Tipi di animazione nei games

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1 Video Game Dev 2015/2016 Università dell Insubria Animations Marco Tarini Tipi di animazione nei games 1. Di oggetti rigidi animazione di trasformaz di modellazione (6 DoF per oggetto) Marco Tarini - Univ. Insubria 1

2 Tipi di animazione nei games 1. Di oggetti rigidi animazione di trasformaz di modellazione o composti di parti rigide Tipi di animazione nei games 2. Free-Form deformations / animations di oggetti deformabili generici Marco Tarini - Univ. Insubria 2

3 Tipi di animazione nei games 3. of articulated models internal skeleton la maggior parte dei virtual characters! skinning, oggetti rigged Tipi di animazine e DoF (x keyframe) DoF = Degrees of Freedom Gradi di Libertà Rigid 6 DoF per oggetto (o, es, 9, con rescaling anisotr.) Articulated ~ DoF per oggetto (es 3 DoF per giunto x 22 giunti) Free form DoF per oggetto (es 3 per vertice) Marco Tarini - Univ. Insubria 3

4 Animazioni nei games Non procedural Assets! Controllo da parte degli artisti / creatori (dramatic effects!) Non interattiva Realismo dipende dall artista Poca customizzabilità Physic engine Poco controllo Interattiva Procedural Realismo come prodotto collaterale del rispetto leggi fisiche Si autoadatta Animazioni nei games O miste primary animations: scripted secondary animations: computed alive characters: scripted dead characters: computed (ragdolls) Marco Tarini - Univ. Insubria 4

5 Parentesi terminologia Alcuni contrari di procedurale, a seconda del contesto baked : ( precotto ) congelato in un asset, (anche se era stato prodotto proceduralmente) asset : stored in un asset, quale che sia l origine, cioè letto dal disco (o streamed da web, etc) scripted : memorizzato in uno script (ma anche una procedura di creazione può essere in uno script! e.g. uno script per la creazione procedurale di un livello) (manually) designed / edited : prodotto da un artista (e non da un programma) (fully) simulated : prodotto da simulazione fisica (e non da un programma semplice) Animations in games (of 3D Solid Objects) Rigid Non Procedural (ASSETS) Pre-made transforms Procedural (PHYSIC ENGINE) Rigid body dynamics Articulated Skeletal Animations Ragdolling Inverse kinematics Free form Blend-Shapes (generic) deformable object simulation usually too expensive Cloth/ garments Ropes Marco Tarini - Univ. Insubria 5

6 Animations in games (of 3D Solid Objects) Rigid Non Procedural (ASSETS) Pre-made transforms Procedural (PHYSIC ENGINE) Rigid body dynamics Articulated Skeletal Animations Ragdolling Inverse kinematics Free form Blend-Shapes (generic) deformable object simulation usually too expensive Cloth/ garments Ropes Scene graph posizonamento della automobile (rispetto al mondo) posiz. della ruota (rispetto all automobile) TR0 TR1 TR2 TR3 TR4 TR5 TR6 Marco Tarini - Univ. Insubria 6

7 Scene graph animato (animazioni cinematiche ) posizonamento della automobile (rispetto al mondo) Tempo: t0 t1 t2 t3 t4 Trasformaz: TR0 TR1 TR2 TR3 TR4 posiz. della ruota (rispetto all automobile) TR0 TR1 TR3 TR4 TR5 TR6 Animazioni cinematiche: come modo 1: scripting modo 2: editing is software di animaz. cinema 4D, blender, 3D max, (possono usare I.K.) esportare animaz come sequenza di keyframes Files: collada, fbx, Tempo: t0 t1 t2 t3 t4 Arco A: TR0 TR1 TR2 TR3 TR4 Arco B: TR0 TR1 TR2 TR3 TR4 asset: lo script asset: l animaz DEMO! Marco Tarini - Univ. Insubria 7

8 Interpolazione di keyframes (concetto generico) Keyframes + inerpolazione keyframe A 0.5 keyframe A keyframe B keyframe B Interpolazione di keyframes (concetto generico) Modellatore / animatore decide: set di keyframes con tempi associati timeline La maggior parte frames effettivi: interpolazioni fra keyframes risparmio di workload dell artista risparmio di storage key-frames nota: distribuzione keyframes adattiva più keyframes dove necessario Marco Tarini - Univ. Insubria 8

9 Interpolazione di keyframes (caso animazioni cimematiche) T 1 tempo 100 keyframe A T i =?*? tempo 150 frame interpolato T 2 * necessita (buona) interpolazione fra trasformazioni tempo 200 keyframe B Animations in games (of 3D Solid Objects) Rigid Non-Procedural (ASSETS) Pre-made transforms Procedural (PHYSIC ENGINE) Rigid body dynamics Articulated Skeletal Animations Ragdolling Inverse kinematics Free form Blend-Shapes (generic) deformable object simulation usually too expensive Cloth/ garments Ropes Marco Tarini - Univ. Insubria 9

10 Animaz. oggetti deformabili: Blend shapes A.K.A: Blend shapes Per-vertex animations Vertex animations Face morphs Shape keys Morph targets BARRY BLITT (THE NEW YORKER) Blend shapes: concept Amimaz 2D (vecchia scuola): sequenza di sprites Walk cycle (Monkey Island LucasArt 1991) Animaz 3D: sequenza di mesh? Marco Tarini - Univ. Insubria 10

11 Reminder: rappresentaz di una mesh Modo indexed: Geometria: array di vertici in ogni vertice, posizione e attributi Attributi: nei vertici (e.g. campi della classe vertice ) Connettività: Array di triangoli Per ogni triangolo: tripletta di indici a vertice Blend shapes (struttura dati) V1 V2 T1 T2 T3 V3 V4 V5 geometria: attributi: connettività (es: indexed) Vert: V1 Pos (x,y,z) UV (u,v) Col (r,g,b) Tri: Wedge 1: Wedge 2: Wedge 3: V2 (x,y,z) (u,v) (r,g,b) T1 V4 V1 V2 V3 (x,y,z) (u,v) (r,g,b) T2 V4 V2 V5 V4 (x,y,z) (u,v) (r,g,b) T3 V5 V2 V3 V5 (x,y,z) (u,v) (r,g,b) Marco Tarini - Univ. Insubria 11

12 Blend shapes (struttura dati) V1 V2 V1 V2 V3 V1 T1 T2 V2 T3 V3 T1 V4 T2 V5 T3 V3 V4 T1 T2 V5 T3 V4 V5 geometrie: attributi: connettività (es: indexed) Vert: Base Shape Shape 1 Shape 2 V1 (x,y,z) (x,y,z) (x,y,z) UV (u,v) Col (r,g,b) Tri: Wedge 1: Wedge 2: Wedge 3: V2 (x,y,z) (x,y,z) (x,y,z) (u,v) (r,g,b) T1 V4 V1 V2 V3 (x,y,z) (x,y,z) (x,y,z) (u,v) (r,g,b) T2 V4 V2 V5 V4 (x,y,z) (x,y,z) (x,y,z) (u,v) (r,g,b) T3 V5 V2 V3 V5 (x,y,z) (x,y,z) (x,y,z) (u,v) (r,g,b) Blend shapes Una mesh con geometria ripetuta varie volte Cioé sequenza di mesh ( shape ) con connettività: condivisa attributi: condivisi (eccetto normali / direz tangenti) geometria: ripetuta x ogni shape (e tessiture: condivise) o morph o (key)- frame o shape-key Varianti (equivalenti): Modo relativo: base shape: memorizzato esplicitamente ogni altro shape: come differenza (x,y,z) con base shape Modo assoluto: ogni shape memorizzato indipendentemente Marco Tarini - Univ. Insubria 12

13 Blend shapes (struttura dati) Mesh indexed: class Vertex { vec3 pos; rgb color; vec3 normal; }; class Face{ int vertexindex[3]; }; class Mesh{ vector<vertex> vert; /* geom + attr */ vector<face> tris; /* connettivita */ }; Blend shapes (struttura dati) Mesh indexed: class Vertex { vec3 pos [ N_SHAPES ] ; rgb color; vec3 normal [ N_SHAPES ] ; }; class Face{ int vertexindex[3]; }; class Mesh{ vector<vertex> vert; /* geom + attr */ vector<face> tris; /* connettivita */ }; Marco Tarini - Univ. Insubria 13

14 Blend-shapes: file formats più diffusi Semplici:.MD5 ( quake, valve) o, sequenza di mesh separate (es.obj) occhio! connettività coerente? (vertex ordering, face ordering, wedge ordering) Complessi:.DAE (Collada).FBX (Autodesk) Interpolazione fra 2 shapes Geometria interpolata: Assoluto: shape A w A + shape B w B Relativo: shape base + delta_shape A w A + delta_shape B w B con: 0 w A 0 0 w B 1 w A + w B = 1 Marco Tarini - Univ. Insubria 14

15 Interpolazione fra shapes shape A shape B (shapes = espressioni) Usi delle Blend shapes Sequenze temporali shapes = keyframes Marco Tarini - Univ. Insubria 15

16 Usi delle Blend shapes Sequenze temporali shapes = keyframes Usi delle Blend shapes: sequenze temporali Shapes == keyframes di una animaz shape A shape B shape C tempo t A tempo t B tempo t C shape D tempo t D attimo attuale: t con t B < t < t C inperpolare fra le shape: shape B e shape C con pesi : w B w C 1w B Marco Tarini - Univ. Insubria 16

17 Usi delle Blend shapes: sequenze temporali Shapes == keyframes di una animaz shape A shape B shape C tempo t A tempo t B tempo t C tempo t D shape D attimo attuale: t con t B < t < t C inperpolare fra le shape: shape B e shape C con pesi : w B w C transition function Transition functions Non solo Linear (concetto generale nelle animaz vale per tutti i tipi) 1 linear 1 Marco Tarini - Univ. Insubria 17

18 Transition functions Non solo Linear (concetto generale nelle animaz vale per tutti i tipi) 1 linear 1 NB: estrapolazione! ( exaggeration ) Usi delle Blend shapes Animazioni facciali (forse l uso più comune) Spesso congiunta con animaz skeletali (mandibola, collo, rotaz bulbi oculari) Marco Tarini - Univ. Insubria 18

19 Usi delle Blend shapes Animazioni facciali (forse l uso più comune) Spesso congiunta con animaz skeletali (mandibola, collo, rotaz bulbi oculari) Interpolazione fra più shapes Blending di shapes: Assoluto: shape A w A + shape B w B + shape C w C + con: 0 w A,B,C, 1 o anche no (estrapolazione). Utile per w A + w B + w C + = 1 Relativo: shape base + shape A w A + shape B w B + shape C w C + Marco Tarini - Univ. Insubria 19

20 Marco Tarini - Univ. Insubria 20

21 Blend shapes per animazione facciale: workflow Modellatore 3D fa: il set di blend-keys Animatore (delle espressioni) decide: i pesi tipicamente: attraverso slider aiutato / sostituito da software lip sync espressioni dinamiche e.g. in games Blending dei keys: in tempo reale [VIDEO] Marco Tarini - Univ. Insubria 21

22 Usi delle Blend shapes Configurazioni di oggetti deformabili Pose «precotte» Usi delle Blend shapes Varianti di uno stesso oggetto (miscelabili!) outfit maschile outfit femminile Marco Tarini - Univ. Insubria 22

23 Usi delle Blend shapes Varianti di uno stesso oggetto (miscelabili!) umano orco goblin nano Usi delle Blend shapes Definire morfologia di una classe di oggetti definire una forma = specificare i pesi modellazione 3D ad alto livello i pesi spannano uno spazio delle forme una forma = un punto dello spazio pesi = coordinate uno spazio è tanto più utile quanto più : tutte e sole le forme ragionevoli sono punti dello spazio Es: (ricorrente): morfologie facciali face-space nota: morfologia facciale espressione facciale Marco Tarini - Univ. Insubria 23

24 Usi delle Blend shapes Una blend shape per un face space ( face-morphs ) [DEMO] Cosa una blend shape non fa Cambi di connettività es di risoluzione, remeshing Cambi topologici rottura, separazione, fusione di pezzi Cambi di attributi (es mutamenti di colore ) Cambi di textures usare invece una texture animation, maybe? Marco Tarini - Univ. Insubria 24

25 Blend shapes: come si ottengono Manualmente: 1. Editare la base shape compreso: uv-mapping, texturing, etc. 2. Ri-editare la base shape x ogni shape-key! ma preservando: connettività, textures, etc low poly editing subdivision surfaces parametric surfaces scupting: difficilmente. Authoring di blend-shapes Manuale per animazione blend-shape di volti: Stop Staring (3d edition) Jason Osipa Stile, espressione Non tecnico (alto livello) No strumenti specifici e.g. Blender, Maya Marco Tarini - Univ. Insubria 25

26 Blend shapes: come si ottengono Cattura: aquisizione della base shape (opz: semplificaz remeshing uv-mapping etc) cattura dei frame successivi e.g. kinect, o scansione di ogni frame morphing dei frame successivi non rigid mesh alignment [VIDEO] Blend shapes: vantaggi e svantaggi Flessibili, espressive, molta libertà troppa? Consumo memoria Work intensive da costruire (anche se non tanto quanto, e.g., sprites, Facili da usare una volta costruite solo definiz pesi (e.g. sliders) xchè frames riutilizzano: connettività attributi tessiture ) Marco Tarini - Univ. Insubria 26

27 Blend shapes: challanges Cattura da stream di meshes Compression eg: prediction + store corrections + Huffman Streaming LOD-ding Marco Tarini - Univ. Insubria 27