แอนิเมชันและการจำลองทางฟิสิกส์
แอนิเมชันและการจำลองทางฟิสิกส์สร้างการเคลื่อนไหวเมื่อเวลาผ่านไปสำหรับกราฟิก ไม่ว่าจะด้วยการควบคุมของศิลปิน กฎทางฟิสิกส์ หรือกฎเชิงกระบวนการ
Definition
แอนิเมชันคอมพิวเตอร์คือการสร้างภาพที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาโดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ฉากตามลำดับเฟรม และการจำลองทางฟิสิกส์คือการแก้สมการการเคลื่อนที่เชิงตัวเลขเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงนั้น
Scope
สาขานี้ครอบคลุมการประมาณค่าในช่วงคีย์เฟรมและแอนิเมชันโครงกระดูกของตัวละครที่มีข้อต่อ การจำลองทางฟิสิกส์ของวัตถุแข็ง ผ้า และของไหล การจับภาพการเคลื่อนไหวจริงเพื่อใช้ในแอนิเมชัน และเทคนิคเชิงกระบวนการที่สังเคราะห์การเคลื่อนไหวด้วยอัลกอริทึม
Sub-topics
Core questions
- การเคลื่อนไหวที่น่าเชื่อถือถูกสร้างและควบคุมได้อย่างไร?
- สมการการเคลื่อนที่ทางฟิสิกส์ถูกแก้ปัญหาอย่างเสถียรสำหรับกราฟิกได้อย่างไร?
- การเคลื่อนไหวของมนุษย์และสัตว์จริงถูกจับภาพและนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างไร?
- การเคลื่อนไหวสามารถสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติด้วยกฎหรือขั้นตอนได้อย่างไร?
Key concepts
- การกำหนดคีย์เฟรมและการประมาณค่าในช่วง
- แอนิเมชันโครงกระดูกและการหุ้มผิว
- พลศาสตร์ของวัตถุแข็ง
- การจำลองผ้าและของไหล
- การจับภาพการเคลื่อนไหว
- การเคลื่อนไหวเชิงกระบวนการ
Key theories
- การประมาณค่าในช่วงคีย์เฟรม
- นักสร้างแอนิเมชันกำหนดท่าทางที่เวลาสำคัญ และเฟรมระหว่างกลางจะถูกประมาณค่าในช่วง โดยทั่วไปจะใช้เส้นโค้ง (splines) ซึ่งช่วยให้ควบคุมจังหวะและการเคลื่อนไหวได้อย่างแม่นยำ ในขณะที่ลดปริมาณงานที่ต้องสร้างด้วยมือ
- การสร้างแบบจำลองทางฟิสิกส์
- การเคลื่อนไหวสามารถสร้างขึ้นได้โดยการกำหนดสมการของนิวตันสำหรับวัตถุ สปริง และวัตถุต่อเนื่อง และการรวมสมการเหล่านั้นเชิงตัวเลข ซึ่งจะสร้างพฤติกรรมที่สมเหตุสมผลทางฟิสิกส์ แต่ก็มีข้อจำกัดด้านความเสถียรและการควบคุม
Clinical relevance
แอนิเมชันและการจำลองขับเคลื่อนวิชวลเอฟเฟกต์ภาพยนตร์และภาพยนตร์แอนิเมชัน วิดีโอเกม การฝึกอบรมเสมือนจริงและเครื่องจำลองการผ่าตัด การวิเคราะห์ชีวกลศาสตร์และการยศาสตร์ และประสบการณ์เสมือนจริง
History
หลักการแอนิเมชันที่วาดด้วยมือเป็นพื้นฐานของระบบคีย์เฟรมยุคแรกเริ่ม การจำลองทางฟิสิกส์เติบโตขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 ด้วยตัวแก้ปัญหาวัตถุแข็ง ผ้า และของไหล การจับภาพการเคลื่อนไหวพัฒนาขึ้นสำหรับภาพยนตร์และเกม และการสังเคราะห์การเคลื่อนไหวที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลและการเรียนรู้กำลังเป็นที่นิยมในปัจจุบัน
Key figures
- David Baraff
- Andrew Witkin
- Rick Parent
Related topics
Seminal works
- parent2012
- baraff2001
Frequently asked questions
- ความแตกต่างระหว่างแอนิเมชันคีย์เฟรมและการจำลองคืออะไร?
- ในการสร้างแอนิเมชันคีย์เฟรม ศิลปินจะกำหนดการเคลื่อนไหวโดยตรงและคอมพิวเตอร์จะเติมเต็มท่าทางระหว่างกลาง ในขณะที่ในการจำลอง คอมพิวเตอร์จะคำนวณการเคลื่อนไหวจากกฎทางฟิสิกส์ ซึ่งเป็นไปโดยอัตโนมัติมากกว่าแต่ควบคุมได้ยากกว่า
- เหตุใดการจำลองทางฟิสิกส์จึงเป็นเรื่องยากในกราฟิก?
- การแก้สมการการเคลื่อนที่เชิงตัวเลขอาจไม่เสถียร ต้องมีการกำหนดช่วงเวลาและการจัดการการชนอย่างระมัดระวัง และต้องรักษาสมดุลระหว่างความแม่นยำทางฟิสิกส์กับความเร็วและการควบคุมทางศิลปะที่การผลิตต้องการ