A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Animação por Computador Capítulo 6 Captura de movimentos

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Animação por Computador Capítulo 6 Captura de movimentos"— Transcrição da apresentação:

1 Animação por Computador Capítulo 6 Captura de movimentos
CRAb – Grupo de Computação Gráfica Departamento de Computação UFC

2 Sumário do Capítulo 6 6. Introdução 6.1 Tecnologias
6.2 Processando as imagens 6.3 Calibração da câmera 6.4 Reconstrução de posição tridimensional 6.5 Ajustando ao esqueleto 6.6 Saída do sistema de captura de movimento 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento

3 6. Introdução Criar um movimento fisicamente realístico com keyframe, cinemática direta ou inversa é difícil Ainda precisam muito do talento do animador Existem detalhes mínimos que fazem muita diferença para a animação parecer realística Para facilitar, grava-se movimentos de objetos reais e faz o mapeamento dos movimentos na animação A gravação e mapeamento é chamado de Captura de Movimento (motion capture - mocap) 3

4 6. Introdução Captura de Movimento envolve: Objetos: Sensoriamento
Digitalização Gravação de movimentos Objetos: Humanos Animais Será o foco do capítulo Outras estruturas 4

5 6. Introdução Retirar o movimento do vídeo não adulterado é extremamente difícil Ainda em estudo A figura capturada (talent ) é normalmente equipada Pontos característicos fáceis de serem detectados e gravados 5

6 6. Introdução Se as gravações forem imagens 2D
Necessidade de calibração da câmera para a reconstrução de juntas tridimensionais São usados figuras sintéticas com demissões compatíveis ao talento do mocap Dados podem ser editados e combinados com outros movimentos antes da animação final 6

7 6.1 Tecnologias

8 6.1 Tecnologias Instrumentos Sensores eletromagnéticos
Também chamados de rastreamento magnético Sensores nas juntas que transmitem sua posição e orientação par ao processador central Teoricamente precisos Requerem ambientes isentos distorções de campos magnéticos Transmissão de dado Cabo: o talento tem que ser “amarrado” com os cabos Wireless: o talento tem que carregar uma fonte de energia Pode-se gravar e mostrar (quase) em tempo real Desvantagens: Alcance e precisão devido ao campo magnético e equipamentos 8

9 6.1 Tecnologias Instrumentos Sensores eletromagnéticos 9

10 6.1 Tecnologias Instrumentos Marcadores ópticos Maior alcance
Necessidade de usar somente uma roupa com marcadores refletores Não é em tempo real Propenso a erros e ruídos Usa tecnologia de vídeos Câmeras com infravermelho Por falta de informação da orientação, um numero maior de marcadores é necessário Custo mais baixo 10

11 6.1 Tecnologias Instrumentos Marcadores ópticos 11

12 6.1 Tecnologias Instrumentos Sistemas mecânicos
Utiliza próteses que calculam variáveis físicas para medir posição Prós Custa menos que os sistemas magnéticos e ópticos O sistema é em geral portátil Captura em tempo real Os sensores nunca sofrem oclusão Contras Tem uma taxa de amostragem muito baixa Complexo Traz limitações ao movimento das juntas humanas A maior parte dos sistemas não calculam deslocamentos globais 12

13 6.1 Tecnologias Instrumentos Sistemas mecânicos 13

14 6.2 Processando as imagens
14

15 6.2 Processando as imagens
Objetivo do controle de movimento: Reconstruir o movimento tridimensional de um objeto para um modelo sintético Sistemas ópticos As imagens bidimensionais tem que ser processadas para localizar, identificar e correlacionar os marcadores Processamento de imagens Lógica simples Entrada do usuário E um pouco de sorte... 15

16 6.2 Processando as imagens
Sistemas ópticos Transformação do bidimensional par ao tridimensional Calibração de câmera Cuidado com imprecisões numéricas Os pontos tridimensionais devem ser forçados a obedecerem o movimento capturado Modelo triangularizado do artista Satisfazer restrições das posições relativas de marcadores 16

17 6.2 Processando as imagens
Marcadores ópticos Adaptado de uma bola de tênis de mesa Coberto para conseguir aparecer no vídeo Presos com velcro na vestimenta Ou outro método conveniente Podem ser coloridos Colocados próximos as juntas Estruturas de interesse para a animação Complicação: marcador se mover relatico a junta 17

18 6.2 Processando as imagens
18

19 6.2 Processando as imagens
Apos a vídeo digitalizado Escanear cada imagem do vídeo Para achar os marcadores ópticos Quanto mais marcadores, mais complicado Os marcadores... podem ficar oclusos se sobrepõem em uma imagem mudam sua posição relativa ao outros Rastrear cada marcador em todas as imagens Mesmo quando não estão visíveis Se o fundo da imagem for estático, pode ser feita uma subtração Simplificar a imagem 19

20 6.2 Processando as imagens
Para achar os marcadores Conhecimento do domínio Movimento: Andado Os últimos marcadores sempre serão os do tornozelos (ou dos pés) Assume-se que sempre estão a uma pequena distancia do final da imagem Usar o frame anterior Sabendo informações sobre os limites de velocidade e aceleração Descobrir o numero máximo de pixels que o marcador andou 20

21 6.2 Processando as imagens
Para achar os marcadores não visíveis Uso de heuristicas para Ficam não visíveis por alguns frames Tem velocidade quase constante Problemas Troca de caminho dos marcadores no meio da sequência Isso ocorre até para marcadores que ficam sempre visíveis caso passem perto Erros numéricos Introdução de novo marcador quando na verdade o marcador está reaparecendo 21

22 6.2 Processando as imagens
Para achar os marcadores não visíveis Soluções Posições tridimensionais dos marcadores Intervenção do usuário Uso de marcadores ativos São LEDs Emitem uma luz única que os identifica Pontos negativos Não tem brilho forte Cada marcador precisa de um tempo para soltar o próprio identificador Há um atraso nas medidas dos marcadores por isso não são gravados no mesmo instante 22

23 6.2 Processando as imagens
Problema: Ruído Movimentos relativos a posição inicial Oscilações Reposicionamento Processo de amostragem Imprecisão no posicionamento Ex: Por 0,5 cm Para algumas animações pode ser um grande erro 23

24 6.2 Processando as imagens
Problema: Ruído O usuário pode condicionar os dados antes da reconstrução Pontos muito inconsistentes podem ser jogados fora O resto é filtrado Objetivo: suavizar a imagem sem remover características importantes Uso de média ponderada Usuário entra com o número de vizinhos a serem usados 24

25 6.3 Calibração da câmera 25

26 6.3 Calibração da câmera É necessário saber informações das câmeras
Posição Orientações Distância focal Centro da imagem Aspect ratio 26

27 6.3 Calibração da câmera A calibração é feita com um modelo simples de câmera pinhole Ponto negativo Não apresenta efeitos ópticos que estão presentes no mundo real Define uma geometria de projeção Usado para descrever um ponto no espaço tridimensional Plano de projeção ao longo do eixo-z 27

28 6.3 Calibração da câmera A calibração é feita com um modelo simples de câmera pinhole Plano de projeção ao longo do eixo-z 28

29 6.3 Calibração da câmera A calibração é feita com um modelo simples de câmera pinhole A imagem do ponto é formada onde o raio passa pelo plano de projeção Uso de semelhança de triângulos 29

30 6.3 Calibração da câmera A calibração é feita com um modelo simples de câmera pinhole Gravação de pontos no espaço que são conhecidos Cria-se um conjunto de equações lineares que serão resolvidas por método dos mínimos quadrados (least squares) Geralmente é necessário saber a não linearidade das Lentes Distancia focal Outros... 30

31 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
31

32 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
É necessário encontrar o marcador em pelo menos duas câmeras Quanto mais ortogonais, melhor A imagem do ponto se encontra em e 32

33 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
O usuário pode reconstruir o a posição em coordenadas do mundo Igualando as equações Tem-se três equações e duas variáveis e são desconhecido 33

34 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
Problemas: Ruído Faz com que essas equações não se interceptam Mas normalmente os pontos são próximos é perpendicular as outras duas linhas O ponto entre e pode ser usado 34

35 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
Casos onde a identificação e o rastreio dos marcadores não foi completa A distância entre e pode ser usado para testar a correção de e Se for muito grande Os marcadores são diferentes 35

36 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
6.4.1 Múltiplos marcadores A quantidade e posição dependem do que se pretende fazer com o movimento capturado Em uma configuração normal só é necessário de 14 marcadores 3 por braços ou pernas 2 para cabeça 36

37 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
6.4.1 Múltiplos marcadores Para mais precisão são adicionadas Cotovelos Joelhos Peito Mãos Dedos Tornozelo Espinha 37

38 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
38

39 6.4 Reconstrução de posição tridimensional
6.4.2 Múltiplas câmeras Possibilidades de um marcador não permanecer visível Aumenta com a complexidade e o número de marcadores Tipicamente, um sistema deveria ter 8 câmeras simultâneas Devem ser sincronizadas Automaticamente Manualmente 39

40 6.5 Ajustando ao esqueleto
40

41 6.5 Ajustando ao esqueleto
Abordagem direta A posição tridimensional de cada marcador é sua posição global de uma junta Problemas devido ao ruído, suavização e imprecisões As distâncias das juntas do esqueleto não ficarão precisas ao longo do tempo O tamanho do osso pode mudar entre 10 a 20% Pode causar foot-sliding 41

42 6.5 Ajustando ao esqueleto
Abordagem direta A posição tridimensional de cada marcador é sua posição global de uma junta Os marcadores não estão exatamente no lugar das juntas Se encontram fora de sua superfície Solução: Realocação do ponto Sem orientação A falta de orientação pode ser resolvida colocando marcadores dos dois lados da junta Não funciona para juntas complexas (ombros e espinha) Dobra o numero de marcadores 42

43 6.5 Ajustando ao esqueleto
Cálculos geométricos podem ser feitos para descobrir o deslocamento entre o marcador e a junta É calculada a normal do plano que é feito por 3 juntas consecutivas Normal usada para deslocar a junta Exemplo: Cotovelo Se existirem 2 marcadores no pulso A posição da junta do pulso pode ser interpolada A normal é calculada com as posições pulso-cotovelo-ombro A real posição do cotovelo é calculado acrescentando na direção da normal a medida do artista A normal é recalculada a cada frame Problema: colinearidade Pode interpolado 43

44 6.5 Ajustando ao esqueleto
Tendo as juntas em posições consistentes Podem ser usados para controlar o esqueleto Uso das posições digitalizadas para calcular a rotação das juntas 44

45 6.5 Ajustando ao esqueleto
Por causa das inpresições algunams restrições podem ser violadas Ex: Penetração no chão Os problemas são potencialmente nos end effectors Normalmente tem que ser posicionados independente do resto As juntas acima na hierarquia devem ser ajustadas 45

46 6.6 Saída do sistema de captura de movimento
46

47 6.6 Saída do sistema de captura de movimento
Existem disponíveis softwares de captura de movimento Permite montar a hierarquia dos marcadores Calibração de câmera Automatizar o máximo possível o processamento dos marcadores Tem entrada do usuário para resolver ambiguidades Resultado pode ser animado ou salvo 47

48 6.6 Saída do sistema de captura de movimento
Vários formatos-padrão de arquivos existem, os mais comuns são: .asf / .amc (Acclaim) .bvh (Biovision) Organização dos arquivos em duas partes: Estrutural Movimentação Orientados a: Juntas (.bvh) Esqueleto (.asf / .amc) 48

49 6.6 Saída do sistema de captura de movimento
Exemplo de hierarquia de juntas root joint Chest offset 3 DOFs: Zrotation Yrotation, Xrotation Limits: (-180,180) (-90,90) (0,270) joint Neck offset ... joint Left UpperLeg offset 3 DOFs: Xrotation Yrotation, Zrotation joint LeftLowerLeg 1 DOF: Xrotation 49

50 6.6 Saída do sistema de captura de movimento
Exemplo da gravação das juntas ao decorrer do tempo Cada linha é uma amostra do movimento O número de valores por linha é o DOF 50

51 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
51

52 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
Os arquivos podem ser usados para animar qualquer objeto cujas dimensões correspondam objeto capturado Infelizmente, podem existir erros Movimento pode ser recapturado Pode-se manipular os arquivos 52

53 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.1 Processamento sinais Cada parâmetro do movimento capturado (angulo da junta), podem ser tratados como um sinal que varia no tempo Sinal pode ser decomposto em Frequências Podem ser extraídas, manipuladas e recolocadas Time-warped Interpolado com outros sinais Os sinais originais representam movimentação fisicamente correta Entretanto, nada garante a corretude física do movimento após modificação do sinal 53

54 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.1 Processamento sinais (processamento de sinal do movimento) Baixa frequência: Representa movimentação grosseira, geral Alta frequência: Representa detalhes e sutilezas É onde a maior parte da ruído se encontra Para as modificações Convolução com um filtro de kernel Os ganhos de cada banda são ajustadas pelo usuário E depois são somados para reconstruir o sinal 54

55 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.1 Processamento sinais (deformação do movimento) Cada curva de movimento é deformada independentemente Portanto, considera-se apenas uma curva sem se preocupar com a influência das demais sobre ela 55

56 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.1 Processamento sinais (deformação do movimento) As restrições incluem Um conjunto de pares , cada par dando o valor que deve assumir em um dado tempo Um conjunto de pares na forma agem como restrições de tempo Cada par dando tempo para o qual o valor originalmente associado ao tempo deve ser deslocado 56

57 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.1 Processamento sinais (deformação do movimento) O procedimento de deformação produz o mapeamento: Interpola através das restrições de deformação Cria a curva de deformação de movimento: Transladando e/ou escalando a curva original para satisfazer as restrições: Especificado pelo usuário Funções e podem ser interpoladas no tempo Combinadas, estabelecem a função 57

58 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.2 Redirecionamento do movimento (motion retargeting ) Dimensões do objeto não bate com o capturado Mapear o movimento Modificar para que satisfaça restrições importantes Evitar Penetração dos pés no chão Auto penetração Não permitir que o pé deslize Recontruida de forma mais semelhante possível da original 58

59 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.3 Combinando movimentos A capacidade de combinar os movimentos faz a captura de movimento mais útil para um animador Os movimentos são gravados durando poucos minutos cada O modo mais simples de se combinar pequenos movimentos em um maior é ter uma posição em comum Não, necessariamente, há uma sensação de continuidade 59

60 6.7 Manipulando os dados de captura de movimento
6.7.3 Combinando movimentos Combinações mais realistas podem ser conseguidas através da mistura entre o fim do primeiro e o início do segundo Essa mistura pode parecer estranha se os pontos a serem conectados não forem similares As técnicas de processamento de sinal podem ser utilizados para a mistura Há ainda pesquisa na área 60


Carregar ppt "Animação por Computador Capítulo 6 Captura de movimentos"

Apresentações semelhantes


Anúncios Google