SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU - ??nadzor kretanja tehnikama umjetne inteligencije i robotike •kretanje se planira na razini zadatka i rauna koritenjem zakona

  • View
    218

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU - ??nadzor kretanja tehnikama umjetne inteligencije i robotike...

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 1

    SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU

    prof. dr. sc. Hrvoje Gold2009/2010

    Sveuilite u ZagrebuFakultet prometnih znanosti

    1

    03. OSNOVE RAUNALNE ANIMACIJE

    SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU

    2

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 2

    Osnove raunalne animacije

    Uvod Metode nadziranog kretanja Biljeenje kretanja i digitalno lutkarstvo Animacija preko kljunih slika Inverzna kinematika Naknadno prilagoenje kretanja Proceduralna animacija Fizikalno zasnovana animacija Animacija ponaanjem

    3

    Uvod ...

    Prividni svjetovi

    dinamiko ponaanje

    promjene tijekom vremena objekti se kredu, okredu, pretvaraju

    u naseljenom prividnom svijetu ive prividne osobe / likovi

    kretanje objekata i likova

    Raunalna animacija / oivljavanje

    stvaranje dojma kretanja

    mjeavina prirodne pojave, opaanja, mate

    4

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 3

    Uvod ...

    Animator oblikuje dinamiko ponaanje objekta mentalnim

    prikazom uzronosti zamilja

    oblik objekta

    nain kretanja

    reakciju na guranje, pritisak, uvijanje i sl.

    Sustav za animaciju osigurava alate za nadzor kretanja

    pretvorbom elja iz vlastitog jezika u jezik animacije

    5

    Uvod ...

    Metode raunalne animacije

    olakavaju razumijevanje fizikalnih zakona

    nadzor kretanja podataka

    provjera novih modela

    Raunalna simulacija

    oponaa razvoj modela, pojava i procesa tijekom vremena

    vizualizacija rezultata dobivenih oponaanjem

    6

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 4

    Uvod ...

    Raunalna animacija

    stvara privid kretanja prikazom na zaslonu ili biljeenjem na ureaju za snimanje slijeda pojedinanih stanja dinamike scene

    animirani slijed stanja

    skup objekata opisanih u vremenu promjenljivim vrijednostima varijabli stanja

    npr. ljudski lik opisan kutom izmeu zglobova

    kut je varijabla stanja

    7

    Vrste animacije ...

    Vrste animacije animacija u stvarnom vremenu animacija slika po slika

    Animacija u stvarnom vremenu sustavi prividne stvarnosti

    brzo raunanje i prikaz kretanja i preobrazbi

    Animacija slika po slika tradicionalna animacija

    raunanje promjena svih slika od nekoliko sekundi do nekoliko sati

    biljeenje na ureaju za snimanje brza vizualizacija ili prikaz

    npr. 25 slika u sekundi PAL format

    8

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 5

    Vrste animacije ...

    Tehnike izrade raunalne animacije

    koritenje modela za stvaranje eljenog ishoda

    npr. rast biljaka

    runo stvaranje kretanja koje de se oponaati

    model nije na raspolaganju

    9

    Vrste animacije

    Raunalom proizvedeni filmovi koristile se tehnike rune animacije

    animacija preko kljunih slika interpolacija savitljivim / spline krivuljama

    koriste se jezici za animiranje (animation languages) sustavi za izvoenje tekstova (scripting system) reiseru usmjereni sustavi (director oriented systems)

    koristit de se nadzor kretanja tehnikama umjetne inteligencije i robotike kretanje se planira na razini zadatka i rauna koritenjem zakona

    fizike razvijau se modeli animacije ponaanjem i oponaanja samostalnih

    stvorenja

    10

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 6

    Zglobna tijela i prividni likovi ...

    Klasa esto animiranih objekata prividni likovi prividna ljudska bida

    vieslojno modelirani zglobni lik

    kosturu koji oivljava cijelo tijelo pridruena je prividna koa

    Kostur lika

    hijerarhijski ustrojen skup kostiju i zglobova

    izrauje se zavisno o zahtjevima animacije

    npr. sustav za potporu kirurkom zahvatu modeliranje svih kraljeaka kraljenice, lik u video igri modeliranje s etiri lanka

    11

    Zglobna tijela i prividni likovi ...

    Zglobovi imaju jedan ili vie stupnjeva slobode (Degrees Of Freedom

    DOF) okretanja izrada morfoloki potpunog kostura veliki broj stupnjeva

    slobode raunalno zahtjevno

    Uz kostur se spremaju 4D matrice pretvorbe prikaz duljine i orijentacije kostiju ogranienja poloaja zglobova

    izbjegavanje neprirodnih okretanja

    matrice se izraavaju lokalno globalni poloaj tijela ine

    sve matrice pretvorbi u hijerarhiji od korijena hijerarhije

    12

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 7

    Primjer hijerarhijskog prikaza ramena i lakta

    rame je zglob s tri supnja slobode

    u hijerarhiji lakat slijedi rame

    uz promjenu matrice ramena

    lakat se pomie

    matrica lakta ostajenepromjenjena

    Zglobna tijela i prividni likovi ...

    H-ANIM kostur13

    Zglobna tijela i prividni likovi ...

    Standardni prikaz prividnog ovjeka tehniki opis humanoida

    Humanoid ANIMation Specification H-ANIM

    Web3 konzorcij preporuke za VRML i MPEG4

    kostur nepromjenjene topologije

    nain zadavanja naziva

    alati za dodavanje vanjske mree, npr. koe ili odjede

    kostur sastavljen od brojnih segmenata povezanih zglobovima npr. podlaktice, ruke, noge lakat, runi zglob, gleanj

    14

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 8

    Zglobna tijela i prividni likovi

    Za oivljavanje prividnog lika aplikaciji treba osigurati pristup do zglobova i promjene zglobnih kutova

    dohvat podacima o ponaanju kostura npr. graninim kutovima zglobova i masama segmenata

    Animacija se provodi mijenjanjem vrijednosti 4D matrica pridruenih kostima satavljanjem kretanja

    inverznom kinematikom

    preko kljunih slika

    15

    Osnove raunalne animacije

    Uvod Metode nadziranog kretanja Biljeenje kretanja i digitalno lutkarstvo Animacija preko kljunih slika Inverzna kinematika Naknadno prilagoenje kretanja Proceduralna animacija Fizikalno zasnovana animacija Animacija ponaanjem

    16

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 9

    Metode nadziranog kretanja ...

    Metode nadziranog kretanja N.M. Thalmann & D. Thalmann (1991. g.) animacija i karakterizacija objekta ili zglobnog tijela

    na osnovi vrste pridjeljene povlatene informacije, npr. u animaciji preko kljunih slika zglobnog tijela

    povlatene informacije su podaci o kutovima zglobova sustavi zasnovani na dinamici prema naprijed

    povlatene informacije su sile i momenti za rjeavanje se dinamikih jednadbi poznati su kutovi zglobova,

    ali to su izvedene veliine

    sve metode nadziranog kretanja koriste informacije o geometriji, najee kutovi zglobova izriito koriste povlatene informacije geometrijski zasnovane metode

    17

    Metode nadziranog kretanja ...

    Podjela povlatenih informacija i metoda

    geometrijske

    fizikalne

    vezane uz ponaanje

    18

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 10

    Metode nadziranog kretanja ...

    Geometrijski zasnovane metode

    razvijene za animatore

    biljee kretanje, pretvorbe oblika, kljune slike

    lokalni nadzor animiranih objekata

    pokrede ih geometrija podataka

    animator osigurava geometriju koja prati lokalno odreenje kretanja

    19

    Metode nadziranog kretanja ...

    Fizikalno zasnovane metode koriste zakone fizike, posebno dinamike simulacije jame realistian prikaz kretanja nadziranje kretanja opisanog zakonima fizike koji upravljaju

    kretanjem u stvarnom svijetu animator osigurava fizike podatke za potpuno odreenje

    kretanja kretanje je rezultat primjene jednadbi dinamike kretanja

    odnos sila, momenata, ogranienja, raspodjele masa objekata

    kada su izraunate putanje i brzine kretanje likova je globalno nadzirano

    koriste se funkcionalne metode biomehanike

    20

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 11

    Metode nadziranog kretanja ...

    Metode zasnovane na ponaanju

    odnosi izmeu objekata

    nadzor animacije na razini zadatka ili su animirani objekti samostalna stvorenja

    pokrede ponaanje objekata

    osiguranjem uputa visoke razine koje oznaavaju posebnosti ponaanja bez ostalih utjecaja

    21

    Osnove raunalne animacije

    Uvod Metode nadziranog kretanja Biljeenje kretanja i digitalno lutkarstvo Animacija preko kljunih slika Inverzna kinematika Naknadno prilagoenje kretanja Proceduralna animacija Fizikalno zasnovana animacija Animacija ponaanjem

    22

  • Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.

    Osnove raunalne animacije 12

    Biljeenje kretanja i digitalno lutkarstvo ...

    Biljeenje kretanja i digitalno lutkarstvo

    motion capture / digital puppetry / performance animation

    mjerenje i biljeenje postupaka stvarne osobe ili ivotinje za neposrednu ili naknadnu analizu

    koritenje u okruenju za 3D animaciju likova

    Biljeenje pokreta

    23

    Biljeenje kretanja i digitalno lutkarstvo ...

    Preslikavanje izmjerenih veliina u pokrete digitalnih likova

    izravno npr. pokreti ljudske ruke upravljaju pokretima ruke lika

    neizravno npr. pokreti mia upravljaju micanjem oiju i glave lika

    Primjena u sustavima prividne stvarnosti

    raunalu se dostavljaju podaci pokretima korisnika

    poloaj i usmjerenost udova, tijela, gesta

    24