كنترل اینمیشن با دینامیك

دسته: کامپیوتر و IT
بازدید: 78 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 62 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 15

در این مقاله مزایا و معایب كینماتیك و دینامیك در كنترل حركت برای متحرك سازی كاراكترهای سه بعدی بحث می كنیم در این مقاله یك سیستم كنترل حركت براساس دینامیك ارائه میدهیم برنامه های چنین سیستمی بخصوص در محیط راه رفتن و چنگ انداختن می‌باشند این نشان می دهد كه شبیه سازی نوشتن یك نامه یك پروسه مناسب دینامیك است برای اینمیشن دست آمدت علم حركت وكینمات

قیمت فایل فقط 700 تومان

كنترل  اینمیشن با دینامیك

در این مقاله مزایا و معایب كینماتیك و دینامیك در كنترل حركت برای متحرك سازی كاراكترهای سه بعدی بحث می كنیم در این مقاله یك سیستم كنترل حركت براساس دینامیك ارائه میدهیم .

برنامه های چنین سیستمی بخصوص در محیط راه رفتن و چنگ انداختن می‌باشند . این نشان می دهد كه شبیه سازی نوشتن یك نامه یك پروسه مناسب دینامیك است برای اینمیشن دست آمدت علم حركت وكینماتیك قابل اطمینان تر است شكل تغییر فرم سطح نیز بصورت كامل مورد توجه قرار گرفته است .

لغات كلیدی : كینماتیك یا علم حركت ، دینامیك كاراكترهای سه بعدی راه رفتن و نوشتن بدست آوردن و چنگ زدن .

معرفی :

در این مقاله ما مشكل مهم حالت گرفتن بازوها و حركت دادن در انیمیشن انسان را مورد  بررسی قرار می دهیم : چه زاویه ای برای شانه ها داشته باشد . آرنج و مچ لازم است در حالیكه دست باید به یك موقعیت خاصی ودر

نقطه ای از فضا حركت كند ؟

چگونه بازو را بصورت واقعی برای مثلا نوشتن یك نامه متحرك سازی كنیم؟

این اساسا یك مشكل كنترل حركت است . برای حل این مشكل راههای مختلفی توضیح داده شده و كلاسه بندی شده اند .

در قدم اول تست و پویو در سال 1988 مدلها را در مدلهای كنیماتیك دینامیك كلاسه بندی كردند مدلهای كینماتیك حركت را از موقعیت ها ایجاد می كردند وهمچنین از روی سرعت و شتاب مدلهای دینامیك حركت را با یكسری فشارها و چرخشها توصیف می كردند كه از اطلاعات كینماتیك بدست
می‌آمد.

سیستمها همچنین می توانند براساس خصوصیات حركت هایی كه اجازه دادند كلاسه بندی شوند . برای مثال ژلتور ( 1985) سیستمهای انیمیشن را با راهنمایی و مرحله متحرك ساز یاسیستم مرحله اجرا كلاسه بندی كرد .

راهنمایی : در این سیستمها متحرك ساز بصورت كامل جزئیات حركت را تعریف می كند .

در این جا هیچ نوع تعریف كار بردی برا ی هماهنگی با حركت یا هماهنگی نیست . سیستمهای راهنمایی شامل ضبط حركت ، الحلق شكل ، سیستمهای

تغییر شكل كلیدی و سیستمهای براساس ثبت می باشند .

مرحله متحرك ساز :

این سیستمها بصورتی تعریف شده اند كه به متحرك ساز اجازه ایجاد حركت الگوریتمی را می دهند .

 مرحله كاری : این سیستمها باید برای اجرای برنامه های موتور برای كنترل كاراكترها زمانبندی شوند .

كینماتیك ( علم حركت ):

مشكل كینماتیك های مستقیم شامل پیدا كردن موقعیت و چرخش یك كار دستی با توجه به منبع ثابت شده سیستم هماهنگ مانند یك عملگر زمانی بدون توجه به فشارها ویا لحظه های ایجاد حركت می باشد . یك كینماتیك نوعی یك انیمیشن پارامتر یك است كه شامل مشخهصه هایی برای بعضی موقعیتهای كلیدی زاویه های مختلف برای اتصال های كاراكتر اسكلتی دارد .

یك اسكلت بصورت مجموعه قطعات بهم متصل شده تعریف می شود كه برابر با اعضا بدن و مفاصل می باشد مفصل تقاطع دو قطعه است یعنی یك نقطه ای اسكلتی است هایی كه بازویی كه متصل است به آن نقطه حركت می كند زاویه بین دو قطعه زاویه مفصل نامیده می شود .

یك مفصل حداكثر سه مدل زاویه می گیرد . انحناء چرخش محوری و حركت پیچش حركت انحناء یك چرخش دست است كه با مفصل تاثیر می گردد و روی حركت تمام بازوهای متصل به این مفصل تاثیر می گذارد این حركت انحناء با نقطه اتصال مفصل و محور انحناء كه تعریف شده است رابطه دارد .

چرخش محوری یك گردش از محور انحناء هول بازو ایجاد می كند كه با مفصل تاثیر می گیرد .

پیچ خوردگی یك پیچش روی بازها ایجاد می كند كه با مفصل تاثیر می گیرد حركت محور پیچش شباهت به حركت چرخش محوری دارد .

این یك ضرورت است كه ما نقاط ثابت داشته باشیم برای مثال برای ساخت یك كاراكتر نشسته یك نقطه ثابت باید برای پاها تعریف شود تا از بالا رفتن كل پا ( لنگ ) جلوگیری كند .

برای راه رفتن نقطه ثابت باید از یك پایه های دیگر تغییر كند در یك سكانس انیمیشن نقطه ثابت ممكن است تغییر كند .

هر موقعیت كلیدی شامل موقعیت باز دیگر در یك بازه زمانی است بنابراین

یك سكانس انیمیشن از یك سری موقعیتهای كلیدی تشكیل می شود حركت اسكلت توسط درج مقدار زاویه هر مفصل كه برای اسكلت تعریف شده است محاسبه می شود كه این كار توسط نوارهای باریك انجام می شود .

تغییر نوارهای منحنی با تغییر پارامترهای منحنی ممكن است در كل برای ساخت یك سكانس انیمیشن لازم است كه :

1-  تصمیم گیری در مورد حركت بازیگر بنابه داستان سكانس

2-  تعریف زاویه های مفصلی برای زمانهای مشخص شده

3-  تعیین پارامترهای نواری برای الحاق

شكل كینماتیك معكوس شامل تعیین مفصلهای متغییر كه موقعیت و جهت آخر كنترل كننده را با توجه به سیستم متعادل مرجع می گیرد . این مشكل كلیدی است چون متغیرهای مستقل در یك ربات ویك بازیگر مصنوعی متغیرهای مفصلی هستند .

متاسفانه تغییر شكل موقعیت از كار تیشن تا مفصل مربوط عموما یك راه حل بسته ندارد .

بهرحال یكسری ترتیب های خاص محورهای مفصلی كه برای راه حلهای بسته موجود است وجود دارد .

برای مثال كنترلرها 6 مفصل دارند . چایی كه سه مفصل نزدیكتر به آخرین تاثیر گذار همه پیچیده هستند ومحورهای آنها حول یك نقطه یعنی مچ است همانطور كه توسط فیتر استون توضیح داده شد ، مشكل مشكل می تواند به دو مشكل شكسته شود :

1-  پیدا كردن مقدار اولین سه متغیرهای مفصل برای تعیین درست موقعیت مچ

2- پیدا كردن مقدار زاویه های مفصل مچ كه تاثیر گذار نهایی را بصورت صحیح بچرخاند و چرخش محاسبه شده مچ را از شماره 1 بگیرد .

برای ایجاد یك بازیگر نشسته روی صندلی ، بعنوان مثال لازم است كه اتصالات پا مشخص شود وهمچنین اتصالات روی دست و استخوانها .

یك سیستم كه اجازه تعیین فقط كه محدود در یك بازه زمانی را دارد یك روش مناسب برای حل این مشكل نیست . با دلر راتال ( 1987) یك الگوریتم معرفی كرد برای حل توقفهای مختلف كه در كینماتیك استفاده می شدند در سیستم آنها كار بر باید همیشه اجرای هر وقفه د ریك مورد رخدادرا كه همه آنها نمی توانند مشابه هم باشند را تعیین كند .

فورس و ویلهلم ( 1988) در سیستم خود بر پایه دینامیك یك وقفه یك بازو را حل كردند با اتصال آن با یك قطعه سود و كه یك درجه بالایی داشت .

هدف چرخش دست یا پا هم باید توسط كاربر تعیین شود این می تواند توسط توجه به بازوها تعریف شود یا توجه به بازیگر ویا جهان برای مثال برای اطمینان از اینكه پاها كاملا روی زمین هستند كاربر مقصد پاها را روی زمین تعریف می كند هر چیزی موقعیت ومقصد استخوانها هم می تواند باشد . محدودیت فیزیكی اتصالات این است كه دراین سیستم باید در یك اسم كاربری تعریف شود .

تاثیرات این سیستم می تواند توسط ابزارهای ورودی با درجه های قابل تنظیم حل شود .

یك الگوریتم ساده كه می توانست مشكل اجبار موقعیتی را بر طرف كند در سیستم كارخانه انسانی تبین وحل شد .

متحرك ساز می تواند وقفه ها را در دستها نشان بدهد وهمچنین در اول ومرحله پاها و لگن موقعیت و جهت دست یا پا می تواند در سیستم هم آهنگ محلی تعیین شوند كه به بازوها متصل است یا در سیستم بازیگر یاسیستم جهانی .

یك وقفه می تواند یك موقعیت جهت ثابت باشد یا یك گذرگاه شش بعدی .

ابزارهایی برای ساخت وقفه ها مانند كاركردهای محیطی بازیگر و پوشش او موجود می باشند برای حل وقفه ها سیستم با استفاده از موقعیت وجهت لگن و زاویه های بدن برای پیدا كردن دقیق آرنجها و مفصلهای ران استفاده می كند سپس زاویه های مورد كند كه یك موقعیت راحت برای آرنج بستگی به جهت دست دارد .

یك راه شامل كوچك كردن زاویه متغیر زاویه بین بازو و دست است همچنین می توان این امكان را داشت كه كاربر با دادن پارامترهای باز شونده راه حل را انتخاب كند .

موقعیت جهت باز شونده و قفه اجازه انتخاب یك راه حل انحصاری از هفت درجه آزاد بازوها را می دهد . موقعیتهای دیگر مانند برخورد دستها با یك شی می تواند یك نقش را در انتخاب راه حل ایفا كند .

تكنیك فرم بندی كلیدها و وقفه های موقعیتی می تواند بعنوان یك دستور سطح پایین یك سیستم انیمیشن در نظر گرفته شود . دستورات سطح بالاتر می توانند كلیدهای فرم ایجاد كنند وهمچنین وقفه ها را به هم متصل كنند متحرك ساز باید به سطوح مختلف دسترسی داشته باشد تا بتواند یك میزان سازی مناسب از حركت بازیگر بسازد .

كنترل حركت تطبیقی یك بازیگر یعنی محیط روی حركت بازیگر وعكس آن تاثیر می گذارد . اطلاعات در مورد محیط و بازیگر باید  درطول مدت پروسه كنترل در دسترس باشد تكنیكهای سنتی انیمیشن مثل روتو سكوپی یا فرم بندی كلیدها نمی تواند بعنوان یك تكنیك كنترل تطبیقی در نظر گرفته شود زیرا متحرك ساز باید بطور جداگانه ودستی رابطه بین محیط و هنر پیشه را كنترل كند .

منظور از كنترل حركت تطبیقی این است كه میزان اطلاعات ورودی توسط متحرك ساز به كامپیوتر را بالا ببریم این امر با استفاده از اطلاعات موجود امكان پذیر است كه این اطلاعات در مورد صحنه وهنر پیشه می باشند این سیستم باید همچنین دارای یك نمایش هندسی اشیاء برای طراحی اتوماتیك وظایف و جلوگیری از تداخل باشد .

جارد ( جارد ومكی جوسكی 1985) یك مثال خوب از این مدل كنترل كه روی حركت انسانها و حیوانات روی یك زمین صاف می باشد را ارائه داد . در سطح پایین انیمیشن روی یك سكانس كلید موقعیتهای یك دست اجرا می شود كه زاویه مسیرها یا موقعیتهای كارتسین را معرفی می كند این مسیرها توسط وقفه های راینامیك یا كینماتیك توسط بهینه ساز معیارها و ضوابط محاسبه می شوند .

دینامیك :

برای رسیدگی به اجبارهای داخلی و خارجی نقش روی هنر پیشه ، سیستم باید از یك مدل براساس دینامیك استفاده كند تكنیكهای براساس دینامیك در انیمیشن كامپیوتری مورد استفاده قرار گرفته اند اما فقط برای بدنهای مفصلی خشك وغیر قابل انعطاف با اتصالات بسیار كم و بدنهای هندسی و بدون تغییر شكل مورد استفاده بوده اند .

استفاده دینامیك در یك سیستم انیمیشن بدنهای مفصلی مثل بدن انسان یكسری معایب در بر دارد .

اول متحرك ساز در مورد اجبارها و محدودیتها ونیروهای گشتاور اعمال شده روی دست ویا بدن برای اجرای حركت فكر نمی كند . طراحی یك محیط كاری برای كاربر و یك ضرورت واصل است .

مشكل دیگر دینامیك ، زمان مورد نیاز برای سی پی یو CPU برای حل برابریهای حركت یك بدن مفصلی پیچیده با استفاده از مترهای شماره ای و رقمی می باشد . این مشكل آشكارا توان ارتباط سیستم با كاربر را كاهش می دهد . فقط مكانهای بسیار كوتاه درست می شوند بخاطر نبود یك معیار كامل برای حركتهای پیچیده ونیاز زمان CPU برای مترهای مشخص می باشد .

سه فاكتور اصلی ها را به طرف معرفی دینامیك در كنترل انیمیشن راهنمایی می كنند .

-   دینامیك انیمیشن را برای توضیح حركت تحریك شده با ابزار فیزیكی اشیاء جامد آزاد گذاشته است .

-   واقعیت پدیده طبیعی بسیار ساده تر رندر وارائه می شود هر متحرك ساز می تواند حركت سه بعدی دو آونگ را پیش بینی كند .

-   بدنها می توانند عكس العمل اتوماتیك به وقفه های محیطی داخلی و خارجی داشته باشند كه شامل میدان ها ، برخورد ها اجبارها ونیروهای گشتاور می باشد .

برای اعمال آنالیز دینامیك ، هر اتصال ولینك یك سیستم مكانیكی چند بدنی دارای شكل جرم ونقطه  مركز ثقل و ماتریس جبری می باشد در هر اتصال بین دو لینك ، یك لینك به طرف دیگری حركت می كند . بین یك تا شش درجه آزاد ارتباطی رفتارهای دینامیك می توانند با هر DOF پیوند داشته باشند :

جهشها ویا تعدیل كننده ها كه اجبارها و نیروهای گشتاوری داخلی را اعمال می كنند درداخل این اتصالات محرك ها كه یك بدن را همراه DOF مشابه حركت می دهند اتصالات همچنین دارای محدودیتهایی هستند كه DOF ها را درون بعضی نقاط نگه می دارند این رفتارها و محدودیتها كه عمل و یا عكس العمل به حركت لینكها دارند . بعنوان كارهایی كه روی سیستم اعمال می شوند معرفی وتوضیح داده می شوند .

برای متحرك سازی چنین سیستمهای چندبدنی راه حلهای بسیاری در ادبیات مربوطه ارائه شده اند كه هر یك برای انیمیشن با زمان واقعی  رشته های بازمناسب هستند یا برای شبیه سازی بیشتر دینامیك عمومی‌هایی كه ایفاء نقش كینماتیك های زنجیری هنوز تمام نشده است .

نزدیك شدن مكانیكی ما مشكل زنجیرهای بازو بسته را بصورت مجزا

درمان می كند واین برپایه اصل كارهای مجازی می باشد . این می تواند بصورت زیر توضیح داده شود .

پارامترهای را گرانژ یك سیستم چند بدنی می باشد این سیستم به موارد زیر پیشنهاد می شود :

-        وقفه های هولونومیك

-        وقفه های نمیرهولونومیك

-        كه بصورت :

-        جایی كه

وجایی كه نماد فشرده انیمیشن استفاده می شود :

در این معادله ها ، مجموعه موقعیتها و پارامترهای چرخشی هر شی ء به q اختصاص داده شده است وقفه های هولونومیك  اتصال بین دو شی را ارائه می دهند . وقفه های غیر هولونومیكی  می تواند برای مثال یك چرخ را كه بدون سر خوردن روی زمین می چرخد را ارائه می دهد .

اصل كارمجازی را می توان بصورت زیر نوشت :

                                  Q_i+L_i+J_i=Q,I=1,..,n

 :Q_i افكت تعمیم داده شده به qⁱ

:L_i  افكت تعمیم داده شده چسبیده به qⁱ

:Y_i  افكت تعمیم داده شده جبری به qⁱ

Q_i می تواند به سادگی از نیروی گشتاور دریافت شده محاسبه شود وهمچنین از روی فشارها و جهش ها وتعدیل كننده ها و جاذبه ونیروی پرتاب .

L_i می تواند از دو روش محاسبه شود : اول با استفاده از ضریبهای لاگرانژ مانند :

این تكنیك به پارامترهای جدید  وافزایش شماره برابریهای حركت را با اضافه كردن برابریهای F_k( q+t)=0 و برابریهای
g_i(q,q,t) =0 به اولین n اشاره می كند راه دوم استفاده از طرح جریمه و تاوان دست هایی كه L_i بصورت زیر تعریف می شود :

جایی كه هیچ برابری اضافه ای نیاز نیست . بهر حال این تكنیك اجازه استفاده افزایش و قفه های برابری را می دهد .

سیستم ها با راه حل دوم كار می كند كه با ضریبهای لاگرانژ معادل است زمانی كه  از فرمول لاگرانژ مقدار y_i بصورت زیر محاسبه می‌شود :

جایی كه  Cرژی كینتیك ( S) واز موقعیت و پارامترهای چرخشی هوشی واز ماتریس جبری كه بصورت اتوماتیك ارزیابی می شود محاسبه می شود .

این محاسبات در یك روش سمبولیك اجرا می شوند . انتخاب توضیحات سمبولیك برای ذخیره مقدار زیادی محاسبه حسابی مانند مرحله قبل از پردازش انجام می شود .

مرحله بعدی در پروسه انیمیشن حل مشكل شماره ای وعددی برای هر فرم از مجموعه برابریهای می باشد .

برای انجام آن مایك الگوریتم ساده نیوتون – رافسون را با ماتریس یعقوبی ( جاكوبی ) برای محاسبه سمبولیكی استفاده می كنیم .

برای انیمیشن كنترل حركت با حركت روی فشار ، گرانش جهش تعدیل كننده و پارامترهای پرتاب اجرا می شود بعضی مقدار های ثابت یا مسیرهای پیچیده می توانند به این پارامترها برای ساخت افكتهای داده شده اختصاص یابند .

در اینجا به حل كردن مشكل برابری حركت زمانی كه فشارها وارد می شوند دینامیك بعدی می گوییم .

اشكال این تكنیك شامل موارد زیر است :

اگر برای یك سیستم مكانیكی مانند یك ماشین ، انتخاب پارامترهای جهش و تعدیل كننده ساده وراحت باشد ، بسیار مشكل خواهد بود كه آنها باشبیه ساز تعدیل كننده فشار و گشتاور تولید شده توسط ماهیچه ها وفشارها و كشش های یك فیگور متحرك سازی شده تطبیق پیدا كنند .

-   با دینامیك پیشرو رفتار كینماتیكی لینكها یك مرحله عقب تراست متحرك ساز باید به پارامترهای مختلفی پله به پله دسترسی پیدا كند و آنهارا تنظیم كند بعد از هر بار تنظیم فرمهای جدید تاوقتی كه او به یك حركت مناسب دست پیدا كند .

-   فرض كنید ما می خواهیم یك بازو را كه DOF آن مربوط به شانه ها و آرنجها و مچ باجهش ها و تعدیل كننده ها و پرتابها متحرك سازی كنیم . با استفاده از دینامیك پیشرو با اعمال فشارهای محرك و گشتاورهای محرك روی DOF مفصلی و فشارهای كینماتیك انواع رفتارها می توانند ایجاد شوند :

بالا بردن یك وزنه ، گرفتن و پرتاب كردن یك توپ ( ایزاك و كوهن 1987) و .. حال برای مثال اگر ما بخواهیم نوشتن یك نامه را شبیه سازی كنیم ، مسیر دست را می توان به عنوان یك اضطرار كینماتیكی معرفی كرد . اما چگونه مامی توانیم رفتار دینامیكی كل بازو و حركت واقعی آن را كنترل كنیم ؟ وقتی مامی نویسیم این مسیر دست نیست كه حركت بازوها را كنترل می كند بلكه ماهیچه های بازو هستند كه دست را حركت می دهند .

برا ی حل این مشكلات راههای مختلفی را می توان بررسی كرد . اولین راه استفاده از دینامیك معكوس است كه حركت اختصاص یافته فشار و گشتاور را تولید می كند . سرعت دهنده های DOF می توانند از تكنیكهای سنتی وهمچنین از تكنیك فرم بندی كلیدها یا سیستم فرم معكوس استفاده كنند .

آنالیز تصویر نیز یك راه مناسب برای گرفتن اطلاعات حركت درمورد یك سیستم واقعی پهنه بدنی است .

با دینامیك معكوس ما می توانیم یك كاتالوگ توابع رفتاری ایجاد كنیم وهمچنین كلاسهای سیستم چند بدنی را كه قابل تولید مجدد با بعضی متغیرهای باشد نه با دنیامیك پیشرو .

دومین راه شامل بعضی معیارهای تجزیه و تحلیل دینامیك پیشرو برای كوچك كردن یا بزرگ كردن است .

سومین راه حل اعمال تئوری كنترل اتوماتیك است .

1-  شبیه سازی حركت با دنیامیك :

یك شبیه سازی برای قسمت توانایی دینامیكی سیستم خود انجام داده اند مثال شامل یك بازو و دست كه دستش را از یك موقعیت استراحت برای رسیدن به یك نقطه حركت می دهد و سپس یك دایره روی یك صفحه حول آن نقطه می كشد .

بازو شامل چهار اتصال زنجیری است چنبر ، بازوی بالایی ، بازوی پایینی ، دست هر اتصال به عنوان یك سیلندر مدل سازی شده است كه این كار برای ساده كردن محاسبات مكانیكی آن است یك مدل اتصال كه برای ساخت بازو استفاده می شود توپ و حفره است .

برای رندر عملهای ماهیچه مابرای تمام DOF ها یك جهش ، تعدیل كننده

و گشتاور اضافه می كنیم .

برای مدل مكانیكی واقعی ما می توانیم از جهش ها و پرشهای چسبناك غیر خطی استفاده كنیم كه برای ارائه مشخصه های ماهیچه است ( زمستان 1979)

پرتابها برای اطمینان از خوابیدنهای حركت در تواناییهای انسانی اضافه می شوند .

شكل 1 ساختار مكانیكی بازو را توضیح می دهد .

اجازه بدهید مراحل مختلف حركت بازو را توضیح دهیم ابتدا از یك موقعیت آغازین ،  دست به یك نقطه روی تخته سیاه می رسد . سپس از این نقطه دست یك دایره روی سطح تخته سیاه مطابق شكل بالا می كشد .

همانطور كه در بخش قبلی اشاره شد ، پیدا كردن تفاوت تعدیل كننده ها برای اعمال روی هر DOF بازو برای اطمینان از اینكه دست خط سیر درست را طی كند بسیار مشكل است .

پس مشكل معكوس حل شد : ما می دانیم با تمام نقاط روی مسیر مرجع و بدون اعمال هیچ جهشی دست باید خط سیر را درست طی كند .

اولین راه حل ایجاد یك اتصال جدید بین یك نقطه روی دست وخط سیر است .

اجازه بدهیدXn یكقطه روی دست و  Xiنقطه روی مسیر خط سیر باشد داریم

                                                F_t=X_n-X_i

برای حل معادله حركت با توجه به این قید ما یك برنامه جریمه كه از قبل توضیح داده شده را اجرا می كنیم این متد ممكن است حركت با نوسازی ناخواسته ایجاد كند چون این اتصال به عنوان یك جهش بین دست و خط سیر محاسبه می شود .

ما به این راه حل استاتیك می گوییم چون در یك لحظه مرحلهXiعیین می شود وقیدFiنیز همچنین .

دومین راه حل شامل اعمال تئوری كنترل اتوماتیك كه در روبوتیك استفاده می شود می باشد دیگر خط سیر جداگانه ای لازم نیست ما فقط قید را به صورت زیر تعیین می كنیم .

                                      F= X_h-X_y

جایی كه  Xyهدف را ارائه می دهد .

نگاه جامع كنترلی به متحرك مصنوعی

این مقاله طرح سیستمی جهانی را برای انیمیشن عملكرد مصنوعی مهیا می‌كند. ما وجوهی را بررسی می كنیم كه می بایست بخشی از یك سیستم انیمیشن ایده ال باشد : خلاقیت عملكرد كلید گذاری قیود مكانی كنترل حركت ، قابل تنظیم ، برنامه ریزی خط سیر وبرنامه ریزی وظیفه ، نموداری كامل از اجزاء چنین سیستمی به همراه ارتباط بین این اجزاء فراهم شده است .

كلمات كلیدی : عملكرد مصنوعی ، برنامه ریزی كار ، علم الحركات ، مكانیك حركت ، قیود

عملكرد مصنوعی

مدل سازی و انیمیشن سه بعدی شان بیش از 15 سال است كه وجود دارد . با این حال تائیداتی بر دیدگاههایی جدا از این انیمیشن وجوددارد بعنوان مثال تحقیقات زیادی بر روی مدلسازی انیمیشن بدن انجام گرفته است وهمینطور بر روی انیمیشن صورت و انیمیشن دست ونیز فاكتورهای مرحله اجرا نیز توسط محققان مورد مطالعه قرار گرفته است سایر نویسندگان تلاش كرده اند تا كاراكترهایی هر چه بیشتر واقعی ، از دید تصویرهای مصنوعی ، را بوجود آورند اما با استفاده از متدهای اولیه وساده مانند زتوسكوپی یا انیمیشن كی فریمهایی بر اساس تصویر اما حضور عملكرد مصنوعی پاسخی برای مجموعه ای از تمام روشها است اجازه ساخت شخصیت های سه بعدی با ظاهری واقعی از شخصیت های انسانی را به ما میدهد .

عملكرد های مصنوعی ایده ال می بایست در زمینه های زیر متقاعد كنند باشند:

-        آنهامی بایست ظاهری از اشخاص واقعی را داشته باشند .

-        حركات و رفتار آنهامی بایست مشابه اشخاص واقعی باشد .

-   آنها می بایست شخصیت مخصوص به خود را داشته باشند . دو مورد متفاوت باید شخصیتهای متفاوتی داشته باشند یعنی عكس العملهایی متفاوتی را درموقعیتی مشابه داشته باشند .

-        آنها می بایست توسط دستورات كار هدایت شوند .

-        آنها می بایست به محیط خود آگاهی داشته باشند .

-   حداقل می بایست توانایی راه رفتن ، صحبت كردن ،احساس داشتن و گرفتن اشیاء را داشته باشند .

-   بدن وصورت آنها درهنگام بروز احساسات می بایست به طور طبیعی تغییر شكل دهد . آدمهای موجود . زنده یا مرده می توانند توسط عملكرد های مصنوعی دوباره ساخته شوند اما آدمهای خیالی نیز توسط این روش قابل ساخت هستند .

-        تحقیقات د راین زمینه پیشرفت تكنیك های زیر را می طلبد .

-        برای بهتر شدن وجوه فیزیكی بازیگران : اشكال ، رنگها ، متنها ، انعكاسات .

-        برای بهبود حركت عضله هاوتغییرات آنها بهنگام بروز احساسات

-        برای بهبود نمایشهای صورت وانیمیشن آنها

-        برای تخصیص بخشیدن كارهایی می بایست انجام شود .

-        برای قدر دادن ابزار برای كنترل اتوماتیك احساسات

شكل شماره یك نموداری كامل از اجزا ء سیستم كارخانه انسان را بهمراه ارتباطات آنهانمایش می دهد .

انیمیشن كامپیوتری سنتی

اكثر نویسندگان بین دو نوع از انیمیشن كامپیوتر سه بعدی تمایز قائل

هستند .

انیمیشن كی فریم : وانیمیشن الگوریتمی .

انیمیشن كی فریم شامل تولید فریم های واسطه كه inbetweens نامیده می شود می باشد كه بر اساس یك مجموعه ای از كی فریمها بوجود آمده توسط طراح می باشد دو تقرپ اساسی به انیمیشن كیفریم وجود دارد :

1- فریم های واسط توسط تجدید كردن تصاویر فریمهای اصلی ، جمع آوری می شوند . این تكنیك انیمیشن تصویری فریمهای اصلی نامیده می شود این تكنیكی قدیمی می باشد كه توسط آقای برتینیك و آقای وین معرفی شده است .

2- یك راه برای ساختن تصاویری بهتر تجدید كردن پارامترهای مدل شی می باشد این تكنیك انیمیشن پارامتری فریم های اصلی نامیده می شود . در یك مدل پارامتری طراح فریم های كلیدی را با مشخص كردن مجموعه ای از ارزشهای پارامتری بوجود می آورد . و پارامترها سپس تجدید می شوند و نهایتا تصاویر به طور جداگانه از پارامترهای تجدید شده ساخته می شوند .

در انیمیشن الگوریتمی حركت به صورت الگوریتمی توصیف می شود

قوانین فیزیكی برای اشكال انسان مورد تقاضا قرار می گیرد مانند زوایای بهم پیوسته .

قیود مكانی

در این بخش ما مشكل مهم قرار گرفتن عضلات را مورد بررسی قرار می‌دهیم بعنوان مثال : زوایای با ارزش برای شانه كردن كدام است در صورتی كه دست می بایست به این مكان خاص یا حالتی را در فضا برسد این مشكلی شناخته شده در رباتیك می باشد كه مشكل inverse- Kinematic  نامیده می شود و شامل تائیدات متغیرهای متصل از جای مشخص شده می باشد قرار گرفتن عضلات مشكل كلیدی می باشد چرا كه متغیرهای مستقل در یك ربات همانند یك بازیگر مصنوعی ، متغیرهای متصل هستند متاسفانه مشكل انتقال از طرف همكاران Cartesian به طور عموم دارای راه حل مناسبی باشد با این حال تعدادی توافقات مخصوص برای قسمتهای متصل كه همان راه حل های مناسب موجود اند وجود دارد یك نمونه مفصلی با شش اتصال می باشد كه سه اتصال نزدیك به محرك انتهایی تماما می چرخند ومحورهایشان در یك نقطه قطع می شود .

راه حل های متعددی برای نمونه آخری براساس انیمیشن ارائه شده اند فوریس وویلهلم بر روی سیستم پویای خود مشكل یك عضله را با پیوند دادن آن پا بخشی مستعاد و ارزشی بالا ، حل كرده اند .

برای نشاندن یك بازیگر مصنوعی بر روی صندلی بعنوان مثال ، لازم است تا محدودیت های مربوطه بر روی پا را مشخص كنیم ونیز بر روی دست و انتهای مهره های كمر سیستمی كه تنها بتوان یك قسمت را در یك زمان كنترل كند راه حل كاراتی برای مشكل ما نمی باشد . بلیدر . ال . الی راه حلی را پیشنهاد كرده برای چندین قسمت كه از روش علم الحركت معكوس استفاده می كند . در این سیستم كاربر می بایست تقدم هر یك از قسمتها را در برنامه مشخص كند .

فضا گیری دست و پا نیز باید توسط كاربر مشخص شود این فضا گیری ممكن است د رمورد یك عضله یك بازیگر یا كل فضا تعریف شود بعنوان مثال برای اطمینان از اینكه پاها كاملا تحت بر روی زمین قرار گرفته اند .

كاربر فضا گیری پا نسبت به فضا را مشخص كند، حال جایگاه یا فضاگیری ستون فقرات چه باشد ، فرقی نمی كند محدودیت های فیزیكی مفصلها باید در سیستم مد نظر قرار گیرند . عملكرد سیستم به كمك

وسایل ورودی با درجه بندی آزاد می تواند به بهبود سیستم كمك نماید .

یك الگوریتم ساده برای حل مشكل موقعیت قسمتها در سیستم كارخانه انسان استفاده شده است .

یك طراح می بایست محدودیت های را در دست ها ، پاها و ستون فقرات در نظر گیرد مكان و فضا گیری دست و پاها در سیستم محلی متصل به عضله ها ( بازو یاران ) مشخص می شود ویا دریك بازیگر یا سیستم جهانی یك قسمت می تواند دارای فضا گیری جایگاه ثابت ویا یك خط سیر شش بعدی باشد . ابزاری نیز برای ساخت قسمت ها بعنوان توابعی از بازیگران محیطی در دسترس می باشند ( مانند تماس پا با زمین )

به منظور حل مشكل قسمتها ، سیستم از جایگاه و فضاگیری مهره ها و زاویه های اصلی برای یافتن جایگاه پشت وشانه ها استفاده می كند سپس زوایای عضله ها را برای رسیدن به جایگیری مناسب ، محاسبه می‌كنددرجایی كه هیچ راه حلی وجود ندارد جایگیری مورد نظر بر روی مقدار حركت پا بازویا ران طراحی می شود .

اسكلت دارای هفت درجه آزادی بر روی بازو ( ران )وقسمتهای ثابت دارای شش درجه می باشند .

از آنجایی كه از دیدگاه علم الحركات این مدل بیكار می ماند ، پس در می یابیم كه بی نهایت روش مختلف برای رسیدن به جایگیری مورد نظر وجود دارد این راه حل مطلوبی می باشد . طبق این نمونه كه زمانی كه یك بازیگر به گذاشتن پاها بر روی زمین می نشیند . ممكن است زانوی خود را بر روی محور زانو بچرخاند مقدار چرخش توسط محدودیت های فیزیكی مفصلها مقید می شود ونیز این طور برداشت كنیم كه جایگیری مناسب برای زانویا پا آرنج به فضا گیری پا یا دست بستگی دارد .

یك راه حل شامل كم كردن زاویه متغیر بین ران ( بازو ) و پا ( دست ) می‌باشد همچنین این امكان میسر است كه كاربر با دادن پارامتری آزاد ، راه حل را تعیین كند جایگیری فضا گیری قسمتها این اجازه را می دهد تا یك روش منحصر به فرد را هفت درجه آزادی بازو یا ( ران ها ) بدست آوریم در زمینه های دیگر مانند تركیب عضله پا شی این خارجی می تواند نقشی مهم را در انتخاب پا حركت بازی كند .

فریم بندی و جایگیری قسمتها بعنوان سطح اولیه دستورات در یك سیستم انیمیشن در نظر گرفته می شوند .

طراح می بایست با بخشهای مختلف كار دسترسی داشته باشد تا بتواند به

بخش متحرك حركتی مناسب بدهد .

كنترل حركت قابل تنظیم

كنترل حركت قابل تنظیم برای یك متحرك به معنای این است كه محیط بر روی حركت متحرك تاثیر می گذارد وبالعكس اطلاعات مربوط به محیط ومتحرك در طول پردازش كنترلی می بایست در دسترس باشند تكنیك‌های قدیمی انیمیشن مانند رتوسكوپی یا فریم بندی نمی تواند به عنوان تكنیك های كنترلی قابل تنظیم در نظر گرفته شوند زیرا كه طراح ناچار به كنترل دستی ارتباط بین متحرك ها و محیط می باشد .

مقصودكنترلگر حركت تنظیم كاهش مقدار اطلاعاتی است كه توسط طراح می بایست به كامپیوتر وارد شود این منظوربوسیله استفاده از اطلاعات موجود درباره صحنه یامتحرك حاصل می شود .

همچنین سیستم می بایست الگویی كار را ازمكان اشیاء به منظور جلوگیری از تصادف واجرای اتوماتیك برنامه ها در دست داشته باشد .

جلدارد ، مثال خوبی از این نوع كنترل كه برای حركت انسانها و حیوانات بر روی زمینی صاف ومسطح می باشد را ارائه می دهد در سطوح پایین ، انیمیشن بر روی یك سری از جایگاههای اصلی عضلات كه خط سیر زوایا ( حركات مستقیم ) ویا حركات معكوس رانشان میدهد كار می كند این مسیرهای حركت توسط بررسی موقعیت با علم الحركات یا قسمتهای متحرك پا محاسبه می شود .

مدل می بایست یك حركت واقعی را تولید كند . برای در نظر گرفتن نیروهای خارجی وداخلی موثر بر روی متحرك ، سیستم می بایست یك مدل پویا باشد . تكنیك هایی بر مبنای حركات پویا در انیمیشن كامپیوتری استفاده شده است اما تنها تنها برای بدنهای ساده شده پا مفصلهایی معدود و بدنهایی هندسی ( استوانه ای ) بدون هیچ تغییر شكلی ، استفاده از سیستم پویا برای بدنهای بند بند مانند بدن انسان مشكلات مهم و متعددی را به بار می آورد .

درابتدا طراح در شرایط فشارها یا درگیریها به فكر استفاده از یك عضله یا بدن برای بوجود آوردن یك حركت نمی افتد طرح از یك رابطه كاربر مخصوص ضروری می باشد .

مشكل دیگرسیستم های پویا مقدار زمان CPU  مورد نیاز بوجود آوردن حركات متعادلی برای یك بدن بندبند پیچیده با استفاده از روشهای متعدد است وبه طور حتم این مسئله امكان تعامل بین سیستم وكاربر را كاهش میدهد تنها یك سری كوتاه تولید شده است بعلت كمبود تعصیصات كامل برای یك حركت پیچیده ونیز بعلت زمان مصرفی CPU بر لازم برای روشهایی خاص .

بیش از این پا اینكه حركت هایی بر اساس سیستم پویا واقعی تر هستند .اما بسیار خشك هستند چرا كه شخصیت كاركترهای را درنظر نمی گیرند تصور اینكه تنها شخصیت های فیزیكی دونفر در انجام یك كار مشابه بتواند شخصیت هایی متفاوت را برای بینندگان بسازد . غیر واقعی است رفتار وشخصیت انسانها نیز علتی ضروری برای بوجود آوردن تمایز‌های قابل ملاحظه است .

برای طراحی یك بدن به كمك علم الحركات ( مستقیم یا معكوس ) طراح می‌بایست خط سیر زوایای مفصلها یا خط سیر انقباض عضلات را مشخص كند. این خط سیر می بایست شامل اطلاعاتی زمان نیز باشد . سرعت و شتاب با این حال طبیعی بودن حركت قابل ضمانت نیست . نتیجه ای خوب مجموعه‌ای از هر دو مدل را شامل می شود همانطور كه Girard این را پیشنهاد كرد و نتایج خوبی را از سیستم اش بدست آورد .

در كارخانه تولید انسان ( Haman Facfory system)  تصمیم گرفته ایم كه كتابخانه ای از حركات پارامتری اولیه ( مانند راه رفتن وگرفتن ) بسازیم وهر نوع از حركت از این حركات درصورت امكان استفاده كند .

ونیز تنها زمانی كه نیاز است از سیستم پویا برای واقعی شدن حركت استفاده كند هر دستور یك سری از فریم های كلیدی وقیود مكانی را تولید می كند كاربری كه از حركت تولید شده راضی نباشد آنرا ویرایش می كند .

تعیین مسیر

مسئله تعیین مسیر كلاسیك می باشد وبه طور چشمگیری در باتیك وهوش مصنوعی مورد مطالعه قرا رگرفته است بعنوان مثال با دادن مكان اولیه دست متحرك واشیاء بر روی میز مسئله یافتن مسیری برای جلوگیری از برخوردها می باشد برای یك متحرك مصنوعی مشكل پیچیده تر می باشد بعلت نامستحكم بودن متحرك در سیستم تولید اشان هر حركت مفصل به سه روش تعریف شوند :

1- مقادیر كلیدها در زمانهای مشخصی انتخاب می شود نوسازی توسط روش كوچانك بارتلز انجام می شود .

2-  تغییر زاویه توسط دستورات پشت سر هم تعریف می شود .

3- خط مسیر ممكن است توسط یك الگوریتم تعیین مسیر اتوماتیك تعریف شود در شرایط ما از یك الگوریتم ضد برخورد ، در محیط چند بعدی استفاده می شود این روش استفاده شده در تیم ما مناسب تر از روشهای رباتیك به نظر می رسد . برنامه ریزی

برنامه ریزی مسئله ای اساسی در رباتیك وهوش مصنوعی می باشد پیچیدگی مشكل مستقیما به عمومیت دنیای كوچك متحرك بستگی دارد مسئله شامل جداكردن برنامه داده شده به یك سری از حركات اولیه می باشد .

برنامه ریزی Fig 2

برای ساختن این حركات ، سیستم می بایست اطلاعات زیر را در تصرف داشته باشد .

• توضیحات صحنه ( توپولوژی ، مكان و فضا گیری اجزاء )
• پایگاه داده دستورات كنترل كننده دنیای كوچك ( بعنوان مثال ایستادن قبل از راه رفتن لازم است )
• رفتار متحرك ( كه باید مشخص كننده نحوه انجام حركات باشد كه پاسخگوئی استیل پارامترها ست )
• كتابخانه حركات اولیه كه ممكن است توسط متحرك انجام شود ( استعدادهای متحرك )

بعنوان مثال كار پاسخ به تلفن ممكن است به حركت های اولیه زیر تقسیم بندی شود :

• ایستادن از روی صندلی
• تشخیص مسیری كه از تصادف ها در حركت متحرك به دور باشد.
• راه رفتن براساس مسیر
• تشخیص خط سیری كه از برخوردهایی برای گرفتن اشیاء به دور باشد .
• گرفتن تلفن
• پاسخ دادن

سه روش برای مشخص كردن كارها در یك سیستم سطح كار موجود است .

1-  با مثال

2-  با یك سری از حالتهای مدل

3-  با یك سری از دستورات

مشخص كردن بامثال به معنای انجام وظیفه حداقل یكبار به منظور توضیح آن به سیستم برای اپراتور میباشد .

این مسئله در رباتیك مناسب می باشد چرا كه كار می تواند با هدایت دستی ربات ، فیزیكی مشخص شود البته در این انیمیشن غیر عملی می باشد .

در روش نوع دوم ، كار بعنوان یك سری از حالتهای مدل در نظر گرفته می شود هر حالت توسط تائیدات تمامی اشیاء در محیط مشخص شده است . این تائیدات ممكن است توسط مجموعه ای از ارتباطات معرفی شود اما سطح این ارتباطات چه می باشد بعنوان مثال ارتباطات سطح بالا جوابگوی این باشد كه نشان می دهد كه شی A درزمان مشخص شده باید در یك ارتفاع خاص ود ر جلوی یك شی B قرار داشته باشد مسئله در این حالت مجموعه ای از ارتباطات است كه می بایست به مجموعه ای از مساویها ونامساویها تبدیل شود كه این می تواند دارای راه حل مشكلی باشد پیش از این یك مجموعه از تائیدات ممكن است باعث گمراه شدن یك حالت شود ارتباطات سطح پایین می تواند پاسخگوی همكاری اشیاء در یك زمان خاص باشد ، كه مشخص كردن فریمهای كلیدی ساده را شامل می شود متدهای متعددی برای جمع آوری

تائیدات محدودیت ها از ارتباطات سمپلیك پیشنهاد شده است .

مشخص كردن یك سری از دستورات رایج ترین ومناسب ترین می باشد . همانطور كه توسط رنگ توضیح داده شده است یك طراح تنها می تواند یك طرح كلی یك حركت خاص را مشخص كند وسیستم انیمیشن جزئیات را مهیا می كند یك كاربر آماتورممكن است با حركات پیش فرض كه توسط یك تخصیص كا رمانند حركت از A به B تولید می شود قانع شود با این حال یك كاربر حرفه ای ممكن است در خواست یك كنترل تقریبا كلی بر روی حركات متحرك برای تولید یك سری قابل توجه داشته باشد این بدان معناست كه طراح نیاز به دسترسی سطوح مختلف كنترل برای تولید مهارتهای محرك جدید ودستكاری مهارتهای موجوددارد .

توجه داشته باشید كه تبدیل از مشخصاتی سطح بالا به یك سری از حركات ابتدایی بسیار شبیه به مسئله كامپایل دارد چراكه در پردازش زبانهای برنامه سازی این سه حالت مقدور می باشد : ترجمه به یك كد سطح پایین ( كامپایلر های كلاسیك ) ترجمه به یك زبان برنامه نویسی دیگر ( پریپراسسور ) و وقفه در هر حالت پاسخگویی بین تخصیص وظایف و حركت قابل تولید بسیار پیچیده می باشد .

سه وظیفه بسیار ضروری را برای یك متحرك مصنوعی در نظر بگیرید راه رفتن ، گرفتن و صحبت كردن .

راه رفتن

برای تولید حركت جوابگوبه وظیفه راه رفتن از Aتا B لازم است تا موانع ممكنه طبیعت terrain و سپس ارزش گذاری مسیرها را كه شامل یك سری از جایگاهها شتاب ها سرعت ها می باشد را به حساب آوریم با دادن چنین مسیری وهمچنین نیروهای خارج شونده از تاثیر گذارنده ها این امكان هست كه محدودیت ها در مفاصل توسط دینامیك معكوس مشخص شود ودر نهایت مقادیر زوایای مفاصل در هر زمان قابل استخراج خواهد بود به طور خلاصه سیستم task - level می بایست عناصر زیر را جمع ببندد دوری از موانع مسیر یابی علم الحركت و دینامیك ها .

گرفتن

برای تولید حركتی پاسخگو به عمل برداشتن شی  Aو گذاشتن آن روی شیB  و طراح می بایست انتخاب كند كه كجاA  را بگیرد تا هیچ برخوردی هنگام گرفتن یا حمل آنها رخ ندهد . سپس تائیدات گرفتن می بایست انتخابی شود سپس شی گرفته شده در دست جایگاه خود را می یابد ( یا حداقل اینطور به نظر می آید ) بیش از این تماس بین دست وشی تا حد ممكن بایستی طبیعی باشد زمانی كه شی گرفته می شود سیستم بایستی حركتهایی كه برای رسیدن به هدف لازم است را تولید كند یك حركت آزاد بایستی تركیب شود ، در طی این حركت هدف اصلی رسیدن به مقصد بدون تصادف می باشد در این پردازش پیچیده تغییرات مفصلها توسط معادلات دینامیكی وعلم حركت مشخص می شود بطور خلاصه سیستم تعیین سطح عناصر زیر راباید جمع كند : تعیین مسیر دوری گزیدن از برخوردها استحكام وتعیین تماس ، علم حركت ودینامیك .

صحبت كردن

برای تولید حركت پاسخگو به عمل تهفتن جمله حال شما چطوراست سیستم می بایست جمله را تجزیه وبه حروف صوتی تبدیل كند و سپس حالتهای صورت مربوط به این صورت را انتخاب كند این حالتها خود توسط تغییرات چهره به خاطر عضلات نشان داده می شوند باز شدن فك باز شدن چشمها چروكهای چهره وغیره زمانی كه حالت صورت انتخاب شد سیستم می بایست به كامپیوتر نشان دهد كه در چه زمانی آن حالت فعال شود وفریم های تطبیقی را تولید كند به طور خلاصه این سیستم می بایست عناصر زیر را جمع كند : تشخیص اصوات انتخاب حالتهای چهره هدایت پارامترهای چهره تولید انیمیشن .

مادر سیستم انیمیشن خود دنیای بلاك های Winograd را مشخص كردیم . با اینكه این دینای بلاك ها برای درك زبان طبیعی ساخته شده است اما برای انیمیشن انسان بسیار جالب می باشد چرا كه به سری برنامه های حركتی پاسخگوست برای تولید سری حركات ، ما از تئوری كامپایل استفاده می كنیم این استفاده ، شبیه دیاگدامهای مصنوعی كه برای تعریف نحوی یك زبان برنامه سازی استفاده می شود می باشد ما از علامت های پایانه دار یا بدون پایانه استفاده می كنیم .

علامتهای پایانه دار  به دستوراتی از قبیل گرفتن  حركت B به P رها كردنB پاسخ می دهد .

وعلامتهای بدون پایانه به دستوراتی مانند قدار می دهد بلوكB1 رادر محلی سه بعدی P بر روی بلوك B2 یا پاك كردن بالای بلوك B ما از روشهای باز گشتی رایج در ساخت كامپایلر استفاده می كنیم یك زیر برنامه  ( كه ممكن است باز گشتی باشد ) برای هر كدام از علامتهای بدون پایانه به منظورساختن درخت هدف نوشته می شود هر گره ازدرخت یك هدف می باشد كه تنها زمانی قابل قبول هستند كه هر كدام از زیر هدف های آنها قابل قبول باشند .

كنترل حركت در انیمیشن شبیه سازی و تجسم سازی

مقدمه Ahstract

این مقاله در مورد نقش و تحول اینمیشن ، شبیه سازی ، تجسم علمی وارتباط آنها بحث می كند .

دو صحبت توضیح داده می شوند 1- قانونهای فیزیكی معروف كه استفاده از آنها باعث بهبود اینمیشن می شوند . 2- قانونهای فیزیكی كه واقعا معروف نیستند ونیاز به تكنیك های انیمیشن برای درك آنها می باشد .

ما می توانیم مدلهای قابل توضیح برای تولید اثری بدون علم به علتش و مدلهای تولیدی برای توضیح علت بوجود آمدن اثرات ، را تشخیص دهیم همكاری بین مدلهای قابل توضیح و مدلهای تولیدی وهمچنین محدودیت های ارتباطی ماشین وانسان مورد بحث قرار می گیرند در نهایت تحول انیمیشن به سمت كنترل حركت اتوماتیك حركت نهایی مدلسازی عملیات وانیمیشن رفتاری مورد تاكید قرار می گیرد .

1-  انیمیشن ، شبیه سازی ، تجسم

1.1            معرفی

هر عمل وابسته به زمان در دنیای ما می تواند نمونه ای از یك قطعه انیمیشن باشد كه از پایگاه كاری گرافیكی استفاده می كند .

بعنوان مثال یك آونگ پرواز یك زنبور یا فعال شدن یك آتشفشان را در نظر بگیرید تعدادی از نظریه ها بسیار پیچیده هستند وهیچ مدلی علمی یا ریاضی موجود نمی باشد با این حال حركت توسط متدهای سنتی انیمیشن مانند انیمیشن فریم های كلیدی ما نمایش داده شود اخیرا ، استفاده از قانونهای فیزیكی پیچیده برای تولید انیمیشن بیش از پیش رواج یافته اند اما درحقیقت دو جهت را می بایست در نظربگیریم .

1-  قانونهای فیزیكی كه معروف هستند واستفاده از آنها انیمیشن را بهبود می بخشد .

2-  قانونهای فیزیكی كه واقعا معروف نیستند ونیاز به تكنیك های انیمیشن برای درك آنهامی باشد .

1.2            تحول اولین : انیمیشن بر مبنای فیزیك

در ابتدا ، كامپیوترها بعنوان كمكی برای طراحان درتولید انیمیشن قراردادی ومرسوم مورد استفاده قرار می گرفتند این تكنیك به انیمیشن سه بعدی براساس تكنیك فریمهای كلیدی انیمیشن گسترش پیدا كرد سپس ، زبانهای انیمیشن سیستمهای مستند و سیستمهای directo oriented  بوجود آمدند در نسل بعدی سیستمهای انیمیشن كنترل حركتی متمایل به اجرای اتوماتیك توسط هوش مصنوعی و تكنیك های رباتیك خواهد شد . خصوصا حركت در سطح عملیاتی برنامه ریزی توسط قانونهای فیزیكی محاسبه خواهد شد . این بدان معناست كه تحقیات به سمت یافتن مدلهای فیزیكی برای بهبود انیمیشن متمایل خواهد شد . هدف اصلی تصدیق مدلهای فیزیكی نیست . بلكه بدست آوردن شبیه سازی گرافیكی حركت هر چه بیشتر واقعی می باشد ما با اشیایی فیزیكی سرو كار داریم كه خصوصیاتشان توسط شكل و افعال دینامیكشان متمایز می شود بالاخص كار زیادی برای ساختن نمایشهای ریاضی برای دستیابی به یك یا هر دو از مواردنیز انجام شده است .

واقعی گرایی حركت

واقعی گرایی نور

نتایجی در مورد مدلسازی اشیای سخت ( مانند ماشین ) اشیاء قابل تغییر وانعطاف پذیر ( مانند زنجیر ) یا حتی مجموعه ای ا زموجودات زنده ( مانند پرندگان ) بدست آمده است و نمونه های از رفتار آنها تحت شرایط مختلف جمع آوری شده است اساس تئوری مدلسازی حركت واقعی در مكانیك كلاسیك موجود می باشد در حالی اساس واقعی نور متعلق به تئوری فیزیك بصری می باشد .

1.3            تحول دوم : تجسم مدلهای علمی

تجربه های علمی با مدلهای جدید وتجسمی راهی برای تائید مدل های طراحی شده است زمانی كه مدل در سطح زمان تغییر می كند انیمیشن راهی طبیعی برای نمایش نتایج بدست آمده از مدل است دنیای علمی از حوادثی طبیعی تشكیل شده است كه تعدادی از آنها قابل رویت نیستند . با این حال تجسم سازی می تواند كمكی برای درك این باشد كه چگونه بعضی اشكال د رفضا و زمان تغییر می یابند . در نتیجه نكته اصلی

انیمیشن سازی حوادث فیزیكی دید علمی می باشد .

مدلسازی حوادث در شبیه سازی محاسبه شده براساس تئوریهای فیزیكی كه مخصوص Desipline دسیپینی خاص مانند دینامیك مولكولی شیمی كوانتوم دینامیك معایعات .. ) است قابل اجرا می باشد از آنجایی كه این حوادث معمولا توسط اشكال هندسی تعریف می شوند بلكه به كمك مجموعه ای از پارامترها قابل تعریف هستند . تجسم سازی نیاز به قدمی فراتر جهت استخراج یك یا بیش از یك مدل فیزیكی مناسب برای نمایش دارد گاهی مواقع یك شكل هندسی به یك حادثه متصل است مانند باد بر روی بال هواپیما اما حتی د راین شرایط نیز می توانیم از هندسه در تجسم سازی خود استفاده نكنیم هندسه صنعتی فیزیكی از حادثه می باشد مانندسایر صفات .

1.4            شبیه سازی و انیمیشن درتجسم سازی علمی شبیه سازی

هنگامی كه با مسائل علمی سر وكار داریم ما درprontrer  قرار داریم زیرا ممكن است نمونه هایی دقیق از یك حادثه را در دست داشته باشیم ماهمچنین در frontier انیمیشن قرار داریم زیرا می توانیم نیروهای لازم برای رسیدن به یك هدف مشخص رامحاسبه كنیم اما ما می بایست تعدادی تعریفات انیمیشن و شبیه سازی را ارائه دهیم .

انیمیشن كامپیوتر

-        انیمیشن كامپیوتر شامل تولید یك سری از فریم های ثابت با كامپیوتر می باشد .

-   انیمیشن كامپیوتر یك پردازش تعاملی بین طراح و سیستم انیمیشن می باشد اساس كار تصاویری می باشد كه به كمك كامپیوتر وایده ها بصورت گرافیكی تولید شده است .

-   انیمیشن كامپیوتر یك مبنای تئوریكال كامپیوتری می باشد و تكنولوژی است برای كمك به طراح در مشخص كردن عمل تغییر كه زمانی در فریمی رخ می دهد كه نتیجه اش در فریم بعدی وجود داشته باشد .

شبیه سازی كامپیوتر

-   شبیه سازی كامپیوتر یك سری از انیمیشن كامپیوتر می باشد كه اتفاقات جهان واقعی را شبیه سازی می كند .

-        شبیه سازی كامپیوتر تكنیكی كامپیوتری برای مدلسازی بوجود آوردن

رفتارهای انتزاعی یك سیستم یا پردازش یا تصاویر احتمالی می باشد .

1.5            كنترل حركت در تجسم سازی علمی

از نظر سنتی ، انیمیشن كامپیوتر با دو نوع مدل سروكار دارد علم حركت و دینامیك .

مدلهای علم حركت در بسیاری از برنامه های كاربردی خصوصا در زمینه سر گرمی مورد استفاده قرار گرفته اند .

چرا كه این مدلها دارای كاربردی آسان می باشند وزیاد وقت گیر نمی باشند بااین مدلها طراح می تواند مسیر یك شی راتعریف كند .

در تجسم سازی علمی ، یك مدل حركت تنها می تواند درموقعیت هایی خیلی ساده استفاده شود بعنوان مثال مانند چرخش یك مولكول یاحركت یك آونگ ساده .

شبیه سازی براساس مدلهای دینامیكی می باشد این مدلها شامل اطلاعاتی از دارایهای فیزیكی مانند ماده می باشند تغییرات یك حادثه موردمحاسبه قرار می گیرد . تحت شرایط مخصوص اولیه ومسیرهای تابع زمانی یك عنصر مهم از دید مدلسازی پردازش شبیه سازی در روش زیر انجام می شود .

1)    مدل دینامیكی

2)    شبیه سازی

3)    مدل علم حركت

4)    مدل هندسی

5)    نمایش انیمیشن سازی شده

مدل علم حركت می تواند مدل ثبت شده نامیده شود چرا كه این مدل پاسخگوی فایلهایی ذخیره داده جمع آوری شده توسط محاسبات می باشد مشكل در رابطه با موارد علمی این است كه مدلهای اصلی كه برای شبیه سازی استفاد می شوند لزوما تعریفی هندسی از واقعه را شامل می شود در نتیجه لازم است كه مدلی هندسی برای نمایش منظور خود بوجود آوریم .

این مدل ثبت شده برای بهبود دو نوع انیمیشن استفاده می شود .

-        نمایش مسیرهای تعریف شده توسط مدل

-        تكنیك های سنتی انیمیشن كامپیوتری مورد استفاده درمدلها

این تكنیك های سنتی انیمیشن كامپیوتری كه درتجسم سازی علمی مورد استفاده قرار می گیرند نورد انیمیشن دوربین می باشد . انیمیشن منابع نور به مدل علمی اجازه می دهد تا تاثیرات یا منطقه یك حادثه را مورد بررسی قرار دهد فیلترهای شبیه سازی شده ( فیلترهای سرما ، فیلترهای مه )

این متن فقط قسمتی از کنترل اینمیشن با دینامک می باشد

جهت دریافت کل متن ، لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 700 تومان

برچسب ها : کنترل اینمیشن با دینامک , كینماتیك ( علم حركت ) , عملكرد مصنوعی