コンピュータによって生成された動物モデルの刺激

こんにちは、私の名前は、オーストラリアのシドニーにあるマッコーリー大学の動物行動の統合研究センターのケビンwです。このビデオベースの記事では、動物の行動実験におけるコンピューターアニメーションの使用についてお話しします。特に、これらのモデルの1つを実際にどのように製造するかについてお話しします。

さて、アニメーションは現代文化で広く普及していますが、科学や科学関連の研究ではあまり見かけません。しかし、科学のためのアニメーションを構築する初期の試みは、実際にはいくつかの非常に基本的なプロセスから始まり、これらのプロセスには、オブジェクトや特定の標本の特定の部分をスライスしてスキャンすることが含まれることが多く、または、物体の特定の部分を一致させてアニメーションに一致させるためのポイント照明器具など、生物学的な動きに似た技術も使用しています。さらに、アニメーションを作りたいと思ったら、誰かが一からやらなければならないということも。

今では、アニメーションを使うことで、交尾や求愛など、動物の行動に関する多くのことを研究できるようになりましたが、ここで特に注目するのは、コミュニケーションやビジュアルコミュニケーションです。現在、アニメーションの使用は、ライブインタラクションや手術などの侵襲的な方法など、従来の手段よりもはるかに洗練されています。そこで、この特定のアート記事では、この特定のモデルをどのように製造するか、そしてこのモデルがどのようにスキャンされるかについて概説します。

テクスチャの追加方法、UVマッピングボーン、ウェイトシェーディング、ロトスコープのための刺激を実際にキャプチャする方法、そして最後に、完全なシーケンスが得られるまでプロセスを完全にレンダリングする方法を見ていきます。アニメーション全体を作成するための8つの主要なステップがあります。最初のステップは、オブジェクト全体の3Dスキャンを実際に提供することです。

これにより、オブジェクトの基本的な形状が得られます。次に、テクスチャを追加する必要がありますが、これにより明らかによりリアルな感触が得られ、このテクスチャはUVマップに分割され、テクスチャの特定のポイントをオブジェクトに正確に配置できるようになります。次に、オブジェクトを操作してから、スケガンを追加し、それがボーンに作成されます。

その後、ウェイト シェーディングが含まれ、オブジェクトに動きの全体的なバランスの視点も与えます。次に、オブジェクトの動きをモデル化できる特定の刺激をキャプチャする必要があります。次に、キャプチャした画像の上にこれらの動きをロトスコープし、最後に、ビデオ再生に使用するためにシーケンスを読み取り可能な形式にレンダリングする必要があります。モデルとして使用する剥製標本を取得しました。

ここでは、コニカミノルタのvi dash nine Iを使用して、3Dオブジェクトを再現します。コニカミノルタは、デジタル写真を使用し、3Dアルゴリズムを使用して写真セグメントをリンクすることにより、高精度の測定を提供します。モデルの形状と寸法を作成し、画像を3Dデジタルデータに変換します。

3Dスキャンは、実際のオブジェクトの特定のセグメントを取得し、それらをコンピューターアニメーション用にシミュレートされたオブジェクトに配置します。次に、このオブジェクトは、これらのセグメントを取得して正しい位置に配置することによって構築されます。これにより、アニメーションソフトウェアで操作できるオブジェクトが作成されます。

ここでは、オブジェクトを撮影する方法と、オブジェクトを3Dアニメーションモデルに変換する方法のモックセットアップを提供しました。オブジェクトは最初にさまざまな角度で撮影され、これらの撮影された画像は正しい向きに配置されるため、接続する輪郭の平滑化が可能になります。この手法には、オブジェクトの高詳細かつ高精度を実現するために使用される写真測量システムの使用が組み込まれています。

このシステムは、コーティングされたマーカーと寸法制御されたスケールバーの両方を使用して、参照マーカーの座標をマッピングします。これらの座標は、各写真セクション間のコンターと距離を正確に計測するために使用される 3D コンステレーションを構成します。データは雨滴ジオマジックを使用して収集され、これを使用してデータの形態学的形状の単一のポリゴンメッシュを取得しました。

アニメーションを作成するために、Light Wave 3Dというプログラムを使用することにしました。他にも利用可能な3Dアニメーションプログラムがありますが、ユーザーフレンドリーなインターフェースと互換性のある出力ファイルを読み取る能力があるため、LightWaveを使用することを選択しました。さらに、LightWaveは、モデラーとレイアウトの2つの別々のプログラムも構成しています。

LightWaveモデラープログラムでは、特定のポリゴンを変更して強調表示したり、オブジェクトにレイヤーを作成したり、色とテクスチャを追加したり、スキーガンを作成したりすることで、オブジェクトを操作できます。LightWaveレイアウトは、アニメーションシーケンスを完成させるためのシーンを作成します。Modler は、オブジェクト特性が構築される場所です。

ここでは、テクスチャ、UVマッピング、初期スキーガンを追加でき、ボーンに変わり、重量も処理します。シェーディングモデラーは、実際にシーンが構築される場所で光波を使用する前身であるため、すべてのオブジェクト特性が最初にオブジェクトにインストールされるのはここです。ライトウェーブレイアウトは、オブジェクトが配置されるグリッドを除いて、実際のシーンを作成するプログラムですこのX、Y、およびZ平面内には、他の2つの特定の機能があります。

実際にシーンを撮影するカメラがあり、カメラ自体は任意の角度で表示できます。次に、ライトがあります。それにも 1 つまたは複数のライトを使用でき、ライトはオブジェクトだけでなくシーンを照らすのに役立ち、イルミネーションのさまざまな側面を作成することができます。

光波レイアウトは、シーンを見ることができるさまざまな側面を提供します。私たちが見ることができる最も多くの側面は、4つの異なる視点です。さて、これは、最終出力の前に、シーン内のオブジェクトのさまざまな角度をできるだけ多く見るための最良の方法です。

光波レイアウトには、3つの異なる回転軸があります。1つ目はX座標で、これがピッチです。次に、見出しであるY座標、3番目に、銀行であるZed座標です。

これらの3つの異なる座標は、オブジェクトだけでなく、シーン内のカメラやライトも操作できる動きに関連しています。最初に、剥製モデルの質量と長さの両方に類似したジャッキートカゲを選択しました。ここから、この生きたジャッキードラゴンの質感とパターンを撮影することで、オブジェクトの質感を獲得しました。

次に、このトカゲを正面、直交、腹側、背側などのさまざまな位置から正面や直交などさまざまな角度から撮影し、動物全体、頭、体、尾、手足などのさまざまな体の部分を白い紙に載せて撮影しました。次に、これを真っ白なRBG値とバランスを取りました 適切なテクスチャを取得するために、生きたトカゲを撮影し、いくつかの異なる角度から撮影しました。それは3つの角度から、また3つの異なる位置から撮影されました。

3つの角度は直交、背側、腹側であり、3つの位置は前方、中央、後方でした。私たちは、このトカゲたちを撮影するために、キヤノンのESデジタルカメラを使っていました。その後、写真はAdobe Photoshopにインポートされ、大きなピースは実際の背景から分離されました。

次に、これらのピースをRGB値に一致させ、色の違いがないようにホワイトバランスも調整しました。テクスチャをオブジェクトに重ね合わせるために、Atlas UVマップを作成しました。このAtlas UVマップは、Light Wave Modelerで作成されました。

アトラス UV マップは、オブジェクトを接続ポリゴンで構成されるフラグメントに分割します。オブジェクトが立方体や円柱などの単純な形状ではなかったため、Atlas UV マップでは、オブジェクトを 90 度の角度のないいくつかの単純な平面サーフェスに分割します。ただし、アトラス UV マップは、オブジェクトを接続されたポリゴンの不連続なセグメントに分割します。

そのため、Atlas UVマップは、別のJPEG画像を作成するために、Grabというプログラムを使用してキャプチャされました。そして、このBA画像を背景レイヤーとしてAdobe Photoshopの要素に埋め込んだのです。画像のサイズを変更せずにjpegをキャプチャすることで、Jackie Dragonの領域をオブジェクトにマッピングするために使用できるのと同じ比率を維持しました。

次に、ジャッキードラゴンのさまざまな写真をAdobe Photoshop要素で融合して、正面、直交、腹側、背側のポリゴンなどのいくつかの位置でジャッキードラゴン全体を作成し、ジャッキードラゴンのローカル領域に一致させました。そして今、光波モデラーに。ここでも、これらのポリゴンをアトラス UV マップで強調表示し、ジャッキー ドラゴンの特定の領域を特定することができました。

次に、この領域をトリミングして背景に重ね合わせ、アトラスUVマップに重ね合わせ、ジャッキードラゴンの特定の領域を撮影し、トリミングしてこれらの特定のポリゴンに重ね合わせました。すべての写真の断片をAtlas UVマップjpegに重ねると、背景が削除され、1つのTIFファイルが作成されます。その後、TIFファイルをライトウェーブモデラーにインポートし直し、UV座標に割り当てました。

UVマッピングは、かつて生きたトカゲから撮影されたセグメントを実際にセグメント化して、アニメーション化されたトカゲに配置する場所です。そして、これは光波モデラープログラムで行われます。光波モデラープログラムを使用して、オブジェクトをいくつかの異なるセグメントに分割できるUVアトラスマップツールを使用します。

それをいくつかの異なるセグメントに分割することで、写真から取得したテクスチャを使用して、これらの特定のピースの上に配置することができます。プレーンまたは円筒形のオブジェクトとは異なり、90度の角度を持たないオブジェクトは、いくつかの異なるセグメントに分割されます。これは、UVアトラスマップ上のいくつかの小さなポリゴンセグメントのクローズアップです。

これらの特定のセグメントを強調表示して、どの特定のポリゴンがどの特定のボディに対応するかを確認できます。オブジェクト上のパーツ 軽いトカゲで撮影した写真のセグメントを分割し、バラバラにしたピースの上に置いた。UV アトラス マップを使用して、これらのセグメントが一致し、オブジェクトの Top にテクスチャがオーバーレイされます。

スケガンとボーンはオブジェクトに埋め込まれているため、オブジェクトの一般的な移動と操作が可能になります。まずは。ライトウェーブモデラーでは、スケガンはオブジェクトに埋め込まれており、スケガンはライトウェーブレイアウトで作成される仮想ボーンのプレースホルダーとして機能します。特に私たちのオブジェクトでは、全部で61個のボーンが作成されました。

まず、Light Wave Modelerでレイヤーを開き、オブジェクトをワイヤーフレームとして表示することができます。このプログラム内では、モデラーは複数のワイヤーフレームレイヤーを表示できるため、スキーガンの作成中に特定のポリゴンを誤って強調表示または移動することを防ぎます。私たちのモデルでは、首から尾の先端の仙椎まで頸椎として機能するために作成された人工脊椎COを作成しました。

ここでスケーガンは、実際のジャッキー・ドラゴンの骨格を再現しました。ただし、頭部には大型のスケルトンガンを1丁しか使用していません。その後、4本のスケガンからなる4本の手足を作り、そのスケガンを胸椎として融合させ、最終的には後肢も骨盤帯に融合させました。

その後、スケガンを融合させて階層システムを作り、脊柱がすべての手足の動きの中心的な基盤として機能しました。結局、skeganが作成され、オブジェクトが光波レイアウトに同期され、skeganがボーンに変換されました。各ボーンは、レイアウトモードのオブジェクト自体と同様に、3つの回転面もあります。

骨の前身であるスケーガン。スケーガンは、最初は軽量モデラーを使用して作成されます。ここでは、これらのskeガンを取り付け、後で光波レイアウトを使用してボーンに変換します。

Skeガンは、オブジェクトをさまざまな形状や位置に変更できる柔軟性と操作を提供する最初のプロセスです。まず、Light wave Modelerでは、オブジェクトの操作に役立つskeガンを追加できます。これで、これらのスケガンは、ボーンに変換される場所マーカーとしてオブジェクトに設定されます。

Light Wave Layoutでは、これらのスケガンをボーンに変換します。この図には、光波レイアウト内の特定のオブジェクト内のポリゴンの寸法と数を正確に示すポリゴンメッシュもあります。次のシーンでは、これらのボーンが一緒に動作してオブジェクトを操作する方法を確認します。ウェイトを打つと、オブジェクトに柔軟で制限された動きが提供されます。

ウェイト マップの一般的な値は、モーションの分布が負の 100% から正の 100% の範囲です。そのため、たとえば、オブジェクトの特定の領域に指定された独立したウェイト マップは、オブジェクトのスムーズでリアルな動きを可能にするために、敵対的に作用する必要があります。重量値は、影響のない0%からの偏差が大きいほど、特定の体の動きに大きな影響が生じることを示唆しています。

特定の領域のウェイトシェーディングもボーンの動きに影響します。しかし、適切に重量を量らなかった場合、物体の動きが同じ一般方向にあるときに骨が物体から突き出るなど、骨の動きに関連して物体の動きが遅れる可能性があり、または物体の動きが一般方向の骨の位置に取って代わるなどの過運動を生じる可能性があります。LightWave Modelerでは、視点をクワッド視点に分割しています。

これにより、ウェイトシェーディングの拮抗的なペアを見ることができます。ここでウェイトシェーディングがどのように発生するかの例を間近で示すために、最初にテールにウェイトシェードを配置しました。オブジェクトの特定の部分にウェイトシェードを追加することにより、オブジェクトの動きのバランスをとるためにカウンターウェイトシェードを追加する必要があります。

ここでは、テイルによって生成される可能性のある誇張された動きのバランスをとるために、ヘッドにカウンターウェイトシェードを追加しました。ロトスコーピングを開始するには、まず、運動パターンをモデル化できるシーケンスを収集する必要があります。まず、捕獲された個体からの男性男性の相互作用をシミュレートしました。

男性はIPOを行うガラステラリウムに配置され、その後、ソーシャルディスプレイ用に独立して撮影されました。これらの配列は、他の実験のためにアーカイブされ、ロトスコーピングに使用されました。キャプチャしたデジタルビデオ映像から、テールフリック、プッシュアップ、ボディロック、スローアームウェーブなどのモーターパターンシーケンスを選択し、これらのセグメントを一連の連続したjpegファイルである画像シーケンスにエクスポートしました。

私たちは当初、生きた動物の相互作用を撮影していましたが、これは刺激のキャプチャを行うために必要であり、アーカイブビデオ映像として保存されています。私たちは、これらのアーカイブトカゲの映像を、実際には囲いの中に閉じ込められた生きたトカゲに見せました。このライブリストによるレスポンスは、デジタルビデオカメラで録音され、これが基本的にロトスコープに使用するシーケンスになりました。

ロトスコーピングは、オブジェクトがフレームごとに模倣することを意図している背景画像または一連の画像にモデルを重ね合わせる手法です。光波レイアウトプログラムは、アニメーションシーケンスのシーンが作成される媒体です。レイアウトでは、ライトカメラ、オブジェクト、および背景の特性のパラメーターを確立することにより、アニメーションを表現する環境を制御できます。

レイアウトで。この刺激は、素材が最終的なカメラ ビュー内にある場合にのみキャプチャされる最終シーンでも使用されます。まず、最初のjpeg画像がカメラビューの背景にインポートされます。

その後、オブジェクトは、背景画像の前に重ね合わされているボーンのモーションパラメータを使用して操作されます。その後、フレームはキーフレーム化され、オブジェクトの位置とその特定のフレームのすべてのボーンが保存されます。その後、背景画像が削除され、次の連続した画像に置き換えられます。

画像シーケンスでは、オブジェクトは再び背景画像の位置と姿勢に操作され、各フレーム操作の完了後に操作されます。その後、各フレームはキーフレーム化され、シーンが完了すると、シーケンスを画像シーケンスにエクスポートするか、1つのコンプリートシーケンスにレンタルできます。ビデオ録画されたシーケンスに基づいてリアルな動きを再現するロトスコーピングをデモンストレーションするために、最初に元の背景として通常使用しているものを紹介します。

したがって、この最初のシーケンスでは、トカゲが通常とまっている空のペルシャ語が表示されます。次に、ロトスコープを使用する生きたトカゲのシーケンスをお見せします。そして第三に、生きたトカゲの上に置かれたアニメーションのトカゲのシーケンスが表示されます。

ここでは、オブジェクトが光波レイアウトにインポートされる場所を示しています。ご覧のとおり、レイアウトをいくつかの異なる画面に分割できるため、オブジェクトを操作するための見やすくなります。ただし、最も重要なビューは上部のカメラビューであり、トカゲの周りの長方形のボックスで指定されている安全な領域を見ることができます。

このセーフエリア内に見えるものや配置されたものはすべてカメラによって記録され、最終的にはレンダリングに使用されます。シーンを作るために。ロトスコーピングとは、背景画像の上にオブジェクトをフレームごとに操作することです。

したがって、ここで段階的なプロセスとして行ったことは、画像シーケンスを個々のフレームにエクスポートする必要があったということです。次に、それらの個々のフレームを使用して、アニメーションシーケンスの背景に配置します。次に、背景に見える位置と一致するようにアニメーションシーケンスを移動する必要があります。

そのため、フレームごとに一致させることで、実際の画像シーケンスから実際に行われる動きを再現することができます。前述したように、画像をロトスコープするには、各シーケンスをフレームごとにインポートする必要があります。このフレームでは、最初のシーケンスを背景にインポートしたため、オブジェクトが背景画像の前に立っている場所を確認できます。

その後、ボーンのX線ビューと光波のレイアウトも提供できるため、オブジェクトのテクスチャを通じてボーンを見ることができます。オブジェクトのテクスチャを通じてボーンを見ることができるため、各特定の画像の背景シーケンスに一致するようにオブジェクトを操作できます。次に、画像の上にロトスコープする次の連続したシーケンスをインポートします。

そして、これは、連続するシーケンス全体を通じてフレームごとのシーケンスとして再度行われます。小さなシーケンスは、レイアウトから直接さまざまな画像形式にレンダリングしたり、直接ムービーシーケンスにレンダリングしたりできます。すべての大きなシーケンスは、render を使用してレンダリングできます。

ブルースレインレンダーのファームコマンダー。Farm Commander または RFC を使用すると、ローカル エリア ネットワーク システム上のすべてのコンピューターが、リンク コンピューター間でジョブを分散することでレンダリング時間を短縮できます。私たちの研究室では、レンダリングを分散するために8つのスレッドを含む4つのApple Mac G 5デュアルプロセッサを使用しました。

したがって、例えば、pal DV標準の6分に相当する9,000フレームのシーケンスの処理は、単一のG 5プロセッサを使用して12時間で完了し、8つのスレッドまたは4G 5デュアルプロセスに分散すると4時間に短縮できます。バッチ処理に RFC を使用すると、大きなシーケンスが 2 つ以下の場合に効率的です。ただし、RFCは任意の数の個々のグラフィックファイルを生成します。

ただし、長いシーケンスと短いシーケンスの両方を個々のJPEGにレンダリングすることを選択しました。ですから、もう一度示すために、ここにはオリジナルのシーケンスがあり、オリジナルのシーケンスには、ソーシャルコミュニケーションや攻撃的な相互作用に使用される標準的なプッシュアップボディロックディスプレイであるトカゲの鼎があります。そして今、最終的なシークエンスであるアニメーションのトカゲが誕生し、このアニメーションのトカゲは、最初のトカゲの映像で見られた腕立て伏せのボディロックを複製します。