Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Введение

В современном мире трехмерная анимация приобрела огромную популярность и продолжает развиваться стремительными темпами. Она широко используется не только для создания фильмов, мультфильмов, компьютерных игр, но и в мультимедийных приложениях, обучающих курсах, в рекламных роликах, в производстве. Компьютерная анимация[1] оказывает огромное влияние на различные сферы жизни. Актуальность исследования обусловлена тем, что объем проникновения трехмерной графики в нашу жизнь постоянно растёт, так как в современной кинематографе практически ни один фильм не обходится без сцен, созданных с помощью компьютерных эффектов, кроме того, популярность набирают различные средства погружения человека в виртуальную реальность. В процессе создания компьютерной графики очень важным аспектом является качественная и реалистичная анимация персонажей. Именно изучению этого аспекта и посвящена наша работа.

1. Цель и задачи работы

Цель работы: разработка средств геометрического моделирования эмоций виртуальных персонажей.

Основные задачи исследования:

  1. Исследовать технологии и виды анимации;
  2. Рассмотреть принципы анимации;
  3. Изучить возможности программ для создания трехмерной графики;
  4. Выявить специфические особенности строения мышц лица;
  5. Моделировать персонажей, готовых к последующим анимации;
  6. Разработать риггингов персонажей для последующей анимации;
  7. Создать анимационные лицевые эмоции персонажей;
  8. Cравнение эмоций виртуальных персонажей.

2. Обзор технологий и видов анимации

2.1 Технологии и виды анимации

В современном мире мультфильмы и игры приобретают всё большую популярность и распространенность не только среди детей, но и среди взрослых. Но их создание было бы невозможным без анимации. Под анимацией согласно энциклопедии Кольера[2] понимается технология, с помощью которой становится возможным создание иллюзии движения неодушевленных объектов. Одной из наиболее популярных форм анимации можно назвать мультипликацию, которая представляет собой серию рисованных изображений, объединенных общим сюжетом. Однако в настоящее время в связи с развитием компьютерных технологий огромную популярность приобрела также компьютерная анимация. С самого своего зарождения анимация представала перед зрителем в самых разных формах. Есть такие виды анимации, как перекладная анимация, рисованная классическая анимация, живопись на стекле, кукольная анимация, пластилиновая анимация, компьютерная 2d анимация, 3d анимация, а также комбинированная анимация[3]. К старейшим видам анимации можно отнести перекладную анимацию, принципом которой является создание персонажа на кусочке картона или бумаги и последующая его нарезка на кусочки. Анимация создаётся путем перекладывания кусочков от кадра к кадру. К старинным видам анимации также можно отнести кукольную анимацию. Как следует из названия, в данном виде анимации используются куклы, изготовленные вручную. Для анимации положение кукол покадрово изменяется, что создаёт иллюзию движения. Подвидом является пластилиновая анимация, принцип которой аналогичен, но при этом в работе используются пластилиновые фигуры. Ещё одним сложным и красивым видом анимации является живопись на стекле. Суть данного вида анимации состоит в том, что художник рисует масляными красками по стеклу, постепенно изменяя картинку с помощью новых мазков. Одним из наиболее популярных видов, остающихся таким и на данный момент, является рисованная анимация, которую также можно назвать классической. Она создаётся на прозрачной плёнке путём прорисовывания каждого кадра, которые впоследствии объединяются в анимацию в программах для монтажа. К современным технологиям анимации относится компьютерная анимация, которая разделяется на двухмерную и трёхмерную. Для создания 2d анимации, могут использоваться такие программы, как Adobe Photoshop, Adobe After Effect, Anime Studi Pro и другие. Такая анимация является очень популярной в настоящее время. Однако нас в нашей работе интересует трехмерная анимация. Трехмерная анимация является самой современной ветвью анимации, подразделяясь на анимацию для игр и для фильмов. Различия определяются тем, что в игре взаимодействие человека и объекта игры является интерактивным, а в фильме человек выступает только как наблюдатель, поэтому в киноиндустрии больше времени уделяется блокингу и таймингу, тогда как в игровой индустрии большее внимания уделяется созданиям различных циклов анимации и реалистичной анимации с различных ракурсов.

2.2 Принципы классической анимации

Анимация приобрела широкую популярность благодаря мультипликации, созданной в студии Уолтера Диснея.

Рисование анимации

Рисунок 1 – Дисней Анимация
(анимация: 4 кадра, 6 циклов повторения, 50 килобайт)

Именно в ней были разработаны принципы, сделавшие анимацию привлекательной для глаз зрителей. По этой причине аниматоры и сейчас придерживаются данных принципов, так как они не теряют актуальности. Эти принципы были изложены в книге Disney Animation – The Illusion of Life[4].

2.3 Программы для создания 3d графики

Выбор инструментов создания трехмерной графики в современной индустрии достаточно разнообразен. Г. Абдуллина отмечает, что в сфере трехмерной графики используются разные 3D-пакеты. Во-первых, можно выделить программы, предназначенные для скульптинга, к которым относятся Pixologic ZBrush[5] и Autodesk Mudbox[6]. Как отмечает И.И. Егорова, они позволяют добиться высокой детализации объектов, не предъявляя очень высоких требований к аппаратному обеспечению. Также следует выделить игровые движки, к которым относятся Unreal Engine[7], Unity[8], CryEngine[9]. Кроме того, существуют узкие приложения для решения определенного круга задач, например, RealFlow[10] для анимации жидкостей и Mari[11] для создания текстур. Следует более подробно остановится на универсальных пакетах трехмерной графики. Г. Абдуллина выделяет такие пакеты, как Cinema 4D[12], Blender[13], 3Ds Studio Max[14], Autodesk Maya[15].

Cinema 4D является одним из самых популярных и удобный пакетов в настоящее время. Программа обладает большим количеством функций, среди которых есть моделирование, анимация, различные эффекты, скульптинг и модуль BodyPaint 3D. Данный пакет широко применяется в сфере моушндизайна, рекламе и киноиндустрии.

Blender является бесплатным 3D пакетом, возможности которого несильно уступают по функционалу платным приложениям, именно этим обусловлена его популярность. Blender предоставляет инструменты для 3D моделирования, анимации, а также набор средств для создания игр, визуальных эффектов и скульптинга. Программа поддерживается разработчиком Blender Foundation, развиваясь достаточно быстро и стабильно.

3Ds Studio MAX располагаыет средствами для создания трехмерных изображений, локаций и интерьеров. Программа позволяет работать также анимацией и моделированием персонажей, однако наиболее эффективно его использование для проектирования локаций. Поэтому, учитывая такую направленность, данный пакет широко используется в игровой индустрии.

И.И. Егорова, А.В. Гайдамащук отмечают, что Autodesk Maya является самой востребованной на данный момент инструментальной системой трехмерного моделирования в области работы с анимацией. Он используется в таких студиях, как Pixar, WaltDisney, Dreamworks и других. Такая популярность обусловлена широким инструментарием общей и персонажной анимации, технологией Xgen[16], позволяющей создавать волосы и мех персонажей без сторонних плагинов, развитой системой частиц, технологией Maya Fluid Effects[17] для симулирования жидкостей и атмосферы, динамикой мягких и твердых тел. По этой причине Maya широко используется в кинематографе, мультипликации и телевидении для создания реалистичных объектов. Autodesk Maya предоставляет достаточно широкий инструментарий для работ по созданию скелета персонажа и последующей анимации. Скелетная анимация подразумевает перемещение вершин поверхности моделей и соответствующее изменение формы персонажей. Скелет состоит из костей (bones) и суставов (joints). Во многих пакетах, предназначенных для анимации, управление осуществляется посредством манипулирования костями, однако в Maya основным средством управления являются суставы. Кость находится между двумя суставами и отображается для удобства работы. Таким образом, среди профессиональных 3D-художников пакет Autodesk Maya используется чаще других. Этот трехмерный редактор взят на вооружение многими крупными кинематографическими и анимационными студиями. Он предоставляет широкий инструментарий для создания персонажной анимации, однако стандартные инструменты не всегда могут соответствовать поставленным задачам.

3. Мышцы лица

3.1 Виды мышц лица

На лице находится 57 мышц[18]. Они разделяются на жевательные и мимические. Жевательные прикрепляются к нижней челюсти и отвечают не только за жевание, но и за глотание и речь. В состав группы входит четыре мышцы:

Мимические мышцы человека несколько отличаются от остальных. Они тонкие и расположены пучками возле глаз, носа, рта и ушей. К кости черепа они прикрепляются только одной стороной. Другая сторона соединяется с тканями кожи. Это позволяет придать большую подвижность участкам лица. Некоторые из них отходят не от кости, а от связок.

Основные мышцы лица человека

Рисунок 2 – Основные мышцы лица человека

Большинство мышц лица являются парными, исключение составляет надчерепная, носовая и круговая мышца рта. Они располагаются на разных уровнях и в зависимости от этого разделяются на глубокие, поверхностные и средние. К глубинным, например, относятся подбородочная, щечная, к средним – квадратная мышца нижней губы и собачья, поверхностными являются круговые мышцы рта, скуловая, квадратная и т. д.

3.2 Функции мимических мышц лица

Лицевые мышцы играют важную роль в социальной жизни человека. Их сокращения формируют определенные выражения лица, изменяя глубину складок кожи. Так, окружающие могут различать и понимать наши эмоции при общении. С их помощью мы выражаем грусть, радость, ненависть, улыбаемся и смеемся.

Основная функция мимических мышц связана с открытием, сужением и закрытием естественных отверстий на лице. В зависимости от этих действий, они разделяются на мыщцы-сжиматели и расширители. Первые размещаются над частями тела по кругу, вторые радиально от них отходят.

Некоторые мышцы и их функции представлены в таблице.

Область Мышца Функция
Область лба и бровей, носа Мышца гордецов Формирует складки над переносицей
Сморщиватель брови Стягивает брови друг к другу
Носовая мышца Приоткрывает крылья носа
Надчерепная Поднимает брови, образует горизонтальные складки на лбу
Область рта Круговая мышца рта Замыкает рот, вытягивает вперед губы
Мышца нижней губы Приоткрывает, оттягивает нижнюю губу
Мышца верхней губы Поднимает верхнюю губу
Скуловые Оттягивают уголки рта вверх и в стороны
Область глаз Круговая мышца глаза Зажмуривает, закрывает глаза
Область ушей Передняя Оттягивает ушную раковину вперед
Верхняя Оттягивает раковину вверх
Задняя Оттягивает раковину назад

Таблица 1 – Основные функции мышц лица

Выводы

Исследование средств геометрического моделирования довольно обширное. Имеет множество программ для разработки поставленной задачи. И каждую из программ нужно знать минимум на среднем уровне.

Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче разработке и исследования средств геометрического моделирования эмоций виртуальных персонажей. В рамках проведенных исследований выполнено:

  1. Рассмотрены принципы анимации.
  2. Изучины возможности программ для создания трехмерной графики.
  3. Выявлены специфические особенности строения мышц лица.

Следующим этапом будет практическая часть:

  1. Моделировать персонажей, готовых к последующим анимации.
  2. Разработать риггингов персонажей для последующей анимации.
  3. Создать анимационные лицевые эмоции персонажей.
  4. Cравнение эмоций виртуальных персонажей.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2020 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Набор для выживания аниматора - анимированный. Фойлз. 17 октября 2009 года.
  2. Энциклопедия Кольера - Кольер и сын. 1928.
  3. Специальные виды мультипликационных съемок. Я. Беляев. 1967.
  4. Иллюзия жизни: Дисней Анимация. Ф. Томас, О. Джонстон. 1995 г.
  5. ZBrush для начинающих. Альба, Аттаран, Ле. 2020.
  6. Mudbox Создание персонажа. С. Спенсер. 2008.
  7. Разработка RPG в Unreal Engine. Сантелло. 2016.
  8. Unity в действии. Мультиплатформенная разработка на C#. Д. Хокинг. 2020.
  9. Cryengine Game Programming с помощью C++, C#. К. Лундгрен. 2013
  10. Введение в моделирование динамики жидкости: методы реального потока с Уэйном Ингланд. А. Альварес. 2018.
  11. Живопись текстур существ в Mari. J. Viitanen. 2013.
  12. Cinema 4D. Практическое руководство. В. Зеньковский. 2008.
  13. Самоучитель Blender. А. Прахов. 2016.
  14. 3ds Max Трехмерное моделирование и анимация на примерах. В. Тозик. 2008.
  15. 3D-моделирование персонажей в Maya: Учебное пособие для вузов. Р. Ганеев. 2012.
  16. Xgen Hair для персонажей. Т. Ньюбери. 2016 г.
  17. Введение в Maya Fluid Effects. В. Холлингсворт. 2014.
  18. Анатомия человека. П. Абрахамс. 2019.