计算机生成的动物模型的刺激

大家好，我是来自澳大利亚悉尼麦考瑞大学动物行为综合研究中心的 Kevin w。在这篇基于视频的文章中，我将讨论计算机动画在动物行为实验中的应用。特别是，我将讨论我们如何实际制造其中一个模型。

现在，动画在我们的当代文化中越来越流行，但我们在科学或科学相关研究方面并没有真正看到它。然而，为科学构建动画的早期尝试实际上是从一些非常基本的过程开始的，这些过程通常涉及对物体或特定标本的特定部分进行切片和扫描，或者他们还使用类似于生物运动的技术，例如点光源，以便匹配身体上的某些特定部分并将其与动画匹配。此外，如果我们想制作动画，就必须有人从头开始。

现在，使用动画使我们能够研究动物行为中的许多事物，例如交配、求偶，我在这里将特别关注的是交流或视觉交流。现在，使用动画比传统方法（例如实时交互或侵入性方法（如手术））要复杂得多。所以在这篇特别的艺术文章中，我真的要概述我们如何生产这个特定的模型，我们将看看这个模型是如何被扫描的。

我们将了解如何添加纹理、UV 映射骨骼、权重着色，如何实际捕获刺激以进行动态抠像，最后，如何完全渲染该过程，直到获得完整的序列。有八个主要步骤，我们可以在其中创建整个动画。第一步是实际提供整个物体的 3D 扫描。

这提供了对象的基本形状。然后我们需要添加纹理，这显然会给人一种更逼真的感觉，然后将这个纹理分解成一个 UV 贴图，它允许将纹理的某些点精确地放置在对象上。然后我们需要作对象，然后添加 skegan，然后将其创建到骨骼中。

然后，包括权重着色，以便在运动中为对象提供整体平衡透视。然后，我们需要捕捉特定的刺激，我们可以在其中模拟物体的运动。然后，我们在我们捕获的图像之上对这些动作进行转描，最后，我们必须将序列渲染成可读格式以用于视频播放，我们获得了标本作为我们的模型。

在这里，我们使用 Konica Minolta vi dash nine I 来再现 3D 对象。柯尼卡美能达使用数码摄影，并通过使用 3D 算法将摄影片段链接在一起来提供高精度的测量。它生成模型的形状和尺寸，并将图像转换为 3D 数字数据。

3D 扫描获取实际对象的特定部分，并将它们放入为计算机动画模拟的对象中。现在，通过获取这些段并将它们放置在正确的位置来构建此对象。然后创建一个我们可以在 animation Software 中作的对象。

在这里，我们提供了一个模拟设置，展示了我们如何拍摄我们的对象，然后我们如何将我们的对象转换为 3D 动画模型。首先以各种角度拍摄物体，然后将这些拍摄的图像放入正确的方向，这样可以平滑连接的轮廓。该技术结合了摄影测量系统的使用，用于实现对象的高细节和高精度。

该系统使用涂层标记和尺寸控制的比例尺来映射参考标记的坐标。这些坐标构成了一个 3D 星座，用于准确测量每个照片部分之间的轮廓和距离。数据是使用 raindrop geomagic 收集的，用于获取数据形态形状的单个多边形网格。

为了创建我们的动画，我们选择使用一个名为 Light Wave 3D 的程序。虽然还有其他可用的 3D 动画程序，但我们选择使用 LightWave，因为它具有用户友好的界面和读取兼容输出文件的能力。此外，LightWave 还包含两个独立的程序，即 modeler 和 layout。

LightWave 建模器程序允许通过突出显示特定多边形进行更改、为对象创建图层、添加颜色和纹理以及创建 skegan 来作对象。LightWave 布局创建用于完成 Animation 序列的场景。Modler 是构建对象特征的地方。

在这里，我们可以添加纹理、UV 映射、初始 skegan，这将变成骨骼并照顾重量。Shading Modeler 是使用光波的前身，用于实际构建场景，因此所有对象特征最初都是在这里安装到对象中。Light Wave Layout 是一个程序，您可以在其中创建实际场景，除了将放置对象的网格外，您还有另外两个特定功能 在这个 X、Y 和 Z 平面内。

您有相机，它实际上拍摄了场景，并且相机本身可以放置在您选择查看场景的任何角度。然后是灯光。您也可以使用一个或多个灯光，这些灯光有助于照亮场景和对象，并允许您创建照明的不同方面。

Light wave Layout 为我们提供了许多不同的方面，我们可以在其中查看场景。我们可以看到最多的方面是四个不同的视角。现在，这是在最终输出之前查看场景中尽可能多的不同角度对象的最佳方式。

在 light wave Layout 中，有三个不同的旋转轴。第一个是 X 坐标，即间距。其次，Y 坐标，即航向，第三，Zed 坐标，即银行。

这三个不同的坐标与运动有关，我们不仅可以纵物体，还可以纵场景中的相机和灯光。我们首先选择了一只 Jackie 蜥蜴，其质量和长度都与我们的标本模型相似。从这里开始，我们通过拍摄这只活体 Jackie Dragon 的纹理和图案来获取物体的纹理。

然后从各种角度拍摄这只蜥蜴，例如从额叶、正交、腹侧和背侧等不同位置拍摄正面和正交角度，并在一张白纸上拍摄整个动物、头部、身体、尾巴和四肢等各种身体部位。然后，我们将其平衡为纯白色 RBG 值 为了获得正确的纹理，我们拍摄了一只活蜥蜴并从几个不同的角度拍摄了它。它是从三个角度和三个不同的位置拍摄的。

3 个角为正交、背侧和腹侧，3 个位置为前、中、后。我们使用了 Canon ES 数码相机来拍摄这些蜥蜴。然后将照片导入 Adobe Photoshop，其中较大的部分与实际背景分开。

然后将这些碎片匹配成 RGB 值，然后进行白平衡，以便颜色没有差异。我们创建了一个 Atlas UV 贴图，以便将纹理叠加到对象上。此 Atlas UV 贴图是在 light wave modeler 中创建的。

Atlas UV 贴图将对象分离为由连接多边形组成的片段。由于对象不是立方体或圆柱体等简单形状，因此 Atlas UV 贴图将对象划分为几个没有 90 度角的简单平面。但是，Atlas UV 贴图将对象分解为连接多边形的几个不连续段。

因此，然后使用名为 Grab 的程序捕获 Atlas UV 贴图，以创建单独的 JPEG 图像。然后，我们将此 BA 图像作为背景层嵌入到 Adobe Photoshop 元素中。通过捕获 jpeg 而不调整图像大小，我们保持了可用于将 Jackie Dragon 上的区域映射到对象的相同比例。

然后将 Jackie Dragons 的各种照片在 Adobe Photoshop 元素中融合在一起，在多个位置（例如正面、正交、腹侧和背多边形）创建整个 Jackie Dragon，然后将这些多边形与 Jackie Dragon 的局部区域相匹配。现在在 light wave modeler 中。同样，我们在 Atlas UV 地图上突出显示了这些多边形，这使我们能够识别 Jackie Dragon 上的特定区域。

然后将该区域裁剪并叠加到杰基龙上的背景 Atlas UV 地图 jpeg 特定区域上，然后裁剪并叠加到这些特定多边形上。当所有摄影片段都分层到 Atlas UV 地图 jpeg 上时，背景被删除并创建一个 TIF 文件。然后将 TIF 文件导入回 light wave modeler 中，并分配给 UV 坐标。

UV 映射是我们从活蜥蜴身上拍摄的片段，然后实际分割它们并将它们放在我们的动画蜥蜴上的地方。这是在 light wave modeler 程序中完成的。使用 light wave modeler 程序，我们使用 UV Atlas map 工具，它允许我们将对象分解为几个不同的部分。

通过将其分解为几个不同的部分，我们能够使用从照片中获得的纹理，并将它们放在这些特定作品的顶部。与平面或圆柱形对象不同，没有 90 度角的对象会分解成几个不同的段。以下是 UV 图集地图上一些小多边形段的特写。

我们可以突出显示这些特定线段，以查看哪些特定多边形对应于哪个特定实体。物体上的部分 然后在浅色蜥蜴拍摄的照片片段中被分割，然后放在我们分开的碎片的顶部。然后使用 UV 图集贴图，这些线段进行匹配，从而将纹理叠加在对象的顶部。

Skegan 和骨骼嵌入到对象中，允许对对象进行一般移动和作。第一。在光波建模器中，skegan 被嵌入到对象中，而 skegan 充当要在光波布局中创建的虚拟骨骼的占位符。特别是在我们的对象中，总共创建了 61 个骨骼。

首先，在 Light wave Modeler 中打开一个图层，可以将对象视为线框。在此程序中，Modeler 然后允许我们查看多个线框图层，这可以防止我们在创建 skegan 时意外突出显示或移动某些多边形。在我们的模型中，我们创建了一个人工脊柱 co，其创建是为了充当从颈部到尾尖骶椎的颈椎

Skegan 在这里重建了实际 Jackie Dragon 的骨架。但是，我们只用了一把大型骷髅枪来装头。然后我们创建了四个肢体，每个肢体由四个 skegan 组成，然后将 skegan 融合为胸椎，然后最终后肢也与骨盆带融合。

然后将 skegan 融合在一起以创建一个分层系统，其中脊柱充当所有肢体运动的中心基础。毕竟，创建了 skegan，然后将对象同步到光波布局，并将 skegan 转换为骨骼。每个骨骼，就像布局模式中的对象本身一样，也有三个旋转平面。

Skegan 是我们骨头的前身。Skegan 最初是使用轻量级建模器创建的。我们在这里安装了这些 ske 枪，稍后使用光波布局将其转换为骨骼。

Ske 枪是初始过程，它为我们提供了灵活性和作性，我们可以将物体改变成不同的形状和位置。首先，在 Light wave modeler 中，我们可以添加 ske 枪，这有助于纵我们的对象。现在，这些 skegan 在对象中设置为要转换为 bone 的地点标记。

在 light wave Layout（光波布局）中，我们将这些 skegan 转换为骨骼。在此图中，还有一个多边形网格，它还向我们准确显示了光波布局中特定对象内的多边形的维度和数量。在下一个场景中，您将看到这些骨骼如何协同工作以帮助纵对象：权重击打为对象提供了灵活且受限的运动。

权重贴图在运动分布中具有从负 100% 到正 100% 的常规值。因此，例如，指定给对象特定区域的独立权重贴图需要采取对抗性行动，以允许对象平滑和逼真的移动。Weight 值表示与 0% 的较大偏差（没有影响）将对特定 body 的运动产生更大的影响。

特定区域的权重着色也会影响骨骼的运动。然而，未能正确加权可能会导致物体相对于骨骼运动的延迟运动，例如当物体运动在同一大致方向上时，骨骼可能会从物体中突出，或者它可能产生过度运动，例如物体的运动可能会取代骨骼在一般方向上的位置。在 LightWave Modeler 中，我们将视角拆分为四边形视角。

这允许我们看到 Weight shading 的对抗对。为了向您详细展示权重阴影如何发生的示例，我们首先在尾部放置一个权重阴影。通过向对象的特定部分添加权重阴影，我们需要添加配重阴影，以平衡对象的移动。

在这里，我们在头部添加了一个配重阴影，以平衡 Tail 可能产生的夸张运动。为了开始动态抠像，我们首先需要收集序列，我们可以从中建模我们的运动模式。我们首先模拟了来自圈养个体的雄性互动。

雄性被放置在 IPOing 玻璃容器中，然后被独立拍摄以进行社交展示。然后将这些序列存档用于其他实验并用于动态抠像。我们从捕获的数字视频片段中选择了运动模式序列，例如甩尾巴、俯卧撑、身体摇晃和慢速手臂波，并将这些片段导出到图像序列中，这是一系列连续的 jpeg 文件，可以放入 Apple QuickTime 中。

我们最初拍摄了活体动物互动，这些互动是必需的并保存为档案视频片段，以便进行刺激捕捉。我们向围栏里饲养的活蜥蜴展示了这些档案蜥蜴的镜头。然后，使用数码摄像机记录此实时列表的响应，这基本上成为我们用于动态抠像的序列。

动态抠像是一种将模型叠加到背景图像或一系列图像上的技术，其中对象旨在逐帧序列进行模拟。光波布局程序是为动画序列创建场景的媒介。在布局中，我们可以通过为光照摄像机、对象和背景特征建立参数来控制表示动画的环境。

在布局中。该刺激也用于最终场景，只有当材质位于最终摄像机视图内时，才会捕获该场景。首先，将第一个 jpeg 图像导入到摄像机视图的背景中。

然后，将使用同样叠加在背景图像前面的骨骼的运动参数来纵对象。然后对帧进行关键帧设置，这将保存对象的位置和该特定帧的所有骨骼。然后，背景图像将被删除，并替换为下一张连续的图片。

在图像序列中，对象再次纵到背景图像的位置和姿态，并在完成每个帧作后。然后，对每一帧进行关键帧设置，当场景完成后，序列可以导出到图像序列中或租借到一个完整序列中。为了演示动态抠像，即基于视频录制序列的逼真运动的再现，我们将首先向您展示我们通常用作原始背景的内容。

所以在第一个序列中，你会看到空的波斯猫，蜥蜴通常栖息在上面。其次，我将向您展示我们将使用转描的活蜥蜴序列。第三，您将看到放置在活蜥蜴顶部的动画蜥蜴序列。

在这里，我将向您展示对象被导入到光波布局中的位置。如您所见，您可以将布局分成几个不同的屏幕，这为您提供了一个更好的视图来作对象。然而，最重要的视图是顶部的视图，即相机视图，您可以看到由蜥蜴周围的矩形框指定的安全区域。

在此安全区域内看到或放置的任何内容都将被摄像机记录并最终用于渲染。制作场景。动态抠像是在背景图像上对对象进行逐帧作。

因此，我们在这里所做的分步过程是，我们必须将图像序列导出到单独的帧中。然后，我们使用这些单独的帧，并将其放置在动画序列的背景上。然后，我们必须移动动画序列以匹配背景中的位置。

因此，通过逐帧匹配它，我们能够重新创建实际图像序列中实际完成的移动。正如我之前提到的，我们需要逐帧导入每个序列，以便对图像进行动态抠像。在此帧中，我们已将第一个序列导入到背景中，这使我们能够看到对象在背景图像前面的位置。

然后，我们还可以提供骨骼 X 射线视图和光波布局，这使我们能够通过 Here 对象的纹理看到骨骼。通过能够透过对象的纹理看到骨骼，我们可以纵对象以匹配每个 Particular 图像的背景序列。然后，我们将导入下一个连续序列，我们希望在其上对图像进行动态抠像。

这在整个连续序列中以逐帧序列的形式再次完成。小序列 可以直接从布局中渲染成不同的图片格式，也可以直接渲染成影片序列。所有大型序列都可以使用 render 进行渲染。

来自 Bruce Rain Render 的 Farm Commander。Farm Commander 或 RFC 允许局域网系统上的所有计算机通过在链接计算机之间分配作业来增加渲染时间。在我们的实验室里，我们使用了 4 个 apple Mac G 5 双处理器，其中包括 8 个线程来分配渲染。

因此，例如，使用单个 G 5 处理器可以在 12 小时内完成 9， 000 帧序列的处理，相当于 pal DV 标准的 6 分钟，而当分布在 8 个线程或 4G 5 个双进程时，则减少到 4 小时。当不超过两个大型序列时，使用 RFC 进行批处理是有效的。但是，RFC 将生成任意数量的单个图形文件。

但是，我们选择将长序列和短序列渲染成单独的 JPEG。所以，为了再次演示，我们这里有原始序列，我们的原始序列将有一个蜥蜴叮当声，一个标准的俯卧撑身体岩石展示，用于社交交流和攻击性互动。现在我们有了最后一个序列，我们的动画蜥蜴，这只动画蜥蜴将复制我们在最初的蜥蜴镜头中看到的俯卧撑身体岩石。