nezmíněno

CGI
•
•
•
•
Computer generated imagery
Počítačové triky
Animované filmy
Počítačové hry
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
2
CGI
• Šíření světla v prostoru
• Možnosti simulace šíření v PC
• Pohyby CGI objektů
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
3
Šíření světla v prostoru
• Elektromagnetické záření o vlnové délce 390–790 nm
• Vlna
– Výška vlny (amplituda) – intenzita světla
– Délka vlny (vlnová délka) – barva světla
– Úhel vlny – polarizace světla
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
4
Foton
• Dualita částice a vlnění – světlo je
vlnění i částice - foton
• Odraz a lom světla – sledování
částice
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
5
Foton
• Interakce s materiálem na té
nejmenší úrovni
– Hladký materiál může při bližším
pohledu být hrubý
• Na vyšší úrovni se pak jedná o
optické vlastnosti materiálu
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
6
Struktura materiálu
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
7
Osvětlení
• Přímé osvětlení
– Ostré stíny – bodové světlo
– Rozostřené díky velikosti zdroje - polostín
– Zbarvení scény
• Nepřímé osvětlení – odraz a lom světla
– Rozostřené stíny
– Půjčování barev
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
8
Odraz a lom světla
• Při odrazu či při průchodu
materiálem ztrácí světlo svou energii
– Přeměna na teplo
• Při změně hustoty prostupujícího
materiálu dochází k lomu světla
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
9
Odraz a lom světla
• Zrcadlení – mikroskopická hrubost
materiálu
• Difuzní materiál – vysílá fotony do
všech stran
• Prasátka – shluk fotonů na jednom
místě – lupa, vodní hladina
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
10
Odraz a lom světla
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
11
Úkazy při pozorování
•
•
•
•
•
•
Akomodace / ISO a doba expozice
Rozmazání pohybem
Hloubka ostrosti
Vpíjení
Zkreslení – deformace obrazu
Lens flare objektivu
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
12
Počítačový 3D prostor
• Umístění objektů pomocí tří
koordinátů (x, y, z)
• Definice a pozice kamery v prostoru
• Pomocí lineární algebry se zjistí, zda
je objekt vidět a kde se v obraze
nachází
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
13
Elementy CGI objektů
• Více typů- zaměření jen na polygonální
• Základní komponenty polygonálních objektů
Vrchol
Hrana
Trojúhelník
Čtyřúhelník (víceúhelník) – převádí se na
trojúhelníky
– (UV)
–
–
–
–
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
14
Textury
• Aby objekt nemusel být příliš
podrobný, je potažen texturami
• Přidání detailů jako jsou proměna
barvy, výškové detaily či míra
odlesků
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
15
Textury
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
16
Textury
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
17
Vykreslení objektu
• Rasterizace
– Spíše staré CGI filmy
– Současné počítačové hry
• Ray casting / ray tracing
– Současné CGI ve filmech
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
18
Rasterizace
• Program bere popořadě trojúhelníky,
když jsou vidět, nakreslí je
• Překryvy objektů
– Kreslení od těch nejvzdálenějších
– Použití z-bufferu, kdy si pamatuje
vzdálenost nakreslených trojúhelníků
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
19
Rasterizace
• Využití grafické karty (GPU)
• Velmi rychlé, více snímků za sekundu
– Proto se používá u současných PC her
• Použití mnoha triků, které simulují
dříve zmíněné optické jevy
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
20
Nejpřesnější model
• Správně by mělo jít velké množství
fotonů ze světla, odrážet se ve scéně
a co dopadne na stínítko, to je vidět
• Většina generovaných fotonů by do
kamery nedopadlo = zbytečné
výpočty
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
21
Ray tracing
• Opačný směr
• Z každého pixelu obrazu je vystřelen
paprsek (foton), který dopadne na
nejbližší trojúhelník (pak se může dál
odrážet); dál se zjišťuje, zda se
může odrazit do světla
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
22
Ray tracing
• Použití procesoru (CPU); přechod také
ke grafické kartě (GPU)
• Trvá delší dobu zpracovat
• Triky pro docílení optických jevů jsou
mnohem bližší reálnému chování fotonů
• Výsledek je přesnější a reálnější
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
23
Stínování
• Příklad jednoho z triků pro docílení
lepších výsledků
• Způsob, jak skrýt trojúhelníkovou
strukturu na hladkých částech objektů
• Nesimuluje vržené stíny
• Řeší se u obou vykreslovacích technik
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
24
Konstantní stínování
• Normála trojúhelníku určuje, kam její
plocha směřuje
• Pokud směřuje ke světlu, je
osvětlená
• Čím víc se odklání, tím je tmavší
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
25
Konstantní stínování
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
26
Gouraudovo stínování
• Normála v každém vrcholu
trojúhelníku
• V každém rohu jiná barva dle směru
normály
• Vytvoření barevného přechodu mezi
vrcholy
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
27
Gouraudovo stínování
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
28
Phongovo stínování
• Normála v každém vrcholu
trojúhelníku
• Na ploše mezi vrcholy se dopočítají
přímo samotné normály
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
29
Phongovo stínování
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
30
Stínování
Konstatní
Phongovo
Gouraudovo
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
31
Stylizace
• Změna rovnic pro stínování
• Velká volnost při vykreslování
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
32
Stylizace
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
33
Finální vykreslení
• Simulace všech optických vlastností
co nejvěrněji za co nejkratší čas
• Čas pro vykreslení určuje především
to, zda se jedná o film či o PC hru
• I u filmu se nemusí nutně využít ty
nejkvalitnější procesy z důvodu
rychlosti
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
34
Robot – fáze
• Antialiasing
– odstranění pilovitých hran
•
•
•
•
•
•
•
Phongovo stínování
Vržený stín
Textury barvy
Textury výšky
Sekundární osvětlení
Odlesky
Postprodukční efekty a pozadí
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
35
Robot – vykreslení
• Enviromentální mapa
– Osvětlení a odlesky
• Svítící oči postprodukčně
• Rozmazání pohybem a hloubkou
ostrosti postprodukčně
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
36
Pohyby CGI objektů
• Vytváření klíčových snímků
• Data ze systému Motion Capture
• Pohyb pomocí fyzikálních simulací a
jiných předpisů (nezmíněno)
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
37
Klíčové snímky
• Klíčový snímek určí hodnotu atributu
v daný čas
• Mezi klíčovými snímky probíhá
interpolace podle křivky
• Průběh interpolační křivky definují
klíčové snímky a jejich tečny
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
38
Klíčové snímky
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
39
Klíčové snímky
•
•
•
•
Vyžaduje velké zkušenosti s animací
Základní znalost programu
Dobře připravený animační rig
Znalost rigu
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
40
Motion Capture
• Záznam reálných pohybů
• Použití dat pro pohyb počítačového
modelu
• Technické řešení animace
• Pro velké množství animací rychlejší
• Nedovoluje nadsazené pohyby
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
41
Motion Capture
•
•
•
•
•
Actor předvádí pohyby
Markery rozmístěné na actorovi
Větší počet markerů po celém těle
Uzpůsobené prostředí
Záznam dat pomocí PC
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
42
Druhy mocapu
•
•
•
•
•
•
Magnetický systém
Optoelektrický systém
Ultrasonický systém
Různé mechanické systémy
Optický systém s markery
Optický systém bez markerů
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
43
Magnetický mocap
• Uměle generované
elektromagnetické pole
• Tři na sebe kolmé cívky jako markery
• Markery jsou napájené
• Růšení kovovými předměty
• Méně flexibilní
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
44
Optoelektrický mocap
• Měření světlosti optického vlákna,
které je pohybem deformováno
• Rukavice pro ohyb prstů
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
45
Ultrasonický mocap
•
•
•
•
Prostředí s akustickými parametry
Dopplerův efekt
Jednotlivé senzory
Nízká přesnost
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
46
Mechanické mocapy
• Stlačení materiálu nebo exoskelet
• Inerciální
– gyroskopy, akcelerometry
– přesné
• Záznam přímo na actorovi stejně tak
jako napájení
• Neomezené prostředím
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
47
Optický systém s markery
• Ze všech stran snímají scénu
vysokorychlostní kamery
• Obvykle infračervené osvětlení, každá
kamera vlastní zdroj
• Actor má na sobě oblek s markery
• Markery ve formě přichytávacích
kuliček či barvy s vysokou odrazivostí
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
48
Optický systém s markery
• Velmi flexibilní
– Použití na různé rozměry, zvířata,
objekty i obličejovou mimiku
– Přenosné
• Problém se zakrýváním markerů
• Požadavky na osvětlení
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
49
Optický systém s markery
• Záznam pozic markerů pomocí
kamer
• Alespoň dvě kamery musí vidět
marker, aby se dala vypočítat jeho
pozice v prostoru
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
50
Optický systém bez markerů
• Více synchronizovaných kamer
• Alternativa XBOX Kinect – sleduje
shluk vyslaných laserových paprsků
• Pomocí mapování na univerzální
lidskou figuru je přečten pohyb
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
51
Příprava optického mocapu
• Nastavení pozice kamer
• Maskování nežádoucích odrazů
• Zmapování prostoru pomocí hůlky
s markery
• Určení počátku souřadnic a orientace
scény pomocí desky s markery
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
52
Záznam optického mocapu
• Připevnění markerů na actora dle
doporučení
• Záznam o pozice markerů
• Počátek a konec záznamu pohybů
v pozici písmena T
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
53
Zpracování optického mocapu
• Vyčištění záznamu
– Identifikace markeru, který přestal být
vidět
– Dopočítání pozice zakrytého markeru
• Přiřazení markerů digitálnímu actorovi
• Namapování actora na animační kostru
• Aplikace pohybů kostry na 3D objekt
Technologické trendy v AV tvorbě, CGI
54
Děkuji za pozornost