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