キーフレームアニメーションとスキニングアニメーション

キーフレームアニメーションは、選択された時間における動きを定義し、それらの間を補間します。スキニングアニメーションは、骨の階層構造を介してキャラクターの表面を動かします。

Definition

キーフレームアニメーションは、アーティストが設定したキーポーズ間のシーンパラメータを補間し、スキニングアニメーションは、階層的な骨構造のポーズに従ってキャラクターメッシュを変形させます。

Scope

このトピックでは、位置と方向の補間（回転のクォータニオン補間を含む）、関節を持つ骨格と順運動学、メッシュを骨に結合するスキニング、および位置目標を達成するための関節角度を解く逆運動学について扱います。

Core questions

• キーポーズから滑らかな中間フレームはどのように生成されますか？
• 回転は歪みなくどのように補間されますか？
• 骨の階層構造はキャラクターの表面をどのように変形させますか？
• 目標位置に到達するための関節角度はどのように見つけられますか？

Key concepts

• キーフレーム補間
• スプライン補間とクォータニオン補間
• 骨の階層構造
• 順運動学
• 逆運動学
• スキニングとスキンウェイト

Key theories

クォータニオン回転補間

方向を単位クォータニオンとして表現し、球面線形補間によってそれらを補間することで、ジンバルロックやオイラー角補間の歪みなしに、滑らかで最短経路の回転が得られます。

順運動学と逆運動学

順運動学は、骨の階層構造に沿った関節角度からキャラクターのポーズを計算しますが、逆運動学は、エンドエフェクタを目的の位置に配置する関節角度を見つけるという、より困難な逆問題を解きます。

Clinical relevance

キーフレームアニメーションとスキニングアニメーションは、映画やゲームにおけるキャラクターアニメーション、仮想現実や拡張現実におけるアバター、ロボット工学や生体力学の可視化における関節運動の基礎となっています。

History

キーフレームシステムは伝統的なアニメーションに由来します。Shoemakeの1985年のクォータニオン曲線は滑らかな回転補間を解決し、逆運動学を用いたスキニングは、制作パイプラインにおける関節を持つキャラクターの標準となりました。

Key figures

• Ken Shoemake
• Rick Parent

Seminal works

• shoemake1985
• parent2012

Frequently asked questions

アニメーションにおけるスケルトンとは何ですか？

スケルトンとは、キャラクター内部にある目に見えない骨の階層構造のことです。骨を動かすと、スキニングによって結合された表面メッシュが変形するため、アニメーターはすべての頂点ではなく、単純なスケルトンをポーズさせます。

回転にクォータニオンを使用する理由は何ですか？

クォータニオンは、最短経路に沿って回転を滑らかに補間し、ジンバルロックを回避します。ジンバルロックは、オイラー角表現が自由度を失い、ぎくしゃくした動きや未定義の動きを生み出す問題です。