Physically based avatar information

Abstract

Er bestaan verschillende technieken in de 3D-animatie voor modellering, vervorming en animatie. De weergave van modellen wordt vaak bepaald door de manier waarop de data verkregen wordt. Polygonmodellen zijn populair omdat de andere modellen eerst gepolygonaliseerd moeten worden voor rendering. Vervorming van modellen met een hiërarchisch skelet blijkt in de praktijk de meeste mogelijkheden te bieden. De houding van deze modellen is eenvoudig aan te passen en de modellen bieden toch voldoende controle voor de meeste vormen van animatie. De keuze van animatietechniek wordt vaak bepaald door de applicatie waarin deze nodig is. Zolang er geen sprake is van onverwachte interactie met de omgeving zullen kinematische technieken zeer goed presteren. Als hiervan wel sprake is, doen we er best aan technieken te bekijken die gebruik maken van fysische simulatie. Ragdolls zijn de eenvoudigste toepassing van dynamische technieken, maar deze bieden niet genoeg controle over het model om in de meeste situaties nuttig te zijn. Er is ook de mogelijkheid om krachten toe te voegen aan het model met behulp van forward en inverse dynamics. Om dynamische technieken eenvoudiger te kunnen samenvoegen, kunnen deze in controllers gegoten worden. Een controller is een controlealgoritme dat een bepaalde doelstelling probeert te verwezenlijken, rekening houdend met de omgeving. Om verschillende controllers samen te voegen, kan men een hiërarchisch systeem gebruiken waarbij een overkoepelende controller de controle doorgeeft aan één van zijn kindcontrollers. Deze kindcontrollers kunnen dan specifieke bewegingen voor hun rekening nemen zoals balanceren of vallen. In het implementatie-onderdeel van deze thesis werd het idee van een overkoepelende controller ook geïmplementeerd. Deze implementatie maakt gebruik van de Ageia PhysX engine en van het ExtReAM framework. Deze zijn beide gratis verkrijgbaar en bieden vele mogelijkheden. Waar mogelijk is de implementatie onafhankelijk van het gebruikte model. Hierdoor zijn controllers eenvoudiger op elk model toe te passen. Voor elk model worden dus automatisch de fysische tegenhangers gegenereerd, maar de beperkingen op het model moeten toch per model aangegeven worden. Bij de implementatie van een hoofdcontroller horen ook twee kindcontrollers (een ragdollcontroller en een balanscontroller). Hiermee wordt het idee in de praktijk toegepast. De controllers zijn ook aan een aantal testen onderworpen. Alle controllers kunnen hun taken uitvoeren in real-time. De overkoepelende controller presteert goed en introduceert geen problemen voor de aparte controllers. De balanscontroller kan compenseren voor relatief kleine krachten die op het model uitgeoefend worden door de krachten te zetten op de enkels van het model. Zowel de ragdollcontroller als de balanscontroller maken gebruik van het fysische model dat de bewegingen beperkt tot mogelijke bewegingen van het menselijk lichaam. In deze zin zijn de animaties dus niet onrealistisch. De bewegingen die de controllers uitvoeren zijn echter niet altijd degene die een normale mens zou doen in deze situaties.