Computação Gráfica Interativa Animação Computação Cognitiva Vida Artificial

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1 Computação Gráfica Interativa Animação Computação Cognitiva Vida Artificial Prof. Dr. Depto. Engenharia de Sistemas Eletrônicos Escola Politécnica - Universidade de São Paulo

2 Índice Computação Gráfica Animação em CG Vida Artificial Trabalhos no LSI Conclusão 2

3 Computação Gráfica conceitos Animação Modelagem Geométrica Síntese de Imagens 3

4 Modelagem conceitos Modelagem: Criação de objetos e cenários Eventualmente articulados ou deformáveis CAD 4

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6 Síntese de Imagens conceitos Rendering: Tirar fotografias do objeto virtual (foto) Obter seqüência de fotogramas (cinema) Fotorealismo Simular processos físicos Fotosurrealismo Dar a impressão, convencer 6

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8 Animação conceitos Animação: geração de seqüências de imagens dando idéia de movimento Movimentação de câmera Movimentação de componentes do cenário Cinemática e Dinâmica Personagens Vivos Comportamento e Cognição 8

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10 Animação conceitos clássica - key-frame (quadro a quadro) interpolação entre posições conhecidas movimentação deformação uso de scripts para definir posições e interpolação 10

11 Animação conceitos procedural - leis físicas animação resulta da computação de equações físicas cinemática cinemática inversa (modelos articulados hierárquicos) ajuste de partes do modelo em resposta a movimentação de outras dinâmica uso de scripts para definir leis físicas 11

12 Animação conceitos comportamental - autonomia (instinto) personagem autônomo para definir sua animação reativa pró-ativa ou deliberativa IMPROV: uso de ruídos para modelar movimentos naturais livre (uso de scripts p/ definir regras de comportamento) 12

13 Animação conceitos cognitiva - autonomia (inteligência) personagem autônomo para definir sua animação raciocínio comanda ações livre (uso de scripts para definir regras de conhecimento e raciocínio) 13

14 Animação conceitos vida artificial vida artificial inteligente cognitiva comportamental (treinamento) comportamental (instinto básico) física (dinâmica) física (cinemática) geométrica (key-frame) 14

15 Vida Artificial conceitos Vida Artificial: Laboratório para estudos de diversos aspectos de vida Mas, para a comunidade de CG é uma ótima ferramenta para o auxílio a geração de animações de personagens Ferramenta para Animação Computadorizada Ambientes virtuais devem ser populados por personagens Que devem ser auto-animados Maior naturalidade Menor trabalho para o animador 15

16 Animação / Vida Artificial trabalhos de Demetri Terzopoulus 91: modelo físico refinado modelamento do corpo do peixe 94: modelo comportamental modelamento do comportamento 95: modelo comportamental c/ aprendizado treinamento 98: modelo comportamental c/ controle neuronal modelamento da rede neural 99: modelo cognitivo modelamento do raciocínio 16

17 Animação / Vida Artificial animação de peixes modelo comportamental conhecimento sensores (visão) reconhecimento comportamento raciocínio musculatura atuador 17

18 Animação / Vida Artificial animação de peixes musculatura: computação de forças em estruturas dinâmicas resultando no movimento forças de ação e reação determinam o movimento atuador: computação de ações que determinam como as forças devem ser aplicadas ao modelo transforma comandos (movimento, ataque) em forças 18

19 Animação / Vida Artificial animação de peixes comportamento: define ações em função de pré-disposição (fome) e reação (identificação de alimento ou obstáculo) raciocínio: analisa informações, consultando base de conhecimento, e a enriquece além de tomar decisões baseadas no aprendizado 19

20 Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo peixes nadam a esmo, desviando de obstáculos ao observarem a aproximação de predadores se reunem em cardumes p/ enfrentá-lo quando a aproximação se torna muito grande cria-se pânico e fogem aterrorizados (sem coordenação) 20

21 Animação 94 - comportamento instintivo predadores nadam a esmo, desviando de obstáculos ao sentirem fome começam a procurar peixes menores ao encontrá-los saem em sua perseguição ao se sentirem ameaçados pelo cardume formado podem desistir da perseguição enquanto estiverem com fome continuam a caça 21

22 Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo sensores peixes enchergam e tratam a imagem obtida para produzir informações que possam reconhecer e então tomar decisões atuadores comandam estruturas complexas (musculos) que resultam em contrações / movimentos do corpo levando-o a se deslocar conforme desejado (velocidade, direção) 22

23 Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo resultados convincentes só são alcançados c/ a perfeita combinação de todos os fatores (de comportamental a geométrico) modelamento refinado em cada nível 23

24 Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo ex: pesca peixes nadam naturalmente movimentos aleatórios sem controle explicito do animador camera e pescador (anzol) são definidos explicitamente via script peixes atraídos pela isca se movimentam em direção a ela e são pescados. 24

25 Animação / Vida Artificial 95 - comportamento c/ aprendizado tubarão: corrida tubarão: aprendizado 25

26 Animação / Vida Artificial 95 - comportamento c/ aprendizado tubarão: percurso 26

27 Animação / Vida Artificial 95 - comportamento c/ aprendizado golfinho 27

28 Animação / Vida Artificial 98 - comportamento c/ treinamento parking: 28

29 Animação / Vida Artificial 98 - comportamento c/ treinamento landing: 29

30 Trabalhos no LSI animação comportamental Projeto ARIA (1996) Cantor virtual conduzido por regente humano em tempo real 30

31 Trabalhos no LSI animação cognitiva Projeto WOXBOT Robos virtuais que se ajustam ao seu habitat e com ele interagem através de elementos sensoriais Criar personagens que desenvolvem estratégias que permitam a eles viver num certo ambiente 31

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33 Implementação ação e comportamento 1 Exemplo da máquina de estados

34 Implementação ação e comportamento Planejamento Compromisso entre perdas e ganhos Compensa o risco de procurando a pirâmide colidir com o cubo? 34

35 Trabalhos no LSI animação cognitiva Projeto ALIVE Vida artificial em ambientes virtuais 35

36 Conclusão Área de intensa pesquisa e aplicação Entretenimento Serviços Ciência... E muito interessante para se trabalhar! 36