Improving automatic rigging for 3D humanoid characters

Résumé

En el campo de la animación por computadora el proceso de crear un personaje de animación es comúnmente una tarea larga y tediosa. Un personaje de animación está definido usualmente por una malla tridimensional (un conjunto de triángulos en el espacio) que le dan su apariencia externa y forma al personaje. Es igualmente común que este tenga una estructura interna, un esqueleto de animación. Cuando un esqueleto esta asociado con una malla tridimensional, a esta asociación se le llama ligado de esqueleto, y un esqueleto ligado a la mallade un personaje es conocido en inglés como "animation rig" (el conjunto de elementos necesarios, que unidos sirven para animar un personaje). Hacer el rigging desde cero de un personaje puede ser un proceso muy tedioso. La definición y creación de un esqueleto centrado en la malla junto con el "pintado" por medio de un artista de los parámetros de influencia entre el esqueleto y la malla 3D (lo que se conoce como skinning) es la parte mas demandante para alcanzar un compartimiento aceptable al deformase (moverse) la malla de un personaje. Los métodos de rigging automáticos consisten en tomar una malla tridimensional como elemento de entrada, generar un esqueleto basado en la forma del modelo original, ligar la malla de entrada al esqueleto generado y finamente calcular el conjunto de par¿ametros utilizados por el método de skinning elegido. El principal objetivo de esta tesis es el generar un m¿etodo de rigging para un modelo tridimensional arbitrario con una interacción mínima del usuario. Este m¿etodo puede ser útil para gente con poca experiencia en el campo de la animación, o para gente experimentada que quiera acelerar el proceso de rigging de días a horas o inclusive minutos, dependiendo de la calidad requerida. Teniendo en mente esta situación, hemos diseñado nuestro método como un conjunto de herramientas las cuales pueden ser aplicadas a modelos de entrada generados por cualquier artista. Las contribuciones hechas en el desarrollo de esta tesis pueden resumirse a: -Generación de un rig de animación: Teniendo una malla cerrada cualquiera, hemos implementado un método para crear primero un esqueleto geométrico sin refinar, el cual capture la pose y la topología del personaje usado como elemento de entrada. Tomando este esqueleto geométrico como punto de partida usamos un método de refinado que crea un "esqueleto lógico"adaptado a la forma del geométrico basándonos en una plantilla definida por el usuario o previamente definida, que sea compatible con los formatos actuales de animación. El esqueleto lógico generado será especifico para cada personaje, y esta ligado a la malla de entrada para así crear un rig de animación. - Skinning: Teniendo definido un rig de animación para una malla de entrada arbitraria, hemos desarrollado un método mejorado de skinning, este m¿etodo sera basado en el algoritmo "Linear Blending Skinnig"(algoritmo de skinning por combinación lineal, LBS por sus siglas en inglés). Nuestras contribuciones en el campo del skinnig son: - Proponemos un nuevo m¿etodo de segmentación de mallas que sea la parte medular para algoritmos de asignación autom¿atica de pesos y de skinning, también hemos desarrollado un algoritmo automático que calcule los pesos utilizados por el algoritmo LBS para una malla poligonal que tenga un rig de animación. - Nuestro algoritmo de skinning propuesto usará como base las características del algoritmo LBS. El principal propósito del algoritmo desarrollado es el solucionar el defecto conocido como "envoltura de caramelo" (candy wrapper artifact), que produce una substancial perdida de volumen al rotar una de las articulaciones del esqueleto de animación sobre su propio eje. Nuestros resultados son comparados con los métodos mas importantes en el campo del skinning tal como Cuaterniones Duales (Dual Quaternions Skinning, DQS) y LBS, alcanzando un mejor desempeño que DQS y una mejora importante sobre LBS.