- کنترل اینمیشن با دینامیک
- معرفی
- مرحله متحرک ساز
- کینماتیک ( علم حرکت )
- دینامیک
- اشکال این تکنیک شامل موارد زیر است
- شبیه سازی حرکت با دنیامیک
- نگاه جامع کنترلی به متحرک مصنوعی
- عملکرد مصنوعی
- انیمیشن کامپیوتری سنتی
- قیود مکانی
- کنترل حرکت قابل تنظیم
- تعیین مسیر
- برنامه ریزی
- راه رفتن
- گرفتن
- صحبت کردن
- مقدمه Ahstract
- انیمیشن ، شبیه سازی ، تجسم
- معرفی
- تحول اولین : انیمیشن بر مبنای فیزیک
- واقعی گرایی حرکت
- واقعی گرایی نور
- تحول دوم : تجسم مدلهای علمی
- شبیه سازی و انیمیشن درتجسم سازی علمی شبیه سازی
- انیمیشن کامپیوتر
- کنترل حرکت در تجسم سازی علمی
چکیده:
در این مقاله مزایا و معایب کینماتیک و دینامیک در کنترل حرکت برای متحرک سازی کاراکترهای سه بعدی بحث می کنیم در این مقاله یک سیستم کنترل حرکت براساس دینامیک ارائه میدهیم .
برنامه های چنین سیستمی بخصوص در محیط راه رفتن و چنگ انداختن می‌باشند . این نشان می دهد که شبیه سازی نوشتن یک نامه یک پروسه مناسب دینامیک است برای اینمیشن دست آمدت علم حرکت وکینماتیک قابل اطمینان تر است شکل تغییر فرم سطح نیز بصورت کامل مورد توجه قرار گرفته است .
لغات کلیدی : کینماتیک یا علم حرکت ، دینامیک کاراکترهای سه بعدی راه رفتن و نوشتن بدست آوردن و چنگ زدن .
معرفی :
در این مقاله ما مشکل مهم حالت گرفتن بازوها و حرکت دادن در انیمیشن انسان را مورد بررسی قرار می دهیم : چه زاویه ای برای شانه ها داشته باشد . آرنج و مچ لازم است در حالیکه دست باید به یک موقعیت خاصی ودر
نقطه ای از فضا حرکت کند ؟
چگونه بازو را بصورت واقعی برای مثلا نوشتن یک نامه متحرک سازی کنیم؟
این اساسا یک مشکل کنترل حرکت است . برای حل این مشکل راههای مختلفی توضیح داده شده و کلاسه بندی شده اند .
در قدم اول تست و پویو در سال 1988 مدلها را در مدلهای کنیماتیک دینامیک کلاسه بندی کردند مدلهای کینماتیک حرکت را از موقعیت ها ایجاد می کردند وهمچنین از روی سرعت و شتاب مدلهای دینامیک حرکت را با یکسری فشارها و چرخشها توصیف می کردند که از اطلاعات کینماتیک بدست
می‌آمد.
سیستمها همچنین می توانند براساس خصوصیات حرکت هایی که اجازه دادند کلاسه بندی شوند . برای مثال ژلتور ( 1985) سیستمهای انیمیشن را با راهنمایی و مرحله متحرک ساز یاسیستم مرحله اجرا کلاسه بندی کرد .
راهنمایی : در این سیستمها متحرک ساز بصورت کامل جزئیات حرکت را تعریف می کند .
در این جا هیچ نوع تعریف کار بردی برا ی هماهنگی با حرکت یا هماهنگی نیست . سیستمهای راهنمایی شامل ضبط حرکت ، الحلق شکل ، سیستمهای
تغییر شکل کلیدی و سیستمهای براساس ثبت می باشند .
مرحله متحرک ساز :
این سیستمها بصورتی تعریف شده اند که به متحرک ساز اجازه ایجاد حرکت الگوریتمی را می دهند .
مرحله کاری : این سیستمها باید برای اجرای برنامه های موتور برای کنترل کاراکترها زمانبندی شوند .
کینماتیک ( علم حرکت ):
مشکل کینماتیک های مستقیم شامل پیدا کردن موقعیت و چرخش یک کار دستی با توجه به منبع ثابت شده سیستم هماهنگ مانند یک عملگر زمانی بدون توجه به فشارها ویا لحظه های ایجاد حرکت می باشد . یک کینماتیک نوعی یک انیمیشن پارامتر یک است که شامل مشخهصه هایی برای بعضی موقعیتهای کلیدی زاویه های مختلف برای اتصال های کاراکتر اسکلتی دارد .
یک اسکلت بصورت مجموعه قطعات بهم متصل شده تعریف می شود که برابر با اعضا بدن و مفاصل می باشد مفصل تقاطع دو قطعه است یعنی یک نقطه ای اسکلتی است هایی که بازویی که متصل است به آن نقطه حرکت می کند زاویه بین دو قطعه زاویه مفصل نامیده می شود .
یک مفصل حداکثر سه مدل زاویه می گیرد . انحناء چرخش محوری و حرکت پیچش حرکت انحناء یک چرخش دست است که با مفصل تاثیر می گردد و روی حرکت تمام بازوهای متصل به این مفصل تاثیر می گذارد این حرکت انحناء با نقطه اتصال مفصل و محور انحناء که تعریف شده است رابطه دارد .
چرخش محوری یک گردش از محور انحناء هول بازو ایجاد می کند که با مفصل تاثیر می گیرد .
پیچ خوردگی یک پیچش روی بازها ایجاد می کند که با مفصل تاثیر می گیرد حرکت محور پیچش شباهت به حرکت چرخش محوری دارد .
این یک ضرورت است که ما نقاط ثابت داشته باشیم برای مثال برای ساخت یک کاراکتر نشسته یک نقطه ثابت باید برای پاها تعریف شود تا از بالا رفتن کل پا ( لنگ ) جلوگیری کند .
برای راه رفتن نقطه ثابت باید از یک پایه های دیگر تغییر کند در یک سکانس انیمیشن نقطه ثابت ممکن است تغییر کند .
هر موقعیت کلیدی شامل موقعیت باز دیگر در یک بازه زمانی است بنابراین
یک سکانس انیمیشن از یک سری موقعیتهای کلیدی تشکیل می شود حرکت اسکلت توسط درج مقدار زاویه هر مفصل که برای اسکلت تعریف شده است محاسبه می شود که این کار توسط نوارهای باریک انجام می شود .
تغییر نوارهای منحنی با تغییر پارامترهای منحنی ممکن است در کل برای ساخت یک سکانس انیمیشن لازم است که :
- تصمیم گیری در مورد حرکت بازیگر بنابه داستان سکانس
- تعریف زاویه های مفصلی برای زمانهای مشخص شده
- تعیین پارامترهای نواری برای الحاق
شکل کینماتیک معکوس شامل تعیین مفصلهای متغییر که موقعیت و جهت آخر کنترل کننده را با توجه به سیستم متعادل مرجع می گیرد . این مشکل کلیدی است چون متغیرهای مستقل در یک ربات ویک بازیگر مصنوعی متغیرهای مفصلی هستند .
متاسفانه تغییر شکل موقعیت از کار تیشن تا مفصل مربوط عموما یک راه حل بسته ندارد .
بهرحال یکسری ترتیب های خاص محورهای مفصلی که برای راه حلهای بسته موجود است وجود دارد .
برای مثال کنترلرها 6 مفصل دارند . چایی که سه مفصل نزدیکتر به آخرین تاثیر گذار همه پیچیده هستند ومحورهای آنها حول یک نقطه یعنی مچ است همانطور که توسط فیتر استون توضیح داده شد ، مشکل مشکل می تواند به دو مشکل شکسته شود :
- پیدا کردن مقدار اولین سه متغیرهای مفصل برای تعیین درست موقعیت مچ
- پیدا کردن مقدار زاویه های مفصل مچ که تاثیر گذار نهایی را بصورت صحیح بچرخاند و چرخش محاسبه شده مچ را از شماره 1 بگیرد .
برای ایجاد یک بازیگر نشسته روی صندلی ، بعنوان مثال لازم است که اتصالات پا مشخص شود وهمچنین اتصالات روی دست و استخوانها .
یک سیستم که اجازه تعیین فقط که محدود در یک بازه زمانی را دارد یک روش مناسب برای حل این مشکل نیست . با دلر راتال ( 1987) یک الگوریتم معرفی کرد برای حل توقفهای مختلف که در کینماتیک استفاده می شدند در سیستم آنها کار بر باید همیشه اجرای هر وقفه د ریک مورد رخدادرا که همه آنها نمی توانند مشابه هم باشند را تعیین کند .
فورس و ویلهلم ( 1988) در سیستم خود بر پایه دینامیک یک وقفه یک بازو را حل کردند با اتصال آن با یک قطعه سود و که یک درجه بالایی داشت .
هدف چرخش دست یا پا هم باید توسط کاربر تعیین شود این می تواند توسط توجه به بازوها تعریف شود یا توجه به بازیگر ویا جهان برای مثال برای اطمینان از اینکه پاها کاملا روی زمین هستند کاربر مقصد پاها را روی زمین تعریف می کند هر چیزی موقعیت ومقصد استخوانها هم می تواند باشد . محدودیت فیزیکی اتصالات این است که دراین سیستم باید در یک اسم کاربری تعریف شود .
تاثیرات این سیستم می تواند توسط ابزارهای ورودی با درجه های قابل تنظیم حل شود .
یک الگوریتم ساده که می توانست مشکل اجبار موقعیتی را بر طرف کند در سیستم کارخانه انسانی تبین وحل شد .
متحرک ساز می تواند وقفه ها را در دستها نشان بدهد وهمچنین در اول ومرحله پاها و لگن موقعیت و جهت دست یا پا می تواند در سیستم هم آهنگ محلی تعیین شوند که به بازوها متصل است یا در سیستم بازیگر یاسیستم جهانی .
یک وقفه می تواند یک موقعیت جهت ثابت باشد یا یک گذرگاه شش بعدی .
ابزارهایی برای ساخت وقفه ها مانند کارکردهای محیطی بازیگر و پوشش او موجود می باشند برای حل وقفه ها سیستم با استفاده از موقعیت وجهت لگن و زاویه های بدن برای پیدا کردن دقیق آرنجها و مفصلهای ران استفاده می کند سپس زاویه های مورد کند که یک موقعیت راحت برای آرنج بستگی به جهت دست دارد .
یک راه شامل کوچک کردن زاویه متغیر زاویه بین بازو و دست است همچنین می توان این امکان را داشت که کاربر با دادن پارامترهای باز شونده راه حل را انتخاب کند .
موقعیت جهت باز شونده و قفه اجازه انتخاب یک راه حل انحصاری از هفت درجه آزاد بازوها را می دهد . موقعیتهای دیگر مانند برخورد دستها با یک شی می تواند یک نقش را در انتخاب راه حل ایفا کند .
تکنیک فرم بندی کلیدها و وقفه های موقعیتی می تواند بعنوان یک دستور سطح پایین یک سیستم انیمیشن در نظر گرفته شود . دستورات سطح بالاتر می توانند کلیدهای فرم ایجاد کنند وهمچنین وقفه ها را به هم متصل کنند متحرک ساز باید به سطوح مختلف دسترسی داشته باشد تا بتواند یک میزان سازی مناسب از حرکت بازیگر بسازد .
کنترل حرکت تطبیقی یک بازیگر یعنی محیط روی حرکت بازیگر وعکس آن تاثیر می گذارد . اطلاعات در مورد محیط و بازیگر باید درطول مدت پروسه کنترل در دسترس باشد تکنیکهای سنتی انیمیشن مثل روتو سکوپی یا فرم بندی کلیدها نمی تواند بعنوان یک تکنیک کنترل تطبیقی در نظر گرفته شود زیرا متحرک ساز باید بطور جداگانه ودستی رابطه بین محیط و هنر پیشه را کنترل کند .
منظور از کنترل حرکت تطبیقی این است که میزان اطلاعات ورودی توسط متحرک ساز به کامپیوتر را بالا ببریم این امر با استفاده از اطلاعات موجود امکان پذیر است که این اطلاعات در مورد صحنه وهنر پیشه می باشند این سیستم باید همچنین دارای یک نمایش هندسی اشیاء برای طراحی اتوماتیک وظایف و جلوگیری از تداخل باشد .
جارد ( جارد ومکی جوسکی 1985) یک مثال خوب از این مدل کنترل که روی حرکت انسانها و حیوانات روی یک زمین صاف می باشد را ارائه داد . در سطح پایین انیمیشن روی یک سکانس کلید موقعیتهای یک دست اجرا می شود که زاویه مسیرها یا موقعیتهای کارتسین را معرفی می کند این مسیرها توسط وقفه های راینامیک یا کینماتیک توسط بهینه ساز معیارها و ضوابط محاسبه می شوند .
