Кіріспе

Компьютерлік графика саласы Компьютерлік бет анимациясы - бұл, ең алдымен, кейіпкердің бет-әлпеті бейнелерін немесе модельдерін жасау және анимациялау әдістері мен әдістерін қамтитын компьютерлік графика саласы. Кейіпкер адам, адам тәрізді, жануар, аңыз тіршілік иесі немесе кейіпкер болуы мүмкін. Тақырыбы мен шығарылым түріне байланысты ол психологиядан бастап дәстүрлі анимацияға дейінгі көптеген басқа ғылыми және көркем салалармен байланысты. Адам бетінің вербальды және вербальды емес қарым-қатынаста маңыздылығы және компьютерлік графиканың аппараттық және бағдарламалық жасақтамасының жетістіктері компьютерлік бет анимациясына айтарлықтай ғылыми, технологиялық және көркемдік қызығушылық тудырды. Компьютерлік графиканың бет анимациясы әдістерін дамыту 1970-ші жылдардың басында басталса да, бұл саладағы негізгі жетістіктер жақында ғана және 1980-ші жылдардың соңында болды. Компьютерлік бет анимациясы бойынша жұмыс екі негізгі салаға бөлінеді: анимациялық деректерді жасау әдістері және осындай деректерді кейіпкерге қолдану әдістері. Қозғалыс түсіру және кілт кескіндер сияқты әдістер бірінші топқа жатады, ал морф мақсатты анимация (көбінесе блендшоп анимациясы деп аталады) және скелет анимациясы екінші топқа жатады. Бет анимациясы анимациялық көркем фильмдер мен компьютерлік ойындар арқылы танымал және танымал болды, бірақ оның қосымшаларына байланыс, білім беру, ғылыми симуляция және агент негізделген жүйелер (мысалы, онлайн-клиенттерге қызмет көрсету өкілдері) сияқты көптеген салалар кіреді. Жеке және мобильді құрылғыларда есептеу қабілетінің соңғы жетістіктерімен бет анимациясы алдын ала берілген мазмұнда пайда болудан орындалу кезінде құрылуға ауысты.

Тарих

Адамның бет-әлпетінің көрінісі ғалымдардың зерттеуінің тақырыбы ретінде жүз жылдан астам уақыт бойы қолданылып келеді. Адамның бет-әлпеті мен мінез-құлқын зерттеу биологиялық тұрғыдан басталды. Кейбір ескі зерттеулерден кейін, мысалы, Джон Булвердің 1640-шы жылдардың аяғында Чарльз Дарвиннің "Адамдар мен жануарлардағы эмоциялардың көрінісі" кітабын мінез-құлық биологиясындағы қазіргі заманғы зерттеулер үшін үлкен ауытқу деп қарастыруға болады. Компьютерлік бейнелеу және бейнелеу жаңалық емес. Компьютерлік бет бейнелеудің алғашқы жұмыстары 1970 жылдардың басында жасалды. Бірінші үш өлшемді бет анимациясын Парк 1972 жылы жасаған. 1973 жылы Гилленсон сызықпен суреттелген бет-әлпетті құрастыру және өңдеу үшін интерактивті жүйе жасады. 1974 жылы Парк үш өлшемді бет үлгісін жасады. Бет қозғалыстарын сипаттаудың ең маңызды әрекеттерінің бірі - бет әрекетін кодтау жүйесі (FACS). Алғашқыда Карл Херман Хьорцё 1960 жылдары әзірлеген және 1978 жылы Экман мен Фризен жаңартқан, FACS 46 негізгі бет әрекет бірлігін (AU) анықтайды. Бұл іс-қимыл бірліктерінің негізгі тобы қас көтеріп, көз қысып, сөйлеу сияқты әрекеттерде бет бұлшықеттерінің бастапқы қозғалыстарын білдіреді. Сегіз АУ - үш өлшемді бас қозғалысы үшін (яғни солға және оңға бұрылу және еңкейту және жоғары, төмен, алға және артқа қарай). FACS синтетикалық бет-әлпеттің қажетті қозғалыстарын сипаттау үшін, сондай-ақ бет-әлпеттің белсенділігін бақылау үшін сәтті қолданылды. 1980 жылдардың басында Платтің бірінші физикалық негіздегі бұлшықетті бақылайтын бет моделінің және Бреннанның бет карикатуралары үшін әдістердің дамуы болды. 1985 жылы "Тони де Пелтри" атты қысқаметражды анимациялық фильм бет анимациясы саласында маңызды оқиға болды. Бұл оқиғаның алғашқы рет компьютерлік бет-әлпеттер мен сөйлеу анимациясы оқиғаның негізгі бөлігі болды. 1980 жылдардың аяғында Уотерс мысықтарға негізделген жаңа модельді, Магненат Тальман және оның әріптестері мысықтардың абстрактілік әрекет моделін және Льюис пен Хиллдің автоматты сөйлеуді синхрондауға деген көзқарасын жасады. 1990 жылдары бет анимациясы техникасын дамытуда белсенділік артып, компьютерлік бет анимациясын ойыншық әңгімесіндегі (1995), Анц (1998), Шрек және Монстер, Inc. (2001 ж. екеуі де) және компьютерлік ойындардағы сияқты негізгі әңгіме құрауышы ретінде пайдаланды. Каспер (1995), осы онжылдықтың маңызды оқиғасы, басты актер тек қана цифрлық бет анимациясын қолдана отырып түсірілген алғашқы фильм болды. 2000 жылдан кейін фильмдердің сапасы артты. Matrix Reloaded және Matrix Revolutions фильмдерінде бірнеше жоғары нақтылы камералардан алынған тығыз оптикалық ағынды бет-әлпеттің әр нүктесінде нақты бет қозғалысын түсіру үшін қолданылды. Polar Express (фильм) 150 нүктеден жоғары түсіру үшін үлкен Викон жүйесін қолданды. Бұл жүйелер автоматтандырылған болса да, деректерді пайдалану үшін қолмен тазалаудың үлкен көлемі қажет. Бет анимациясының тағы бір маңызды кезеңі "Жалпының Иесі" фильмінде болды, онда кейіпкердің нақты пішінінің базалық жүйесі жасалды. Марк Сагар FACS-ті ойын-сауық бет анимациясында пайдаланудың ізашарсы болды, ал Сагар әзірлеген FACS-ке негізделген жүйелер Monster House, King Kong және басқа фильмдерде қолданылды.

Бет анимациясы деректерін құру

Бет анимациясы деректерін алу әр түрлі тәсілдермен қарастырылуы мүмкін: 1.) орындаушының бетіндегі нүктелер мен белгілерге негізделген қозғалыс түсіру, 2.) әртүрлі типті камераларды пайдалана отырып, маркерсіз қозғалыс түсіру әдістері, 3.) дыбыспен басқару техникасы және 4) кілт кескін анимациясы. Қозғалыс түсіру үшін объектінің айналасына камералар орналастырылады. Субъект әдетте рефлекторлармен (пассивті қозғалыс түсіру) немесе субьекттің кеңістіктегі орнын дәл анықтайтын көздермен (активті қозғалыс түсіру) жабдықталады. Кейін камералар түсірген деректерді цифрлық түрге көшіріп, үш өлшемді компьютерлік модельге айналдырады. Жақында ғана қозғалыс түсіру жүйелерінде қолданылатын детекторлардың / көздердің көлемі бұл технологияны бет түсіруге жарамсыз етті. Алайда, миниатюралық және басқа да жетістіктер қозғалыс түсіруді компьютерлік бет анимациясы үшін тиімді құралға айналдырды. Полярлық экспрессте Imageworks жүздеген қозғалыс нүктелерін түсірген кезде бет қозғалысын түсіру кеңінен қолданылды. Бұл фильм өте жетістіктерге қол жеткізді және ол реализмді қайта құруға тырысқан кезде, "жалған аңғарға" түскені үшін сынға түсті, бұл анимациялық реализм адамның тануына және эмоциялық хабарды жеткізуге жеткілікті, бірақ кейіпкерлер реалистік ретінде қабылдана алмайды. Қозғалыс түсірудің негізгі қиындықтары - бұл тербелістерді және нүктелердің геометриясын қайта мақсаттауды қамтитын деректердің сапасы. Маркерсіз қозғалыс түсіру - орындаушыны маркерлермен ауыртпалықтан сақтап, қозғалыс түсіру процесін жеңілдетуді көздейді. Жақында түрлі сенсорларды пайдаланатын бірнеше техника пайда болды, олардың ішінде стандартты бейнекамералар, Kinect және тереңдік сенсорлары немесе басқа да жарыққа негізделген құрылғылар бар. Құрылымдық жарыққа негізделген жүйелер жоғары жылдамдықты құрылымды жарық сканері арқылы кез келген маркерлерді пайдаланбай-ақ нақты уақыт режимінде жұмыс істей алады. Жүйе түрлі бет-әлпеттермен жүйеге жаттықтыратын, бетті бақылаудың сенімді офлайн сатысына негізделген. Бiрiктiрiлген реттiктер кейiннен онлайн бетiнiң тiзiмiн және мiнез-құлқын беру үшiн пайдаланылатын адамның нақты сызықтық бетiнiң моделiн құру үшiн қолданылады. Аудио-дирижерлік техникалар әсіресе сөйлеу анимациясына жақсы сәйкес келеді. Сөйлеу әдетте бет-әлпеттің анимациясына қарағанда басқаша қарастырылады, себебі анимацияға қарапайым кілт кескінге негізделген тәсілдер әдетте нақты сөйлеу динамикасына нашар жақын келеді. Көбінесе виземалар байқалатын сөйлеудегі негізгі қалыптарды (яғни белгілі бір фонеманы шығаратын кезде еріндер, жақ және тілдің орны) бейнелеу үшін қолданылады, алайда табиғи сөйлеу кезінде виземаларды жүзеге асыруда үлкен айырмашылықтар бар. Бұл өзгерістің көзі коартикуляция деп аталады, ол қоршаған виземалардың ағымдағы виземаға әсері (яғни контекст әсері). Коартикуляцияны есепке алу үшін қазіргі жүйелер виземалық кілт-кадрларды араластырған кезде контекстті нақты есепке алады немесе дифон, трифон, иілмек немесе тіпті сөз мен сөйлем ұзындығы бірліктері сияқты ұзын бірліктерді қолданады. Сөйлеу анимациясының ең көп таралған тәсілдерінің бірі - Коэн мен Массаро енгізген доминанстық функцияларды пайдалану. Әрбір үстемдік функциясы уақыт өте келе виземаның сөйлеуге әсерін білдіреді. Әдетте әсері визема орталығында ең үлкен болады және визема ортасынан алыстаған сайын төмендейді. Доминанттық функциялар сөйлеу траекториясын жасау үшін біріктіріледі, бұл сплиндік негіз функциялары қисық құру үшін біріктіріледі. Әрбір үстемдік функциясының пішіні ол қай бетке қатысты екенін және беттің қандай жағын бақылайтынын (мысалы, еріннің ені, жақ сүйегінің айналуы және т.б.) байланысты әр түрлі болады. Бұл тәсілді компьютерлік сөйлеу анимациясына Балдидің сөйлейтін басында көруге болады. Контексті қамтитын сөйлеуді пайдаланудың басқа да негізгі бірліктері (мысалы, дифондар, трифондар және т.б.) виземалардың орнына. Негізгі бірліктер әр виземаның контекстке және белгілі бір дәрежеде әр виземаның динамикасына байланысты өзгеруін қамтитындықтан, коартикуляция моделі қажет емес. Сөйлеу тек деректер базасынан тиісті бірліктерді таңдап, оларды біріктіру арқылы жасалады. Бұл аудио сөйлеу синтезіне арналған конкатентативтік әдістерге ұқсас. Бұл модельдердің кемшілігі - табиғи нәтижелер алу үшін көп мөлшерде жиналған деректер қажет, ал ұзын бірліктер табиғи нәтижелер береді, ал қажетті �...

Бейнелеуді қолдану

Кейіпкерге бет анимациясын қолдану үшін қолданылатын негізгі әдістер: 1.) 2.) сүйекті анимация, 3.) текстуралық анимация (2D немесе 3D) және 4. физиологиялық модельдер. Морф мақсаттарына негізделген жүйелер (оларды "қоспа формалар" деп те атайды) жылдам ойнатуды және өрнектердің жоғары дәрежедегі адалдығын ұсынады. Бұл әдіс бет торларының бөліктерін өрнектер мен виземаларға жуықтап, содан кейін әртүрлі субторларды араластыруды қамтиды, олар морф нысаналары немесе қоспалар деп аталады. Мүмкін, бұл әдісті қолданған ең жақсы кейіпкер "Жылғалдақтардың иесі" фильміндегі Голум болар. Бұл әдістің кемшілігі - бұл қарқынды қол еңбегін қамтиды және әр таңбаға тән. Жақында 3D модельдеуде жаңа тұжырымдамалар пайда бола бастады. Соңғы уақытта дәстүрлі әдістерден ауытқыған жаңа технология пайда бола бастады, мысалы, 3D нысанның қозғалысын модельдеуге басымдық беретін қисық бақылаулы модельдеу, статикалық пішіннің дәстүрлі модельдеуінің орнына. Сүйекті анимация ойындарда кеңінен қолданылады. Сүйектер құрамы бірнеше сүйектен жүзге дейін өзгеріп, барлық нәзік мимикаларды жасауға мүмкіндік береді. Сүйекті анимацияның негізгі артықшылығы - олардың бет-әлпеттерінің морфологиясы ұқсас болған жағдайда, әр түрлі кейіпкерлер үшін бірдей анимацияны қолдануға болады, ал екіншісі - олар барлық Morph мақсатты деректерді жадыға жүктеуді қажет етпейді. Сүйекті анимация 3D ойын қозғалтқыштарымен кеңінен қолдайды. Сүйекті анимация 2D және 3D анимация үшін де қолданылуы мүмкін. Мысалы, Adobe Flash көмегімен 2D кейіпкерді сүйектер арқылы жасақтау және анимациялау мүмкін. Текстураға негізделген анимация кейіпкердің бетіндегі анимацияны жасау үшін пиксельдік түстерді қолданады. 2D бет анимациясы әдетте суреттерді түрлендіруге негізделеді, соның ішінде фотосуреттер мен видео реті бар. Бейне түрлендіру - бұл мақсатты тұрақты бейнелердің жұбы арасында немесе видео реттіліктерінің кадрлары арасында көшірме бейнелерді жасауға мүмкіндік беретін әдіс. Бұл морфтау әдістері әдетте геометриялық деформация әдісінен тұрады, ол мақсатты бейнелерді туралайды және кескін текстурасында тегіс ауысуды тудыратын қиылысты бояудан тұрады. Бейне түрлендірудің алғашқы мысалын Майкл Джексонның "Black Or White" клипінде көруге болады. 3D анимациядағы текстураға негізделген анимация текстураның өзін немесе УФ картасын анимациялау арқылы жүзеге асырылады. Соңғы жағдайда барлық бет-әлпеттің текстуралық картасы құрылады және UV карта анимациясы бір көріністен келесісіне өту үшін қолданылады. Физиологиялық модельдер, мысалы скелеттік бұлшықет жүйелері және физикалық негізделген бас модельдері, бас пен бет моделін құруда басқа тәсілдерді құрайды. Мұнда сүйектердің, тіндердің және терілердің физикалық және анатомиялық сипаттамалары нақты көрініс беру үшін симуляцияланады (мысалы, пружина тәрізді икемділік). Мұндай әдістер реализмді жасау үшін өте күшті болуы мүмкін, бірақ бет құрылымдарының күрделілігі оларды есептеу жағынан қымбат және жасауды қиындатады. Параметрленген модельдердің коммуникациялық мақсаттардағы тиімділігін ескере отырып (келесі бөлімде түсіндірілгендей), физикалық негізделген модельдер көптеген қолданбаларда өте тиімді таңдау емес деп дәлелдеуге болады. Бұл физикалық негізделген модельдердің артықшылықтарын және оларды қажет болған кезде жергілікті мәліметтерді беру үшін параметрленген модельдер аясында қолдануға болатындығын жоққа шығармайды.