Animación por computadora ICCM-614Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ciencias de la Computación

Daniel Alejandro Valdés Amaro, Ph.D

5. Animación

5.1 Animación de personajes

5.1.1Animación de esqueleto

Animación de esqueleto• La animación esquelética es una técnica de animación por

computadora en la que un personajes u objetos articulados se representan en dos partes: una representación superficial utilizada para dibujar el carácter (llamado piel o malla) y un conjunto jerárquico de huesos interconectados (llamado esqueleto o Rig) usado para animar la malla.

Animación de esqueleto• Si bien esta técnica se utiliza a

menudo para la animación de a n i m a l e s v e r t e b r a d o s o m o v i m i e n t o s m u s c u l a r e s , principalmente en la industria del cine, sólo sirve para hacer el proceso de animación más intuitivo.

• Incluso, la misma técnica se puede u t i l i z a r p a r a c o n t r o l a r l a deformación de cualquier objeto por ejemplo una puer ta, una cuchara, o una galaxia.

• La técnica fue introducida en 1988 por Nadia Magnenat Thalmann, Richard Laperrière y Daniel Thalmann.

• Esta técnica se utiliza en prácticamente todos los sistemas de animación donde las interfaces de usuario permiten a los animadores controlar algoritmos a menudo complejos y una gran cantidad de geometría; sobre todo a través de la cinemática inversa y otras técnicas "orientadas a objetivos".

• En principio, sin embargo, la intención de la técnica es nunca imitar la anatomía real o los procesos físicos, sino solamente controlar la deformación de los datos de la malla.

Animación de esqueleto

• Esta técnica se utiliza mediante la construcción de una serie de "huesos", también se conoce como rigging.

• Cada hueso tiene una transformación tridimensional (que incluye su posición, escala y orientación), y un hueso padre opcional. Por lo tanto, los huesos forman una jerarquía.

• La transformación completa de un nodo secundario es el producto de su transformación primaria y su propia transformación.

• Así que mover un hueso del muslo también moverá la pierna.

Animación de esqueleto

Animación de esqueleto

• A medida que el personaje se anima, los huesos cambian su transformación con el tiempo, bajo la influencia de algún controlador de animación.

• Un esqueleto se compone generalmente tanto de partes de cinemática directa y cinemática inversa que pueden interactuar entre ellas.

• La animación esquelética se refiere a la parte cinemática delantera del esqueleto, donde un conjunto completo de configuraciones de huesos identifica una pose única.

Animación de esqueleto

• Skinning es el proceso de creación de la asociación de cada hueso del esqueleto con alguna porción de la representación visual del personaje.

• En el caso más común de un carácter de malla poligonal, el hueso está asociado con un grupo de vértices.

• Por ejemplo, en un modelo de un ser humano, el hueso del "muslo" estaría asociado con los vértices que componen los polígonos en el muslo del modelo.

Animación de esqueleto

Animación de esqueleto

Animación de esqueleto

• Porciones de la piel del personaje normalmente se pueden asociar con múltiples huesos, cada uno de los cuales tiene un factor de escala llamado pesos de vértice, o pesos de mezcla (figura siguiente).

• El movimiento de la piel cerca de las articulaciones de los dos huesos, por lo tanto, puede ser influenciado por ambos huesos.

• En la mayoría de los motores gráficos de vanguardia, el proceso de skinning se realiza en la GPU gracias a un programa de sombreado.

Animación de esqueleto

Animación de esqueleto

• Para una malla poligonal, cada vértice puede tener un peso de mezcla para cada hueso.

• Para calcular la posición final del vértice, se crea una matriz de transformación para cada hueso que, cuando se aplica al vértice, coloca primero el vértice en el espacio del hueso y luego lo coloca de nuevo en el espacio de malla, el vértice.

• Después de aplicar una matriz al vértice, se escala por su peso correspondiente.

Animación de esqueleto

• Este algoritmo se denomina skinning de paleta de matriz, porque el conjunto de transformaciones óseas (almacenadas como matrices de transformación) forman una paleta para el vértice de la piel a elegir.

Animación de esqueleto

• Un hueso representa ciertos vértices (o algún otro objeto en sí, por ejemplo, una pierna).

• El animador controla menos características del modelo y por lo tanto puede enfocarse en otras animaciones más importantes y de mayor tamaño.

• Los huesos pueden moverse independientemente.

• Una animación puede realizarse simplemente moviendo huesos, en vez de mover vértice por vértice (lo que llevaría mucho tiempo y seria difícil completar una animación de unos pocos segundos).

Ventajas

• Un hueso representa ciertos vértices (o algún otro objeto).

• No genera un movimiento realista de la piel o de un músculo.

• Posibles soluciones a este problema:

‣ Controladores especiales de músculos sobre el propio hueso

‣ Asesoramiento de un fisiólogo experto para una mejor simulación de un músculo.

Desventajas

Usos• La animación basada en esqueletos es la forma estándar y

más usada para animar personajes u objetos mecánicos durante un período prolongado de tiempo (entre 100 y 300 fotogramas).

• Esta técnica es comúnmente usada por artistas gráficos y animadores de videojuegos y en la industria cinematográfica pues también puede ser aplicada a objetos mecánicos o cualquier otro objeto formado por partes rígidas y movibles.

• La captura de movimiento puede acelerar el proceso del desarrollo de la animación de esqueletos, a su vez aumentando el nivel de realismo.