Abschlussvortrag Diplomarbeit Point-Based Animation

Transkript

1 Abschlussvortrag Diplomarbeit Goethe-Universität Frankfurt

2 Übersicht 1 Motivation 2 Grundlagen 3 State of the Art 4 Eigene Verfahren 5 Ausblick 6 Quellen 2/ 27

3 Motivation Objekte sollen sich physikalisch korrekt verhalten Animation- bzw. Physiksimulation findet auf Punkten statt Auf gemeinsamen Datenstruktur Geometrie und Physik auswerten [1] 3/ 27

4 Punktbasierte Animation Was ist PBA? Alternative zu mesh-basierten Methoden Punkte enthalten lokale Eigenschaften Nicht zusammenhängend Warum PBA? Für dynamisch ändernde Objekte geeignet Große Deformationen darstellbar Kein remeshing erforderlich Keine Nachbarschaftsinformationen [2] 4/ 27

5 1 Motivation 2 Grundlagen 3 State of the Art 4 Eigene Verfahren 5 Ausblick 6 Quellen 5/ 27

6 Animation animare : zum Leben erwecken Abfolge von Standbildern Graphische Erzeugung von Lebendigkeit mit Hilfe des Computers 6/ 27

7 Animationstechniken Elementaranimation Simulative Animation Kinematische Techniken [3] [4] 7/ 27

8 1 Motivation 2 Grundlagen 3 State of the Art 4 Eigene Verfahren 5 Ausblick 6 Quellen 8/ 27

9 Aktuelle PBA Verfahren Partikelsysteme Smoothed Particle Hydrodynamics Anwendungsmethoden Schmelzende Objekte Elastoplastische Festkörper Inkompressible Strömungen [5] [6] 9/ 27

10 Physikengine Grundlegende Simulation physikalischer Prozesse Open-Source Bibliothek: Bullet Physics Library Kollisionsberechnung, starre- und elastische Körperdynamik + Zeitersparnis - Präzision, Prozessorgeschwindigkeit - Nicht punktbasiert 10/ 27

11 Bullet Grundlagen Simulationswelt Collision-Shapes Constraints Soft Body [7] [8] 11/ 27

12 1 Motivation 2 Grundlagen 3 State of the Art 4 Eigene Verfahren 5 Ausblick 6 Quellen 12/ 27

13 Anforderungsanalyse Animation auf Punkten Punktdatenmodell Physikalisch korrekt Physikengine Soll als Plugin dienen Starre und elastische Objekte Dynamische Unterteilung 13/ 27

14 Punktmodell Hierarchie durch Baumdatenstruktur Sichert Zusammenhang zwischen Punkten Dynamische Unterteilung möglich [9] 14/ 27

15 Verknüpfung Verbindung Punktdaten Physikengine Direkter Zugriff auf Daten 15/ 27

16 Starre Körper Simulation Gravitations- und anders wirkende Kräfte Kollisionsberechnung Motion-States Constraints 16/ 27

17 Elastizität mit starren Körpern 17/ 27

18 Elastische Körper Simulation Soft Body + Punktmodell Point Body Nodes und Links werden übernommen, Faces nicht Links liefern Zusammenhangsinformationen 18/ 27

19 Point Body Features Ziehen Schneiden Reparieren Wiedereinfügen 19/ 27

20 Point Body-Operationen 20/ 27

21 1 Motivation 2 Grundlagen 3 State of the Art 4 Eigene Verfahren 5 Ausblick 6 Quellen 21/ 27

22 Fazit Das Framework hat bisher folgende Eigenschaften: Verknüpfung Punktmodell Physikengine Starre Körperdynamik Kollisionsberechnung Einwirkung von Kräften Bewegungseinschränkung Elastische Körperdynamik Kollisionsberechnung Zusammenhangsinformationen Verschiedene Features wie herausschneiden 22/ 27

23 Ausblick Weitere wünschenswerte Eigenschaften: Animation größerer Punktanzahlen Komplexere Objekte Dynamische Unterteilung Tree-Cut Andere? Volumeninformationen Idee: Wasserstropfen in Wasser Berechnung aller Punkte Dynamische Unterteilung: Reduzierung der Punkte [10] 23/ 27

24 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit Fragen? 24/ 27

25 1 Motivation 2 Grundlagen 3 State of the Art 4 Eigene Verfahren 5 Ausblick 6 Quellen 25/ 27

26 Quellen (1) 1 M. Müller, R. Keiser, A. Nealen, M. Pauly, M. Gross, M. Alexa Point based animation of elastic, plastic and melting objects. In The Proceedings of the Symposium on Computer Animation (2004), pp Bo Gao Project: Surface Reconstruction from Point Cloud. College of Computer and Information Science Northeasterun University Mass_spring_damper.png 4 T. Breiner Animation. (2007) Graphische Datenverarbeitung, Goethe Universität Frankfurt. 26/ 27

27 Quellen (2) 5 J. Hein Proseminar Computergraphik - Partikelsysteme, Universität Ulm F. Kleinert Physik in Computerspielen, Universität Ulm. 8 Bullet Physics Manual. Bullet_User_Manual.pdf 9 D. Schiffner, D. Krömker Tree-Cut: Dynamics level of detail for point-based rendering. Sensyble Workshop / 27