Transcript 1030 김대장, 서재규.

CHAPTER 4
보간 기반 애니메이션
08051003 김대장
08052017 서재규
차례

4.1 키 프레임 시스템(Key-Frame Systems)

4.2 애니메이션 언어(Animation Languages)

4.3 객체 변형(Deforming Objects)

4.4 3D 모양 보간

4.5 모핑(Morphing : 2D)

4.6 4장 요약(Chapter Summary)
4.1 키 프레임 시스템(KEY-FRAME
SYSTEMS)
정의 : 중심이 될 키 프레임을 지정해 두면,
이들 변수 값들로부터 어떤 규정된 과정에 따라
중간 프레임이 보간 되는 것.
* 보간 : 주어진 데이터를 가지고 얻어지지 않은
데이터를 추정하는 방법
간단한 키 프레임 애니메이션의 예
<키 프레임 Start>
<키 프레임 End>
간단한 키 프레임 애니메이션의 예
<중간 프레임 보간>
간단한 키 프레임 애니메이션의 예
<키 프레임 애니메이션>
4.2 애니메이션 언어(ANIMATION
LANGUAGES)
수작업 애니메이션의 경우 이러한 중간 프레임을
일일이 그려야 하는 과정이 필요하다. 이러한
애니메이션을 생성하는데 필요한 움직임을 생성하기
위하여 프로그래밍 언어가 도입되었고, 이는 스크립
트를 기반에 둔 형식이 많았음.
애니메이션 언어의 경우, 코딩 된 기록이기 때문에
약간의 다듬는 과정을 통해 재사용이 가능하고,
복잡한 수치 계산 및 보간 과정을 통해 움직임에
강력한 제어를 할 수 있다.
단점으로는 프로그래밍 실력을 요구하기 때문에,
예술 적인 테크닉과 프로그래밍 테크닉과 관련하여
훈련이 필요하다.
4.2.1 예술가 지향 애니메이션 언어
(ARTIST-ORIENTED ANIMATION
LANGUAGES)
컴퓨터 그래픽스 초창기, 예술가들의 프로그램
코딩능력이 저조한 것을 고려하여 만든 언어.
그래픽 사용자 인터페이스를 포함하여, 접근성에는
용이했으나 능력이 제한적임
> 이름 짓기, 변환, 객체 변환 적용시간 등으로 구성.
< ANIMAⅡ>
4.2.2 애니메이션을 위한 완전 특성화된 언어
(FULL FEATURED PROGRAMMING
LANGUAGE
FOR ANIMATION)
코딩 언어에 대한 친숙도 상승에 따라 보다 더
알고리즘 적인 능력을 도입하고자 하는 경향으로
발전
> Alias/Wavefront Corporation의 MEL Script
<MEL Script>
http://en.wikipedia.org/wiki/
Maya_Embedded_Language
http://en.wikipedia.org/wiki/
File:Autodesk_Maya_2013_
SP2_Extension_x64_on_Win8.png
4.2.3 관절변수 (ARTICULATION
VARIABLES)
트랙(track), 채널(channel) 로도 불리며 avar이라는
약자로 불려진다. 연결되어 있는 기관의 관절
(articulation)을 제어하는 여러 가지 시스템에서 주로
많이 사용 되는 것에서 유래.
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=pandakat&logNo=30102011895
4.2.4 그래픽 언어 (GRAPHICAL
LANGUAGES)
그래픽 프로그램 요소를 조작하여 프로그램을
만들 수 있는 컴퓨터 프로그래밍 언어입니다.
<Wiki>
* Houdini :
Side Effects에서 개발한 컴퓨터 그래픽 소프트 웨어.
노드에서 노드로 데이터가 넘겨진 묘사에 의해
동작이 수행되며 객체 표현을 생성.
4.2.5 행위자 기반 애니메이션 언어
(ACTOR-BASED ANIMATION
LANGUAGES)
행위자는 캡슐화된 모델을 뜻함.
기하학적 묘사, 디스플레이 속성 그리고 동작 제어
를 포함하는 데이터 절차에 연관된 그래픽 객체인,
객체 기반 접근 방식.
그래픽 객체의 기하학적인 형태와 디스플레이 특성
지정 및 그래픽 객체의 움직임을 표현
4.3 객체 변형 (Deforming Objects)
: 한 객체에서 다른 객체로 변환하는 강력한 애니메
이션 기법
4.3.1. 선택과 당김
: 객체 모양 수정의 가장 간단한 방법으로 객체의
하나 이상의 정점을 이동하는 것.
4.3.1 삽입된 공간 변형
(DEFORMING AN EMBEDDING
SPACE)
격자 변형 (Grid Deformation)
: 많은 정점을 서로 그룹 지우고 이들을 균일하게
이동하는 것.
* 2D 격자의 예) 체스판
(http://vimeo.com/1166040)
전역적 변형 (Global Deformation)
: 테이퍼링, 비틀기, 구부리기, 이들을 가지고 조합
* 끝으로 갈수록 가늘게 자르는 것
폴리라인 변형 (Polyline Deformation)
자유형 변형 (FFD; Free-Form Deformation)
: 3차원 물체 하나를 적당한 형태로 변형시키는 것
4.4 3D 모양 보간
(THREE-DIMENSIONAL SHAPE
INTERPOLATION)
곡면 기반 : 객체의 경계 표현을 사용하며 두 개 객체
의 정점-에지 위상이 일치하도록 하나 또는 둘 모두
수정한다. 이것이 완료되면, 객체의 정점들은 정점을
기반으로 하여 보간될 수 있다.
-다룰 수 있는 객체의 종류에 대한 제약이 있음
부피기반: 객체가 차지하는 부피를 고려하며 하나의
부피가 다른 부피로 혼합된다.
- 서로 다른 객체의 위상에 덜 민감함
-부피 기반 기법은 부피표현을 필요로 하고,
-곡면 기반 기법보다 많은 계산이 필요.
4.4.1 위상 매칭 (MATCHI)NG TOPOLOGY)
하나의 객체를 다른 객체로 변환하는 가장 간단한 경
우는 보간된 두 개의 객체가 동일한 정점-에지 위상을
공유하는 것이다.
여기서, 객체들은 단순히 정점 기반으로 정점들의 위
치를 보간함으로써 변환된다. 하나의 예로, 이러한 경
우는 두 번째 객체를 생성하기 위하여 정점-에지 연결
성을 수정하지 않고 한 객체의 모양을 수정하기 위하
여, FFD처럼 이 전에 논의한 기법들 중 하나를 사용하
는 경우에 발생한다. 두 객체간의 대응 관계는 두 객체
가 공유하는 정점-에지 연결성 구조에 의해 정해진다.
보간 문제는 여기 제시한 대부분의 기법과 같이, 3D 정
점 위치들을 보간함으로써 해결된다.
4.4.2 별 모양의 다면체
(STAR-SHAPED POLYHEDRA)
만약 두 객체가 모두 별 모양의 다면체 라면, 두 객체간 2D 매핑을
만들어 내기 위하여 극 좌표를 사용할 수 있다. 2차원에 해당하는
그림을 보라. 객체 곡면은 객체의 커널에서 중심점으로부터 방사
되는 선의 정규적인 분포로 샘플링되고, 중간 객체의 정점들은 선
을 따라 교차 점 사이를 보간함으로써 구한다. 그리고 곡면 정의
는 곡면 정점들로부터 정다면체의 다각형을 구성함으로써 정점들
로부터 구할 수 있다. 각 곡면 다각형을 구성하는 정점들은 전처
리 단계에서 결정될 수 있으며 극 공간에서 선이 어떻게 분포되는
가에 의존적이다.
.
4.4.2 별 모양의 다면체
(STAR-SHAPED POLYHEDRA)
그림은 2차원에서 객체들을 샘플링하고 보간하는 것
을 보여준다.
3차원 보간으로 확장하는 것은 간단하다. 3차원의 경
우에는 객체의 곡면에서 다각형이 반드시 정의되어 있
어야 한다.
4.4.3 축 방향의 슬라이스 (AXIAL SLICES)
대응하는 슬라이스들은 각 객체로부터 얻는다. 한 객
체로부터의 모든 슬라이스들은 원래 객체로의 근사를
재구성하기 위하여 contour-lofting 기법 중 하나를 사
용할 수 있다. 2D 슬라이스들은 중심점으로부터 나오
고 방위 벡터에 대하여 일정한 간격에서 경계를 샘플
링 하는 선을 구성함으로써 쌍으로 보간될 수 있다.
4.4.4 구로의 매핑 (MAP TO SPHERE)
객체를 구로 매핑하는 여러 가지 다른 방법들이 있다.
모든 객체에 대하여 동작하는 방법은 없지만, 여러 방
법을 같이 사용하면, 대부분의 부류 0인 객체는 성공적
으로 구로 매핑할 수 있다. 가장 분명한 방법은 객체의
중심점으로부터 떨어진 객체 각 정점과 에지를 구로
투상하는 것이다. 물론, 이 방법은 별 모양의 다면체에
서는 잘 동작하지만 다른 입체에서는 그렇지 않다. 다
른 접근 방법에서는 키 정점들을 구의 곡면에 고정시
킨다. 이 정점들은 사용자에 의해 선택되거나 또는 가
장 위쪽, 가장 아래쪽, 가장 왼쪽 등 자동적으로 선택된
다.
4.4.5 재귀적인 분할
(RECURSIVE SUBDIVISION)
새로운 에지가 과다하게 만들어지는 것을 피하기 위해
, 각 객체가 2차원 다각형 메쉬로 줄어드는 재귀적인
접근 방법을 사용할 수 있다. 경계 정점들을 연관시키
고 필요하다면 새로운 정점들을 더함으로써 각 객체로
부터의 메쉬들을 매치시킨다. 그리고 메쉬들은 유사하
게 분할되고 모든 것이 삼각형으로 나뉘어질 때까지
과정은 재귀적으로 이루어진다.
4.4.5 재귀적인 분할
(RECURSIVE SUBDIVISION)
초기 객체들은 초기 숫자만큼의 다각형 메쉬들로 분할
된다. 각 메쉬는 인접하는 관계가 매핑에 의해서 유지
되도록 다른 객체로부터의 메쉬와 연관되게 된다. 이
것을 수행하는 가장 간단한 방법은 각 객체들을 2개의
메쉬로만 나누는 것이다. 앞 메쉬와 뒤 메쉬. 앞과 뒤의
메쉬는 객체의 최상위, 최하위, 가장 왼쪽, 가장 오른쪽
정점들간의 가장 짧은 경로를 검색함으로서 만들어지
며 추가한다.
4.5 모핑 (MORPHING : 2D)
모핑은 변형을 뜻하는 metamorphing의 약자로,
1960년대 초 인공위성에서 바라본 지구의 곡면이나
기계 내부에서 작동하는 센서의 결점을 정확히 집어
내기 위해 사용되기 시작된 기법이다. 시각적으로 변
형과정을 살펴보고 결과를 예상하기 위해 두 개의 이
미지를 매끄럽게 전환시켜 보강하는 방식을 취한다.
모핑 기법은 사용 범위가 점차 늘어나 현재는 사람이
동물이나 로봇으로 변하는 모습을 형상화할 때도 사
용하고 있다.
4.5.1 좌표 격자 접근 방법
(COORDINATE GRID APPROACH)
하나의 이미지를 다른 이미지로 변환하기 위해서, 사
용자는 모핑될 두 개의 이미지 각각에 굽은 격자를 정
의한다. 이미지에서 대응되는 요소가 대응되는 격자의
셀에 있도록 정의하는 것은 사용자의 책임이다. 사용
자는 두 개의 이미지에서 같은 수의 격자 교차 점들을
위치함으로써 격자를 정의한다. 격자는 모든 이미지를
포함하도록 하기 위해 이미지의 경계에서 반드시 정의
되어야 한다.
4.5.1 좌표 격자 접근 방법
(COORDINATE GRID APPROACH)
4.5.2 특징 기반 모핑
(FEATURE-BASED MORPHING)
좌표 격자를 사용하는 대신, 사용자는 특징 선들을 이
용하여 이미지간 대응 관계를 정할수 있다. 서로 대응
되는 특징을 구분하기 위하여 두 개의 이미지에 특징
선들을 그린다. 보간은 보간되는 끝점 또는 보간되는
중간점과 방위에 기반할 수 있다. 어느 경우이든지, 중
간 이미지에서 각 픽셀에 대한 매핑에 의하여 각 보간
된 특징 선이 정해지고 픽셀이 가져야만 하는 특징 선
의 영향력 정도를 나타내는 상대적인 무게가 계산된다
. 중간 이미지 픽셀에 대응되는 원 이미지 픽셀의 위치
를 정하기 위하여 매핑에서 원 이미지가 사용된다. 상
대적인 무게는 복수 특징 선들에 의해 생성된 원 이미
지 위치들을 최종 원 이미지 위치로 평균하는데 사용
된다.
4.5.2 특징 기반 모핑
(FEATURE-BASED MORPHING)
4.6 4장 요약 (CHAPTER SUMMARY)
보간 기반 방법들은 많은 컴퓨터 애니메이션을 위한
기초가 된다. 이미지, 객체 모양, 또는 매개변수 값을
보간 하는데 있어, 보간은 강력하고 유연하다. 이 장
이 선형 보간의 용어로 종종 논의된 기법들이지만 입
방체와 같은 고차원 기법이 더 표현이 풍부하고 구현
하는데 더 어렵지 않음을 명심해야 한다.