Анимация и физическое моделирование
Анимация и физическое моделирование генерируют движение во времени для графики, будь то под управлением художника, по физическим законам или по процедурным правилам.
Definition
Компьютерная анимация — это генерация изменяющихся во времени изображений путем изменения параметров сцены в последовательности кадров, а физическое моделирование — это численное решение уравнений движения для получения этого изменения.
Scope
Эта область охватывает интерполяцию ключевых кадров и скелетную анимацию сочлененных персонажей, физически обоснованное моделирование твердых тел, тканей и жидкостей, захват реального движения для использования в анимации, а также процедурные методы, которые алгоритмически синтезируют движение.
Sub-topics
Core questions
- Как создается и контролируется убедительное движение?
- Как стабильно решаются уравнения физического движения для графики?
- Как захватывается и повторно используется реальное движение человека и животных?
- Как можно автоматически генерировать движение по правилам или процедурам?
Key concepts
- Ключевые кадры и интерполяция
- Скелетная анимация и скиннинг
- Динамика твердого тела
- Моделирование тканей и жидкостей
- Захват движения
- Процедурное движение
Key theories
- Интерполяция ключевых кадров
- Аниматоры задают позы в ключевые моменты времени, а промежуточные кадры интерполируются, как правило, с помощью сплайнов, что обеспечивает точный контроль над таймингом и движением, одновременно уменьшая объем работы, которую необходимо выполнять вручную.
- Физически обоснованное моделирование
- Движение может быть сгенерировано путем формулирования ньютоновских уравнений для тел, пружин и континуумов и их численного интегрирования, что приводит к физически правдоподобному поведению ценой проблем со стабильностью и контролем.
Clinical relevance
Анимация и моделирование используются в визуальных эффектах фильмов и анимационных фильмах, видеоиграх, виртуальном обучении и хирургических симуляторах, анализе биомеханики и эргономики, а также в опыте виртуальной реальности.
History
Принципы рисованной анимации легли в основу ранних систем ключевых кадров; физически обоснованное моделирование развивалось в 1980-х и 1990-х годах с помощью решателей для твердых тел, тканей и жидкостей, захват движения совершенствовался для кино и игр, а синтез движения на основе данных и машинного обучения активно развивается в настоящее время.
Key figures
- David Baraff
- Andrew Witkin
- Rick Parent
Related topics
Seminal works
- parent2012
- baraff2001
Frequently asked questions
- В чем разница между анимацией по ключевым кадрам и моделированием?
- В анимации по ключевым кадрам художник непосредственно задает движение, а компьютер заполняет промежуточные позы, тогда как в моделировании компьютер вычисляет движение на основе физических законов, что более автоматизировано, но сложнее точно контролировать.
- Почему физическое моделирование сложно в графике?
- Численное решение уравнений движения может стать нестабильным, требует тщательного выбора шага по времени и обработки столкновений, а также должно балансировать физическую точность со скоростью и художественным контролем, которые требуются в производстве.