Animation und Multimedia

Transkript

1 Objektmodellierung: Geometrie Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker Goethe-Universität, Frankfurt Graphische Datenverarbeitung

2 Rückblick Die Animationspipeline Preproduction Objektmodellierung Object Modeling Scene Modelling Animation Produktionsschritte maßgeblich auch für Systemstruktur Teilsysteme von Animationssystemen Produktions-Rendering Postproduktion ist Leitstruktur für die nächsten Vorlesungen 2

3 Preproduction Object Modeling Scene Modeling Animation Rendering Postproduction Rückblick Objektmodellierung K Geometrisches Modellieren verschiedene Modellarten und -methoden K Geometrieakquisition: Scanner Übernahme (CAD) K Prozedurales Modellieren Fraktale, Grammatiken,... K Symbolisches Modellieren kinematische, dynamische,... Modelleigenschaften K Surface (Volume) Modeling Material: Farbe, Reflektion, Textur,.. ggf. O-spezifische Lichtquellen 3

4 1. Geometrisches Modellieren - Körper -Modelle 2. Übernahme von CAD-Daten 3. 3D-Scanning 4. Spezielle interaktive Techniken: Direct Point Manipulation, Deformation with Lattices 5. Spezielle Ergänzungen: Beveling, Rounding, Fillets Übersicht 4

5 Übersicht (Fortsetzung) 6. Zusammenfassung 7. Glossar 8. Weitere Informationen 9. Ausblick Nächste Schritte 5

6 (Folien: M-3 bis M-37) Methodenübersicht Geometrieerzeugung 6

7 Ax 2 + Ey Quadriken sind häufig genutzte Primitive 2 + Hz 2 + 2Bxy + 2Fyz + 2Cxz + 2Dx + 2Gy + 2Iz + J = 0 A B D x G y I z J 1 [ x, y, z,1 ] = 0 C D B E F G C F H können parametrisch definiert werden: Sweep-Körper um die z-achse Einfache Kontroll-Parameter: Bereiche von z und der Sweep-Winkel Viele elementare Körper: Kegel, Zylinder (Scheibe), Kugel (Ellipsoid), Paraboloid, Hyperboloid, Torus, I 7

8 Übernahme von CAD-Daten K sehr oft benutzt: DXF (Drawing Interchange Format), Autodesk Hauptproblem: fehlende Topologieinformation K andere CAD-Formate: IGES VDAFS (VDA-Flächenschnittstelle) STEP K Haben sehr schnell an Bedeutung gewonnen, Zukunft unsicher VRML 1.0 (Virtual Reality Modeling Language) VRML 2.0 (August 1996, ISO/IEC SC24, CD)

9 Hauptprobleme bei der Übernahme von CAD-Daten K i.d.r. anderes Modellierungsziel! K Übermodellierung: zu detailreich! K Oft auch Qualitätsprobleme: Löcher Topologiefehler isolierte Kanten, Punkte,...

10 K Prinzip: 3D-Scanning Tiefenmessung: Punkt, Gitter, Kreise,... cross sections, slices, outlines: Höhenlinien K geschlossene 2D-Kurven; gleiche Anzahl Punkte Extrusion erzeugt 3D-Objekt: Triangle-Mesh K Probleme: i.d.r. Abtastfehler bei inhomogener Oberfläche des Originals verdeckte Geometrieteile sehr viele Polygone --> Nachbearbeitung K Beispiel: Cyberware Scanner

11 Verwandte Techniken Photogrammetrie K Verfahren zur Objektrekonstruktion bekannt und entwickelt zur Bauaufnahme auch Luftbild/Satellitenbildauswertung K Verfahren sehr vielfältig: Theodolitgestützte Verfahren Industriemeßverfahren (Einzelpunkte) Photographische Verfahren, z.b. K Shape from Shading K Shape from Texture K Stereoskopische Verfahren

12 Spezielle interaktive Techniken K Direct Point Manipulation: Basis: Polygonales oder Freiformmodell Virtual Sculping: Modellieren mit Ton K Deformation with Lattices Bounding Box Transformation Modellvorstellung : Die Objektpunkte sind mit imaginären Federn an die Lattice-Box gebunden (Siehe Folie)

13 Spezielle Modellierungsfunktionen (1) K Beveling: Abschneiden harter Ecken oder Punkte K Rounding: Abrunden K Fillets: meist durch sweeping eines 2D-Outlines entlang einer Kante K Purging: Eliminierung zu kleiner Polygone, zu vieler Eckpunkte K Blending: Verbinden zweier Flächen

14 Spezielle Modellierungsfunktionen (2) K Skinning: Spezielles Problem bei Skelettmodellen, z.b. bei Verwendung kinematischer Ketten siehe dort K Probleme mit festen Geometrien : An den Gelenken entstehen Löcher, Lösungen: K Filler Objekte: z.b. Kugelabschnitte K einfaches shape change: unerwartete Formveränderungen K Flächenkontrollpunkte mit imaginären Federn angebunden Force und Area of influence kontrollieren: Beispiel

15 K Körper-Repräsentationen Zusammenfassung K B-Reps (speziell polygonale Strukturen sind nach wie vor sehr wichtiges Primitiv in Animationssystemen) 15

16 Glossar K Glossar der Begriffe K Definieren Sie die Fachausdrücke, wie sie zu diesem Thema verwendet werden. 16

17 Aus Benutzersicht: Weitere Informationen K Victor Kerlow: The Art of 3-D Computer Animation and Imaging K George Maestri: Digital Character Animation 2, Volume 1 Essential Techniques K Peter Ratner: 3-D Human Modeling and Animation K Anthony A. Apodaca, Larry Gritz: Advanced RenderMan Creating CGI for Motion Pictures 17

18 Ausblick Nächste Schritte K Freiformflächen Modellierung Grundlagen parametrische Patches,... NURBS Patches, Trim Curves K Subdivision Techniken / Smoothing, Rounding K Gruppen und hierarchische Strukturen Basics Szenengraph K Level of Detail + andere Speedup-Techniken K Prozedurale Techniken Nächstes Kapitel 18