Animação por Keyframe e Animação Esquelética

A animação por keyframe especifica o movimento em momentos selecionados e interpola entre eles, e a animação esquelética impulsiona a superfície de um personagem através de uma hierarquia subjacente de ossos.

Definition

A animação por keyframe interpola os parâmetros da cena entre poses-chave definidas pelo artista, e a animação esquelética deforma a malha de um personagem de acordo com a pose de uma estrutura óssea hierárquica.

Scope

Este tópico abrange a interpolação de posições e orientações, incluindo a interpolação de quatérnios para rotações, esqueletos articulados e cinemática direta, skinning que liga uma malha aos ossos, e cinemática inversa que resolve os ângulos das articulações para atingir objetivos posicionais.

Core questions

• Como são gerados quadros intermediários suaves a partir de poses-chave?
• Como as rotações são interpoladas sem distorção?
• Como uma hierarquia óssea deforma a superfície de um personagem?
• Como os ângulos das articulações são encontrados para atingir uma posição alvo?

Key concepts

• Interpolação por keyframe
• Interpolação por spline e quatérnio
• Hierarquias ósseas
• Cinemática direta
• Cinemática inversa
• Skinning e pesos de skin

Key theories

Interpolação de rotação por quatérnios

Representar orientações como quatérnios unitários e interpolá-los com interpolação linear esférica produz uma rotação suave e de caminho mais curto, sem o travamento de gimbal e a distorção da interpolação de ângulos de Euler.

Cinemática direta e inversa

A cinemática direta calcula a pose de um personagem a partir dos ângulos das articulações ao longo de uma hierarquia óssea, enquanto a cinemática inversa resolve o problema inverso mais difícil de encontrar os ângulos das articulações que posicionam um efetor final em um local desejado.

Clinical relevance

A animação por keyframe e esquelética são a base da animação de personagens em filmes e jogos, de avatares em realidade virtual e aumentada, e do movimento articulado em robótica e visualização biomecânica.

History

Os sistemas de keyframe descendem da animação tradicional; as curvas de quatérnios de Shoemake de 1985 resolveram a interpolação suave de rotação, e o skinning com cinemática inversa tornou-se padrão para personagens articulados em pipelines de produção.

Key figures

• Ken Shoemake
• Rick Parent

Seminal works

• shoemake1985
• parent2012

Frequently asked questions

O que é um esqueleto em animação?

É uma hierarquia invisível de ossos dentro de um personagem; mover os ossos deforma a malha de superfície anexada através do skinning, então os animadores posam o esqueleto simples em vez de cada vértice.

Por que usar quatérnios para rotação?

Os quatérnios interpolam rotações suavemente ao longo do caminho mais curto e evitam o travamento de gimbal, um problema em que as representações de ângulos de Euler perdem um grau de liberdade e produzem movimento irregular ou indefinido.