Bilgisayar oluşturuldu Hayvan Modeli Uyaranlar

Merhaba, benim adım Kevin w, Avustralya'nın Sidney kentindeki Macquarie Üniversitesi'ndeki Hayvan Davranışının Bütünleştirici Çalışması Merkezi'nden. Bu video tabanlı makalede, hayvan davranış deneylerinde bilgisayar animasyonlarının kullanımından bahsedeceğim. Özellikle, bu modellerden birini nasıl ürettiğimizden bahsedeceğim.

Şimdi, animasyonlar bugün çağdaş kültürümüzde yaygın olarak popüler hale geliyor, ancak bilim veya bilimle ilgili araştırmalar açısından pek bir şey görmüyoruz. Bununla birlikte, bilim için animasyonlar oluşturmaya yönelik ilk girişimler gerçekten bazı çok temel süreçlerde başlar ve bu süreçler genellikle bir nesnenin veya belirli bir örneğin belirli kısımlarının dilimlenmesini ve taranmasını içerir veya ayrıca biyolojik harekete benzer teknikler kullandılar, örneğin bir vücuttaki belirli belirli parçaları eşleştirmek ve bir animasyonla eşleştirmek için nokta ışık armatürleri gibi. Ayrıca, bir animasyon yapmak isteseydik, birinin bunu sıfırdan yapması gerekecekti.

Şimdi, animasyon kullanmak, çiftleşme, kur yapma gibi hayvan davranışlarında birçok şeyi incelememize izin verdi ve burada özellikle bakacağım şey iletişim veya görsel iletişim. Artık animasyon kullanmak, canlı etkileşimler veya cerrahi gibi invaziv yöntemler gibi geleneksel araçlardan çok daha karmaşıktır. Bu özel sanat makalesinde, bu özel modeli nasıl ürettiğimize dair genel bir bakış sunacağım ve bu modelin nasıl tarandığına bakacağız.

Dokuyu nasıl ekleyeceğimize, UV haritalama kemiklerine, ağırlık gölgelemesine, rotoskop için uyaranı gerçekte nasıl yakaladığımıza ve son olarak, tam bir dizi elde edene kadar sürecin nasıl tamamen işlendiğine bakacağız. Tüm animasyonu oluşturabileceğimiz sekiz ana Adım vardır. İlk adım, aslında tüm nesnenin 3D taramasını sağlamaktır.

Bu, nesnenin temel şeklini sağlar. Daha sonra, ona daha gerçekçi bir his veren dokuyu eklememiz gerekiyor ve bu doku daha sonra dokunun belirli noktalarının tam olarak nesnenin üzerine yerleştirilmesine izin veren bir UV haritasına bölünüyor. Sonra nesneyi manipüle etmemiz gerekecek ve ardından daha sonra kemiklere dönüştürülen skegan'ı ekleyeceğiz.

Daha sonra, nesneye harekette genel bir denge perspektifi kazandırmak için ağırlık gölgelendirme dahil edilir. Daha sonra, nesnenin hareketini modelleyebileceğimiz belirli uyaranları yakalamamız gerekir. Daha sonra bu hareketleri, yakaladığımız görüntülerin üzerine rotoskopla yerleştiriyoruz ve son olarak, dizileri Video oynatma için kullanılmak üzere okunabilir bir formata dönüştürmemiz gerekiyor, modelimiz olarak kullanılmak üzere bir Taksidermik örnek elde ettik.

Burada bir 3D nesneyi yeniden oluşturmak için Konica Minolta vi dash nine I'i kullanıyoruz. Konica Minolta dijital fotoğrafçılık kullanır ve fotoğraf segmentlerini birbirine bağlamak için bir 3D algoritması kullanarak yüksek doğrulukta bir ölçüm sağlar. Modelin şeklini ve boyutlarını üretir ve görüntüleri 3D Dijital verilere dönüştürür.

3D tarama, gerçek bir nesnenin belirli bölümlerini alır ve bunları bilgisayar animasyonu için simüle edilmiş bir nesneye yerleştirir. Şimdi, bu nesne daha sonra bu segmentleri alıp doğru konumlara yerleştirerek inşa edilir. Bu daha sonra animasyon Yazılımında manipüle edebileceğimiz bir nesne oluşturur.

Burada, nesnemizi nasıl fotoğrafladığımıza ve ardından nesnemizi nasıl 3D animasyonlu bir modele dönüştürdüğümüze dair sahte bir kurulum sağladık. Nesne önce çeşitli açılarda fotoğraflanır ve fotoğraflanan bu görüntüler doğru yöne getirilir ve bu, bağlantı konturlarının yumuşatılmasına olanak tanır. Bu teknik, nesnenin yüksek detayını ve yüksek doğruluğunu elde etmek için kullanılan fotogrametrik sistemlerin kullanımını içerir.

Bu sistem, referans işaretleyicilerin koordinatlarını eşlemek için hem kaplamalı işaretleyiciler hem de boyut kontrollü ölçek çubukları kullanır. Bu koordinatlar, her bir fotoğraf bölümü arasındaki konturları ve mesafeleri doğru bir şekilde ölçmek için kullanılan bir 3B takımyıldızı oluşturur. Veriler, yağmur damlası jeobüyüsü kullanılarak toplandı ve bu, verilerin morfolojik şeklinin tek bir çokgen ağını elde etmek için kullanıldı.

Animasyonumuzu oluşturmak için Light Wave 3D adlı bir program kullanmayı tercih ettik. Mevcut başka 3D animasyon programları olsa da, kullanıcı dostu arayüzü ve uyumlu çıktı dosyalarını okuma yeteneği nedeniyle LightWave'i kullanmayı seçtik. Ayrıca LightWave, modelleyici ve düzen olmak üzere iki ayrı programdan oluşur.

LightWave modelleyici programı, değişiklikler için belirli çokgenleri vurgulayarak, nesneye katmanlar oluşturarak, renk ve doku ekleyerek ve skegan oluşturarak nesnenin manipüle edilmesine izin verir. LightWave düzeni, Animasyon dizisini tamamlamak için kullanılan sahneleri oluşturur. Modler, nesne özelliklerinin oluşturulduğu yerdir.

Kemiklere dönüşecek ve aynı zamanda ağırlığa da dikkat edecek doku, UV haritalama, ilk skegan ekleyebileceğimiz yer burasıdır. Gölgeleme modelleyici, sahnelerin gerçekte oluşturulduğu ışık dalgasını kullanmanın öncülüdür, bu nedenle tüm nesne özelliklerinin başlangıçta nesneye yüklendiği yer burasıdır. Işık Dalgası Düzeni, nesnenin yerleştirileceği ızgara dışında gerçek sahneyi oluşturduğunuz bir programdır Bu X, Y ve Z düzleminin içinde, iki özel özelliğiniz daha vardır.

Sahneyi gerçekten çeken kameraya sahipsiniz ve kameranın kendisi, onu görüntülemeyi seçtiğiniz herhangi bir açıya yerleştirilebilir. Sonra ışıklar var. Bunda bir veya daha fazla ışık da kullanabilirsiniz ve ışıklar, nesnenin yanı sıra sahneyi de aydınlatmaya yardımcı olur ve Aydınlatmanın farklı yönlerini oluşturmanıza olanak tanır.

Işık dalgası Düzeni bize sahneye bakabileceğimiz bir dizi farklı yön sağlar. Bakabileceğimiz en fazla sayıda bakış açısı dört farklı bakış açısıdır. Şimdi, bu, son çıktıdan önce sahnede nesnenizin birçok farklı açısına bakmanın en iyi yoludur.

Işık dalgası Düzeninde üç farklı dönme ekseni vardır. Birincisi, perde olan X koordinatıdır. İkincisi, başlık olan Y koordinatı ve üçüncüsü, banka olan Zed koordinatı.

Bu üç farklı koordinat, sadece nesneyi değil, aynı zamanda sahnemizdeki kameraları ve ışıkları da manipüle edebileceğimiz hareketle ilgilidir. İlk olarak, tahnitçi modelimizin hem kütlesine hem de uzunluğuna benzer bir Jackie kertenkelesi seçtik. Buradan yola çıkarak bu canlı Jackie Dragon'un dokusunu ve desenlerini fotoğraflayarak objenin dokusunu elde ettik.

Bu kertenkele daha sonra frontal, ortogonal, ventral ve dorsal gibi çeşitli pozisyonlardan frontal ve orthogonal gibi çeşitli açılardan ve bütün hayvan, kafa, vücut, kuyruk ve uzuvlar gibi çeşitli vücut kısımlarının beyaz bir kağıt üzerinde fotoğraflandı. Daha sonra bunu saf beyaz RBG değerleri için dengeledik Doğru dokuyu elde etmek için canlı bir kertenkele çektik ve birkaç farklı açıdan fotoğrafladık. Üç açıdan ve ayrıca üç farklı pozisyondan çekildi.

Üç açı ortogonal, dorsal ve ventral idi ve üç pozisyon ön, merkezi ve arka idi. Bu kertenkeleleri fotoğraflamak için bir Canon ES dijital fotoğraf makinesi kullanmıştık. Fotoğraflar daha sonra Adobe Photoshop'a aktarıldı ve burada daha büyük parçalar gerçek arka plandan ayrıldı.

Bu parçalar daha sonra RGB değerleriyle eşleştirildi ve daha sonra renk farkı olmaması için beyaz dengelendi. Dokuyu nesnenin üzerine bindirmek için bir Atlas UV haritası oluşturduk. Bu Atlas UV haritası, ışık dalgası modelleyicisinde oluşturulmuştur.

Bir Atlas UV haritası, nesneyi birbirine bağlı çokgenlerden oluşan parçalara ayırır. Nesne küp veya silindir gibi basit bir şekil olmadığından, Atlas UV haritası nesneyi 90 derecelik açılar olmadan birkaç basit planya yüzeyine böler. Bununla birlikte, bir Atlas UV haritası, nesneyi birbirine bağlı çokgenlerin birkaç süreksiz parçasına böler.

Bu nedenle Atlas UV haritası, ayrı bir JPEG görüntüsü oluşturmak için Grab adlı bir program kullanılarak yakalandı. Ve sonra bu BA görüntüsünü Adobe Photoshop öğelerine bir arka plan katmanı olarak gömdük. Görüntüyü yeniden boyutlandırmadan bir jpeg çekerek, Jackie Dragon'daki alanları nesneyle eşleştirmek için kullanılabilecek oranların aynısını koruduk.

Jackie Dragons'un çeşitli fotoğrafları daha sonra ön, ortogonal, ventral ve dorsal çokgenler gibi çeşitli pozisyonlarda bütün Jackie Dragons oluşturmak için Adobe Photoshop öğelerinde bir araya getirildi ve daha sonra Jackie Dragon'daki yerel alanla eşleştirildi. Ve şimdi ışık dalgası modelleyicisinde. Yine, bu çokgenleri Atlas UV haritasında vurguladık, bu da Jackie Dragon'daki belirli alanı tanımlamamızı sağladı.

Bu alan daha sonra kırpıldı ve arka plan Atlas UV haritası jpeg üzerine bindirildi, Jackie Dragon'daki belirli alanlar fotoğraflandı, daha sonra kırpıldı ve bu belirli çokgenlerin üzerine bindirildi. Tüm fotoğraf parçaları Atlas UV haritası jpeg üzerine katmanlandığında, arka plan kaldırıldı ve tek bir TIF dosyası oluşturuldu. TIF dosyası daha sonra ışık dalgası modelleyicisine geri aktarıldı ve UV koordinatlarına atandı.

UV haritalama, bir zamanlar canlı kertenkeleden fotoğraflanan parçaları aldığımız ve aslında onları bölümlere ayırıp animasyonlu kertenkelemizin üzerine yerleştirdiğimiz yerdir. Ve bu, ışık dalgası modelleyici programında yapılır. Işık dalgası modelleyici programını kullanarak, nesneyi birkaç farklı parçaya ayırmamızı sağlayan UV Atlas harita aracını kullanıyoruz.

Birkaç farklı parçaya ayırarak, fotoğraflardan elde ettiğimiz dokuyu kullanabiliyor ve bunları bu belirli parçaların üzerine yerleştirebiliyoruz. Düz veya silindirik olabilen bir nesnenin aksine, 90 derecelik açılara sahip olmayan nesneler birkaç farklı parçaya ayrılır. İşte UV atlas haritamızdaki bazı küçük çokgen segmentlerinin yakın çekimi.

Hangi belirli çokgenlerin hangi belirli cisme karşılık geldiğini görmek için bu belirli segmentleri vurgulayabiliriz. Nesnenin parçaları Bir ışık kertenkelesinde çekilen fotoğraflardan parçalar daha sonra bölümlere ayrıldı ve daha sonra parçalarımızın üzerine yerleştirildi. UV atlas haritasını kullanarak, bu segmentler daha sonra eşleştirildi ve bu nedenle dokuyu nesnemizin üzerine yerleştirdi.

Skegan ve kemikler, nesnenin genel hareketine ve manipülasyonuna izin veren nesnenin içine gömülüdür. Birinci. Işık dalgası modelleyicisinde, skegan nesneye gömüldü ve skegan, ışık dalgası düzeninde oluşturulacak sanal kemikler için yer tutucu görevi gördü. Özellikle bizim nesnemizde toplam 61 kemik yaratılmıştır.

İlk olarak, ışık dalgası modelleyicide bir katman açıldı ve nesne bir tel çerçeve olarak görüntülenebilir. Bu program içinde, modelleyici daha sonra birden fazla tel çerçeve katmanını görüntülememize izin verir, bu da skegan'ı oluştururken belirli çokgenleri yanlışlıkla vurgulamamızı veya hareket ettirmemizi önler. Modelimizde, boyundan aşağıya doğru kuyruğun ucundaki sakral omurlara kadar servikal omur görevi görmesi için oluşturulmuş yapay bir omurga koluğu oluşturduk.

Skegan burada gerçek Jackie Dragon'un iskeletini yeniden yarattı. Ancak, kafa için sadece bir büyük iskelet tabancası kullandık. Daha sonra her biri dört skegandan oluşan dört uzuv oluşturduk ve daha sonra skegan torasik omurlar olarak kaynaştırıldı ve daha sonra arka bacaklar da pelvik kuşağa kaynaştı.

Skegan daha sonra, omurganın tüm uzuv hareketleri için merkezi bir temel görevi gördüğü hiyerarşik bir sistem oluşturmak için bir araya getirildi. Sonuçta, skegan yaratıldı, nesne daha sonra ışık dalgası düzenine senkronize edildi ve skegan kemiklere dönüştürüldü. Her kemik, düzen modunda nesnenin kendisi gibi Ayrıca üç dönme düzlemine sahiptir.

Kemiklerin atası olan Skegan. Skegan başlangıçta hafif modelleyici kullanılarak oluşturulur. Bu ske tabancalarını daha sonra ışık dalgası düzeni kullanılarak kemiklere dönüştürülmek üzere yerleştirdiğimiz yer burasıdır.

Ske tabancaları, nesneyi farklı şekil ve pozisyonlara dönüştürebileceğimiz esnekliği ve manipülasyonu bize sağlayan ilk süreçtir. İlk olarak, Işık dalgası modelleyicisinde, nesnemizi manipüle etmeye yardımcı olan ske tabancaları ekleyebiliriz. Şimdi bu skegan, kemiklere dönüştürülecek yer işaretleri olarak nesneye ayarlanır.

Işık dalgası Düzeninde, bu skeganları kemiklere dönüştürüyoruz. Bu diyagramda, ışık dalgası düzeninde belirli nesnemizdeki çokgenlerin boyutlarını ve sayısını tam olarak gösteren bir çokgen ağı da var. Bir sonraki sahnede, nesneyi manipüle etmeye yardımcı olmak için bu kemiklerin birlikte nasıl çalıştığını göreceksiniz Ağırlık vuruşu, nesnelere esnek ve kısıtlı bir hareket sağlar.

Ağırlık haritaları, hareket dağılımında negatif %100 ile pozitif %100 arasında değişen genel bir değere sahiptir. Bu nedenle, örneğin, nesnenin belirli alanlarına atanan bağımsız ağırlık haritalarının, nesnenin düzgün ve gerçekçi hareketine izin vermek için antagonistik olarak hareket etmesi gerekir. Ağırlık değeri, hiçbir etkisi olmayan %0'dan daha büyük bir sapmanın, belirli bir vücut üzerindeki hareket üzerinde daha büyük bir etki yaratacağını gösterir.

Belirli bir alanın ağırlık gölgelemesi de kemiklerin hareketini etkiler. Bununla birlikte, uygun şekilde ağırlıklandırılmaması, nesnenin hareketine bağlı olarak nesnenin hareketinin gecikmesine neden olabilir, örneğin nesne hareketi aynı genel yönde olduğunda kemikler nesneden çıkıntı yapabilir veya nesnenin hareketi gibi hiper hareket üretebilir, örneğin Genel yönde kemiklerin konumunun yerini alabilir. LightWave Modeler'da bakış açımızı dörtlü bir perspektife ayırıyoruz.

Bu, antagonistik Ağırlık gölgeleme çiftlerini görmemizi sağlar. Burada ağırlık gölgelendirmenin nasıl gerçekleştiğine dair bir örnek göstermek için, yaptığımız şey önce kuyruğa bir ağırlık gölgesi koymaktır. Nesnenin belirli bir bölümüne ağırlık gölgeleri ekleyerek, nesnenin hareketini dengelemek için bir karşı ağırlık gölgesi eklememiz gerekir.

Burada, Kuyruk tarafından üretilebilecek abartılı hareketleri dengelemek için kafaya bir karşı ağırlık gölgesi ekledik. Rotoskopa başlamak için önce motor modellerimizi modelleyebileceğimiz dizileri toplamamız gerekiyor. İlk olarak, tutsak bireylerden erkek erkek etkileşimlerini simüle ettik.

Erkekler halka arz edilen cam teraryumlara yerleştirildi ve daha sonra sosyal gösterimler için bağımsız olarak filme alındı. Bu diziler daha sonra diğer deneyler için ve rotoskopta kullanılmak üzere arşivlendi. Yakalanan dijital video çekimlerinden kuyruk hareketi, şınav, vücut sallama ve yavaş kol hareketi gibi motor desen dizilerini seçtik ve bu segmentleri, bir dizi ardışık jpeg dosyası olan görüntü dizilerine aktardık.

Başlangıçta, uyaran yakalama yapmak için gerekli olan ve arşiv video görüntüleri olarak kaydedilen canlı hayvan etkileşimlerini filme almıştık. Bu arşiv kertenkele görüntülerini aslında bir kapalı alanda tutulan canlı bir kertenkeleye göstermiştik. Bu canlı listeye verilen yanıtlar daha sonra dijital bir video kamera kullanılarak kaydedildi ve bu esasen rotoskop için kullandığımız dizilerimiz haline geldi.

Rotoskop, modelin, nesnenin kare kare bir dizi üzerinde taklit etmesi amaçlanan bir arka plan görüntüsü veya bir dizi görüntü üzerine bindirildiği bir tekniktir. Işık dalgası düzen programı, animasyon dizisi için sahnenin oluşturulduğu ortamdır. Mizanpajda, ışık kamerası, nesne ve arka plan özellikleri için parametreler oluşturarak animasyonumuzu temsil edeceğimiz ortamı kontrol edebiliriz.

Düzende. Uyaran, yalnızca malzeme son kamera görünümündeyken yakalanacak olan son sahnede de kullanılır. İlk olarak, ilk jpeg görüntüsü kamera görünümünün arka planına aktarılır.

Nesne daha sonra, arka plan görüntüsünün önünde üst üste bindirilen kemiklerin hareket parametreleri kullanılarak manipüle edilecektir. Çerçeve daha sonra anahtar çerçevelenir, bu da nesnenin konumunu ve söz konusu çerçeve için tüm kemikleri kaydeder. Arka plan resmi daha sonra kaldırılır ve bir sonraki, sonraki ardışık resimle değiştirilir.

Görüntü dizisinde, nesne bir kez daha arka plan görüntüsünün konumuna ve duruşuna ve her kare manipülasyonunun tamamlanmasından sonra manipüle edilir. Daha sonra her kare anahtar çerçevelenir ve sahne tamamlandığında, sekans daha sonra bir görüntü dizisine aktarılabilir veya tek bir Tam diziye kiralanabilir. Video kaydedilen sekanslara dayalı gerçekçi hareketin yeniden yaratılması olan rotoskopu göstermek için, size normalde orijinal arka plan olarak ne kullandığımızı göstererek başlayacağız.

İşte bu ilk sekansta, kertenkelenin normalde üzerine tünediği boş Farsça'yı göreceksiniz. İkinci olarak, size rotoskopu kullanacağımız canlı kertenkele dizisini göstereceğim. Üçüncü olarak, canlı kertenkelenin üzerine yerleştirilmiş animasyonlu kertenkele dizisini göreceksiniz.

Burada size nesnenin ışık dalgası düzenine nereden aktarıldığını gösteriyorum. Gördüğünüz gibi, düzeni birkaç farklı ekrana ayırabilirsiniz ve bu size nesneyi manipüle etmek için daha iyi bir görünüm sağlar. Bununla birlikte, en önemli görünüm, kamera görüntüsü olan üstteki görüntüdür ve kertenkelenin etrafındaki dikdörtgen kutularla belirlenen güvenli alanları görebilirsiniz.

Bu güvenli alanda görülen veya yerleştirilen her şey kamera tarafından kaydedilecek ve sonunda render için kullanılacaktır. Sahneyi yapmak için. Rotoskop Arka plan görüntülerinin üzerindeki nesnenin kare kare manipülasyonudur.

Yani burada adım adım bir süreç olarak yaptığımız şey, görüntü dizisini tek tek karelere aktarmamız gerektiğidir. Daha sonra bu tek tek kareleri kullanıyoruz ve bunu animasyon dizimizin arka planına yerleştiriyoruz. Daha sonra animasyon dizimizi arka planda görülen konumlarla eşleşecek şekilde hareket ettirmemiz gerekiyor.

Bu yüzden, onu kare kare eşleştirerek, gerçek bir görüntü Dizisinden gerçekten yapılan hareketi yeniden oluşturabiliyoruz. Daha önce de belirttiğim gibi, görüntümüzün rotoskopunu yapmak için her diziyi kare kare içe aktarmamız gerekecekti. Bu çerçevede, nesnemizin arka plan resmimizin önünde nerede durduğunu görmemizi sağlayan ilk diziyi arka plana aktardık.

Daha sonra, kemikleri buradaki nesnenin dokusu boyunca görmemizi sağlayan bir kemik röntgeni görüntüsü ve ışık dalgası düzeni de sağlayabiliriz. Nesnenin dokusu aracılığıyla kemikleri görebilerek, nesneyi her bir Belirli görüntünün arka plan sırasına uyacak şekilde manipüle edebiliriz. Ardından, görüntümüzün üzerine rotoskop yapmak isteyeceğimiz bir sonraki ardışık diziyi içe aktarırdık.

Ve bu, tüm ardışık Dizi boyunca kare kare dizi olarak tekrar yapılır. Küçük diziler Doğrudan mizanpajdan farklı resim formatlarına veya doğrudan film dizilerine dönüştürülebilir. Tüm büyük diziler render kullanılarak oluşturulabilir.

Bruce Rain Render'dan Çiftlik Komutanı. Farm Commander veya RFC, yerel alan ağı sistemindeki tüm bilgisayarların, işleri bağlantı bilgisayarları arasında dağıtarak işleme süresini artırmasına olanak tanır. Laboratuvarımızda, işlemeyi dağıtmak için sekiz iş parçacığı içeren dört adet Apple Mac G beş çift işlemci kullandık.

Örneğin, pal DV standardında altı dakikaya eşdeğer olan 9.000 karelik bir dizinin işlenmesi, tek bir G beş işlemci kullanılarak 12 saatte tamamlanabilir ve sekiz iş parçacığına veya 4G beş ikili işleme dağıtıldığında dört saate düşürülebilir. Toplu işleme için RFC kullanmak, ikiden fazla büyük dizi olmadığında etkilidir. Ancak, RFC herhangi bir sayıda ayrı grafik dosyası üretecektir.

Ancak, uzun ve kısa olan her iki dizimizi de ayrı ayrı JPEG'lere dönüştürmeyi seçtik. Tekrar göstermek için, burada orijinal dizimiz var ve orijinal dizimiz bir kertenkele dingi, sosyal iletişim ve agresif etkileşimler için kullanılan standart bir şınav vücut kaya gösterisine sahip olacak. Ve şimdi son sekanstamız var, animasyonlu kertenkelemiz ve bu animasyonlu kertenkele, ilk kertenkele görüntülerinde görülen şınav vücut kayamızı kopyalayacak.