Interaktivní kostra řízená simulace - Interactive skeleton-driven simulation

Interaktivní simulace řízená kostrou (nebo Interaktivní dynamické deformace poháněné kostrou) je vědecký počítačová simulace technika používaná k aproximaci realistické fyziky deformace dynamických těles v reálný čas. Zahrnuje použití elastický dynamika a matematické optimalizace rozhodovat o tvarech těla během pohybu a interakce s síly. Má různé aplikace v rámci realistických simulací pro lék, 3D počítačová animace a virtuální realita.

Pozadí

Metody simulace deformace dynamických těles, jako jsou změny tvarů, zahrnují intenzivní výpočty a bylo vyvinuto několik modelů. Některé z nich jsou známé jako deformace ve volném tvaru, deformace poháněná kostrou, dynamická deformace a anatomické modelování. Kosterní animace je dobře známý v počítačová animace a 3D simulace postav. Kvůli necitlivosti výpočtu simulace je k dispozici několik interaktivních systémů, které mohou realisticky simulovat dynamická těla reálný čas. Být schopen komunikovat s takovým realistický 3D model by znamenal, že výpočty by musely být prováděny v rámci omezení a snímková frekvence což by bylo přijatelné prostřednictvím uživatelské rozhraní.

Nedávný výzkum dokázal stavět na dříve vyvinutých modelech a metodách, aby poskytl dostatečně efektivní a realistické simulace. Slib pro tuto techniku může být stejně rozšířený jako napodobování člověk výrazy obličeje pro vnímání simulace lidského herce v reálném čase nebo jiné buňka organismy. Použití kosterních omezení a parametrizované síly k výpočtu deformací má také tu výhodu, že odpovídá tomu, jak má jedna buňka tvar kostra, jakož i to, jak může mít větší živý organismus vnitřní kostní kostru - například obratel. Zobecněné simulace vnější síly těla dělají pružnost výpočet efektivnější a znamená v reálném čase interakce jsou možné.

Základní teorie

Simulační systém má několik komponent:

A mnohoúhelníková síť definování tvaru těla modelu
hrubá volumetrická síť pomocí metody konečných prvků zajistit úplnou integraci přes model
omezení čáry odpovídající vnitřnímu skeletu a instrumentovaná k modelu
linearizující pohybových rovnic k dosažení interaktivních rychlostí
hierarchický oblasti sítě spojené s kosterními liniemi
míchání lokálně linearizovaných simulací
skrz kontrolní mřížku pododdělení přizpůsobení modelu jeho obklopením a zakrytím
hierarchický základ obsahující funkce, které poskytnou hodnoty pro deformaci každé mřížky

doména s výpočty těchto hierarchických funkcí podobných těm z líný vlnky

Spíše než přizpůsobení objektu ke kostře, jak je běžné, se kostra používá k nastavení omezení pro deformaci. Hierarchický základ také znamená, že lze v případě potřeby zavést nebo odebrat úrovně podrobností - například pozorování ze vzdálenosti nebo skryté povrchy.

Předem vypočítané představuje slouží k tomu, aby bylo možné interpolovat mezi tvary a dosáhnout realistických deformací v celém pohybu. To znamená tradiční klíčové snímky jsou vyloučeny.

Existují ladění výkonu podobnosti mezi touto technikou a procesní generování, vlnka a komprese dat metody.

Algoritmické úvahy

K dosažení interaktivity je zapotřebí několik optimalizací, které jsou specifické pro implementaci.

Začněte definováním objektu, který chcete animovat, jako množinu (tj. Definujte všechny body): ${displaystyle p: Omega imes mathbb {R} ightarrow mathbb {R} ^ {3} :( x, t) mapsto p (x, t)}$ .

Pak se o to postarejte. Pojďme ${displaystyle p_ {S}: S imes mathbb {R} ightarrow mathbb {R} ^ {3}}$

Pak musíte definovat klidový stav objektu (nehybný bod): ${displaystyle r (x) = součet _ {a} r_ {a} prázdná sada ^ {a} (x) = r_ {a} prázdná sada ^ {a} (x) = x}$

Projekty

Probíhají projekty k dalšímu rozvoji této techniky a prezentaci výsledků SIGGRAPH, s dostupným odkazem na podrobnosti. Akademické instituce a komerční podniky mají rádi Alias Systems Corporation (tvůrci Maya vykreslovací software), Intel a Elektronické umění patří mezi známé zastánce této práce. K dispozici jsou také videa představující techniky, přičemž redaktoři zobrazují interaktivitu v reálném čase s realistickými výsledky. The počítačová hra Výtrus také předvedl podobné techniky.

Viz také

Reference

Interaktivní animace postav pomocí dynamické elastické simulace, 2004, Steve Capell Ph.D. disertační práce.
Interaktivní dynamické deformace poháněné kostrou, 2002 SIGGRAPH. Autoři: Steve Capell, Seth Green, Brian Curless, Tom Duchamp a Zoran Popović.
Rámec pro více řešení pro dynamické deformace, 2002 SIGGRAPH Autoři: Steve Capell, Seth Green, Brian Curless, Tom Duchamp a Zoran Popović.
Fyzicky založené vybavení pro deformovatelné postavy, 2005 SIGGRAPH. Autoři: Steve Capell, Matthew Burkhart, Brian Curless, Tom Duchamp a Zoran Popović.
Skeletem řízená deformace - přednáška o fyzikálně založeném modelování, simulaci a animaci, 2005, Ming C. Lin, University of North Carolina, USA.

externí odkazy

Video interaktivního editoru skeletů a modelů s úvodem do základní teorie, University of Washington, USA.
Projekt Deformovatelné objekty a postavy, University of Washington, USA. Má ukázková videa technik.
Knihovny pohybu pro projekt Animace postav, University of Washington, USA. Má ukázková videa technik.