アニメーション ノンフォトリアリスティックレンダリング コンピュータグラフィックス基礎(第10回)
キーフレームアニメーション
◦ 代表フレーム(キーフレーム)を用い、その間のフレームを自動的に補間してアニメーションを生成 ◦ 補間パラメータ:物体位置、向き、大きさ、色およびカメラパラメータ
キーフレームの補間
単純直線補間 なめらかな動きの生成が困難
スプライン補間 スプライン曲線による滑らかな補間
2006/7/10 Computer Graphics 4
キーフレームアニメーションの制御 テンションの制御 ◦ 誇張表現
イーズイン・イーズアウト ◦ 速度変化を滑らかにすることにより、画面へのキャラクタの入り方、
出方を滑らかに
スケルトン法 キーフレーム法 ◦ 複雑な形状 → キーフレーム間の対応点が数くなる
スケルトン法 ◦ 動物、人間など、骨格形状が既知の対象にスケルトンを当てはめ、形状を変化
形状変形アニメーション
画像のモーフィング ◦ ある画像を別の画像に滑らかに変化させる手法 ◦ 画像Aと画像B上で、対応点を指定 ◦ 2枚の画像の混合比をもとに画像の2次元変換を行い、合成画像を生成
形状変形アニメーション
パーティクル(粒子)の応用 ◦ 物理シミュレーション ◦ 乱数を利用したパラメータの変化 ◦ 雨、噴水、滝、炎、煙 など
形状変形アニメーション
自由形状変形(Free Form Deformation: FFD) ◦ 柔軟な物体の形状変形を実現
◦ オブジェクトを囲む格子点を動かすことで内部の空間を変形、それに応じてオブジェクトを変形
有限要素法による変形の再現(シミュレーション)
手続き型アニメーション
進化・生長のアニメーション ◦ 植物の生長過程をモデル化し、自動でアニメーションを生成 ◦ 受光量や植生等の環境要因を考慮
物理法則・自然法則をシミュレートすることによる動きの生成
手続き型アニメーション
自然現象 流体や火花など、不定形オブジェクトのアニメーション
流体:ナビエ・ストークス方程式(粘性流体の挙動を記述するための運動方程式)
2006/7/10 Computer Graphics 11
キャラクタ・アニメーション
フォワードキネマティクス 多関節物体を階層構造で表現 目的とする動作を得るため、各関節 の回転角度を直接指定
初期位置
目標位置
キャラクタ・アニメーション インバースキネマティクス
目的位置を指定することで、その間の各関節角度を自動計算
逆運動学による動作付け(Inverse Kinematics)
解が一意に決まらない ↓
効果的な制約条件の付与 (曲がりやすさ、可動範囲など)
キャラクタ・アニメーション
パスアニメーション ◦ 曲線(パス)や曲面に沿って移動させ、自動的に姿勢を変えながらアニメーションを生成 ◦ 物体、カメラ双方に利用 ◦ パス上で様々なデータ(3次元位置や法線ベクトルの向きなど)を補間
モーションキャプチャ ◦ 演者の実際の動きを測定し、動きデータを収集 ◦ 微妙で自然な動作を表現可能 ◦ 個人の形状、個人の運動 ⇔ 一般的なCGモデル
キャラクタ・アニメーション
キャラクタ・アニメーション
筋肉変形アニメーション ◦ 筋肉→骨→肉体→皮膚の解剖学構造をモデル化 ◦ 筋肉の伸縮→骨→肉体の変形
キャラクタ・アニメーション
表情のアニメーション ◦ FACS(Facial Action Coding System)に基づく幾何学変形手法 ◦ 運動方程式に基づく物理変形手法
キャラクタ・アニメーション
布地のアニメーション ◦ ばね-質点系モデルによる変形予測
リアルタイム・アニメーション
画像生成の高速化・簡略化 ◦ モデルの適応的な詳細度(LOD)制御 ◦ ビデオゲーム、テレビのバーチャルセット等
ノンフォトリアリスティックレンダリング
絵画やイラストなどのようなCG画像を生成する技法 ◦ 伝えたい情報を強調,他を省略 ◦ 作者の”目的に応じた”意図の伝達
NPRの例
既存描画技術のシミュレーション
既存の描画技法を計算機上でシミュレーション ◦ 油絵 ◦ 水彩画 ◦ ペン画 ◦ 水墨画 ◦ 木版画 etc…
利点 ◦ 絵を描くことが不得意な人でも絵をかける ◦ 人手では困難な描画(大規模化,3次元化,動画化)が可能
NPRの例(既存描画技術シミュレーション)
NPRの例(既存描画技術シミュレーション)
NPRの例(既存描画技術シミュレーション)
情報伝達を目的とした描画
効果的な絵を使っての情報伝達 ◦ 写実性の高さ ≠ わかりやすさ
表現技法 ◦ イラスト(線画)表現 ◦ 可視化技術(ボリュームレンダリング等)
NPRの例(自由曲面の確認)
NPRの例(アニメーションへの対応)
NPRの例(詳細度制御)
2006/7/10 Computer Graphics 29
NPRのポイント
目的は?(情報伝達?芸術?) ユーザは誰か?(専門家?素人?子供?) 自動処理とユーザ処理のバランス 評価は?
2006/7/10 Computer Graphics 30
可視化(ビジュアライゼーション)
CGを利用してデータを視覚的に表現する技術 ◦ シミュレーション・計測によって得られた科学技術データの性質の解析 ◦ 膨大なデータの視覚的・直感的な把握
サイエンティフィック・ビジュアライゼーション ◦ 科学技術データを対象とした可視化 ◦ 医学,生物学,天文学,地球科学,気象学,量子科学,機械工学 etc.
サイエンティフィック・ビジュアライゼーション
新たな科学現象の発見,把握 スケールは原子(10-15m)〜人体〜地球(107m)まで
可視化の一般的な処理手順
可視化における色情報の役割
可視化の例
2006/7/10 Computer Graphics 35
情報可視化
情報可視化(1990年代〜) ◦ アルゴリズム動作の可視化 ◦ 時間変移するビジネスデータの可視化 ◦ ユーザとの協調を伴う情報システムの挙動 ◦ 計算機の新たなユーザインタフェース(GUI)
→ 抽象的な時空間構造を持つ大規模データから有益な情報を迅速かつ容易に理解するための”画像を用いた可視化”による支援
情報可視化の例
可視化におけるポイント
どのようなデータを対象として,何を把握したいか?
多変量データの扱い ◦ 多次元データの因果関係(原因と結果)
可視化の次元数をどう設定するか? 目的に適した空間情報の配置,レンダリング,アニメーション(時系列情報)の選定
コンピュータグラフィックスの研究分野
形状モデリング ◦ ポイントベース、三角形メッシュ、曲面 ◦ 形状計測データ、変形、編集
レンダリング アニメーション ◦ 制御 ◦ 物理シミュレーション
ユーザインタフェース アルゴリズム(高速・少資源) ハードウェア