CGI. Computer generated imagery Počítačové triky Animované filmy Počítačové hry. Technologické trendy v AV tvorbě, CGI 2

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


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


4

Foton • Dualita částice a vlnění – světlo je vlnění i částice - foton • Odraz a lom světla – sledování částice


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


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


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


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) – – – –


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


16

Textury


17

Vykreslení objektu • Rasterizace – Spíše staré CGI filmy – Současné počítačové hry

• Ray casting / ray tracing – Současné CGI ve filmech


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


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


28

Phongovo stínování • Normála v každém vrcholu trojúhelníku • Na ploše mezi vrcholy se dopočítají přímo samotné normály


29

Phongovo stínování


30

Stínování Konstatní

Phongovo

Gouraudovo Technologické trendy v AV tvorbě, CGI

31

Stylizace • Změna rovnic pro stínování • Velká volnost při vykreslování


32

Stylizace


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)


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


39

Klíčové snímky • • • •

Vyžaduje velké zkušenosti s animací Základní znalost programu Dobře připravený animační rig Znalost rigu


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


45

Ultrasonický mocap • • • •

Prostředí s akustickými parametry Dopplerův efekt Jednotlivé senzory Nízká přesnost


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

CGI. Computer generated imagery Počítačové triky Animované filmy Počítačové hry. Technologické trendy v AV tvorbě, CGI 2

Recommend Documents