Computer-Generated modello animale Stimoli

Ciao, mi chiamo Kevin e vengo dal Centro per lo Studio Integrativo del Comportamento Animale qui alla Macquarie University di Sydney, in Australia. In questo articolo basato su video, parlerò dell'uso delle animazioni al computer negli esperimenti sul comportamento animale. In particolare, parlerò di come fabbrichiamo effettivamente uno di questi modelli.

Ora, le animazioni stanno diventando molto popolari nella nostra cultura contemporanea, ma non ne vediamo molto in termini di scienza o di ricerca scientifica. Tuttavia, i primi tentativi di costruire animazioni per la scienza iniziano in realtà con alcuni processi molto basilari, e questi processi spesso comportano il taglio e la scansione di particolari parti di un oggetto o di un particolare campione, o hanno anche utilizzato tecniche simili al movimento biologico, come apparecchi di illuminazione puntiforme per abbinare alcune parti particolari di un corpo e abbinarle a un'animazione. Inoltre, che se volevamo fare un'animazione, qualcuno avrebbe dovuto farlo da zero.

Ora, l'uso dell'animazione ci ha permesso di studiare molte cose nel comportamento animale come l'accoppiamento, il corteggiamento, e quello che guarderò in particolare qui è la comunicazione o la comunicazione visiva. Ora, l'uso dell'animazione è molto più sofisticato dei mezzi tradizionali, come le interazioni dal vivo o i metodi invasivi come la chirurgia. Quindi, in questo particolare articolo d'arte, fornirò una panoramica di come produciamo questo particolare modello, e vedremo come questo modello viene scansionato.

Vedremo come aggiungere la texture, la mappatura UV delle ossa, l'ombreggiatura del peso, come catturiamo effettivamente lo stimolo per il rotoscoping e infine, come il processo viene completamente renderizzato fino a ottenere una sequenza completa. Ci sono otto passaggi principali in cui possiamo creare l'intera animazione. Il primo passo è fornire effettivamente una scansione 3D dell'intero oggetto.

In questo modo si ottiene la forma di base dell'oggetto. Quindi dobbiamo aggiungere la texture, che ovviamente le conferisce una sensazione più realistica, e questa texture viene poi suddivisa in una mappa UV, che consente di posizionare esattamente determinati punti della texture sull'oggetto. Quindi dovremo manipolare l'oggetto e poi aggiungere skegan, che vengono poi creati in ossa.

L'ombreggiatura del peso è quindi inclusa per dare all'oggetto anche una prospettiva di equilibrio generale nel movimento. Abbiamo quindi bisogno di catturare stimoli particolari in cui possiamo modellare il movimento dell'oggetto. Quindi eseguiamo il rotoscopio di questi movimenti sopra le immagini di cui abbiamo catturato e, infine, dobbiamo renderizzare le sequenze in un formato leggibile da utilizzare per la riproduzione video, abbiamo acquisito un campione tassidermico da utilizzare come modello.

Qui usiamo il Konica Minolta vi trattino nove I per riprodurre un oggetto 3D. Konica Minolta utilizza la fotografia digitale e fornisce una misurazione di elevata precisione utilizzando un algoritmo 3D per collegare tra loro i segmenti fotografici. Produce la forma e le dimensioni del modello e converte le immagini in dati digitali 3D.

La scansione 3D prende particolari segmenti di un oggetto reale e li inserisce in un oggetto simulato per l'animazione al computer. Ora, questo oggetto viene poi costruito prendendo questi segmenti e posizionandoli nelle giuste posizioni. Questo crea quindi un oggetto che possiamo manipolare nel software di animazione.

Qui abbiamo fornito una simulazione di come fotografiamo il nostro oggetto e poi come convertiamo il nostro oggetto in un modello animato 3D. L'oggetto viene prima fotografato in una varietà di angolazioni e queste immagini fotografate vengono messe nell'orientamento corretto, e questo consente di levigare i contorni di collegamento. Questa tecnica incorpora l'uso di sistemi fotogrammetrici, che vengono utilizzati per ottenere un elevato dettaglio e un'elevata precisione dell'oggetto.

Questo sistema utilizza sia i marcatori rivestiti che le barre di scala a dimensione controllata per mappare le coordinate dei marcatori di riferimento. Queste coordinate costituiscono una costellazione 3D che viene utilizzata per misurare con precisione i contorni e le distanze tra ogni sezione della fotografia. I dati sono stati raccolti utilizzando la geomagia delle gocce di pioggia, e questo è stato utilizzato per acquisire una singola mesh poligonale della forma morfologica dei dati.

Per creare la nostra animazione, abbiamo scelto di utilizzare un programma chiamato Light Wave 3D. Sebbene siano disponibili altri programmi di animazione 3D, abbiamo scelto di utilizzare LightWave per la sua interfaccia intuitiva e la capacità di leggere i file di output compatibili. Inoltre, LightWave comprende anche due programmi separati, il modellatore e il layout.

Il programma modellatore LightWave consente la manipolazione dell'oggetto evidenziando poligoni specifici per le modifiche, creando livelli all'oggetto, aggiungendo colore e texture e creando skegan. Il layout LightWave crea scene utilizzate per completare la sequenza di animazione. Modler è il luogo in cui vengono costruite le caratteristiche dell'oggetto.

È qui che possiamo aggiungere texture, mappatura UV, skegan iniziale, che si trasformerà in ossa e si prenderà cura anche del peso. Shading modeler è un predecessore dell'utilizzo dell'onda luminosa in cui le scene sono effettivamente costruite, quindi è qui che tutte le caratteristiche dell'oggetto vengono inizialmente installate nell'oggetto. Light Wave Layout è un programma in cui si crea la scena reale con l'eccezione della griglia in cui l'oggetto verrà posizionato All'interno di questo piano X, Y e Z, si hanno altre due caratteristiche particolari.

C'è la telecamera, che filma effettivamente la scena, e la telecamera stessa può essere posizionata in qualsiasi angolazione si scelga di visualizzarla. Poi ci sono le luci. Puoi anche usare una o più luci, e le luci aiutano a illuminare la scena così come l'oggetto e ti permettono di creare diversi aspetti dell'illuminazione.

Il layout dell'onda luminosa ci fornisce una serie di aspetti diversi in cui possiamo guardare la scena. Il maggior numero di aspetti che possiamo guardare sono quattro diverse prospettive. Ora, questo è il modo migliore per guardare il maggior numero possibile di angolazioni diverse del tuo oggetto all'interno della scena prima dell'output finale.

Nel layout a onde luminose, ci sono tre diversi assi di rotazione. La prima è la coordinata X, che è il passo. In secondo luogo, la coordinata Y, che è la direzione, e in terzo luogo, la coordinata Zed, che è la banca.

Queste tre diverse coordinate riguardano il movimento in cui possiamo manipolare non solo l'oggetto, ma anche le telecamere e le luci all'interno della nostra scena. Per prima cosa abbiamo selezionato una lucertola Jackie simile sia alla massa che alla lunghezza del nostro modello tassidermico. Da qui, abbiamo acquisito la texture dell'oggetto fotografando la texture e i motivi di questo Jackie Dragon vivo.

Questa lucertola è stata poi fotografata da varie angolazioni, come frontale e ortogonale da varie posizioni come frontale, ortogonale, ventrale e dorsale, e delle varie parti del corpo come l'intero animale, la testa, il corpo, la coda e gli arti su un foglio di carta bianco. Abbiamo poi bilanciato questo per i valori RBG del bianco puro Per acquisire la giusta consistenza, abbiamo preso una lucertola viva e l'abbiamo fotografata da diverse angolazioni. È stata scattata da tre angolazioni e anche da tre diverse posizioni.

I tre angoli erano ortogonali, dorsali e ventrali e le tre posizioni erano anteriore, centrale e posteriore. Avevamo usato una fotocamera digitale Canon ES per fotografare queste lucertole. Le fotografie sono state poi importate in Adobe Photoshop, dove i pezzi più grandi sono stati separati dallo sfondo vero e proprio.

Questi pezzi sono stati poi abbinati ai valori RGB e poi sono stati anche bilanciati con il bianco in modo che non ci fosse alcuna differenza di colore. Abbiamo creato una mappa UV Atlas per sovrapporre la texture all'oggetto. Questa mappa UV Atlas è stata creata in un modellatore di onde luminose.

Una mappa UV Atlas separa l'oggetto in frammenti composti da poligoni di collegamento. Poiché l'oggetto non era una forma semplice come un cubo o un cilindro, la mappa UV Atlas divide l'oggetto in diverse superfici pialla più semplici senza angoli di 90 gradi. Tuttavia, una mappa UV Atlas suddivide l'oggetto in diversi segmenti discontinui di poligoni collegati.

Quindi la mappa UV dell'Atlante è stata quindi catturata utilizzando un programma chiamato Grab per creare un'immagine JPEG separata. E poi abbiamo incorporato questa immagine BA come livello di sfondo negli elementi di Adobe Photoshop. Catturando un jpeg senza ridimensionare l'immagine, abbiamo mantenuto le stesse proporzioni che possono essere utilizzate per mappare le aree del Jackie Dragon sull'oggetto.

Le varie fotografie dei Jackie Dragons sono state poi fuse insieme in elementi di Adobe Photoshop per creare interi Jackie Dragons in diverse posizioni, come poligoni frontali, ortogonali, ventrali e dorsali, che sono stati poi abbinati all'area locale sul Jackie Dragon. E ora in modellatore di onde luminose. Ancora una volta, abbiamo evidenziato questi poligoni sulla mappa UV dell'Atlante, che ci ha permesso di identificare l'area specifica sul Jackie Dragon.

Quest'area è stata poi ritagliata e sovrapposta allo sfondo della mappa UV dell'Atlante, aree specifiche jpeg sul Jackie Dragon che sono state fotografate e poi ritagliate e sovrapposte a questi poligoni specifici. Quando tutti i frammenti fotografici sono stati sovrapposti alla mappa UV dell'Atlante jpeg, lo sfondo è stato rimosso ed è stato creato un singolo file TIF. Il file TIF è stato quindi reimportato nel modellatore di onde luminose ed è stato assegnato alle coordinate UV.

La mappatura UV è il momento in cui prendiamo segmenti che una volta sono stati fotografati dalla lucertola viva e li segmentiamo e li posizioniamo sulla nostra lucertola animata. E questo viene fatto nel programma di modellazione delle onde luminose. Utilizzando il programma di modellazione delle onde luminose, utilizziamo lo strumento di mappatura UV Atlas, che ci consente di suddividere l'oggetto in diversi segmenti.

Suddividendolo in diversi segmenti, siamo in grado di utilizzare la texture che abbiamo acquisito dalle fotografie e posizionarle sopra questi particolari pezzi. A differenza di un oggetto che può essere semplice o cilindrico, gli oggetti che non hanno angoli di 90 gradi si dividono in diversi segmenti. Ecco un primo piano di alcuni piccoli segmenti poligonali sulla nostra mappa dell'atlante UV.

Possiamo evidenziare questi particolari segmenti per vedere quali particolari poligoni corrispondono a quale particolare corpo. Parti dell'oggetto I segmenti delle fotografie scattate a una lucertola leggera sono stati poi divisi e poi posizionati sopra i nostri pezzi divisi. Utilizzando la mappa dell'atlante UV, questi segmenti sono stati poi abbinati e quindi sovrapposti alla texture sulla parte superiore del nostro oggetto.

Skegan e ossa sono incorporati nell'oggetto che consente il movimento generale e la manipolazione dell'oggetto. Primo. Nel modellatore di onde luminose, gli skegan sono stati incorporati nell'oggetto e gli skegan fungono da segnaposto per le ossa virtuali da creare nel layout delle onde luminose. Nel nostro oggetto, in particolare, sono state create in tutto 61 ossa.

Innanzitutto, è stato aperto uno strato nel modellatore di onde luminose e l'oggetto può essere visualizzato come un wireframe. All'interno di questo programma, il modellatore ci consente quindi di visualizzare più livelli di wireframe, il che ci impedisce di evidenziare o spostare accidentalmente determinati poligoni durante la creazione dello skegan. Nel nostro modello, abbiamo creato una spina dorsale artificiale che è stata creata per fungere da vertebre cervicali dal collo fino alle vertebre sacrali della punta della coda.

Skegan qui ha ricreato lo scheletro del vero Jackie Dragon. Tuttavia, abbiamo usato solo una grande pistola a scheletro per la testa. Abbiamo quindi creato quattro arti, che consistevano in quattro skegan ciascuno, e poi lo skegan è stato fuso come vertebre toraciche, e poi alla fine anche gli arti posteriori sono stati fusi con la cintura pelvica.

Gli skegan sono stati poi fusi insieme per creare un sistema gerarchico in cui la colonna vertebrale fungeva da base centrale per tutti i movimenti degli arti. Dopotutto, gli skegan sono stati creati, l'oggetto è stato poi sincronizzato con il layout dell'onda luminosa e gli skegan sono stati convertiti in ossa. Ogni osso, come l'oggetto stesso nella modalità layout Ha anche tre piani di rotazione.

Skegan che sono il nostro predecessore delle ossa. Gli skegan vengono inizialmente creati utilizzando il modellatore leggero. È qui che installiamo queste pistole ske per essere successivamente convertite in ossa utilizzando il layout a onde luminose.

Le pistole Ske sono il processo iniziale in cui ci dà la flessibilità e la manipolazione in cui possiamo cambiare l'oggetto in diverse forme e posizioni. Innanzitutto, nel modellatore di onde luminose, possiamo aggiungere pistole ske, che aiutano a manipolare il nostro oggetto. Ora questi skegan sono impostati nell'oggetto come segnaposto da convertire in ossa.

Nel layout dell'onda luminosa, convertiamo questi skegan in ossa. Qui in questo diagramma, c'è anche una mesh poligonale, che ci mostra esattamente le dimensioni e il numero di poligoni all'interno del nostro particolare oggetto all'interno del layout dell'onda luminosa. Nella scena successiva, vedrai come queste ossa operano insieme per aiutare a manipolare l'oggetto Il peso che colpisce fornisce agli oggetti un movimento flessibile e limitato.

Le mappe di peso hanno un valore generale che va dal 100% negativo al 100% positivo nella distribuzione del movimento. Quindi, ad esempio, le mappe di peso indipendenti designate per aree specifiche dell'oggetto devono agire in modo antagonistico per consentire un movimento fluido e realistico dell'oggetto. Il valore del peso suggerisce che una deviazione maggiore dallo 0%, che non è alcun effetto, produrrà un effetto maggiore sul movimento sul particolare corpo.

L'ombreggiatura del peso di una particolare area influisce anche sul movimento delle ossa. Tuttavia, il mancato peso corretto può comportare un movimento ritardato dell'oggetto in relazione al movimento osseo, ad esempio le ossa potrebbero sporgere dall'oggetto quando il movimento dell'oggetto è nella stessa direzione generale, o potrebbe produrre un ipermovimento, ad esempio il movimento dell'oggetto può sostituire la posizione delle ossa nella direzione generale. Qui in LightWave Modeler, dividiamo la nostra prospettiva in una prospettiva quadrupla.

Questo ci permette di vedere le coppie antagoniste di ombreggiatura del peso. Per mostrarvi un esempio ravvicinato di come si verifica l'ombreggiatura del peso qui, quello che abbiamo fatto è stato prima mettere una tonalità di peso sulla coda. Aggiungendo sfumature di peso a una particolare parte dell'oggetto, avremmo bisogno di aggiungere una tonalità di contrappeso per bilanciare il movimento dell'oggetto.

Qui abbiamo aggiunto un paralume di contrappeso sulla testa per bilanciare i movimenti esagerati che potrebbero essere prodotti dalla coda. Per iniziare il rotoscoping, dobbiamo prima raccogliere sequenze in cui possiamo modellare i nostri schemi motori. Per prima cosa abbiamo simulato le interazioni maschili con individui in cattività.

I maschi sono stati collocati in terrari di vetro per l'IPO e poi sono stati filmati in modo indipendente per le esibizioni sociali. Queste sequenze sono state poi archiviate per altri esperimenti e per essere utilizzate nel rotoscoping. Abbiamo selezionato sequenze di pattern motori come un colpo di coda, flessioni, oscillazione del corpo e onda lenta del braccio dalle riprese video digitali acquisite e abbiamo esportato questi segmenti in sequenze di immagini, che sono una serie di file jpeg consecutivi in Apple QuickTime.

Inizialmente avevamo filmato le interazioni con animali dal vivo, che sono necessarie e salvate come riprese video d'archivio per eseguire la cattura dello stimolo. Avevamo mostrato questi filmati d'archivio a una lucertola viva tenuta in un recinto. Le risposte di questa live list sono state poi registrate utilizzando una videocamera digitale, e queste sono diventate essenzialmente le nostre sequenze che utilizziamo per il rotoscoping.

Il rotoscoping è una tecnica in cui il modello viene sovrapposto a un'immagine di sfondo o a una serie di immagini in cui l'oggetto è destinato a imitare una sequenza fotogramma per fotogramma. Il programma di layout dell'onda luminosa è il mezzo in cui viene creata la scena per la sequenza di animazione. Nel layout, possiamo controllare l'ambiente in cui rappresentare la nostra animazione stabilendo parametri per le caratteristiche della telecamera leggera, dell'oggetto e dello sfondo.

Nel layout. Lo stimolo viene utilizzato anche nella scena finale che verrà catturata solo quando il materiale si trova all'interno della visuale finale della telecamera. Innanzitutto, la prima immagine jpeg viene importata sullo sfondo della vista della telecamera.

L'oggetto verrebbe quindi manipolato utilizzando i parametri di movimento delle ossa che vengono anche sovrapposti davanti all'immagine di sfondo. Il fotogramma viene quindi incorniciato in chiave, il che salva la posizione dell'oggetto e tutte le ossa per quel particolare fotogramma. L'immagine di sfondo viene quindi rimossa e sostituita da un'immagine successiva consecutiva.

Nella sequenza di immagini, l'oggetto viene nuovamente manipolato nella posizione e nella postura dell'immagine di sfondo e dopo il completamento di ogni manipolazione del fotogramma. Ogni fotogramma viene quindi incorniciato in chiave e, quando la scena è completata, la sequenza può essere esportata in una sequenza di immagini o noleggiata in una sequenza completa. Per dimostrare il rotoscoping, che è la ricreazione di movimenti realistici basati su sequenze video registrate, inizieremo mostrandoti quello che normalmente usiamo come sfondo originale.

Quindi, in questa prima sequenza, vedrete il persiano vuoto, su cui normalmente si appollaia la lucertola. In secondo luogo, vi mostrerò la sequenza di lucertole vive che useremo con il rotoscopio. E in terzo luogo, vedrai la sequenza animata della lucertola che viene posizionata sopra la lucertola viva.

Qui vi mostro dove l'oggetto viene importato nel layout dell'onda luminosa. Come puoi vedere, puoi separare il layout in alcune schermate diverse e questo ti dà una visione migliore in cui manipolare l'oggetto. La vista più importante, tuttavia, è quella in alto, che è la vista della telecamera, e puoi vedere le aree sicure che sono designate dalle caselle rettangolari intorno alla lucertola.

Tutto ciò che viene visto o posizionato all'interno di questa area sicura verrà registrato dalla telecamera ed eventualmente utilizzato per il rendering. Per fare la scena. Rotoscoping: è la manipolazione fotogramma per fotogramma dell'oggetto sopra le immagini di sfondo.

Quindi quello che abbiamo fatto qui come processo passo dopo passo è che abbiamo dovuto esportare la sequenza di immagini in singoli fotogrammi. Quindi utilizziamo quei singoli fotogrammi e li posizioniamo sullo sfondo della nostra sequenza animata. Dobbiamo quindi spostare la nostra sequenza animata in modo che corrisponda alle posizioni viste sullo sfondo.

Quindi, abbinandolo, fotogramma per fotogramma, siamo in grado di ricreare il movimento che viene effettivamente eseguito da una sequenza di immagini reali. Come ho detto in precedenza, avremmo bisogno di importare ogni sequenza fotogramma per fotogramma per poter rotoscopiare la nostra immagine. In questo fotogramma, abbiamo importato la prima sequenza sullo sfondo, che ci permette di vedere dove si trova il nostro oggetto di fronte alla nostra immagine di sfondo.

Possiamo quindi fornire anche una vista a raggi X ossei e un layout dell'onda luminosa, che ci consente di vedere le ossa attraverso la trama dell'oggetto qui. Essendo in grado di vedere le ossa attraverso la trama dell'oggetto, possiamo manipolare l'oggetto in modo che corrisponda alla sequenza di sfondo di ogni immagine particolare. Importeremmo quindi la successiva sequenza consecutiva in cui vorremmo rotoscopiare la nostra immagine sopra.

E questo viene fatto di nuovo come una sequenza fotogramma per fotogramma attraverso l'intera sequenza consecutiva. Piccole sequenze Possono essere renderizzate direttamente dal layout in diversi formati di immagine o direttamente in sequenze di film. È possibile eseguire il rendering di tutte le sequenze di grandi dimensioni utilizzando il rendering.

Comandante della fattoria da Bruce Rain Render. Farm Commander o RFC consente a tutti i computer di un sistema di rete locale di aumentare il tempo di rendering distribuendo i lavori tra i computer di collegamento. Nel nostro laboratorio, abbiamo utilizzato quattro Apple Mac G cinque doppi processori, che includono otto thread per distribuire il rendering.

Così, ad esempio, l'elaborazione di una sequenza di 9.000 fotogrammi, che equivale a sei minuti sullo standard pal DV, può essere completata in 12 ore utilizzando un singolo processore G five e ridotta a quattro ore se distribuita su otto thread o 4G cinque processi duali. L'utilizzo di RFC per l'elaborazione batch è efficiente quando non sono presenti più di due sequenze di grandi dimensioni. Tuttavia, RFC produrrà un numero qualsiasi di singoli file grafici.

Tuttavia, abbiamo scelto di renderizzare entrambe le nostre sequenze, che erano lunghe e brevi, in singoli JPEG. Quindi, solo per dimostrare ancora una volta, abbiamo la nostra sequenza originale qui, e la nostra sequenza originale avrà un ding di lucertola, un'esibizione standard di flessioni sul corpo, che viene utilizzata per la comunicazione sociale e le interazioni aggressive. E ora abbiamo la nostra sequenza finale, la nostra lucertola animata, e questa lucertola animata duplicherà la nostra roccia del corpo pushup che è stata vista nel filmato iniziale della lucertola.