컴퓨터가 만든 동물 모델 자극

안녕하세요, 제 이름은 호주 시드니에 있는 맥쿼리 대학(Macquarie University)의 동물 행동 통합 연구(Integrative Study of Animal Behavior) 센터의 케빈 w(Kevin w)입니다. 이 비디오 기반 기사에서는 동물 행동 실험에서 컴퓨터 애니메이션을 사용하는 방법에 대해 이야기 할 것입니다. 특히, 저는 우리가 실제로 이러한 모델 중 하나를 어떻게 제작하는지에 대해 이야기할 것입니다.

이제 애니메이션은 오늘날 현대 문화에서 널리 인기를 얻고 있지만 과학이나 과학 관련 연구 측면에서 실제로 많이 볼 수는 없습니다. 그러나 과학을 위한 애니메이션을 구축하려는 초기 시도는 실제로 몇 가지 매우 기본적인 프로세스에서 시작되며, 이러한 프로세스에는 종종 물체 또는 특정 표본의 특정 부분을 자르고 스캔하는 작업이 포함되거나 신체의 특정 부분을 일치시키고 애니메이션과 일치시키기 위해 포인트 조명 기구와 같은 생물학적 움직임과 유사한 기술을 사용하기도 합니다. 게다가, 우리가 애니메이션을 만들고 싶다면 누군가는 처음부터 해야 했습니다.

이제 애니메이션을 사용하여 짝짓기, 구애와 같은 동물의 행동에 대한 많은 것을 연구할 수 있게 되었으며, 여기서 특히 살펴볼 것은 커뮤니케이션 또는 시각적 커뮤니케이션입니다. 이제 애니메이션을 사용하는 것은 실시간 상호 작용이나 수술과 같은 침습적 방법과 같은 전통적인 수단보다 훨씬 더 정교합니다. 따라서 이 특정 예술 기사에서는 이 특정 모델을 생산하는 방법에 대한 개요를 제공하고 이 모델을 스캔하는 방법을 살펴볼 것입니다.

텍스처를 추가하는 방법, UV 매핑 뼈대, 가중치 음영, 로토스코핑을 위한 자극을 실제로 캡처하는 방법, 마지막으로 완전한 시퀀스를 얻을 때까지 프로세스를 완전히 렌더링하는 방법을 살펴볼 것입니다. 전체 애니메이션을 만들 수 있는 8가지 주요 단계가 있습니다. 첫 번째 단계는 실제로 전체 물체의 3D 스캔을 제공하는 것입니다.

이것은 개체의 기본 모양을 제공합니다. 그런 다음 분명히 더 사실적인 느낌을 주는 텍스처를 추가해야 하며, 이 텍스처는 텍스처의 특정 지점을 개체에 정확하게 배치할 수 있는 UV 맵으로 분해됩니다. 그런 다음 개체를 조작한 다음 스케간을 추가하여 뼈에 만들어야 합니다.

그런 다음 가중치 음영이 포함되어 물체에 움직임에서 전체적인 균형 관점을 제공합니다. 그런 다음 물체의 움직임을 모델링할 수 있는 특정 자극을 캡처해야 합니다. 그런 다음 캡처한 이미지 위에 이러한 움직임을 로토스코핑한 다음 마지막으로 시퀀스를 비디오 재생에 사용할 읽을 수 있는 형식으로 렌더링해야 하며, 모델로 사용할 박제 표본을 획득했습니다.

여기서 우리는 Konica Minolta vi dash nine I를 사용하여 3D 물체를 재현합니다. 코니카 미놀타는 디지털 사진을 사용하며 3D 알고리즘을 사용하여 사진 세그먼트를 서로 연결함으로써 높은 정확도로 측정합니다. 모델의 모양과 치수를 생성하고 이미지를 3D 디지털 데이터로 변환합니다.

3D 스캐닝은 실제 물체의 특정 부분을 컴퓨터 애니메이션용으로 시뮬레이션된 물체에 배치합니다. 이제 이 개체는 이러한 세그먼트를 가져와 올바른 위치에 배치하여 구축됩니다. 그런 다음 애니메이션 소프트웨어에서 조작할 수 있는 개체를 만듭니다.

여기에서는 물체를 촬영하는 방법과 물체를 3D 애니메이션 모델로 변환하는 방법에 대한 모의 설정을 제공했습니다. 먼저 다양한 각도에서 물체를 촬영하고 이러한 촬영된 이미지를 올바른 방향으로 배치하여 연결 윤곽을 매끄럽게 할 수 있습니다. 이 기술은 물체의 높은 디테일과 높은 정확도를 달성하는 데 사용되는 사진 측량 시스템의 사용을 통합합니다.

이 시스템은 코팅된 마커와 치수 제어 스케일 바를 모두 사용하여 참조 마커의 좌표를 매핑합니다. 이러한 좌표는 각 사진 섹션 사이의 윤곽과 거리를 정확하게 측정하는 데 사용되는 3D 성좌를 구성합니다. 데이터는 빗방울 geomagic을 사용하여 수집되었으며, 이는 데이터의 형태학적 모양의 단일 다각형 메쉬를 획득하는 데 사용되었습니다.

애니메이션을 만들기 위해 Light Wave 3D라는 프로그램을 사용하기로 결정했습니다. 사용 가능한 다른 3D 애니메이션 프로그램이 있지만 사용자 친화적인 인터페이스와 호환 가능한 출력 파일을 읽을 수 있는 기능 때문에 LightWave를 사용하기로 결정했습니다. 또한 LightWave는 모델러와 레이아웃이라는 두 개의 별도 프로그램으로 구성됩니다.

LightWave 모델러 프로그램을 사용하면 변경할 특정 다각형을 강조 표시하고, 개체에 레이어를 만들고, 색상과 질감을 추가하고, 스케간을 만들어 개체를 조작할 수 있습니다. LightWave 레이아웃은 애니메이션 시퀀스를 완료하는 데 사용되는 씬을 생성합니다. Modler는 객체 특성이 구축되는 곳입니다.

여기에서 텍스처, UV 매핑, 초기 스키건을 추가할 수 있으며, 이는 뼈로 바뀌고 무게도 처리합니다. 셰이딩 모델러는 장면이 실제로 구축되는 곳에 광파를 사용하는 전신이므로 모든 오브젝트 특성이 오브젝트에 처음 설치되는 곳입니다. Light Wave Layout은 개체가 배치될 그리드를 제외하고 실제 장면을 만드는 프로그램입니다.이 X, Y 및 Z 평면 내부에는 두 가지 다른 특정 기능이 있습니다.

실제로 장면을 촬영하는 카메라가 있으며 카메라 자체는 원하는 각도로 볼 수 있습니다. 그리고 조명이 있습니다. 여기에서 하나 이상의 조명을 사용할 수도 있으며, 조명은 물체뿐만 아니라 장면을 비추는 데 도움이 되며 조명의 다양한 측면을 만들 수 있습니다.

Light wave Layout은 장면을 볼 수 있는 다양한 측면을 제공합니다. 우리가 볼 수 있는 가장 많은 측면은 네 가지 다른 관점입니다. 이제 이것은 최종 출력 전에 장면 내에서 물체의 다양한 각도를 볼 수 있는 가장 좋은 방법입니다.

광파 레이아웃에는 세 가지 다른 회전 축이 있습니다. 첫 번째는 피치인 X 좌표입니다. 둘째, 방향인 Y 좌표, 셋째, 은행인 Zed 좌표입니다.

이 세 가지 다른 좌표는 물체뿐만 아니라 장면 내의 카메라와 조명을 조작할 수 있는 움직임과 관련이 있습니다. 우리는 먼저 박제 모델의 질량과 길이와 비슷한 재키 도마뱀을 선택했습니다. 여기에서 우리는 이 살아있는 재키 드래곤의 질감과 패턴을 촬영하여 물체의 질감을 얻었습니다.

그런 다음 이 도마뱀은 전두, 직교, 배, 등 등 다양한 위치에서 정면 및 직교 등 다양한 각도에서 촬영하고 흰 종이 위에 전체 동물, 머리, 몸통, 꼬리, 팔다리 등 다양한 신체 부위를 촬영했습니다. 그런 다음 순백색의 RBG 값에 맞게 균형을 맞췄습니다.올바른 질감을 얻기 위해 살아있는 도마뱀을 여러 각도에서 촬영했습니다. 그것은 세 가지 각도와 세 가지 다른 위치에서 촬영되었습니다.

세 개의 각도는 직교, 등쪽, 복부였으며 세 위치는 전방, 중앙 및 후방이었습니다. 우리는 이 도마뱀을 촬영하기 위해 Canon ES 디지털 카메라를 사용했습니다. 그런 다음 사진을 Adobe Photoshop으로 가져와 더 큰 조각들을 실제 배경과 분리했습니다.

그런 다음 이 조각들을 RGB 값으로 일치시킨 다음 색상에 차이가 없도록 화이트 밸런스를 조정했습니다. 텍스처를 오브젝트에 겹치기 위해 Atlas UV 맵을 만들었습니다. 이 Atlas UV 맵은 광파 모델러에서 생성되었습니다.

Atlas UV 맵은 개체를 연결 폴리곤으로 구성된 조각으로 분리합니다. 개체가 큐브나 원통과 같은 단순한 모양이 아니었기 때문에 Atlas UV 맵은 개체를 90도 각도가 없는 여러 개의 더 단순한 평면 표면으로 나눕니다. 그러나 Atlas UV 맵은 개체를 연결된 다각형의 여러 불연속적인 세그먼트로 나눕니다.

그런 다음 별도의 JPEG 이미지를 만들기 위해 Grab이라는 프로그램을 사용하여 Atlas UV 맵을 캡처했습니다. 그런 다음 이 BA 이미지를 Adobe Photoshop 요소에 배경 레이어로 포함했습니다. 이미지 크기를 조정하지 않고 jpeg를 캡처함으로써 Jackie Dragon의 영역을 개체에 매핑하는 데 사용할 수 있는 동일한 비율을 유지했습니다.

그런 다음 재키 드래곤의 다양한 사진을 Adobe Photoshop 요소로 융합하여 정면, 직교, 복부 및 등쪽 다각형과 같은 여러 위치에서 전체 재키 드래곤을 만든 다음 재키 드래곤의 로컬 영역과 일치시켰습니다. 그리고 이제 광파 모델러에서. 다시 한 번, 우리는 Atlas UV 맵에서 이러한 폴리곤을 강조 표시하여 Jackie Dragon의 특정 영역을 식별할 수 있었습니다.

그런 다음 이 영역을 자르고 배경 Atlas UV 맵, Jackie Dragon의 jpeg 특정 영역에 겹쳐 사진을 찍은 다음 이러한 특정 다각형에 자르고 겹쳤습니다. 모든 사진 조각이 Atlas UV 맵 jpeg에 레이어링되면 배경이 제거되고 단일 TIF 파일이 생성되었습니다. 그런 다음 TIF 파일을 다시 광파 모델러로 가져와 UV 좌표에 할당했습니다.

UV 매핑은 살아있는 도마뱀에서 한 번 촬영된 세그먼트를 실제로 분할하여 애니메이션 도마뱀에 배치하는 곳입니다. 그리고 이것은 광파 모델러 프로그램에서 수행됩니다. 광파 모델러 프로그램을 사용하여 UV Atlas 맵 도구를 사용하여 물체를 여러 세그먼트로 나눌 수 있습니다.

그것을 여러 다른 세그먼트로 나눔으로써, 우리는 사진에서 얻은 질감을 사용할 수 있고 그것들을 이 특정 조각들 위에 놓을 수 있습니다. 일반 또는 원통형일 수 있는 객체와 달리 90도 각도가 없는 객체는 여러 개의 서로 다른 세그먼트로 나뉩니다. 다음은 UV 아틀라스 맵에 있는 몇 가지 작은 폴리곤 세그먼트의 근접 촬영입니다.

어떤 특정 폴리곤이 어떤 특정 몸체에 해당하는지 확인하기 위해 이러한 특정 세그먼트를 강조 표시할 수 있습니다. 물체의 일부 : 가벼운 도마뱀에서 찍은 사진의 세그먼트를 분할한 다음 분할된 조각 위에 놓았습니다. 그런 다음 UV 아틀라스 맵을 사용하여 이러한 세그먼트를 일치시켜 오브젝트 위에 텍스처를 오버레이합니다.

Skegan과 뼈대는 오브젝트에 내장되어 오브젝트의 일반적인 움직임과 조작을 허용합니다. 첫. 광파에서 모델러는 skegan이 객체에 포함되었으며 skegan은 광파 레이아웃에서 가상 뼈를 생성하기 위한 플레이스홀더 역할을 합니다. 특히 우리의 오브젝트에서는 모두 61개의 뼈가 생성되었습니다.

먼저 light wave modeler에서 레이어를 열고 물체를 와이어 프레임으로 볼 수 있습니다. 이 프로그램 내에서 모델러를 사용하면 여러 와이어 프레임 레이어를 볼 수 있으므로 스키간을 생성하는 동안 실수로 특정 다각형을 강조 표시하거나 이동하는 것을 방지할 수 있습니다. 이 모델에서는 목에서 꼬리 끝의 천추까지 경추 역할을 하기 위해 만들어진 인공 척추 co를 만들었습니다.

여기서 스케건은 실제 재키 드래곤의 골격을 재현했습니다. 하지만 머리에는 대형 스켈레톤 총 하나만 사용했습니다. 그런 다음 각각 4개의 스케건으로 구성된 4개의 팔다리를 만든 다음 스케건을 흉추로 융합한 다음 뒷다리도 골반 거들과 융합했습니다.

그런 다음 스케건을 함께 융합하여 척추가 모든 사지 움직임의 중심 기초 역할을 하는 계층적 시스템을 만들었습니다. 결국, 스케건이 생성되었고, 오브젝트는 광파 레이아웃과 동기화되었으며, 스케건은 뼈로 변환되었습니다. 레이아웃 모드의 개체 자체와 마찬가지로 각 뼈에는 세 개의 회전 평면이 있습니다.

스케건은 뼈의 전신입니다. Skegan은 처음에 경량 모델러를 사용하여 생성됩니다. 여기에 이 ske guns를 설치하여 나중에 light wave layout을 사용하여 뼈로 변환할 수 있습니다.

Ske guns는 물체를 다른 모양과 위치로 변경할 수 있는 유연성과 조작을 제공하는 초기 프로세스입니다. 먼저 Light wave modeler에서 객체를 조작하는 데 도움이 되는 ske guns를 추가할 수 있습니다. 이제 이러한 스케건은 뼈로 변환될 장소 마커로 개체에 설정됩니다.

Light Wave Layout에서는 이러한 스케건을 뼈로 변환합니다. 여기 이 다이어그램에는 폴리곤 메시도 있는데, 이는 광파 레이아웃 내에서 특정 개체 내의 다각형의 크기와 수를 정확히 보여줍니다. 다음 장면에서는 오브젝트를 조작하는 데 도움이 되도록 이러한 뼈가 어떻게 함께 작동하는지 볼 수 있습니다.웨이트 타격은 오브젝트에 유연하고 제한된 움직임을 제공합니다.

가중치 맵은 모션 분포에서 음수 100%에서 양수 100% 사이의 일반적인 값을 갖습니다. 예를 들어, 물체의 특정 영역에 지정된 독립적인 가중치 매핑은 물체의 부드럽고 사실적인 움직임을 허용하기 위해 적대적으로 작동해야 합니다. 가중치 값은 0%에서 더 큰 편차(효과 없음)가 특정 본체의 움직임에 더 큰 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.

특정 영역의 가중치 음영은 뼈의 움직임에도 영향을 미칩니다. 그러나, 적절하게 가중치를 부여하지 못하면, 오브젝트의 움직임이 동일한 일반적인 방향일 때 뼈가 오브젝트로부터 돌출될 수 있는 것과 같은 뼈의 움직임과 관련하여 오브젝트의 움직임이 지연될 수 있고, 오브젝트의 움직임이 일반 방향에서 뼈의 위치를 대체할 수 있는 것과 같은 하이퍼 움직임을 생성할 수 있습니다. 여기 LightWave Modeler에서는 관점을 쿼드 관점으로 분할합니다.

이를 통해 가중치 음영의 적대적인 쌍을 볼 수 있습니다. 여기에서 웨이트 셰이딩이 어떻게 발생하는지 자세히 보여주기 위해 우리가 한 것은 먼저 꼬리에 웨이트 셰이드를 넣는 것입니다. 물체의 특정 부분에 웨이트 쉐이드를 추가하면 오브젝트의 움직임의 균형을 맞추기 위해 균형추 쉐이드를 추가해야 합니다.

여기서는 테일이 만들어낼 수 있는 과장된 움직임의 균형을 맞추기 위해 머리에 균형추 음영을 추가했습니다. 로토스코핑을 시작하려면 먼저 운동 패턴을 모델링할 수 있는 시퀀스를 수집해야 합니다. 우리는 먼저 포로 개체와 남성 남성의 상호 작용을 시뮬레이션했습니다.

수컷은 IPOing 유리 테라리움에 놓인 다음 사회적 전시를 위해 독립적으로 촬영되었습니다. 그런 다음 이러한 염기서열은 다른 실험을 위해 보관되고 로토스코핑에 사용되었습니다. 캡처된 디지털 비디오 영상에서 꼬리 튕기기, 팔굽혀펴기, 몸통 흔들기, 느린 팔 웨이브와 같은 모터 패턴 시퀀스를 선택하고 이러한 세그먼트를 일련의 연속 jpeg 파일인 이미지 시퀀스로 Apple QuickTime에 내보냈습니다.

우리는 처음에 살아있는 동물의 상호 작용을 촬영했는데, 이는 자극 캡처를 위해 필요하고 아카이브 비디오 영상으로 저장됩니다. 우리는 이 아카이브 도마뱀 영상을 실제로 울타리 안에 갇혀 있는 살아있는 도마뱀에게 보여주었습니다. 이 라이브 리스트의 응답은 디지털 캠코더를 사용하여 녹음되었으며, 이는 본질적으로 로토스코핑에 사용하는 시퀀스가 되었습니다.

로토스코핑(Rotoscoping)은 모델이 배경 이미지 또는 일련의 이미지에 겹쳐지는 기술로, 개체가 프레임 단위로 순서대로 모방하도록 의도됩니다. 광파 레이아웃 프로그램은 애니메이션 시퀀스를 위해 장면이 만들어지는 매체입니다. 레이아웃에서는 조명 카메라, 개체 및 배경 특성에 대한 매개변수를 설정하여 애니메이션을 표현할 환경을 제어할 수 있습니다.

레이아웃에서. 자극은 재료가 최종 카메라 뷰 내에 있을 때만 캡처되는 최종 장면에도 사용됩니다. 먼저 첫 번째 jpeg 이미지를 카메라 뷰의 배경으로 가져옵니다.

그런 다음 객체는 배경 이미지 앞에 겹쳐진 뼈의 모션 매개변수를 사용하여 조작됩니다. 그런 다음 프레임이 키 프레임으로 지정되어 해당 특정 프레임에 대한 오브젝트와 모든 뼈의 위치가 저장됩니다. 그런 다음 배경 이미지가 제거되고 다음 연속 사진으로 바뀝니다.

이미지 시퀀스에서 객체는 배경 이미지의 위치와 자세로 다시 한 번 조작되고 각 프레임 조작이 완료된 후에 조작됩니다. 그런 다음 각 프레임은 키 프레임되고 장면이 완료되면 시퀀스를 이미지 시퀀스로 내보내거나 하나의 Complete 시퀀스로 임대할 수 있습니다. 비디오로 녹화된 시퀀스를 기반으로 사실적인 움직임을 재현하는 로토스코핑을 시연하기 위해 일반적으로 원래 배경으로 사용하는 것을 보여주는 것으로 시작하겠습니다.

여기 이 첫 번째 시퀀스에서 도마뱀이 일반적으로 앉아있는 빈 페르시아어를 볼 수 있습니다. 두 번째로, 로토스코프를 사용할 살아있는 도마뱀 시퀀스를 보여드리겠습니다. 셋째, 살아있는 도마뱀 위에 놓인 애니메이션 도마뱀 시퀀스를 볼 수 있습니다.

여기에서는 개체가 광파 레이아웃으로 가져온 위치를 보여 드리겠습니다. 보시다시피 레이아웃을 몇 가지 다른 화면으로 분리할 수 있으며 이렇게 하면 개체를 조작할 수 있는 더 나은 보기를 얻을 수 있습니다. 그러나 가장 중요한 뷰는 맨 위에 있는 뷰인 카메라 뷰이며, 도마뱀 주위의 직사각형 상자로 지정된 안전 영역을 볼 수 있습니다.

이 안전 영역 내에서 보이거나 배치된 것은 무엇이든 카메라에 기록되고 결국 렌더링에 사용됩니다. 장면을 만들기 위해. 로토스코핑(Rotoscoping) 배경 이미지 위에 있는 개체를 프레임별로 조작하는 것입니다.

따라서 여기에서 단계별 프로세스로 수행한 것은 이미지 시퀀스를 개별 프레임으로 내보내야 한다는 것입니다. 그런 다음 이러한 개별 프레임을 사용하여 애니메이션 시퀀스의 배경에 배치합니다. 그런 다음 배경에 보이는 위치와 일치하도록 애니메이션 시퀀스를 이동해야 합니다.

따라서 프레임 단위로 일치시킴으로써, 우리는 실제 이미지 시퀀스에서 실제로 수행되는 움직임을 재현할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 이미지를 로토스코핑하기 위해 각 시퀀스를 프레임별로 가져와야 합니다. 이 프레임에서 첫 번째 시퀀스를 배경으로 가져 와서 배경 이미지 앞에서 개체가 어디에 있는지 볼 수 있습니다.

그런 다음 뼈 X-ray 보기와 광파 레이아웃을 제공하여 Here 개체의 텍스처를 통해 뼈를 볼 수도 있습니다. 개체의 질감을 통해 뼈를 볼 수 있게 됨으로써 각 특정 이미지의 배경 순서와 일치하도록 개체를 조작할 수 있습니다. 그런 다음 이미지를 로토스코핑하려는 다음 연속 시퀀스를 가져옵니다.

그리고 이것은 전체 연속된 시퀀스를 통해 프레임별 시퀀스로 다시 수행됩니다. 작은 시퀀스는 레이아웃에서 다른 그림 형식으로 직접 렌더링하거나 영화 시퀀스로 직접 분할할 수 있습니다. 모든 큰 시퀀스는 render를 사용하여 렌더링 할 수 있습니다.

Bruce Rain Render의 농장 사령관. Farm Commander 또는 RFC를 사용하면 LAN의 모든 컴퓨터가 링크 컴퓨터 간에 작업을 분산하여 렌더링 시간을 늘릴 수 있습니다. 우리 실험실에서는 렌더링을 배포하기 위해 8개의 스레드가 포함된 4개의 Apple Mac G 5개의 듀얼 프로세서를 사용했습니다.

예를 들면, pal DV 기준에 6 분에 동등한 9, 000의 구조의 순서의 처리는 단 하나 G 5 가공업자를 사용하여 12 시간에서 완료될 수 있고 8개의 실 또는 4G 5개의 이중 과정에 걸쳐서 배부될 때 4 시간으로 감소될 수 있다. 일괄 처리에 RFC를 사용하는 것은 두 개 이상의 큰 시퀀스가 없을 때 효율적입니다. 그러나 RFC는 개별 그래픽 파일을 원하는 만큼 생성합니다.

그러나 우리는 길고 짧은 두 시퀀스를 개별 JPEG로 렌더링하기로 선택했습니다. 다시 한 번 말씀드리자면, 저희는 여기에 저희의 오리지널 시퀀스를 가지고 있고, 저희의 오리지널 시퀀스는 사회적 의사소통과 공격적인 상호작용에 사용되는 표준 팔굽혀펴기 바디 락 디스플레이인 도마뱀 땡땡 소리를 가지고 있습니다. 이제 마지막 시퀀스인 애니메이션 도마뱀이 생겼고, 이 애니메이션 도마뱀은 초기 도마뱀 영상에서 볼 수 있었던 팔굽혀펴기 몸통 바위를 복제할 것입니다.