.png/1280px-Sintel-hand_(cropped).png)
Скелетная анимация или риггинг — это техника компьютерной анимации , в которой персонаж (или другой сочлененный объект) представлен двумя частями: представлением поверхности, используемой для рисования персонажа (называемой сеткой или кожей ) , и иерархическим набором взаимосвязанных частей (называемым костей и вместе образующих скелет или оснастку ), виртуальную арматуру , используемую для анимации ( позы и ключевого кадра ) сетки. [1] Хотя этот метод часто используется для анимации людей и других органических фигур, он служит только для того, чтобы сделать процесс анимации более интуитивным, и тот же метод можно использовать для управления деформацией любого объекта, например двери, ложки. , здание или галактика. Когда анимированный объект более общий, чем, например, гуманоидный персонаж, набор «костей» может не быть иерархическим или взаимосвязанным, а просто представлять собой высокоуровневое описание движения части сетки, на которую он влияет.
Техника была представлена в 1988 году Надей Магненат Тельманн , Ришаром Лаперьером и Даниэлем Тельманном . [2] Этот метод используется практически во всех анимационных системах, где упрощенные пользовательские интерфейсы позволяют аниматорам управлять зачастую сложными алгоритмами и огромным количеством геометрии; в первую очередь с помощью инверсной кинематики и других «целенаправленных» методов. В принципе, однако, цель метода никогда не состоит в том, чтобы имитировать реальную анатомию или физические процессы, а только контролировать деформацию данных сетки.
Как описано в обучающей статье Джоша Петти: [3]
Риггинг дает нашим персонажам возможность двигаться. Процесс риггинга заключается в том, что мы берем цифровую скульптуру и начинаем строить скелет, мышцы, прикрепляем кожу к персонажу, а также создаем набор элементов управления анимацией, которые наши аниматоры используют, чтобы толкать и тянуть тело. вокруг.
В этом методе создается ряд костей (которые не обязательно соответствуют каким-либо реальным анатомическим особенностям), иногда также называемый такелажем в смысле существительного. Каждая кость имеет трехмерную трансформацию из позы привязки по умолчанию (которая включает ее положение, масштаб и ориентацию), а также дополнительную родительскую кость. Таким образом, кости образуют иерархию . Полное преобразование дочернего узла является продуктом его родительского преобразования и его собственного преобразования. Таким образом, перемещение бедренной кости приведет к перемещению и голени. Поскольку персонаж анимирован, кости со временем меняют свою трансформацию под воздействием какого-либо контроллера анимации. Установка обычно состоит из частей прямой и обратной кинематики , которые могут взаимодействовать друг с другом. Скелетная анимация относится к передней части кинематики оснастки, где полный набор конфигураций костей определяет уникальную позу.
Каждая кость скелета связана с некоторой частью визуального представления персонажа (сеткой ) в процессе, называемом скиннингом . В наиболее распространенном случае полигонального характера сетки кость связана с группой вершин ; например, в модели человека кость бедра будет связана с вершинами, образующими многоугольники бедра модели. Части кожи персонажа обычно могут быть связаны с несколькими костями, каждая из которых имеет коэффициент масштабирования, называемый весами вершин или смешанными весами . Таким образом, на движение кожи вблизи суставов двух костей могут влиять обе кости. В большинстве современных графических движков процесс создания скинов выполняется на графическом процессоре с помощью шейдерной программы .
В полигональной сетке каждая вершина может иметь вес смешивания для каждой кости. Чтобы вычислить окончательное положение вершины, для каждой кости создается матрица преобразования , которая при применении к вершине сначала помещает вершину в пространство кости, а затем возвращает ее обратно в пространство сетки. После применения матрицы к вершине она масштабируется по соответствующему весу. Этот алгоритм называется скинированием с использованием матричной палитры или скинированием с линейным смешиванием [4] , поскольку набор преобразований костей (хранящихся как матрицы преобразования ) формирует палитру, из которой можно выбирать вершины скина.
Скелетная анимация — это стандартный способ анимации персонажей или механических объектов в течение длительного периода времени (обычно более 100 кадров). Он обычно используется художниками видеоигр и в киноиндустрии , а также может применяться к механическим объектам и любым другим объектам, состоящим из жестких элементов и соединений.
Захват производительности (или захват движения ) может ускорить разработку скелетной анимации, а также повысить уровень реализма.
Для движения, которое слишком опасно для захвата производительности, существуют компьютерные симуляции , которые автоматически рассчитывают физику движения и сопротивление с помощью скелетных кадров. Свойства виртуальной анатомии, такие как вес конечностей, мышечная реакция, прочность костей и ограничения суставов , могут быть добавлены для реалистичных эффектов подпрыгивания, изгиба, переломов и кувырков, известных как виртуальные трюки . Однако существуют и другие применения моделирования виртуальной анатомии, например, в военной сфере [5] и при реагировании на чрезвычайные ситуации . Виртуальных солдат, спасателей, пациентов, пассажиров и пешеходов можно использовать для обучения, виртуального проектирования и виртуального тестирования оборудования. Технологию виртуальной анатомии можно сочетать с искусственным интеллектом для дальнейшего совершенствования технологий анимации и моделирования.