Компьютерные Стимулы животной модели

Здравствуйте, меня зовут Кевин В. из Центра интегративного изучения поведения животных в Университете Маккуори в Сиднее, Австралия. В этой статье, основанной на видео, я расскажу об использовании компьютерной анимации в экспериментах по поведению животных. В частности, я собираюсь рассказать о том, как мы на самом деле изготавливаем одну из этих моделей.

Анимация становится широко популярной в современной культуре, но мы не видим ее в науке или в научных исследованиях. Тем не менее, ранние попытки создания анимации для науки на самом деле начинаются с некоторых очень простых процессов, и эти процессы часто включают в себя разрезание и сканирование определенных частей объекта или конкретного образца, или они также используют методы, похожие на биологическое движение, такие как точечные светильники, чтобы сопоставить определенные конкретные части тела и сопоставить их с анимацией. Более того, если бы мы хотели сделать анимацию, кто-то должен был бы сделать это с нуля.

Использование анимации позволило нам изучить многие вещи в поведении животных, такие как спаривание, ухаживание, и то, что я рассмотрю, в частности, это коммуникация или визуальная коммуникация. Использование анимации намного сложнее, чем традиционные средства, такие как живое взаимодействие или инвазивные методы, такие как хирургия. Итак, в этой статье об искусстве я собираюсь дать обзор того, как мы производим эту конкретную модель, и мы рассмотрим, как эта модель сканируется.

Мы рассмотрим, как добавить текстуру, UV-отображение костей, затенение веса, как мы на самом деле улавливаем стимул для ротоскопирования, и, наконец, как процесс полностью визуализируется, пока мы не получим полную последовательность. Есть восемь основных шагов, с помощью которых мы можем создать всю анимацию. Первым шагом является фактическое 3D-сканирование всего объекта.

Это обеспечивает базовую форму объекта. Затем нам нужно добавить текстуру, которая, очевидно, придает ей более реалистичный вид, и эта текстура затем разбивается на UV-карту, которая позволяет точно разместить определенные точки текстуры на объекте. Затем нам нужно будет манипулировать объектом, а затем мы добавляем скеганы, которые затем превращаются в кости.

Затем включается затенение веса, чтобы придать объекту общую перспективу баланса в движении. Затем нам нужно захватить определенные стимулы, с помощью которых мы можем смоделировать движение объекта. Затем мы ротоскопируем эти движения поверх изображений, которые мы сняли, и, наконец, мы должны отобразить последовательности в читаемом формате для использования для воспроизведения видео, мы приобрели образец таксидермии для использования в качестве модели.

Здесь мы используем Konica Minolta vi тире девять I для воспроизведения 3D-объекта. Konica Minolta использует цифровую фотографию и обеспечивает измерение с высокой точностью за счет использования 3D-алгоритма для связывания фотографических сегментов вместе. Он создает форму и размеры модели и преобразует изображения в 3D-цифровые данные.

3D-сканирование берет определенные сегменты реального объекта и помещает их в объект, смоделированный для компьютерной анимации. Теперь этот объект строится путем взятия этих сегментов и размещения их в правильных местах. Затем создается объект, которым мы можем манипулировать в анимационном программном обеспечении.

Здесь мы представили макет того, как мы фотографируем наш объект, а затем преобразуем его в 3D-анимированную модель. Объект сначала фотографируется в различных ракурсах, и эти сфотографированные изображения помещаются в правильную ориентацию, что позволяет сгладить соединительные контуры. Данная методика включает в себя использование фотограмметрических систем, что используется для достижения высокой детализации и высокой точности объекта съемки.

Эта система использует как маркеры с покрытием, так и масштабные линейки с управлением размерами для отображения координат опорных маркеров. Эти координаты представляют собой 3D-созвездие, которое используется для точного измерения контуров и расстояний между каждым участком фотографии. Данные были собраны с помощью геомагии дождевых капель, и это было использовано для получения одной полигональной сетки морфологической формы данных.

Для создания нашей анимации мы решили использовать программу под названием Light Wave 3D. Несмотря на то, что существуют и другие доступные программы для 3D-анимации, мы решили использовать LightWave из-за его удобного интерфейса и возможности чтения совместимых выходных файлов. Кроме того, LightWave также состоит из двух отдельных программ: моделирующей и макетной.

Программа для моделирования LightWave позволяет манипулировать объектом, выделяя определенные многоугольники для изменений, создавая слои к объекту, добавляя цвет и текстуру, а также создавая скеган. Макет LightWave создает сцены, используемые для завершения последовательности анимации. Модлер — это место, где строятся характеристики объекта.

Именно здесь мы можем добавить текстуру, UV-маппинг, первоначальный скеган, который превратится в кости, а также позаботится о весе. Shading modeler является предшественником использования световой волны там, где собственно строятся сцены, поэтому именно здесь изначально закладываются все характеристики объекта в объект. Light Wave Layout - это программа, в которой вы создаете фактическую сцену, за исключением сетки, где объект будет размещен Внутри этой плоскости X, Y и Z, у вас есть еще две особенности.

У вас есть камера, которая на самом деле снимает сцену, а сама камера может быть размещена под любым углом, под которым вы выберете для ее просмотра. Затем есть огни. Вы также можете использовать один или несколько источников света, и они помогают осветить сцену, а также объект и позволяют создавать различные аспекты освещения.

Раскладка световых волн предоставляет нам ряд различных аспектов, с помощью которых мы можем взглянуть на сцену. Наибольшее количество аспектов, которые мы можем рассмотреть, — это четыре различные точки зрения. Это лучший способ рассмотреть как можно больше различных углов вашего объекта в сцене перед окончательным выводом.

В Light wave Layout есть три различные оси вращения. Первая — это координата X, которая и есть шаг. Во-вторых, координата Y, которая является заголовком, и, в-третьих, координата Zed, которая является банком.

Эти три различные координаты относятся к движению, в котором мы можем манипулировать не только объектом, но и камерами и источниками света в нашей сцене. Сначала мы выбрали ящерицу Джеки, аналогичную по массе и длине нашей модели таксидермии. Отсюда мы получили текстуру объекта, сфотографировав текстуру и узоры этого живого дракона Джеки.

Затем эта ящерица была сфотографирована с различных ракурсов, таких как фронтальный и ортогональный, с различных положений, таких как фронтальный, ортогональный, вентральный и спинной, а также различных частей тела, таких как животное целиком, голова, тело, хвост и конечности, на белом листе бумаги. Чтобы получить правильную текстуру, мы взяли живую ящерицу и сфотографировали ее с нескольких разных ракурсов. Он был снят с трех ракурсов, а также с трех разных позиций.

Три угла были ортогональным, дорсальным и вентральным, а три положения были передним, центральным и задним. Мы использовали цифровую камеру Canon ES, чтобы сфотографировать этих ящериц. Затем фотографии были импортированы в Adobe Photoshop, где более крупные части были отделены от фактического фона.

Затем эти части были сопоставлены по значениям RGB, а затем также сбалансированы по белому цвету, чтобы не было разницы в цвете. Мы создали UV-карту Atlas для того, чтобы наложить текстуру на объект. Эта карта Atlas UV была создана в программе моделирования световых волн.

Карта Atlas UV разделяет объект на фрагменты, состоящие из соединяющихся многоугольников. Поскольку объект не представлял собой простую форму, такую как куб или цилиндр, карта Atlas UV делит объект на несколько более простых плоскостных поверхностей без углов 90 градусов. Однако карта Atlas UV разбивает объект на несколько прерывистых сегментов соединенных многоугольников.

Таким образом, карта Atlas UV была затем захвачена с помощью программы под названием Grab, чтобы создать отдельное изображение в формате JPEG. А затем мы встроили это изображение BA в качестве фонового слоя в элементы Adobe Photoshop. Захватив jpeg без изменения размера изображения, мы сохранили те же пропорции, которые можно использовать для сопоставления областей на Драконе Джеки с объектом.

Различные фотографии драконов Джеки были затем объединены вместе в элементах Adobe Photoshop, чтобы создать целых драконов Джеки в нескольких положениях, таких как фронтальные, ортогональные, вентральные и дорсальные многоугольники, которые затем были сопоставлены с локальной областью на драконе Джеки. А теперь в моделлере световых волн. Опять же, мы выделили эти полигоны на карте Atlas UV, что позволило нам идентифицировать конкретную область на Драконе Джеки.

Затем эта область была обрезана и наложена на фон карты Atlas UV jpeg, определенные области на драконе Джеки, которые были сфотографированы, а затем обрезаны и наложены на эти конкретные полигоны. Когда все фотографические фрагменты были наложены на карту Atlas UV jpeg, фон был удален и был создан один файл TIF. Затем файл TIF был импортирован обратно в программу моделирования световых волн и ему были присвоены координаты UV.

UV-маппинг — это когда мы берем фрагменты, которые когда-то были сфотографированы у живой ящерицы, сегментируем их и помещаем на нашу анимированную ящерицу. И это делается в программе для моделирования световых волн. С помощью программы для моделирования световых волн мы используем инструмент карты UV Atlas, который позволяет разбить объект на несколько различных сегментов.

Разбив его на несколько разных сегментов, мы можем использовать текстуру, которую мы получили из фотографий, и поместить их поверх этих конкретных частей. В отличие от объекта, который может быть простым или цилиндрическим, объекты, не имеющие углов 90 градусов, разбиваются на несколько разных сегментов. Вот крупный план некоторых небольших сегментов полигона на нашей карте UV-атласа.

Мы можем выделить именно эти сегменты, чтобы увидеть, какие именно многоугольники соответствуют какому конкретному телу. Части объекта Сегменты с фотографий, сделанных на светлую ящерицу, были затем разделены, а затем помещены поверх наших частей, разделенных на части. Используя карту UV-атласа, эти сегменты затем были сопоставлены и, следовательно, наложены текстура поверх нашего объекта.

Скеган и кости встроены в объект, что позволяет ему двигаться и манипулировать им. Первый. В моделлере световых волн скеганы были встроены в объект, а скеганы выступают в качестве заполнителей для виртуальных костей, которые должны быть созданы в компоновке световых волн. В частности, на нашем объекте была создана 61 кость.

Сначала в моделлере световых волн был открыт слой и объект можно рассматривать как каркас. В этой программе моделлер позволяет нам просматривать несколько слоев каркаса, что предотвращает случайное выделение или перемещение определенных полигонов при создании скегана. В нашей модели мы создали искусственный спинальный позвонок, который был создан для того, чтобы действовать как шейные позвонки от шеи вниз до крестцовых позвонков на кончике хвоста.

Скеган воссоздал здесь скелет настоящего Джеки Драгона. Тем не менее, мы использовали только один большой скелетный пистолет для головы. Затем мы создали четыре конечности, которые состояли из четырех скеганов каждая, а затем скеган был слит в грудные позвонки, а затем, в конце концов, задние конечности также были сращены с тазовым поясом.

Затем скеганы были слиты вместе, чтобы создать иерархическую систему, в которой позвоночный столб выступал в качестве центральной основы для всех движений конечностей. В конце концов, скеганы были созданы, объект затем синхронизирован с макетом световых волн, а скеганы были преобразованы в кости. Каждая кость, как и сам объект в режиме верстки также имеет три плоскости вращения.

Скеганы, которые являются нашими предшественниками костей. Скеганы изначально создаются с использованием облегченного моделера. Именно здесь мы устанавливаем эти пистолеты, которые впоследствии переделываются в кости по схеме световой волны.

Ске пистолеты — это начальный процесс, который дает нам гибкость и манипуляцию, с помощью которых мы можем изменять объект в различных формах и положениях. Во-первых, в моделлере световых волн мы можем добавить пистолеты, которые помогают манипулировать нашим объектом. Теперь эти скеганы установлены в объекте в качестве маркеров места для преобразования в кости.

В Light wave Layout мы превращаем эти скеганы в кости. На этой диаграмме также есть полигональная сетка, которая показывает нам точно размеры и количество полигонов внутри нашего конкретного объекта в пределах световой волны. В следующей сцене вы увидите, как эти кости работают вместе, чтобы помочь манипулировать объектом.

Карты весов имеют общее значение, которое колеблется от отрицательного 100% до положительного 100% распределения движения. Так, например, независимые карты весов, предназначенные для определенных областей объекта, должны действовать антагонистически, чтобы обеспечить плавное и реалистичное движение объекта. Значение веса предполагает, что большее отклонение от 0%, которое не является эффектом, окажет большее влияние на движение конкретного тела.

Затенение веса той или иной области также влияет на движение костей. Тем не менее, неправильный вес может повлечь за собой замедление движения объекта по отношению к движению костей, например, кости могут выступать из объекта, когда объект движется в том же общем направлении, или это может вызвать гипердвижение, например, движение объекта может вытеснить положение костей в общем направлении. Здесь, в LightWave Modeler, мы разделяем нашу перспективу на четырехугольную перспективу.

Это позволяет нам видеть антагонистические пары затенения Веса. Чтобы показать вам пример того, как здесь происходит затенение веса, мы сначала наделили оттенок груза на хвост. Добавляя тени веса к определенной части объекта, нам нужно будет добавить тень противовеса, чтобы сбалансировать движение объекта.

Здесь мы добавили тень противовеса на голове, чтобы уравновесить преувеличенные движения, которые может быть произведен хвостом. Для того, чтобы начать ротоскопирование, нам сначала нужно собрать последовательности, из которых мы сможем смоделировать наши двигательные паттерны. Сначала мы смоделировали взаимодействие самцов с особями, содержащимися в неволе.

Самцов размещали в стеклянных террариумах IPO, а затем снимали самостоятельно для социальных показов. Затем эти последовательности были заархивированы для других экспериментов и использованы в ротоскопировании. Мы выбрали последовательности двигательных паттернов, такие как взмах хвостом, отжимание, качание тела и медленный взмах рукой из отснятого цифрового видеоматериала, и экспортировали эти сегменты в последовательности изображений, которые представляют собой серию последовательных файлов jpeg в apple QuickTime.

Изначально мы снимали живые взаимодействия с животными, которые необходимы и сохраняются в виде архивных видеоматериалов для захвата стимулов. Мы показали эти архивные кадры ящерицы на самом деле живой ящерице, содержащейся в вольере. Ответы по этому списку в реальном времени были затем записаны с помощью цифровой видеокамеры, и это, по сути, стало нашими последовательностями, которые мы используем для ротоскопирования.

Ротоскопирование — это метод, при котором модель накладывается на фоновое изображение или серию изображений, в которых объект должен имитировать в последовательности кадр за кадром. Программа компоновки световых волн — это среда, на которой создается сцена для последовательности анимации. В макете мы можем управлять средой, в которой будет представлена наша анимация, установив параметры для характеристик световой камеры, объекта и фона.

В макете. Стимул также используется в финальной сцене, которая будет снята только тогда, когда материал находится в пределах финального обзора камеры. Сначала первое изображение в формате jpeg импортируется на задний план вида камеры.

Затем объектом будут манипулировать с использованием параметров движения костей, которые также накладываются на фоновое изображение. Затем кадр обозначается ключевым кадром, который сохраняет положение объекта и все кости для этого конкретного кадра. Затем фоновое изображение удаляется и заменяется следующим, следующим следующим изображением.

В последовательности изображений объект снова манипулируется в положение и положение фонового изображения, а также после завершения каждой манипуляции с кадром. Затем каждый кадр помещается в ключевой кадр, и когда сцена завершена, последовательность может быть экспортирована в последовательность изображений или арендована в одну последовательность Complete. Чтобы продемонстрировать ротоскопирование, которое представляет собой воссоздание реалистичных движений на основе записанных видео, мы начнем с того, что покажем вам, что мы обычно используем в качестве исходного фона.

Итак, здесь, в этой первой последовательности, вы увидите пустую персидскую рыбу, на которой обычно сидит ящерица. Во-вторых, я покажу вам последовательность живых ящериц, которую мы будем использовать с помощью ротоскопа. И в-третьих, вы увидите анимированную сцену с ящерицей, которая размещена поверх живой ящерицы.

Здесь я показываю вам, куда объект импортируется в макет световой волны. Как видите, вы можете разделить макет на несколько разных экранов, и это дает вам лучший обзор для работы с объектом. Однако самым важным видом является тот, который находится сверху, то есть вид с камеры, и вы можете видеть безопасные зоны, обозначенные прямоугольными рамками вокруг ящерицы.

Все, что видно или размещено в этой безопасной зоне, будет записано камерой и в конечном итоге использовано для рендеринга. Чтобы создать сцену. Ротоскопирование Это покадровая манипуляция с объектом поверх фоновых изображений.

Итак, что мы сделали здесь в качестве пошагового процесса, так это то, что нам пришлось экспортировать последовательность изображений в отдельные кадры. Затем мы используем эти отдельные кадры и помещаем их на фон нашей анимационной последовательности. Затем нам нужно переместить нашу анимированную последовательность, чтобы она соответствовала положениям, видимым на заднем плане.

Таким образом, сопоставляя его, кадр за кадром, мы можем воссоздать движение, которое на самом деле выполнено из реальной последовательности изображений. Как я уже упоминал ранее, нам нужно будет импортировать каждую последовательность кадр за кадром, чтобы ротоскопировать наше изображение. В этом кадре мы импортировали первую последовательность на задний план, что позволяет нам видеть, где наш объект находится перед нашим фоновым изображением.

Затем мы также можем предоставить рентгеновский вид костей и схему световых волн, что позволяет нам видеть кости через текстуру объекта. Имея возможность видеть кости сквозь текстуру объекта, мы можем манипулировать объектом, чтобы он соответствовал фоновой последовательности каждого конкретного изображения. Затем мы импортируем следующую последовательную последовательность, на которую мы хотели бы наложить наше изображение.

И это делается снова в виде покадровой последовательности через всю последующую последовательность. Небольшие последовательности могут быть визуализированы непосредственно из макета в различные форматы изображений или непосредственно в последовательности видеороликов. Все большие последовательности могут быть отрисованы с помощью рендеринга.

Командир фермы из Bruce Rain Render. Farm Commander или RFC позволяет всем компьютерам в системе локальной сети увеличивать время рендеринга за счет распределения заданий между компьютерами канала. В нашей лаборатории мы использовали четыре apple Mac G, пять двойных процессоров, которые включают в себя восемь потоков для распределения рендеринга.

Так, например, обработка последовательности из 9 000 кадров, что эквивалентно шести минутам по стандарту pal DV, может быть завершена за 12 часов с использованием одного процессора G five и сокращена до четырех часов при распределении по восьми потокам или двойным процессам 4G five. Использование RFC для пакетной обработки эффективно, когда имеется не более двух больших последовательностей. Тем не менее, RFC будет создавать любое количество отдельных графических файлов.

Тем не менее, мы решили визуализировать обе наши последовательности, длинную и короткую, в отдельные JPEG. Итак, чтобы еще раз продемонстрировать, у нас есть наша исходная последовательность, и в нашей исходной последовательности будет ящерица динь, стандартная демонстрация отжиманий, которая используется для социальной коммуникации и агрессивного взаимодействия. И теперь у нас есть финальная последовательность, наша анимированная ящерица, и эта анимированная ящерица собирается дублировать наш камень тела для пуш-апа, который был виден на первоначальных кадрах с ящерицей.