CHAPTER 4보간 기반 애니메이션

08051003 김대장08052017 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 4 장 요약 (Chapter Summary)

4.1 키 프레임 시스템 (KEY-FRAME SYSTEMS)

정의 : 중심이 될 키 프레임을 지정해 두면 , 이들 변수 값들로부터 어떤 규정된 과정에 따라중간 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 프레임을일일이 그려야 하는 과정이 필요하다 . 이러한 애니메이션을 생성하는데 필요한 움직임을 생성하기 위하여 프로그래밍 언어가 도입되었고 , 이는 스크립트를 기반에 둔 형식이 많았음 . 애니메이션 언어의 경우 , 코딩 된 기록이기 때문에약간의 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 관련하여훈련이 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>

코딩 언어에 대한 친숙도 상승에 따라 보다 더 알고리즘 적인 능력을 도입하고자 하는 경향으로 발전 > Alias/Wavefront Corporation 의 MEL Script

4.2.2 애니메이션을 위한 완전 특성화된 언어 (FULL FEATURED PROGRAMMING

LANGUAGE FOR ANIMATION)

<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 Effects 에서 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 제어를 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 애니메이션 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) : 3 차원 물체 하나를 적당한 형태로 변형시키는 것

4.4 3D 모양 보간(THREE-DIMENSIONAL SHAPE INTERPOLATION)

곡면 기반 : 객체의 경계 표현을 사용하며 두 개 객체의 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 경우는 보간된 두 개의 객체가 동일한 정점 - 에지 위상을 공유하는 것이다 .여기서 , 객체들은 단순히 정점 기반으로 정점들의 위치를 보간함으로써 변환된다 . 하나의 예로 , 이러한 경우는 두 번째 객체를 생성하기 위하여 정점 -에지 연결성을 수정하지 않고 한 객체의 모양을 수정하기 위하여 , FFD 처럼 이 전에 논의한 기법들 중 하나를 사용하는 경우에 발생한다 . 두 객체간의 대응 관계는 두 객체가 공유하는 정점 - 에지 연결성 구조에 의해 정해진다 . 보간 문제는 여기 제시한 대부분의 기법과 같이 , 3D 정점 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 . 2 차원에 해당하는 그림을 보라 . 객체 곡면은 객체의 커널에서 중심점으로부터 방사되는 선의 정규적인 분포로 샘플링되고 , 중간 객체의 정점들은 선을 따라 교차 점 사이를 보간함으로써 구한다 . 그리고 곡면 정의는 곡면 정점들로부터 정다면체의 다각형을 구성함으로써 정점들로부터 구할 수 있다 . 각 곡면 다각형을 구성하는 정점들은 전처리 단계에서 결정될 수 있으며 극 공간에서 선이 어떻게 분포되는가에 의존적이다 .

.

4.4.2 별 모양의 다면체(STAR-SHAPED POLYHEDRA)

그림은 2차원에서 객체들을 샘플링하고 보간하는 것을 보여준다 .3차원 보간으로 확장하는 것은 간단하다 . 3 차원의 경우에는 객체의 곡면에서 다각형이 반드시 정의되어 있어야 한다 .

4.4.3 축 방향의 슬라이스 (AXIAL SLICES)

대응하는 슬라이스들은 각 객체로부터 얻는다 . 한 객체로부터의 모든 슬라이스들은 원래 객체로의 근사를 재구성하기 위하여 contour-lofting 기법 중 하나를 사용할 수 있다 . 2D 슬라이스들은 중심점으로부터 나오고 방위 벡터에 대하여 일정한 간격에서 경계를 샘플링 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 방법을 같이 사용하면 , 대부분의 부류 0인 객체는 성공적으로 구로 매핑할 수 있다 . 가장 분명한 방법은 객체의 중심점으로부터 떨어진 객체 각 정점과 에지를 구로 투상하는 것이다 . 물론 , 이 방법은 별 모양의 다면체에서는 잘 동작하지만 다른 입체에서는 그렇지 않다 . 다른 접근 방법에서는 키 정점들을 구의 곡면에 고정시킨다 . 이 정점들은 사용자에 의해 선택되거나 또는 가장 위쪽 , 가장 아래쪽 , 가장 왼쪽 등 자동적으로 선택된다 .

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 연관시키고 필요하다면 새로운 정점들을 더함으로써 각 객체로부터의 메쉬들을 매치시킨다 . 그리고 메쉬들은 유사하게 분할되고 모든 것이 삼각형으로 나뉘어질 때까지 과정은 재귀적으로 이루어진다 .

4.4.5 재귀적인 분할(RECURSIVE SUBDIVISION)

초기 객체들은 초기 숫자만큼의 다각형 메쉬들로 분할된다 . 각 메쉬는 인접하는 관계가 매핑에 의해서 유지되도록 다른 객체로부터의 메쉬와 연관되게 된다 . 이것을 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 만들어지며 추가한다 .

4.5 모핑 (MORPHING : 2D)

모핑은 변형을 뜻하는 metamorphing 의 약자로 , 1960년대 초 인공위성에서 바라본 지구의 곡면이나 기계 내부에서 작동하는 센서의 결점을 정확히 집어내기 위해 사용되기 시작된 기법이다 . 시각적으로 변형과정을 살펴보고 결과를 예상하기 위해 두 개의 이미지를 매끄럽게 전환시켜 보강하는 방식을 취한다 . 모핑 기법은 사용 범위가 점차 늘어나 현재는 사람이 동물이나 로봇으로 변하는 모습을 형상화할 때도 사용하고 있다 .

4.5.1 좌표 격자 접근 방법(COORDINATE GRID APPROACH)

하나의 이미지를 다른 이미지로 변환하기 위해서 , 사용자는 모핑될 두 개의 이미지 각각에 굽은 격자를 정의한다 . 이미지에서 대응되는 요소가 대응되는 격자의 셀에 있도록 정의하는 것은 사용자의 책임이다 . 사용자는 두 개의 이미지에서 같은 수의 격자 교차 점들을 위치함으로써 격자를 정의한다 . 격자는 모든 이미지를 포함하도록 하기 위해 이미지의 경계에서 반드시 정의되어야 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 이용하여 이미지간 대응 관계를 정할수 있다 . 서로 대응되는 특징을 구분하기 위하여 두 개의 이미지에 특징 선들을 그린다 . 보간은 보간되는 끝점 또는 보간되는 중간점과 방위에 기반할 수 있다 . 어느 경우이든지 , 중간 이미지에서 각 픽셀에 대한 매핑에 의하여 각 보간된 특징 선이 정해지고 픽셀이 가져야만 하는 특징 선의 영향력 정도를 나타내는 상대적인 무게가 계산된다 . 중간 이미지 픽셀에 대응되는 원 이미지 픽셀의 위치를 정하기 위하여 매핑에서 원 이미지가 사용된다 . 상대적인 무게는 복수 특징 선들에 의해 생성된 원 이미지 위치들을 최종 원 이미지 위치로 평균하는데 사용된다 .

4.5.2 특징 기반 모핑(FEATURE-BASED MORPHING)

4.6 4 장 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 장이 선형 보간의 용어로 종종 논의된 기법들이지만 입방체와 같은 고차원 기법이 더 표현이 풍부하고 구현하는데 더 어렵지 않음을 명심해야 한다 .