Interpolazione pose

Interpolazione pose

Due pose si possono interpolare!

basta interpolare le trasformazioni che le compongono

posa A posa B

0.5 ∙ posa A + 0.5 ∙ posa B

--- --- ---

---

Pose = keyframes

Per comprimere animazioni

keyframe A

0.75 A + 0.25 B 0.50 A + 0.50 B 0.25 A + 0.75 B keyframe B

0.50 B + 0.50 C keyframe C

animazione

“corsa”

t = 0 t = 1 t = 2 t = 3 t = 4 t = 5 t = 6

posa memorizzata posa interpolata

(on the fly)

Interpolare intere animazioni

Es: da stance a corsa

keyframe A

0.75 A + 0.25 B 0.50 A + 0.50 B 0.25 A + 0.75 B keyframe B

0.67 B + 0.33 C animazione X

“stance”

t = 0 t = 1 t = 2 t = 3 t = 4 t = 5

0.33 B + 0.67 C keyframe C t = 6

t = 7

keyframe D 0.50 D + 0.50 E

0.75 E + 0.25 F 0.50 E + 0.50 F

t = 0+k t = 1+k t = 2+k t = 3+k t = 4+k t = 5+k 0.25 E + 0.75 F keyframe F t = 6+k

t = 7+k ritardo k = 3 animazione Y

“corsa”

keyframe E

0.80 X + 0.20 Y 0.60 X + 0.40 Y 0.40 X + 0.60 Y 0.20 X + 0.80 Y 0.25 A + 0.75 B

keyframe B

0.67 B + 0.33 C 0.33 B + 0.67 C keyframe C

keyframe D 0.50 D + 0.50 E

0.75 E + 0.25 F 0.50 E + 0.50 F keyframe E

Interpolazione pose (a runtime):

transizioni fra animazioni

Es: da stance a corsa

keyframe A

0.75 A + 0.25 B 0.50 A + 0.50 B animazione X

“stance”

t = 0 t = 1 t = 2 t = 3 t = 4 t = 5 t = 6

t = 7 0.50 E + 0.50 F

t = 0+k t = 1+k t = 2+k t = 3+k t = 4+k t = 5+k 0.25 E + 0.75 F keyframe F t = 6+k

t = 7+k ritardo k = 3 animazione Y

“corsa”

0.25 A + 0.75 B keyframe B

0.67 B + 0.33 C 0.33 B + 0.67 C keyframe C

keyframe D 0.50 D + 0.50 E

0.75 E + 0.25 F keyframe E

Animazioni scheletali:

come si ottengono

Editing manuale

Animatori digitali

help da: IK, simulazioni fisiche …

Motion capture:

Cinematica diretta Cinematica inversa

Tipici task della robotica

Forward kinematics:

«da angoli (e lunghezze) a (x,y)»

banale!

soluz univoca VS

Inverse kinematics:

«da (x,y) (e lunghezze), a angoli»

non banale!

soluzioni multiple

(task: scegliere quella “migliore”)

Inverse Kinematic (IK):

un tool utile

Cinematicadiretta:

“date le trasf locali P1, P2… PN, (es, come angoli) dove finisce il piede?”

(univoco, banale)

Cinematicainversa:

“se voglio mettere il piede nella pos p, quali

P1, P2… PN, ?”

(+ vincoli, es. DoF giunti) (non univoco, non banale)

bacino (root) busto 1

spalla dx spalla sx P²

P⁴ P⁶

gamba gamba dx

sx

polpaccio busto 2 dx

P³ P⁷

piede collo Dx

P⁵ P⁸

P³ P¹

Inverse Kinematic (IK):

un tool utile

Due tipi di utilizzo:

in preprocessing (durante il task dell’animator) in real time (task da game engine)

Esempi di utilizzo in real time:

Posizionamento esatto piedi su terreno irregolare Mano che raggiunge esattamente

un oggetto da afferrare

Mani che si congiungono esattamente in un’arma a due mani

(es. nonostante piccole discrepanze nella forma dello scheletro)

(es. nelle trasizioni)

Third person view

spazio mondo

spazio vista

V

T¹

= ( T¹ x T² )^-1

= ( T² )^-1 x ( T¹ )^-1

camera T²

First person view

spazio mondo T¹

busto 1

spalla dx spalla sx

P³

P⁸ P¹⁰

gamba gamba dx

sx

polpaccio dx busto 2

P⁴

P⁷

piede Dx collo

P⁹

P¹¹ P²

P¹

testa

bacino (root)

P¹²

spazio vista

V

camera

T^{2 T2} = pos occhi

(in spazio «testa»)

busto 1

spalla dx spalla sx

P3

P8 P10

gamba gamba dx

sx polpaccio

dx busto 2

P4

P7

piede Dx collo

P9

P11 P2 P1

testa bacino (root)

P12

Composizione di pose

( e di animazioni)

+ =

lower joints

upper joints

busto 1

spalla dx spalla sx

P3

P8 P10

gamba gamba dx

sx

polpaccio dx busto 2

P4

P7

piede Dx collo

P9

P11 P2 P1

testa bacino (root)

P12

busto 1

spalla dx spalla sx

P3

P8 P10

gamba gamba dx

sx polpaccio

dx busto 2

P4

P7

piede Dx collo

P9

P11 P2 P1

testa bacino (root)

P12

Pose A Pose B New Pose

busto 1

spalla dx spalla sx

P3

P8 P10

gamba gamba dx

sx polpaccio

dx busto 2

P4

P7

piede Dx collo

P9

P11 P2 P1

testa bacino (root)

P12

Composizione di pose

( e di animazioni)

+ =

lower joints

upper joints

busto 1

spalla dx spalla sx

P3

P8 P10

gamba gamba dx

sx polpaccio

dx busto 2

P4

P7

piede Dx collo

P9

P11 P2 P1

testa bacino (root)

P12

busto 1

spalla dx spalla sx

P3

P8 P10

gamba gamba dx

sx polpaccio

dx busto 2

P4

P7

piede Dx collo

P9

P11 P2 P1

testa bacino (root)

P12

P1 = 0.45 ∙ + 0.55 ∙ ^{P1 P1}

anche interpolando, p.e.:

Pose A Pose B

Composizione di pose

( e di animazioni)

Utile in molteplici contesti:

pezzi di personaggio diversi che seguono animazioni diverse

Nota implementativa:

In Unity, si ottiene definendo “Layers” sovrapposti in un Animation Controller

Layer = maschera, su quali ossa agisce l’animazione

Alcuni (pre)processing su animazioni skeletali

Compressione

input:Animaz con N keyframes output: Animaz con M<N keyframes

Retargeting

input:Rig1 + (Skel animat per Rig1) + Rig2 output: (Skel animat per Rig 2)

Costruzione da blend-shape animation

input:Blend-shape

output: Rig + Skinned Mesh + Anim

Compressione animazioni skeletali

Obiettivo: rimuovere keyframes

quelli “inutili”

in preprocessing (e.g. as a game tool)

Versione 0.0 di un algoritmo:

per ogni keyframe Px rimuovi keyframe Px

computa versione interpolata Pi dai keyframe rimanenti

(il precedente e il successivo) se distanza( Pi ,Px)> MAX_ERR allora reinserisci keyframe Px

Per-vertex animations VS Skeletal-Animations

Per Vertex animations

possibilità interpolazione (e.g. keyframes) pesante in RAM

replicazione esplicita posizioni + normali

leggero in computation

Skeletal animations

possibilità interpolazione (e.g. keyframes) leggero in RAM

ortogonalità

modelli / animazioni

piccolo sforzo real-time

interpolaz trasf.

(x vertice!)

ricomputo trasf globali (se mix di pose, o altre manipolaz transf locali)

Animations in games

(of 3D Solid Objects)

Procedural Non-Procedural

Rigid

Articulated

Free form

Skeletal Animations

Blend-Shapes

Rigid body dynamics Pre-made

transforms

(ASSETS) (PHYSIC ENGINE)

Ragdolling Inverse kinematics

(generic) deformable object

simulation usually too expensive

Cloth/

garments

Ropes

Non-procedural Animations:

which one to pick?

Which format to pick?

EXAMPLE:

say we want

a model capable of doing this:

Non-procedural Animations:

which one to pick?

Transform animation

“wing” mesh

(2 instances)

“hull”

mesh

“wing” mesh

(2 instances)

“windscreen”

mesh

wing

mesh

wind- screen

mesh

wing

mesh

wing

mesh

wing

mesh

hull

mesh

Tws

Tw1

Tw2 Tw3 Tw4

Tship

animate these!

solution 1:

rest of scene

scene graph

Non-procedural Animations:

which one to pick?

Skeletal animation

x-wing skinned mesh

wing

bone

wind- screen

bone

wing

bone

wing

bone

wing

bone

hull

bone

Tship

solution 2:

x-wing rig

skeletal animations

Non-procedural Animations:

which one to pick?

Blend- shape solution 3:

“x-wing” blend-shape

base shape morph 1 morph 2

Non-procedural Animations:

which one to pick?

In this example:

Animation of transforms (of the scenegraph):

how: 3 (rigid) meshes, 5 instances, animate scenegraph transforms can reuse geometry for all wings: most compact on RAM ☺ simpler rendering

5 separated draw calls!

Skeletal animation:

how: one rig + one skinned mesh + few skeletal animations mesh skinning: single bone enough in this case

if very low poly mesh (few polys): a waste?

more taxing rendering (a bit) real time skinning on vertex any single draw call! ☺

Blend shapes:

how: blend shape with one base shape + 2 morphs minimal impact

worst quality interpolation: linear vertices on straight paths (unless, more shapes added) heaviest on RAM

(a waste of DoF!) not important, if very low res single draw call! ☺

but to different buffers each frame / or to a larger buffer straight (non curved) paths

Animations in games

(of 3D Solid Objects)

Procedural Non-Procedural

Rigid

Articulated

Free form

Skeletal Animations

Blend-Shapes

Rigid body dynamics Pre-made

transforms

(ASSETS) (PHYSIC ENGINE)

Ragdolling Inverse kinematics

(generic) deformable object

simulation usually too expensive

Cloth/

garments

Ropes

“G e o m . C a ch e s”

Geom. Caches

(for lack of a better name)

Baked, optimized animations

of a mixture of types e.g.

blend shapes kinematic animatios

(approximated)

skinned animations

(typically, no scene graph, just final transf)

optimized

compressed, streamed…

Baking of a variety of simulations results

.abc most used file format:

by

Geom. Caches

(for lack of a better name)

Baked, optimized animations

of a mixture of types

Geometry Caches

(a subset of Alembic) by

in Unity (+Mecanim)

(note)

Assets (modelli, animazioni, scheletri) importabili in formati:

fbx, collada

Compressione animazioni

durante import o builds

riduzione num link per vertice, num keyframes … :

Modulo «Animator Controller» gestisce (in parte WYSIWYG):

blending fra animazioni: transitions composizione di animazioni: layers

e.g.: un layer sovrascrive solo le ossa upper body

Inverse Kinematic: da script ( Avatar.SetIKPoistion) Scheletri:

custom (importati da file) standard per umanoidi

«scheletro standard per bipedi di unity (e mecanim)» (~21 ossa) interfaccia semplificata

What about animations of non solid objects?

Gases, liquids, etc

fire, smoke, water splosh, explosions, clouds…

See particle effects