Animation

“Bring thing to life”
让东西活起来
是一种交流工具
美学比技术更重要
把3D模型增加一个时间的维度

帧率

  • Film: 24 frames per second
  • Video (in general): 30 fps
  • Virtual reality: 90 fps（不晕的基础）

    动画的历史

    早期动画

    原理：视觉暂留

    狩猎壁画

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    万花筒

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    早期电影

    一种科学研究设备
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    里程碑式的动画

    Feature-Length

    剧场版，完整时长的动画，跟电影一样的动画
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    早期电脑动画

    光笔

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    人物面部表情

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里程碑式的电脑动画

侏罗纪公园特效，电影+电脑

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玩具总动员，完全的电脑动画电影

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关键帧动画 Keyframe Animation

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最早是主艺术家创作关键帧，助手补帧。现在是电脑补帧。

插值 Keyframe Interpolation

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把每一帧当作一个向量的变量值

插值方法：
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物理仿真动画 Physical Simulation

比如说牛顿定律
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建立模型——解方程的过程

比如说

  • 布料模拟
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  • 流体仿真
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  • Hair
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  • 。。。

    两种建模描述世界的思想

    质点弹簧系统 Mass Spring System

    Example of modeling a dynamic system

质点弹簧系统就是一系列相互连接的质点和弹簧
可以做绳子也可以做布料和头发
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A Simple Spring 简单弹簧

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理想弹簧没有长度，拉开多长就有多大力
问题是弹簧肯定有长度的，所以有了非理想弹簧：胡克定律
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这个问题就是会永远的震动下去
于是就要加一个阻尼力，Damping Force——速度的反方向
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但是也会有问题，那就是当ab相对静止但是整体速度不为0的时候，还是会被停下来
也就是这个阻尼只能用于外部力，不能用于内部力
于是红框内点乘，让阻尼只出现在ab方向的相对运动（点乘就是做投影，用来排除圆周运动的情况）
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完整版本的摩擦力就是上面

弹簧系统结构 Structure from springs

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从一块布看，如何实现

  • 结构力
  • 弯曲力 （红色）
  • 剪切力 （蓝色）

的建模
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有限元方法FEM （Finite Element Method）

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粒子系统 Particle System

在一个很大规模内有一些小的重复的东西就是可以理解为粒子
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简单来说就是给每个粒子单独结算力
甚至可以用来做流体模拟。进行复杂运算需要加速结构
一个简单的过程
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困难的在于如何把粒子间的作用力模拟出来Modeling，以及如何解出来 Solution
至于渲染，是单独拿出来思考的，不属于模拟的范畴，比如下面的流体仿真
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存在的力与碰撞检测

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群体 Simulated Flocking as an ODE

比如说鸟群模拟，分子模拟
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www.red3d.com/cwr/boids
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运动学 Kinematics

正向运动学 Forward Kinematics

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一个简单的两节Pin

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通过给定的角度就可以计算末端的P的位置

Pros and Cons

好处

  • 方便直接控制
  • 实现起来很直接，容易

坏处

  • 定义非常的物理（角度）
  • 对于艺术家来说，调节起来很麻烦

所以为了让艺术家们更好的使用这套系统调节运动骨骼就有了逆向运动学

逆向运动学 Inverse Kinematics

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给定尖端一个位置/轨迹，其他关节自动调节

一种简单的两节Pin

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又回到上面那个例题，给定P的位置，要求角度
发现就会比较麻烦

随之而来的问题

解不唯一

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无解

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尖端放到大圆弧外或者最内圆弧内，都会无解

优化方法解决问题

这里并没有学过所以也不懂
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绑定 Rigging

绑定之前要蒙皮，为骨骼绘制控制面的权重
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一定程度上就是逆运动学的应用

非常像贝塞尔曲线，用一些控制点来 控制实际的绘制物体

Blend Shape

就是两个模型的控制点（及其权重）进行匹配
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Motion Capture 动作捕捉

仍然是离不开控制点
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好处

  • 更加真实
  • 快速生成动画

坏处

  • 非常负责，而且准备工作很多，costly set-ups
  • 捕捉的动画可能不符合美术的要求，还是需要调整

不同的动作捕捉方案
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最左的用白球是因为单向反射红外光，在摄像机内显眼
也是用的最广泛的，Marker方案
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还有一种面部常用的就是打结构光到脸上
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最新的RNN做动捕的办法

https://mp.weixin.qq.com/s/fr620nsNtkj4KyF50IKO7w
小k直播姬
速率和准确度都很nb

Marker Data

每个控制点得到的数据时图
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