обладают реалистичными глазами, у многих мультипликационных героев они явно стилизованные.
Основные выражения
Множество возможных выражений лица можно разбить на несколько основных категорий: ярость, отвращение, страх, радость, грусть и удивление. Когда лицо выражает ярость, глаза широко открыты, брови опущены. Рот обычно открыт, губы напряжены, зубы обнажены. Челюсть может быть опущена. При отвращении все лицо напряжено, глаза сужены, участок между бровями слегка опущен. Рот закрыт, верхняя губа напряжена, образуя презрительную усмешку. Если человек испытывает страх, обычно рот широко открыт, его нижние углы оттянуты назад. Челюсть опущена, глаза широко открыты, брови подняты . В момент радости губы изогнуты кверху, образуя улыбку. Видны верхние зубы, щеки приподняты. Брови, как правило, расслаблены (рис. 10.22). При грустном выражении нижние углы рта оттянуты вниз, нижние зубы обнажены. Глаза сощурены и могут закрываться во время плача. Внутренние уголки бровей приподняты. Когда персонаж удивляется чему-то, глаза широко открыты, брови подняты, но не образуют морщин. Рот расслаблен, челюсть свободно висит.
Роль бровей в формировании мимики
Не забывайте о том, что верхняя часть лица вносит основной вклад в создание его выражения. Один из способов быстро изменить выражение лица состоит в изменении положения бровей. Их положение, зачастую лучше, чем любая другая часть лица, способствует передаче эмоции. При поднятых бровях лицо становится более открытым, и персонаж выглядит радостным (рис. 10.25). Опущенные брови, как правило, соответствуют отрицательным эмоциям, например, ярости.

Асимметричность выражений лица
Выражения лица, которые мы рассматривали до сих пор, были совершенно симметричными. Но такие лица выглядят неестественно, поэтому изображение должно быть немного асимметричным. Немного опустив1 правый уголок рта, мы делаем губы асимметричными, и лицо становится более естественным. В то же время избегайте слишком явной асимметричности расположения частей лица, так как это придаст ему нежелательное выражение.
Высокая степень асимметричности не позволяет адекватно передать эмоцию. Например, если на лице персонажа мелькает кривая ухмылка, это означает, что он неискренен. Если поднята только одна бровь, то на лице персонажа, скорее всего, отражается любопытство или догадка. Знание этих тонкостей помогает быстро найти верный способ отразить ту или иную эмоцию.
Анимация головы
Анимацию лица новичку следует начинать с передачи простых эмоций. Чтобы лицо персонажа было выразительным, он не обязательно должен говорить. Можно привести множество примеров, когда состояние молчащего персонажа прекрасно понятно зрителю.
Перед тем, как приступить к анимации лица, изучите строение головы и механизм ее движения. Если анимация лица выполнена безукоризненно, а голова персонажа неподвижна, он выглядит неестественно. Ее движения необходимы для подчеркивания мимики лица. При произнесении слов голова персонажа покачивается, подчеркивая отдельные фразы. Любопытный герой обычно наклоняет голову вбок. Если он выражает неодобрение, голова покачивается в стороны, как бы говоря «нет». При ее повороте переносится внимание героя или направление его взгляда. (Как говорилось в главе 8, голова всегда перемещается по некоторой дугообразной траектории, опускаясь в середине поворота.)
Не забывайте и про основные принципы анимации. Например, повороту головы направо предшествует подготовительное действие - незначительный ее поворот влево. Голова проходит конечное положение и затем возвращается в него. Все принципы анимации в равной степени применимы к движениям головы и частей лица так же, как и тела персонажа.
Направление взгляда
Глаза являются самой важной частью лица, поэтому направление взгляда в анимации играет большую роль. Если взгляд персонажа направлен не на собеседника, а в сторону, вид у него явно отсутствующий. Конечно, подобный прием можно использовать в соответствующей сцене, но, как правило, персонаж должен смотреть на человека, с которым он говорит. Даже когда человек слегка перемещает голову, подчеркивая какие-то слова, его глаза продолжают смотреть на собеседника.
Управление по линии взгляда
Большинство пакетов имеет средства, позволяющие задавать направление перемещения объекта в сторону другого объекта. В некоторых программных пакетах подобные средства называются контроллерами управления по линии взгляда (look at controllers), ибо дают возможность одному объекту «смотреть» на тот, к которому он привязан. Если назначить управляющий элемент зрачкам, то глаза будут автоматически поворачиваться вслед за объектом.
В качестве примера можно рассмотреть полет мухи по комнате. Если задать ограничитель для зрачков так, чтобы они смотрели на летающую по комнате муху, то глаза будут все время следить за ней. Этот принцип применим и к ситуации, когда два человека разговаривают, глядя друг другу в глаза.
Особое мастерство выполнения данной операции заключается в том, чтобы создать невидимый объект и направить глаза персонажа на него. При этом у зрителя создастся впечатление, что взгляд персонажа двигается произвольным образом.
Указки
Еще один способ направить взгляд на цель состоит в присоединении к глазу указки, роль которой выполняет прозрачный объект. Обычно в качестве указок используют тонкие конусы или цилиндры, на которые наложена прозрачная текстура. После выполнения рендеринга они становятся невидимыми.
Чтобы получить такую направляющую, создайте длинный и тонкий конус или цилиндр и прикрепите его к зрачку, используя иерархию или ограничители. При повороте зрачка направляющая также повернется, позволяя определить направление взгляда и помогая нацелить его.

Моделирование тела персонажа
Строение тела
Что бы вы ни конструировали, - реалистичную модель человека или мешка с мукой, - необходимо знать основы анатомии. Даже обычный куль может выглядеть так, будто у него есть ноги и руки.
Хорошая книга по анатомии всегда должна быть под рукой у разработчика. Другим источником необходимой информации обычно служат уроки рисования с натуры. Они помогут натренировать глаз и изучить строение фигуры человека, чтобы создавать реалистичные модели.
Скелет
Если вы намерены конструировать человекоподобного персонажа для последующей анимации, необходимо знать строение скелета человека. Скелет состоит из более чем 200 отдельных костей, среди которых множество мелких, например, на запястьях, лодыжках и во внутреннем ухе. Необходимо знать, как основные части скелета влияют на форму и положение тела при движении.

Рис. Скелет


Руки
Рука состоит из трех основных костей: плечевой, лучевой и локтевой. Пропорциональным считается такое строение скелета, при котором запястье вытянутой вниз руки находится на уровне бедра.

Рис. Рука


Рис. Плечевая кость


Рис. Предплечье



Мышцы
Кости определяют конструкцию тела, а мышцы - форму. Человеческое тело состоит из сотен мышц, и каждая из них имеет свою функцию. Мышцы могут сокращаться и растягиваться, вызывая перемещение костей и кожи. Ниже приводится список основных мышц человеческого тела, которые необходимо знать тем, кто занимается конструированием моделей и их анимацией:

дельтовидные мышцы. Они расположены поверх плеч и придают им форму. Благодаря дельтовидным мышцам руки поднимаются над головой;

грудные/широчайшие спинные мышцы. При помощи грудных мышц руки опускаются и выставляются вперед. Широчайшие мышцы спины позволяют опускать руки и отводить их назад;

бицепсы/трицепсы. Эти мышцы окружают плечевую кость, то есть верхнюю часть руки. При помощи бицепсов предплечье поднимается, а трицепсов - опускается;

супинаторы. Они необходимы, чтобы лучевая и локтевая кости могли поворачиваться относительно друг друга, вследствие чего поворачивается и предплечье;

сгибающие/разгибающие мышцы. Это мышцы предплечья, при помощи которых сжимается и разжимается кисть;

большие ягодичные мышцы. Они располагаются сзади и позволяют отводить ногу назад;

портняжные/четырехглавые мышцы. Их называют также бицепсами ног. Портняжные мышцы позволяют сгибать ногу в колене и отводить голень назад. Их дополняют четырехглавые мышцы, обеспечивающие перемещение голени вперед.


Типы анимации
Существует также несколько типов анимации персонажей, это: морфинг (некоторые ее называют вертексная), анимация по частям тела (назовем это объектная), и костная (скелетная).

В чем их отличие?



Морфинг – для этой анимации создается несколько 3Д моделей, являющиеся ключевыми кадрами, после чего программа интерполирует положения вершин треугольников, составляющих модель в новую форму, затем в следующую и т.д.

Объектная – основные куски персонажа (голень, бедро, ступня, тело и т.д.) представляют из себя отдельные объекты, связанные или не связанные иерархией. И имеют собственную анимацию.

Костная – создается скелет, который деформирует целую модель, или ее часть.

Морфинг. Плюсы: позволяет создавать, анимированные ткани, волосы, и деформировать сетку модели как вам это нужно. Минусы: после 700 треугольников занимает больше памяти нежели остальные типы (количество занимаемой памяти для костной, зависит от количества костей). Необходимо делать отдельные анимации, для каждой модели. Практически невозможно перевести в другой тип анимации.

Объектная. Плюсы: наиболее мало занимающая анимация, простота замены частей, например рука в перчатке или без нее. Поддерживается практически всеми движками, в той или иной степени. Минусы: при анимации персонажа, на крупном плане, скорее всего, будут видны стыки объектов. Очень сложно сделать анимацию одежды или косичек из-за стыков, или сильного увеличения памяти занимаемой анимацией. Переводится в другой тип, через костную анимацию.

Костная. Плюсы: простота создания непосредственно анимации, простой перевод в любой тип анимации. Простота использования «Моушен кэпчура». Минусы: не очень простая привязка к костям. Ограничение по количеству костей (не всегда, но очень часто). Медленнее обрабатывается движком, чем другие типы.
Список литературы


  1. http://arthis.ru/mod/index10.html

  2. http://www.render.ru/books/show_book.php?book_id=33

  • Выполнил
  • Моделирование морфинг-мишеней для анимации
  • Движения бровей и глаз стилизованных персонажей
  • Роль бровей в формировании мимики
  • Асимметричность выражений лица
  • Управление по линии взгляда
  • Моделирование тела персонажа Строение тела
  • Костная