captura de movimiento y animacion

Captura de Movimiento y Animación de Personajes

Facultad de Cs. de la Computación

Juan Carlos Conde R.

Computer Animation

Introducción Aplicaciones

Contenido

1 Introducción

2 Aplicaciones

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Contenido

1 Introducción

2 Aplicaciones

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Animación e imatación

Su principio se basa en la medida y el grabado del �gesto� humano; la evoluciónde la posición y de la orientación de los miembros de un actor real durante eltranscurso del tiempo.

Los datos capturados se adaptan al modelo, cuya morfología es cercana a la del

actor real. Este modelo puede así reproducir el gesto grabado.

Utilizando sistemas de medida precisos, la captura de movimientos permiteobtener una animación �el e intrínsecamente realista.

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Sistemas de adquisición

Existen cinco principales sistemas de adquisición en la captura de movimientos.

1. Los sistemas de adquisición mecánicos.

2. Los sistemas de adquisición video.

3. Los sistemas de adquisición sonora.

4. Los sistemas de adquisición magnética.

5. Los sistemas de adquisición opto-electrónicos.

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Sistemas Mecánicos

Se presentan bajo la forma de un exoesqueleto que se coloca al actor para medirlos movimientos

Esta técnica no tiene el problema de afectación por condiciones exteriores demedida, además de las perturbaciones propias de ambiente.

Limitaciones: el exoesqueleto usado por el actor es molesto en sus movimientosy la situación global en el ambiente debe medirse por un sistema externo

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Sistemas de Video

Estiman el movimiento efectuado por un actor �lmado.

Se han propuesto diversos algoritmos para la estimación del movimiento a par-tir de la secuencia de imágenes 2D. Su principio se basa en los modelos demovimiento, sobre el video inverso, o aún en la estereoscopia1.

Ningún equipamiento es necesario para el actor.

El material requerido por lo tanto no es costoso: una cámara y una unidad decálculo para el tratamiento de las secuencias.

1Técnica capaz de recoger información visual tridimensional y/o crear la ilusión deprofundidad mediante una imagen estereográ�ca, un estereograma, o una imagen 3D(tridimensional). La ilusión de la profundidad se crea presentando una imagen ligeramentediferente para cada ojo, como ocurre en nuestra forma habitual de ver.

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Limitaciones: deben resolverse problemas ligados a la ocultación permanente deuna parte del cuerpo del actor, y el análisis de la secuencia es complejo.

Con frecuencia, es necesaria una interacción con el usuario durante el tratamientode la información.

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Sistemas sonoros

Los sensores dispuestos sobre el actor están compuestos de tres micrófonos y selocalizan en el espacio en relación a una fuente ultra sonora.

Conociendo la velocidad de propagación de la onda sonora en el aire, los sensoresestiman su posición y su orientación por un método de triangulación.

Limitaciones: presenta perturbaciones ambientales como los ruidos de fondo,los obstáculos presentes en el actor y el emisor, o incluso las variaciones de latemperatura del aire. Además, no ofrecen más que un pequeño volumen detrabajo.

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Sistemas magnéticos

En este caso, los sensores son sensibles a un campo electromagnético moduladoa base de frecuencias.

Son rápidos, estos sistemas no realizan un tratamiento pesado de los datos brutosy no sufren del problema de ocultación.

Limitaciones: No soportan la presencia de objetos metálicos en el medio ambi-ente.

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Sistemas opto-electrónicos

Se basan en el equipamiento del actor con marcadores fácilmente localizables

por varias cámaras que observan la escena.

Identi�cación seguida de una reconstrucción 3D de la posición de los marcadores;posible gracias a las fuentes múltiples de observación.

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La técnica ofrece múltiples ventajas:

I mayor precisión

I posibilidad de captura a gran frecuencia de muestreo

I ausencia de restricción mecánica sobre los movimientos del actor

I un campo de adquisición importante (si se cuenta con muchas cámaras yestas están bien espaciadas)

Limitaciones: si las fases de identi�cación y reconstrucción son complejas ycostosas en tiempo de cálculo.

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Anatomía de locomoción

La animación de personajes virtuales se basa en la utilización de los

métodos de plani�cación probabilista y en la edición de capturas

de movimientos.

El modelo del personaje virtual debe ser compatible con estas dos

técnicas.

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Anatomía de locomoción

Modelización del personaje:

1. La estructura cinemática, proporciona las dimensiones y la articulación de loscuerpos rígidos entre ellos.

2. La vestimenta del personaje, da la descripción geométrica de los cuerposrígidos.

I Primer nivel, cuerpos implicados en el movimiento de locomoción.

I Segundo nivel, cuerpos restantes disponibles en la realización delmovimiento.

3. La meta-estructura cinemática, al realizar el plan de locomoción, se considerael evasión de obstáculos en dos niveles.

4. Las capacidades de locomoción, se describen bajo la forma de una bibliotecade captura de movimientos.

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Grados activos y reactivos

La noción de actividad o reactividad nos permite separar los miembros fuerte-mente implicados en la locomoción.

I Se busca primero una trayectoria libre de colisiones para los miembroslocomotores.

I Si los otros miembros están en colisión, se busca una trayectoria deevasión sin modi�car los miembros locomotores.

I Los grados activos son los que pilotean los miembros locomotores.

I Los otros cuerpos se etiquetan como reactivos.

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Grados activos y reactivos

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Plani�cación de trayectorias

Las entradas del problema de la plani�cación de la trayectoria son dos con�gu-raciones del personaje y la de�nición 3D del ambiente.

Nos limitamos a la plani�cación de la trayectoria en el plano.

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Plani�cación de trayectorias

El modulo de plani�cación se divide en dos partes:

1. Camino geométrico solución al problema planteado.

2. Introducción de una parametrización temporal por muestreo de estecamino.

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Plani�cación probabilista

PRM (Probabilistic RoadMap), propuesto de manera independiente por Kavraki-Latombe de Stanford y Svestka-Overmars de Utrecht, es un algoritmo de plan-i�cación de movimiento en robótica. Resuelve el problema de determinar uncamino entre una con�guración inicial (comienzo) y una con�guración objetivo(meta) mientras evade colisiones.

Elementos del plani�cador:

I Detector de colisión.

I Método local.

I Constructor de roadmap.

I Explorador del roadmap.

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Plani�cación probabilista

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Del camino a la trayectoria

La descripción del camino anterior es puramente geométrica.

Debemos introducir una indicación temporal para la ejecución, ya que las ca-

pacidades locomotoras del personaje virtual son condicionadas por el contenidode las bibliotecas de movimientos.

Es indispensable limitar las velocidades lineales y angulares del personaje, asícomo su aceleración tangencial.

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Del camino a la trayectoria

Se desea además, que la ejecución de camino sea óptima. Y para introducir eltiempo en la trayectoria, la muestreamos.

La frecuencia de muestreo permite conocer el paso de tiempo que separa cadamuestra.

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EjemplosEvasión de colisiones

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�El medio mas fácil para ser engañado es sentirse máslisto que los demás.�

Juan Carlos Conde [email protected]

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