Objektien deformaatiot

Samankaltaiset tiedostot
Tik Tietokoneanimaatio

T Tietokoneanimaatio ja mallintaminen. Lauri Savioja Teknillinen korkeakoulu Tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian laboratorio 02/02

T Tietotekniikan peruskurssi: Tietokonegrafiikka. Tassu Takala TKK, Tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian laboratorio

Luento 6: Geometrinen mallinnus

Luento 3: 3D katselu. Sisältö

3D animaatio: liikekäyrät ja interpolointi. Tommi Tykkälä

Luento 6: Geometrinen mallinnus

5. Grafiikkaliukuhihna: (1) geometriset operaatiot

W el = W = 1 2 kx2 1

Tietokonegrafiikan kertausta eli mitä jokaisen animaattorin tulisi tietää tekniikasta

T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan: Tietokonegrafiikka. Tassu Takala. Mediatekniikan laitos

POHDIN - projekti. Funktio. Vektoriarvoinen funktio

Tietokonegrafiikka. Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2014

Grafiikka 205. Tässä luvussa käsitellään geometriaa ja graafisia kohteita. Mukana on pääosin alkeisoperaatioita.

Sisältö. Luento 1: Transformaatiot (2D) 1. Koordinaattimuunnokset. Muunnokset (jatkuu) 2. Perustransformaatiot. Perustransformaatiot (jatkuu)

T Studio 4. luento 3: laskennallista geometriaa virikkeitä harjoituksiin: luovuudesta. matemaattista/abstraktia taidetta tietokonetaidetta

y x1 σ t 1 = c y x 1 σ t 1 = y x 2 σ t 2 y x 2 x 1 y = σ(t 2 t 1 ) x 2 x 1 y t 2 t 1

T Vuorovaikutteinen tietokonegrafiikka Tentti

Tarkastellaan tilannetta, jossa kappale B on levossa ennen törmäystä: v B1x = 0:

Luento 2: Transformaatiot (2D)

Tik Tietokoneanimaatio

Tapio Takala / Lauri Savioja Teknillinen korkeakoulu Tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian laboratorio

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

4. Esittäminen ja visualisointi (renderöinti)

Palauta jokainen funktio-tiedosto. Esitä myös funktiot vastauspaperissasi.

Luento 3: Transformaatiot (2D)

Tik Tietokoneanimaatio

Mihin käytetään (jatkuu) Mihin käytetään (jatkuu) Mihin käytetään (jatkuu) Grafiikkajärjestelmä. Graafiset näyttölaitteet.

RTEK-2000 Statiikan perusteet 4 op

2.2. Kohteiden konstruktiivinen avaruusgeometrinen esitys

Sisältö. Luento 6: Piilopinnat. Peruskäsitteet (jatkuu) Peruskäsitteitä. Yksinkertaisia tapauksia. Yksinkertaiset tapaukset jatkuu

Matematiikka vuosiluokat 7 9

Tilanhallintatekniikat

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

763105P JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 1 Ratkaisut 4 Kevät 2016

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Visualisoinnin perusteet

Harjoitus 5 ( )

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

Massakeskipiste Kosketusvoimat

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2.2 Muunnosten käyttöön tutustumista

Luento 2: Tulostusprimitiivit

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 7. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 7 () Numeeriset menetelmät / 43

Taso 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste, suora

Luento 7: 3D katselu. Sisältö

Konformigeometriaa. 5. maaliskuuta 2006

Epäeuklidista geometriaa

KESKEISET SISÄLLÖT Keskeiset sisällöt voivat vaihdella eri vuositasoilla opetusjärjestelyjen mukaan.

Luihin perustuva 3D-animointi tietokonepeleissä

LUKU 4. Pinnat. (u 1, u 2 ) ja E ϕ 2 (u 1, u 2 ) := ϕ u 2

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

7. Kuvien lisääminen piirtoalueelle

T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan Tietokonegrafiikka

T Studio 4. luento 1: kurssin järjestelyt k-2006 tietokonegrafiikan perusteita Tassu Takala 1

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

11. Geometria Valikot ja näppäintoiminnot. Geometriasovelluksessa voit tehdä puhdasta tai analyyttista geometriaa.

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

T Studio 4. luento 1: kurssin järjestelyt k-2007 ( www) aihepiirin yleisesittely tietokonegrafiikan perusteita Tassu Takala 1

Insinöörimatematiikka D

Lieriö ja särmiö Tarkastellaan pintaa, joka syntyy, kun tasoa T leikkaava suora s liikkuu suuntansa

kaikki ( r, θ )-avaruuden pisteet (0, θ ) - oli θ

Koordinaatistot 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaaliluvut

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

T Studio 4. kurssin järjestelyt k-2008 ( www) aihepiirin yleisesittely tietokonegrafiikan ja vuorovaikutustekniikan perusteita

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

Mallin arviointi ja valinta. Ennustevirhe otoksen sisällä, parametrimäärän valinta, AIC, BIC ja MDL

Gaussin lause eli divergenssilause 1

Lectio Praecursoria: Epälokaali epälineaarinen potentiaaliteoria ja fraktionaaliset integraalioperaattorit

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Käyrien välinen dualiteetti (projektiivisessa) tasossa

Dynaamiset regressiomallit

Duaalisuus kokonaislukuoptimoinnissa. Mat , Sovelletun matematiikan tutkijaseminaari, kevät 2008, Janne Karimäki

Harjoitus Bones ja Skin

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Tik Tietokoneanimaatio

T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan Tietokonegrafiikka

Luento 7: Lokaalit valaistusmallit

T Johdatus Tietoliikenteeseen ja Multimediaan

Harjoitus Morphing. Ilmeiden luonti

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

on hidastuvaa. Hidastuvuus eli negatiivinen kiihtyvyys saadaan laskevan suoran kulmakertoimesta, joka on siis

Luento 9: Potentiaalienergia

DYNAMIIKKA II, LUENTO 3 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

Kuva maailmasta Pakettiverkot (Luento 1)

Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Teoriatausta. Mallinnuksen vaiheet. CAD työkalut harjoituksessa. Uppokipinätyöstön elektrodi

Symmetrioiden tutkiminen GeoGebran avulla

Fr ( ) Fxyz (,, ), täytyy integroida:

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

JUHTA - Julkisen hallinnon tietohallinnon neuvottelukunta

7. Differentiaalimuotoinen jatkuvuusyhtälö. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

2.2 Muunnosten käyttöön tutustumista

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

Tieto- ja viestintätekniikka. Internetistä toimiva työväline, 1 ov (YV10TV2) (HUOM! Ei datanomeille)

7 tapaa mallintaa maasto korkeuskäyristä ja metodien yhdistäminen

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Vaimennetun heilurin tilanyhtälöt on esitetty luennolla: θ = g sin θ r θ

Riemannin pintojen visualisoinnista

Transkriptio:

T-111.450 Tietokoneanimaatio ja mallintaminen Lauri Savioja Teknillinen korkeakoulu Tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian laboratorio 03/02 Animaatio / 1 Objektien deformaatiot Perinteisessä animaatiossa elävällä muodolla on suuri ilmaisullinen vaikutus. Myöskään tietokoneella animoidun objektin ei tarvitse olla jäykkä kappale! Elastisia ja epäelastisia muutoksia Animaatio / 2 1

Motivaatio Geometriset menetelmät sopivia jäykille kappaleille, mutta ne ovat elottomia. Deformoituvat mallit voivat perustua fysiikkaan ja olla aktiivisia: luonnollinen vaste niihin asetettuihin voimiin, rajoituksiin ja törmäyksiin. Fysikaaliset periaatteet kuvataan useimmiten osittaisdifferentiaaliyhtälöinä. Luonnollisen animaation tekemisestä tulee simulaatiota. Animaatio / 3 Vertailu Geometria + Fysiikka Vain geometria Aktiivinen Passiivinen Dynaamiikka Kinematiikka Animaatio simuloimalla Ennaltamäärätty Animaatio / 4 2

Elastiset muutokset Elastinen kappale palaa alkuperäiseen muotoonsa, kun kaikki siihen vaikuttavat voimat lakkaavata vaikuttamasta. Mutta, ideaalinen elastinen kappale jää ikuiseen värähtelyyn ilman vaimentavia voimia. Luonnossa on aina joku vaimentava voima, esim. ilmanvastus. Jousiyhtälö f = k x, missä x on poikkeama f on jousivoima k on jousivakio, joka kuvaa jousen jäykkyyttä Animaatio / 5 Epäelastiset muutokset Epäelastisessa muutoksessa jousiyhtälö ei päde. Kolme eri tyyppiä epäelastisuutta (Terzopoulos): Viskoottinen muutos Plastisuus Murtuma Animaatio / 6 3

Geometrisen esitysmuodon vaikutus Perinteisesti erotettu mallintaminen ja grafiikka (renderointi) toisistaan Muotoaan muuttavat objektit voidaan ymmärtää: animoituna proseduraalisena mallintamisena; uuden mallin luomisena joka kuvaa kohti jälkikäsittelynä; kiinteän mallin joka kuvassa eri tavalla tehtävänä muokkauksena Huom! käytännössä usein liikutaan välimaastossa Nykyisin myös 2-ulotteisten rasterikuvien deformaatiot (image morphing) paljon käytettyjä Animaatio / 7 Monitahokasmallit Animoidaan nurkkapisteitä (vertex), mutta säilytetään mallin topologia. Helppo toteuttaa, mutta käytännössä deformaation määrä rajallinen, koska monikulmioiden tulisi säilyä tasomaisina deformaatio voi tuoda jyrkkiä kulmia paikkoihin, jotka on tarkoitettu approksimoimaan sileää pintaa 3D-aliasoituminen: mallin pisteet näytteitä kuvitellusta pehmeämuotoisesta objektista. Liian pieni näytetiheys hävittää geometrista informaatiota Animaatio / 8 4

Pehmentävä jälkikäsittely "blobby objects" potentiaalikenttä mallin joka osan ympärille renderoidaan kentän tasa-arvopintoja (säteenseurannalla) sovelluksia: molekyylimallit (Blinn) pisaroista (partikkelisysteemi) koostuva vesimassa taiteellinen vaikutelma (Kawaguchi, Latham) Animaatio / 9 Parametripintamallit (splinit) Monin tavoin sama periaate kuin monitahokkailla: animoidaan ohjauspisteitä, mutta pintapalojen suorakulmainen topologia säilyy Voidaan ajatella myös pehmentävänä jälkikäsittelynä: splinifunktiot tasoittavat pinnan Ohjauspisteiden määrä rajoittaa deformaatiota: paikalliset muutokset ohjauspisteiden välillä mahdottomia Bezier-pintapalojen väliset jatkuvuusehdot vaikeita B-splinit monessa suhteessa parempia (ei jatkuvuusongelmia, ohjauspisteet vaikuttavat vain paikallisesti), mutta kiinteä topologia rajoittaa Animaatio / 10 5

Objektien muotoa muuttavat transformaatiot Lineaarimuunnokset tavanomaiset geometriset transformaatiot ovat lineaarimuunnoksia (rotaatio, skaalaus, translaatio) lineaarimuunnokset säilyttävät suorat suorina, jolloin monitahokkaan kulmapisteiden muuntaminen riittää Epälineaariset objektimuunnokset (Barr), yleistys: perusmuunnosten parametrit (kiertokulmat, skaalaustekijät, siirtymät) paikan funktioina (x, y, z) -> (sx,sy,sz, rx,ry,rz, tx,ty,tz) -> (X, Y, Z) käyttökelpoisia muunnoksia: tapering (X, Y, Z) = (rx, ry, z); r = f(z) twisting (X, Y, Z) = (X( Θ), Y( Θ), z); Θ = f(z) bending (X, Y, Z) = (x, Y(P), Z(P)); P = y, Θ parametrikappaleet (3D-splinit), yleistys parametrikäyristä ja - pinnoista: "hyperpatch (xyz) = Q(u,v,w) = Σ i Σ j Σ k p ijk B i (u)b j (v)b k (w) Animaatio / 11 Free Form Deformation (FFD, Sederberg) Määritellään parametrikappaleen (hyperpatch) avulla mielivaltaisella muulla tavalla määritellylle esineelle tehtävä deformaatio. Alkuperäinen objekti voi olla esim. monitahokas tai parametripinta Muunnettava 3D-avaruuden osa määrätään FFD-kappaleen avulla, ja siihen kohdistuva muunnos FFD-kappaleen ohjauspisteitä siirtämällä. Muunnoksen vaiheet: määritä alkuperäisen kappaleen pisteiden (vertex, ohjauspiste) paikat muuntamattoman FFD-kappaleen sisäisessä koordinaatistossa (u, v, w) (trilineaarinen interpolaatio) muunna kappaleen pisteet maailmankoordinaatistoon FFDkappaleen muunnetuilla ohjauspisteillä painotetuilla kantafunktioilla Ongelmia: FFD:llä paljon ohjauspisteitä (3 hyperkappaleella 64), siksi työlästä määritellä muunnoksia deformaatio on globaali FFD:n sisällä, hienojakoisempi muunnos ohjauspisteiden välillä ei onnistu Animaatio / 12 6

FFD:n animointi Ohjauspisteiden käsittely suoraan on työlästä niiden suuren määrän takia Käyttökelpoinen yhdistelmä saadaan soveltamalla epälineaarisia muunnoksia ensin FFD-soluihin ja näitä sitten varsinaisiin kappaleisiin Muunnosten aika- ja paikkariippuvuus kätevintä ilmaista vaikutuskäyrien (factor curve) avulla Useista eri osista koostuva muunnos saadaan kertomalla painotetut muunnokset keskenään Animaatio / 13 FFD:n laajennus (EFFD, Coquillart) Muodostetaan FFD-soluista yhteenliitettyjä kokonaisuuksia (vrt. Bezier-käyrien ja -pintojen liittäminen) Käyttökelpoisista EFFD-kappaleista voidaan tehdä työkalukirjasto, jota voidaan soveltaa minkä hyvänsä mallin muokkaamiseen EFFD-kappaletta voidaan animoida paitsi muuttamalla sen muotoa (ohjauspisteitä siirtämällä), myös siirtämällä sen vaikutusaluetta alkuperäisen mallin suhteen Sovellusesimerkki: lihasten paisuminen jäseniä taivutettaessa Animaatio / 14 7