Modelação de mãos, face, cabelo e roupas complementar e tão importante quanto a modelação do corpo Fundamental para garantir expressividade Mãos

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1 Modelação de mãos, face, cabelo e roupas complementar e tão importante quanto a modelação do corpo Fundamental para garantir expressividade Mãos Importante para grande quantidade de movimentos Fundamental para síntese da fala Cabelos Problema complicado devido ao número de elementos a serem considerados Roupa Amplamente utilizado

2 Mãos Cabelo Roupa Mãos Características Lado interno com linhas e rugas => descontinuidades nas deformações 5 segmentos de esqueleto muito flexíveis Deformação dos dedos muito complexa => grande variação de ângulos e segmentos muito curtos

3 Mãos Grasping Existem pelo menos 16 categorias de grasping Maioria envolve o polegar e um ou mais outros dedos Para determinada tarefa, como definir qual postura utilizar? Tarefa complexa Modelos simples assumem os 4 dedos como sendo um só e não modelam o polegar

4 Mãos Grasping Algoritmo Calcula-se distância da mão até aos objectos próximos Abordagem semi-automática Utilizador especifica o(s) ponto(s) de contacto na mão e a(s) face(s) de contacto na superfície do objecto O ângulo de flexão das articulações é calculado usando IK

5 Mãos modelação Mãos Modelação Cada junta do esqueleto associada a linha na superfície da mão Cada ruga pode ser vista como linha contínua, cuja forma praticamente não se altera durante o movimento Rotação nas juntas provoca aumento de volume (inchamento) na parte delimitada entre a linha da mão associada a junta e a linha imediatamente abaixo Linhas da mão impedem a propagação do inchamento da pele

6 Mãos Modelação Estrutura de dados das dobras (rugas) Conjunto de pontos de controle (geralmente seleccionados em torno da junta e formando uma linha fechada) Dois pontos dentro da linha fechada usados para definir o eixo ao qual será associada a articulação do esqueleto. Este dado permite o fácil mapeamento da pele sobre o esqueleto Conjunto de pontos de restrição (pontos de influência das dobras ) que são afectados pela rotação na junta e associados a dobra Um ponto de controle, designado ponto de controle do inchamento é usado para simular o inchamento da mão

7 Estrutura complexa e deformável Componente importante, principal instrumento para comunicação e definição de personalidade Indispensável para identificação e comunicação Estrutura muito irregular, variando de indivíduo para indivíduo

8 Usos Telecomunicações, teleconferência, VR Jogos, tv interativa, web services Filmes Cirurgia facial e cosmética Mais de 200 músculos

9 Eckman 78 Estudou e sistematizou as propriedades das expressões faciais durante 25 anos 6 expressõesemocionais universais Alegria, tristeza, medo, surpresa, desgosto, raiva Descritasem termos das característicasvisuais FACS (Facial Action Coding System) Descreve o conjunto de TODAS as acçõesbásicas executadas por uma face humana Base para a definição dos principais parâmetros em modelação de faces FACS (Eckman 78) 46 unidades de acção (AU) 3 intensidades Expressões definidas como AND/OR AU Codificadas automaticamente de vídeo MPEG4 standard (1999) Código FA para dirigir propriedades locais FM Usado com VRML

10 Codificação de expressões do MPEG-4 84 pontos de expressão 4 FAPUs: distances as face animation parameter units 68 FAPs: face animation parameters Movimento das linhas de expressão Boca, cabeça, olhos 6 expressões MPEG-4 codificação de espressões 84 pontos de expressão 4 FAPUs: distances as face animation parameter units 68 FAPs: face animation parameters Movimento das linhas de expressão Boca, cabeça, olhos 6 expressões

11 Parke, tipos de parâmetros Parâmetros de configuração escolhidos durante a modelação comprimento do nariz, separação dos olhos, largura da testa, etc. Parâmetros de expressão não relacionados com a forma do rosto mas com possíveis movimentos:» abertura da boca, dilatação da pupila, etc. Modelação facial Malhas de triângulos Não-uniforme (densidade variável) Arestas dispostas ao longo das marcas de expressão e rugas Estrutura simples, eficiente e bastante usada Número não muito grande de triângulos e superfície razoavelmente grosseira

12 Modelação facial Superfície paramétrica bi-cúbica Superfície suave e definida por um número relativamente pequeno de vértices Controle da deformação não-natural Tin Toy» Superfícies Catmull-Rom» 2700 vértices e 2600 patches

13 Superfícies paramétricas hierárquicas Nível de detalhe local Subdivisão de superfícies Geri s Game, Pixar, 1998 Deformação facial Uso de RFFD para simular acção dos músculos Inclui um termo extra na malha de controle de um FFD Controle adicional de deformação Activação dos músculos dá-se pelo deslocamento dos pontos de controle da malha, ou pela alteração do valor do termo extra

14 Deformação facial Baseada em Física Camadas de tecido representadas por malhas de polígonos Solução numérica iterativa Deformação facial Exteriorização - manifestação verbal ou não-verbal de um agente Mais de 30 músculos responsáveis pelos movimentos faciais Associados com a fala e/ou emoções Acções decompostas em acções discretas (expressões e fonemas) Também designadas MPA (Minimum Perceptible Action) Agregações de acções musculares Mecanismo de sincronização Controla duração e instância de cada acção global

15 Acessórios faciais Orelhas, pescoço, nariz Olhos Pupila (animada) Íris Dentes e língua (colisão importante) Cabelo e sobrancelha Outros acessórios Óculos, chapéu,...

16 Animação facial opções Controle directo via modelo paramétrico Controle total mas muito trabalhoso Interpolação entre expressões-chave Linear de a para b Blending entre várias expressões Diferentes alvos para diferentes regiões da face Simulação da fala 6-10 diferentes expressões para cartoon + de 40 para inglês Mapeamento de texturas Tem por objectivo melhorar o aspecto plástico dos modelos Pontos da imagem são escolhidos e mapeados em relação a pontos na malha 3D Ligação dos pontos feita por triangulação de Delaunay Imagem é deformada e projectada num cilindro

17 Mapeamento de texturas Reconstrução de faces específicas Dados 3D obtidos de pessoa real Scanner 3D (Cyberware)» pontos formam malha recoberta por uma textura Marcas» Magnéticas, infra-vermelho, visual Dados obtidos por medidas fotogramétricas» 2 fotos» 2 fotos + posição da câmara (coordenadas 3D)

18 Criação de faces específicas através da modificação de faces genéricas Trabalhos mais recentes Clonagem de expressões (2001)

19 Cabelo Alguns modelos Aproximação poligonal (games e personagens interactivos) Representação volumétrica para cabelos curtos e pelos Modelagem baseada em fios Cabelo Polígonos Texturas volumétricas Baseado em fios

20 Cabelo Comparação Cabelo Muitos elementos Geometria muito detalhada Interacção complicada entre luzes e sombras através dos fios Problemas de anti-aliasing Tempo de processamento proibitivo

21 Cabelo Animação Uso de simulação física Normalmente sem tratamento de colisão Modelo de Thalmann (1996) Modelo é reduzido a deformação de tubos Simulação é aplicada a conjuntos de tubos Tubos são distribuídos conforme densidade do cabelo Fios de cabelo representados por NURBS Uma matriz de orientação é associada à raiz do cabelo Cabelo Detecção de colisões 2 tipos colisão entre fios» Tem por fim dar volume ao cabelo» Força de repulsão dependente do volume desejado» Tratamento de colisões restrito aos fios mais próximos colisão com o suporte» Evitar penetrações de fios através do suporte» Tratamento de colisões restrito a região limitada

22 Cabelo Exemplo Cabelo Overview of Thin Shell Volume Modeling

23 Cabelo Overview of Thin Shell Volume Modeling Tecidos Evolução Simulação do movimento e deformação Weil 86, Terzopoulos 87, Haumann 88 Modelos mecânicos Discretização em triângulos Witkin 90, Baraff 92 Superfícies polinomiais Breen 94 Sistemas de partículas

24 Tecidos Evolução Comportamentos específicos da deformação de vestuário (geração de rugas e pregas) Kunii 90, Aono 90» Combinação de aspectos físicos e geométricos Design e animação de peças de vestuário em actores virtuais Modelação, montagem Interacção com o corpo (detecção e resposta a colisões) Tecidos Questões Desenhar roupas (ferramenta interactiva) Montar as roupas sem limitação de estruturas de dados (malhas regulares de triângulos) Colisões entre roupa e o corpo determina forma Colisão de roupa com ela própria (normalmente em rugas e amarrotado) Simulação de deformações exageradas Algoritmo de cálculo eficiente (deformação maior que a discretização)

25 Tecidos Gestão das colisões Resposta a colisões iterativa Vestuário em várias camadas Permite propagação dos efeitos de colisão Uso da viscoplasticidade para garantir estabilidade do modelo Vestuário Exemplos

26 Vestuário Exemplo Vestuário Exemplo

27 Vestuário Exemplo: buttons & creases Exemplo: texturas