Ключевая и скелетная анимация

Ключевая анимация задает движение в выбранные моменты времени и интерполирует между ними, а скелетная анимация управляет поверхностью персонажа через базовую иерархию костей.

Definition

Ключевая анимация интерполирует параметры сцены между заданными художником ключевыми позами, а скелетная анимация деформирует сетку персонажа в соответствии с позой иерархической костной структуры.

Scope

Эта тема охватывает интерполяцию положений и ориентаций, включая кватернионную интерполяцию вращений, сочлененные скелеты и прямую кинематику, скиннинг, который связывает сетку с костями, и обратную кинематику, которая решает задачу нахождения углов суставов для достижения позиционных целей.

Core questions

• Как генерируются плавные промежуточные кадры из ключевых поз?
• Как интерполируются вращения без искажений?
• Как иерархия костей деформирует поверхность персонажа?
• Как находятся углы суставов для достижения целевого положения?

Key concepts

• Интерполяция ключевых кадров
• Сплайновая и кватернионная интерполяция
• Иерархии костей
• Прямая кинематика
• Обратная кинематика
• Скиннинг и веса скина

Key theories

Кватернионная интерполяция вращения

Представление ориентаций в виде единичных кватернионов и их интерполяция с помощью сферической линейной интерполяции обеспечивает плавное, кратчайшее вращение без эффекта карданного подвеса и искажений, присущих интерполяции углов Эйлера.

Прямая и обратная кинематика

Прямая кинематика вычисляет позу персонажа по углам суставов вниз по иерархии костей, в то время как обратная кинематика решает более сложную обратную задачу нахождения углов суставов, которые помещают концевой эффектор в желаемое местоположение.

Clinical relevance

Ключевая и скелетная анимация являются основой анимации персонажей в кино и играх, аватаров в виртуальной и дополненной реальности, а также сочлененного движения в робототехнике и визуализации биомеханики.

History

Системы ключевой анимации происходят из традиционной анимации; кватернионные кривые Шомейка 1985 года решили проблему плавной интерполяции вращения, а скиннинг с обратной кинематикой стал стандартом для сочлененных персонажей в производственных конвейерах.

Key figures

• Ken Shoemake
• Rick Parent

Seminal works

• shoemake1985
• parent2012

Frequently asked questions

Что такое скелет в анимации?

Это невидимая иерархия костей внутри персонажа; перемещение костей деформирует прикрепленную поверхностную сетку посредством скиннинга, поэтому аниматоры позируют простой скелет, а не каждую вершину.

Почему для вращения используются кватернионы?

Кватернионы плавно интерполируют вращения по кратчайшему пути и избегают эффекта карданного подвеса — проблемы, при которой представления углов Эйлера теряют степень свободы и приводят к прерывистому или неопределенному движению.