České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra počítačů. Bakalářská práce. 3D stereo animace. Jan Kotrhonz

Oficiální zadání BP

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra počítačů

Bakalářská práce

3D stereo animace Jan Kotrhonz

Vedoucí práce: Ing. David Sedláček

Studijní program: Softwarové technologie a management, strukturovaný, Bakalářský studium Obor: Web a multimédia Květen 2011

Poděkování Děkuji vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Davidu Sedláčkovi za cenné rady, čas a náměty, kterými mě při zpracování této práce provázel. Dále bych chtěl poděkovat akad. mal. Lucii Svobodové za její čas a odbornou pomoc při vytváření scénářů.

Prohlášení

Prohlašuji, ţe jsem práci vypracoval samostatně a pouţil jsem pouze podklady uvedené v přiloţeném seznamu. Nemám závaţný důvod proti uţití tohoto školního díla ve smyslu §60 Zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon).

V Praze dne 27. 5. 2011

..................................

Abstract The main goal of this study was to test what it takes to create a short animation. The theoretical part describes the steps that should be met creating a short animation. Most of the theory was description of stereoscopy. The next methods are described, as should come consecutively. The practical part chronologically describes the creation of short animation, each decision was elected exactly why this procedure and not another. The result is a short animation, which can be seen in the VR-lab.

Key words stereoscopy, scenario, 3D modeling, animation, rigging, Monocular vision, binocular vision , parallax

Abstrakt Hlavní záměrem této práce bylo vyzkoušet si, co obnáší vytvoření krátké animace. Teoretická část bakalářské práce popisuje jednotlivé kroky, které by měly být splněny při tvorbě krátké animace. Nejvíce je v teoretické části popsána stereoskopie. Dále jsou zmíněny ostatní postupy tak, jak by měli následovat za sebou. Praktická část chronologicky popisuje tvorbu krátké animace, jednotlivá rozhodnutí proč byl zvolen zrovna tento postup a ne jiný. Výsledkem je krátká animace, která je k vidění ve VR-laboratoři.

Klíčová slova Stereoskopie, scénář, 3D modelování, animace, rigování, monokulární vidění, binokulární vidění, paralaxa

5

Obsah 1 Úvod ..................................................................................................................... 9 2 Cíl a metodika práce ............................................................................................10 2.1 Cíl práce ........................................................................................................10 2.2 Metodika práce..............................................................................................10 3 Literární rešerše ...................................................................................................11 3.1 Stereoskopie ..................................................................................................11 3.1.1 Pouţité technologie ................................................................................11 3.2 Základy stereoskopického vidění ...................................................................16 3.2.1 Monokulární vidění ................................................................................17 3.2.2 Binokulární vidění ..................................................................................21 3.2.3 Paralaxa ..................................................................................................23 3.3 3D grafické editory........................................................................................25 3.3.1 Blender ...................................................................................................25 3.3.2 Autodesk Maya ......................................................................................25 3.3.3 Autodesk 3ds Max ..................................................................................25 3.4 Scénář ...........................................................................................................26 3.4.1 Psaný scénář ...........................................................................................26 3.4.2 Obrazový scénář .....................................................................................26 3.5 Druhy modelování .........................................................................................27 3.5.1 Konstruktivní prostorová geometrie (CSG) .............................................27 3.5.2 Sculpt modelování ..................................................................................28 3.5.3 Polygonální modelování .........................................................................28 3.5.4 NURBS ..................................................................................................29 3.6 Rigování........................................................................................................30 3.7 Animace ........................................................................................................31 3.7.1Per-Vertex animace .................................................................................31 3.7.2 Klíčová animace ................................................................................31 3.7.3 Inverzní kinematika ................................................................................32 3.7.4 Motion Capture ......................................................................................32 4 Vlastní práce ........................................................................................................35 4.1 Výběr programu ............................................................................................35 4.2 Předmodelovácí příprava ...............................................................................35 4.3 Výběr modelovací techniky ...........................................................................36 4.4 Pouţití rigování .............................................................................................36 4.5 Pouţitá animace ............................................................................................37 4.6 Testování osvětlení scény ..............................................................................37 4.7 Testování hloubky scény ...............................................................................38 4.8 Renderování ..................................................................................................39 4.9 Video kodeky pro stereoskopii ......................................................................40 4.10 Stereoscopic player .....................................................................................40

6

5 Závěr ...................................................................................................................41 5.1 Zhodnocení dosaţených cílů ..........................................................................41 5.2 Doporučení dalšího pokračování práce ..........................................................41 6 Seznam pouţité literatury: ....................................................................................42 6.1 Kniţní zdroje:................................................................................................42 6.2 Internetové zdroje: ........................................................................................42 7 Přílohy .................................................................................................................48 8 Obsah přiloţeného CD .........................................................................................52

Seznam obrázků Obrázek č. 1: 3D projekce typu anaglyf ..................................................................12 Obrázek č. 2: Druhy polarizace ...............................................................................13 Obrázek č. 3: Schéma pasivní stereoskopické projekce ...........................................13 Obrázek č. 4: Posunutí barevného spektra ...............................................................14 Obrázek č. 5: Schéma aktivní stereoskopické projekce ............................................15 Obrázek č. 7: Perspektiva ........................................................................................17 Obrázek č. 8: Zakrytá a rozřezaná krychle ...............................................................18 Obrázek č. 9: Relativní velikost objektů ..................................................................18 Obrázek č. 10: Gradient vzorců na chodníku ...........................................................19 Obrázek č. 11: Relativní pohyb ...............................................................................19 Obrázek č. 12: Atmosférický vliv na krajinu ...........................................................20 Obrázek č. 13: Změna mohutnosti čočky.................................................................21 Obrázek č. 14: Stínování .........................................................................................21 Obrázek č. 15: Binokulární disparita .......................................................................22 Obrázek č. 16: Konvergence očí..............................................................................23 Obrázek č. 17: Druhy paralax ..................................................................................24 Obrázek č. 18: Ukázka psaného scénáře ..................................................................26 Obrázek č. 19: Obrázkový scénář ............................................................................27 Obrázek č. 20: Konstruktivní prostorová metoda .....................................................27 Obrázek č. 21: Výsledek sculpt modelování ............................................................28 Obrázek č. 22: Polygonový model...........................................................................29 Obrázek č. 23: Model pomocí NURBS ...................................................................29 Obrázek č. 24: Biped a character studio ..................................................................30

7

Obrázek č. 25: Klíčové fáze chůze ..........................................................................32 Obrázek č. 26: Jednotlivé fáze motion capture ........................................................34 Obrázek č. 27: Porovnání modelů ...........................................................................36 Obrázek č. 28: Testované rendery scény při různé světlosti scény ...........................38 Obrázek č. 29: Testované scéna na hloubku prostoru ..............................................39

8

1 Úvod V poslední době se všude ozývá, jak 3D televizory začnou vstupovat do domácností a za pár let, jiţ nebude jiná televize neţ 3D. Co vlastně je to 3D? Jak se filmařům podařilo dostat 3D obraz na 2D plochu? Jaké jsou moţnost této technologie a kdy se poprvé lidé začali snaţit o 3D projekci? Jiţ více neţ 170 let se lidé snaţí zobrazit obraz ve všech třech dimenzích. Nejprve se začalo s fotografiemi. Teorie a zkušenosti získané z experimentování s fotografiemi se později uplatnily i u filmu. První technologie zobrazení 3D filmu, neboli stereoskopie byla stejná jako u fotografií. Jednalo se o dva rozdílné obrazy zobrazené na jedno plátno. Samotné technologie se od sebe liší pouze oddělením obou obrazů a jejich promítáním na plátno. V dnešní době ale zaţívá stereoskopický obraz opravdový boom. Výrobci televizorů se předhánějí, kdo nabídne lepší a větší televizor. Film, který v dnešní době nepromítají i ve 3D, nemá šanci na to se stát kasovním trhákem. Stereoskopická projekce se dnešním lidem vryla natolik do paměti, ţe ji začínají vyţadovat úplně všude.

9

2 Cíl a metodika práce 2.1 Cíl práce Hlavním cílem této práce je vyzkoušet postup při vytváření krátké animace, při které by měli být splněny všechny kroky od vymýšlení příběhu, přes načrtnutí scénáře, modelování daných objektů a jejich výsledná animace. Dílčím cílem je vyzkoušení renderování stereoformátu a nastudování odborné literatury.

2.2 Metodika práce Teoretická část byla vypracována na základě prostudované literatury, která je uvedena na konci práce. Nejprve byly popsány technologie, kterými lze 3D obraz zachytit a následně přenést na plátno. Po té byly rozepsány jednotlivé sloţky lidského vidění, které umoţňuje lidem vnímat svět ve třech dimenzích. Po tomto krátkém zasvěcení do teorie 3D světa byly popsány nástroje a postupy, které poslouţily k vytvoření krátké animace. Prvním z uvedených nástrojů jsou tzv. 3D grafické editory. Následně byl představen scénář, který slouţí jako hlavní vodící linie pro kaţdý film. Z postupů se představily modelovací techniky ve 3D grafických editorech, rigování a nakonec moţnosti animace jako takové. Poslední část práce je praktická ukázka, ve které se pouţily postupy a techniky z prostudované literatury. V této části byla popsána jednotlivá rozhodnutí, podle kterých byl vybrán program, ve kterém se práce dělala, jaká metoda stereoskopie a techniky modelování byly pouţity a jaká animace byla zvolena pro oţivení kostry člověka. Dále se popsaly předmodelovací přípravy a výsledky jednotlivých testů scény. Nakonec bylo zmíněno, jak se renderovala scéna, které kodeky pro stereoskopické video pouţít a proč byl pro přehrávání videa vybrán Stereoscopic player.

10

3 Literární rešerše 3.1 Stereoskopie Stereoskopie je vědní obor studující zobrazení 3D prostoru na 2D projekčních plochách. Oproti klasickému 2D zobrazení, kde se pracuje se šířkou a výšku, zde přibývá i hloubka. K tomu aby mohli být viděn obraz včetně hloubky, se pouţívají stereoskopické vizualizace. V reálném prostředí člověk získává pojem o hloubce prostoru díky odlišným obrazům z očí. Levé oko vidí svět z jiné úhlu neţ pravé. Tyto rozdíly následně mozek vyhodnocuje a vytváří 3D představu o světě. Toho samého se snaţí dosáhnout i při stereoskopii tak, ţe je promítán pro kaţdé oko vlastní snímek. Snímky se od sebe liší malým posunutím obrazu, coţ si pak mozek poskládá a vyhodnotí jako hloubku ve snímku[61].

3.1.1 Použité technologie V dnešní době se pouţívá mnoho technologií pro zachycení stereoskopického snímku. Liší se od sebe účelem pouţití a cenou. Do ceny se musí započítat dvě hlavní sloţky. Cena na vyrobení obrazu, do níţ jsou zahrnuty kamery, které by měli mít shodné parametry a nastavení, fotoaparáty, pro které platí to samé jako pro kamery, speciální stativy na připojení dvou kamer, či fotoaparátů, vedle sebe. Cena na distribuci obrazu lidem, která zahrnuje především cenu přístroje, který odděluje jednotlivé obrazy od sebe. Bliţší provedení brýlí a jednotlivé výhody a nevýhody technologií budou probrány v následujících podkapitolách[15, 61].

Anaglyph Jedná se o jednu z nejvíce rozšířených metod, jak lze zobrazit 3D obrázky, případně animace. K projekci obrázku se pouţívají brýle, které mají na jednom oku červený filtr a na druhém azurový, případně zelený filtr. Nepsané pravidlo říká, ţe levé oko je vţdy zabarveno červeným filtrem a pravé pak azurovým/zeleným filtrem. Finální obrázek je vyroben smícháním obou obrázků dohromady, kdy červená a azurová barva mají pouze oddělit jednotlivé obrázky od sebe. Bez brýlí ţádný

11

stereoefekt nenastává, ale po nasazení brýlí levé oko vnímá červenou barvu jako bílou a azurovou jako černou a pravé oko barvy vnímá opačně. To umoţní mozku poskládat stereoinformace dohromady a vydedukovat mylnou iluzi prostoru. Nevýhodou tohoto systému je ztráta barev a finální vjem není tak dobrý, jako u ostatních stereoskopických metod. Výhodou jsou velmi levné brýle, které v dnešní době koupíte za pár korun, a dají se takto tisknout obrázky do všech časopisů. Dále je moţné jednotlivé obrázky jednoduše přehrávat v počítači bez speciálních programů, či nahrávat takto pořízený film na videokazety, případně DVD, HDD. Na obrázku č. 1 je znázorněna 3D projekce typu anaglyf[15, 44, 61]. Obrázek č. 1: 3D projekce typu anaglyf

Zdroj: GALI-3D.COM. Unikátní technologie. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-08].

Pasivní projekce Pasivní projekce vyuţívá polarizaci světla. Pro zobrazení se pouţívají speciální platná, která mají na sobě nanesenou nedepolarizující vrstvu, většinou ze stříbra. Na plátno je pouštěn obraz ze dvou projektorů, kdy kaţdý projektor má před sebou polarizační filtr (obrázek č. 3). Brýle mají na sklech polarizační filtry stejně polarizované jako projektory, díky tomu obraz pro pravé oko neprojde skrz sklo levého oka a naopak, obraz pro levé oko neprojde skrz sklo k pravému oku. Jako první byla pouţívána tzv. lineární polarizace, kdy jeden polarizační filtr polarizoval světlo vertikálně a druhý horizontálně. Brýle pak téţ měli vertikální a horizontální filtr na sklech. Ukázalo se, ţe tato metoda má své nedostatky, a to ne zanedbatelné.

12

Největší z nich byla nutnost ponechat hlavu ve stejné poloze, protoţe její natočení změnilo filtry a docházelo ke zkreslování obrazu. Jako mezní hodnoty jsou uváděny 3° potočení hlavy u dynamických scén a 10° u statických scén. Tento problém odstranila kruhová polarizace, kdy paprsky jsou polarizovány do dvou kruţnic pootočených o 180°. Obdoba kruhové polarizace je polarizace eliptická, která má trochu lepší vlastnosti co se týče úhlů pootočení hlavy. Na následujícím obrázku č. 2 jsou znázorněny druhy polarizace[15, 61]. Obrázek č. 2: Druhy polarizace

Zdroj: LIBICH, J. Základní kámen každého foťáku. Jak vzniká obraz v objektivu. [online]. Publikováno 2007, [cit. 2011-02-08]. Obrázek č. 3: Schéma pasivní stereoskopické projekce

Zdroj: GALI-3D.COM. Unikátní technologie. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-08].

13

Infitec Tato metoda je jiným druhem pasivní projekce, kdy místo polarizovaného světla pouţíváme posunutí barevného spektra. Obraz je vysílán na klasické plátno ze dvou projektorů, přičemţ obraz pro pravé oko má hodnoty červené 615nm, zelené 518nm a modré 432nm a obraz pro levé oko má hodnoty červené 629nm, zelené 532nm a modré 446nm (obrázek č. 4). Oproti lineární polarizaci je tato technologie nezávislá na natočení hlavy pozorovatele. Pro správné pouţití této technologie je potřeba mít Infitec filtry před projektorem a Infitec brýle, které posouvají barevná spektra obrazu zpět na původní hodnotu[17, 50]. Obrázek č. 4: Posunutí barevného spektra

Zdroj: STERNWARTE PLANETARIUM. Mars in 3D. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-08].

Aktivní projekce Obraz se promítá na projekční plochu ve 120Hz frekvenci a pro kaţdý lichý snímek zatemníme jedno oko a pro kaţdý sudý snímek zatemníme druhé oko (obrázek č. 5). Kaţdému oku tedy připadne 60 snímků, ze kterých si pak mozek poskládá výsledný obraz. Pro správné zatemňování je potřeba synchronizovat brýle s promítaným obrazem. To se dělá pomocí kabelu, který je připojen přímo k brýlím, nebo spíše pomocí IrDA(InfraRed Data Association) paprsku. Díky tomu není potřeba ţádná speciální projekční plocha. Nevýhodou této technologie je potřeba speciálních projektorů, které zvládají vysokou frekvenci obrazu a vcelku sloţité brýle.

14

Výhodou je plnobarevné zobrazení scény, stačí pouţít normální projekční plátno. Dále je také moţno tuto technologii pouţít na CRT monitorech, které zvládnou obnovovací frekvenci 120Hz. S postupným vývojem LCD monitorů se začíná stereoskopie zobrazovat i na nich. Tento rok mají dokonce výrobci 3D LCD televizorů zaţít prodejní boom[15, 29, 61]. Obrázek č. 5: Schéma aktivní stereoskopické projekce

Zdroj: GALI-3D.COM. Unikátní technologie. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-08].

Autostereoskopické monitory Jediná technologie, která nepotřebuje speciální brýle pro stereoskopickou projekci. Oba obrazy jsou vysílány do prostoru, a pokud se divák nachází na správném místě, vnímá obraz jako 3D. Autostereoskopický displej je většinou tvořen LCD monitorem a na něm je tzv. prizmová mříţka, která má za účel lámat světlo a oddělit tak obraz pro pravé a levé oko (obrázek č. 6). V dnešní době je mříţka schopna lámat světlo do osmi směrů, takţe se na displej můţe koukat i více diváků.

Pokročilejší metody nabízejí i sledování diváka pomocí IrDA paprsku.

Divák si nasadí brýle nebo čelenku a díky tomu se můţe prizmová mříţka posouvat podle momentální polohy diváka[15, 61].

15

Obrázek č. 6: Schéma autostereoskopického 3D monitoru

Zdroj: GALI-3D.COM. Unikátní technologie. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-08].

CAVE Jeden z druhů speciální stereoprojekce. Promítací plocha je do tvaru krychle a na ni se promítá stereoskopický obraz. CAVE má 3 – 6 projekčních ploch. Přední a boční plochy jsou nasvíceny vţdy a pak se k nim přidávají spodní, horní a zadní plocha. K zobrazení stereoskopie jsou nutné 3d brýle, díky kterým se ponoříte do opravdového trojrozměrného světa. Aby se dalo se scénou natáčet podle potřeb pozorovatele, tak mívá pozorovatel na hlavě připevněné sledovací zařízení, které snímá jeho pohyb a natočení hlavy. Díky tomu lze upravovat scény podle potřeby a zachovává se tak dojem 3D reality kolem sebe[41, 47].

3.2 Základy stereoskopického vidění V této kapitole budou blíţe popsány principy monokulárního a binokulárního vidění.

16

3.2.1 Monokulární vidění Jedná se o podněty získané jedním okem a jsou velmi podstatné pro stanovení hloubky obrazu. To má za následek, ţe jednooký člověk je schopný vnímat svět okolo prostorově a ne 2D. Monokulárních vodítka jsou perspektiva, překrývání, relativní velikost, gradient vzorců, relativní pohyb, atmosférický vliv, akomodace a stínování.

Perspektiva Jedná se o optický jev, který způsobuje, ţe objekty blíţe k divákovi působí větší a objekty dále od diváka působí menší. Dále způsobuje sbíhání linií k sobě, kdyţ vedou k horizontu např. koleje, aleje stromů apod. Na obrázku č. 7 můţete vidět sbíhání linií v městské ulici[12, 57]. Obrázek č. 7: Perspektiva

Zdroj: ANTHOS. Add windows to your Perspective drawing. [online]. Publikováno 2006, [cit. 2011-02-09].

Překrývání Jev známý téţ jako okluze. Souvisí s perspektivou, kdy bliţší objekt překrývá objekt vzdálenější. Lidský mozek je na tento jev zvyklí a nečiní mu problém domýšlet si překryté objekty. Jakmile se ale objekty rozřeţou a nejsou ničím překryté, tak je lidský mozek neposkládá tak jak by měl. Na obrázku č. 8 je vidět krychle. Dokud krychli nepoznáte z druhého vyobrazení, tak si mozek nedomyslí, ţe se jedná o krychli[12, 26].

17

Obrázek č. 8: Zakrytá a rozřezaná krychle

Zdroj: MULTIMEDIA TECHNOLOGY GROUP. Vnímání obrazové informace, anatomie a fyziologie vidění. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-09].

Relativní velikost Pokud divák vidí dva objekty a jeden z nich je větší neţ druhý, tak si automaticky mozek domyslí, ţe jeden objekt je blíţ a druhý dál. Pro lepší představivost byl přiloţen obrázek č. 9, kde můţete vidět modré koule za sebou[11, 12]. Obrázek č. 9: Relativní velikost objektů

Zdroj: CROW. D. C. Monocular examples [online]. Publikováno 2007, [cit. 201102-09].

18

Gradient vzorců Jev, při kterém se ze vzdáleností sniţují detaily objektu. Nakonec jsou pak vidět jen aproximace jednotlivých odstínů. Na obrázku č. 10 si můţete všimnout, jak jsou na silnici jednotlivé spáry čím dál tím hůř viditelné, aţ se nakonec ztratí[26]. Obrázek č. 10: Gradient vzorců na chodníku

Zdroj: CAILLEBOTTE, G. Jour de pluie à Paris. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-09].

Relativní pohyb Známý téţ jako pohybová paralaxa. Pokud se pozorovatel přemístí jedním směrem, tak objekty blízko k němu se přemístí o stejný kus směrem druhým, zatímco vzdálené objekty zůstávají na stejném místě. Mnohem lépe si to lze představit pomocí obrázku č. 11, kde jsou jednotlivé pohyby hlavy a předmětů označeny šipkami[12]. Obrázek č. 11: Relativní pohyb

Zdroj: DURAS, T. Stereoskopia. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-09].

19

Atmosférický vliv V atmosféře se nacházejí malé částice, které pohlcují a rozptylují světlo, coţ má za následek, ţe s větší vzdáleností pozorovatele od objektu se objekty jeví jako méně kontrastní a lehce rozmazané. Téţ z důvodu vyšší absorpce červené barvy atmosférou se mohou zdát objekty namodralé. Vzdálená hora na obrázku č. 12 je modrá právě z tohoto důvodu[7, 12]. Obrázek č. 12: Atmosférický vliv na krajinu

Zdroj: BÉRUBÉ, M. Atmospheric perspective. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-09].

Akomodace Jev, při kterém se mění optická mohutnost oční čočky. Řasnaté tělísko dovolí pruţné oční čočce při zaostření na dálku udrţet plochý tvar, zatímco při zaostření na blízko se můţe prohnout. Lidské oko dokáţe změnit mohutnost čočky o 12 – 15 dioptrií, coţ odpovídá od 7cm do nekonečna, za 0,35 aţ 1,5 sec. Je důleţité zmínit, ţe akomodace má za následek, ţe blízké (zaostřené) předměty se jeví jako ostré a vzdálené, jako rozmazané. Změna čočky je vidět na obrázku č. 13[12, 43].

20

Obrázek č. 13: Změna mohutnosti čočky

Zdroj: FORESMAN, S. Accomodation (PSF).svg. [online]. Publikováno 2008, [cit. 2011-02-09].

Stínování Stín dodává informaci, jakým způsobem je objekt osvětlován a kde se nachází zdroj světla. Dále se jím upřesňují tvary objektů, koule je na určitých místech lesklá a jak světlost mizí, tak koule dostává tvar větší kulatosti. Téţ je to druh okluze, kdy získáváme pocit, ţe daný objekt leţí na nějaké ploše apod. Ukázka stínování je vidět na obrázku č. 14[12]. Obrázek č. 14: Stínování

Zdroj: SPOT3D.COM. Render Elements Examples. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-02-09].

3.2.2 Binokulární vidění Jedná se o podněty získané oběma očima. Dvě oči mají čtyři výhody. První z nich je, ţe pokud se jedno oko zraní nebo přestane fungovat, tak je ještě jedno oko, které má schopnost vnímat svět okolo nás. Druhá z nich je, ţe se takto získá širší pozorovací úhel pohledu. Třetí výhodou je tzv. binokulární shrnutí, coţ má

21

za následek zlepšení prahu detekce na podnět. Poslední výhodou je tzv. stereopsis, coţ je schopnost vnímat jemnou hloubku od paralaxy[28, 46].

Binokulární disparita Kdyţ oči zaostří na konkrétní předmět, tak rozdílná vzdálenost obrazů dopadající na sítnici se nazývá disparita. Vysvětlení tohoto jevu proběhne na obrázku č. 15. Oči jsou zaostřeny na bod F a obraz se zobrazuje na sítnici oka jako body fl a fr. Kdyţ se oči zaměří na bod V, tak se obraz promítne na sítnice do bodů v l a vr. Jelikoţ tyto body mají stejnou vzdálenost od bodů fl a fr, tak je mozek vyhodnotí, jako stejně vzdálené body. Body F a V leţí na tzv. horopteru. Jedná se o křivku, kde je nulová disparita. Nejčastěji mívá tvar elipsy, jako můţete vidět na obrázku, ale konkrétní tvar se vţdy liší u kaţdé osoby. Bod H neleţí na horopteru a můţeme vidět, ţe body hl a hr na sítnici mají různé vzdálenosti od bodu F, coţ znamená, ţe je rozdílná disparita. Mozek nakonec vyhodnotí tyto rozdílné úhly a poskládá tak výsledný prostorový vjem[26, 28, 35]. Obrázek č. 15: Binokulární disparita

Zdroj: SCHREIBER, K. M., TWEED, D. B., SCHOR, C. M. The extended horopteru: Quantifying retinal correspondence across changes of 3D eye position. [online]. Publikováno 2006, [cit. 2011-05-13].

22

Konvergence Jedná se o schopnost očí natáčet se v osách a zaostřit tak na jeden společný bod. Vyuţívá se při pohledu na různě vzdálené předměty, kdy se oči natáčejí tak, aby zaostřený předmět směřoval do středu sítnice a byl tak lépe rozpoznatelný. Pokud sledujeme obraz ve velké vzdálenosti, tak se oči natáčejí od sebe, aţ jsou rovnoběţné viz. obrázek č. 16. Ve stereoskopii můţe však dojít k jevu, kdy oči přesáhnou tuto rovnoběţnost a dochází k následné divergenci, coţ je neţádoucí[46]. Obrázek č. 16: Konvergence očí

Zdroj: VUYLSTEKER, P. Convergence. [online]. Publikováno 2005, [cit. 2011-0209].

3.2.3 Paralaxa Paralaxa je vzdálenost bodu mezi levým a pravým obrazem, který přichází do očí. Vzdálenost se můţe uvádět v jednotkách délky nebo velikosti úhlu. Podle toho, kde se protínají optické osy, tak dělíme paralaxu na čtyři skupiny viz. obrázek č. 17[19, 56].

23

Obrázek č. 17: Druhy paralax

Zdroj: IMM. CZ Paralaxa. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15].

Nulová paralaxa V případě, ţe se oční osy protínají na projekční rovině. Obraz, který přichází do mozku je pro obě oči stejný, a tudíţ stereoskopický efekt vzniká jen podle monokulárních vodítek.

Pozitivní paralaxa V případě, ţe se oční osy protínají aţ za projekční rovinou. Obraz, který přichází do mozku je pro kaţdé oko jiný a mozek pak sestaví výsledný prostorový obraz. V praxi se pouţívá tato paralaxa, jelikoţ je pro diváka nejméně namáhavá. Pokud bychom se snaţili dosáhnout co největší pozitivní paralaxy, tak bod, na který se snaţí oči zaostřit, leţí v nekonečnu a oční osy jsou tudíţ rovnoběţné.

Negativní paralaxa V případě, ţe se oční osy protínají před projekční rovinou. Výsledný obraz působí na diváka, jako ţe vystupuje před projekční plochu. Takto lze umocnit stereoefekt, ale pro oči je tento efekt vysilující a tak by se neměl pouţívat moc často. Téţ je třeba si ohlídat, aby nebyl objekt oříznut rámem, jelikoţ mozek není schopen pochopit, ţe rám je za daným předmětem. Pokud budeme objekt neustále přibliţovat k pozorovateli, tak výsledná paralaxa se bude zvětšovat do nekonečna.

24

Divergentní paralaxa V případě, ţe by se oční osy protínaly aţ za hlavou pozorovatel, tak by došlo k divergentní paralaxe. V reálném ţivotu se tomu tak stát nemůţu a mozek tudíţ neumí tyto obrazové informace zpracovat. Existuje mezní úhel, do kterého je mozek schopný zpracovat obraz, ale ve výsledném stereoobrazu by se tato paralaxa neměla objevovat.

3.3 3D grafické editory 3.3.1 Blender Jedná se o program s rozsáhlou sadou nástrojů pro tvoření v oblasti 3D. Můţe se v něm modelovat, renderovat, vytvářet animace a další spousta věcí. Jedná se o jeden z nejpopulárnějších Open Source 3D grafických aplikací. Na stránkách Blenderu je mnoho věcí, který vám pomohou, a je jedno, zda teprve chcete začít nebo jiţ pár let v Blenderu modelujete. V poslední době přišel Blender s tím, ţe si můţete stáhnout krátký film, který je vyhotoven celý v Blenderu, a libovolně ho předělat k obrazu svému, a přiučit se, jak postupovali profesionálové při řešení jednotlivých úkolů apod[8].

3.3.2 Autodesk Maya Jedná se o profesionální program, který vyuţívají velké CG společnosti. Má v sobě spousty nástrojů na modelování, renderování, animaci, apod. Aplikace můţe být pořízena ve dvou základních verzích PLE (Personal Learning Edition), která se nesmí pouţívat pro komerční účely a přes výsledný render má vodoznak, a Unlimited, která vás nijak neomezuje, ale stojí 3495$[4].

3.3.3 Autodesk 3ds Max Jedná se o profesionální program, který je pouţíván v postprodukci, při výrobě filmů, reklam apod. Téţ obsahuje velké mnoţství nástrojů pro modelování, renderování, animaci apod. Dále se do něho stahují tzv. Pluginy, které slouţí k rozšíření 3ds Max. I jeho pořizovací cena je 3495$[3].

25

3.4 Scénář Pro zaznamenání myšlenek a všeho, co se bude dít ve filmu, se pouţívá scénář. Jsou dvě skupiny scénářů a to psaný a obrázkový. Blíţe budou jednotlivé scénáře popsány níţe[1, 30, 34, 59].

3.4.1 Psaný scénář Jedná se o literární dílo, ve kterém je zachycen děj příběhu, zvuky okolí a vše co se má ve hře/filmu stát, být slyšet a být viděno. Většinou jsou na stránce dva sloupce. V jednom je, co postava říká a ve druhém, co postava dělá (obrázek č. 18). U filmu se navíc pouţívá technický scénář, kde je přesně definováno jaké má nastavení kamera, zda se jedná o celý záběr nebo polozáběr apod.[1, 59]. Obrázek č. 18: Ukázka psaného scénáře

Zdroj: NOSEK, D. Píšeme scénář. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-05-15].

3.4.2 Obrazový scénář Téţ scénosled usnadňuje postavení příběhu, určení jeho tempa apod. Při vytváření obrazového scénáře je nutné si uvědomit mnoho věcí. Proč zakomponovat právě tento snímek do animace, jaké emoce se mají vyvolat, jak dlouhá bude délka obrazu, co bude v tomto obrazu ukázáno divákovi a další. Právě tyto fakta nutí autora obrazového scénáře přemýšlet nad svým dílem více, neţ kdyţ jen píše text, co se bude dít na scéně. Ukázka obrázkové scénáře je vidět na obrázku č. 19[1, 59].

26

Obrázek č. 19: Obrázkový scénář

Zdroj: MA786.WORDPRESS.COM The Hitchcock Documentary. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15].

3.5 Druhy modelování 3.5.1 Konstruktivní prostorová geometrie (CSG) Jedná se o druh modelování, při kterém se pouţívají tzv. geometrická primitiva

a

booleovské

operace.

Geometrická

primitiva

jsou

popsatelná

matematickými vzorci a díky tomu se dosahuje velké přesnosti vykreslení. Booleovské operace jsou sjednocení, průnik a rozdíl. Na tuto techniku potřebujete minimálně dvě tělesa, která se pomocí booleovských operací spojí a dají tak vzniknout výslednému obrazci. Na obrázku č. 20 můţete vidět skládání primitiv do sloţitějšího tvaru[2, 42, 48]. Obrázek č. 20: Konstruktivní prostorová metoda

Zdroj: WIKIPEDIA.ORG. Constructive solid geometry. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15].

27

3.5.2 Sculpt modelování Jedná se o docela nový druh modelování, které je velmi podobné klasickému sochařství. Vychází se z low-poly modelu, který se převede na high-poly model a následně se na něj dá kreslit pomocí štětců. Podle nastavení těchto štětců buď tesáme do daného modelu a vytváříme rýhy nebo naopak jednotlivé body modelu vytaháváme nahoru a vytváříme tak hrboly. Výsledek z high-poly modelu se nakonec zaznamená do tzv. normál mapy a namapuje se na low-poly model. NA obrázku č. 21 je vidět model vytvořený sculpt modelováním[2, 27, 42]. Obrázek č. 21: Výsledek sculpt modelování

Zdroj: STORMRISING. 3D Model of Dracula Head Sculpt ztool. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15].

3.5.3 Polygonální modelování Druh

modelování,

který

vychází

z tzv.

vertexů,

coţ

jsou

body

v trojrozměrném prostoru. Spojením dvou vertexů vznikne edge, kdyţ se spojí tři vertexy, tak vznikne trojúhelník a při spojení více vertexů vznikne polygon. Výsledný model se skládá z mnoha polygonů, na které byly aplikovány určité příkazy, jako je extrude, který vytáhne daný polygon po zvolené ose, bevel, který funguje stejně jako extrude, ale navíc umoţňuje zvětšení/zmenšení vytaţené hrany, cut pomocí kterého můţeme řezat polygonální mříţku, a spousta dalších. Polygonový model můţete vidět na obrázku č. 22[2,42, 58].

28

Obrázek č. 22: Polygonový model

Zdroj: HÁJEK, M. Polygonální modelování 1. [online]. Publikováno 2008, [cit. 2011-05-15].

3.5.4 NURBS Jedná se o matematický model pro generování, reprezentování křivek a ploch. Mají tak velmi vysokou flexibilitu a dá se s nimi i velmi přesně manipulovat. Křivka se upravuje pomocí kontrolních bodů. Obecně křivka prochází jen prvním a posledním bodem, ale pro usnadnění 3D modelování v grafických nástrojích si modelář můţe vybrat, zda bude křivka procházet všemi body nebo ne. Modeláři mají mnohem lepší kontrolu nad výslednými křivkami a mohou tak svým modelům dodat lepší vzhled viz obrázek č. 23[2, 27, 55]. Obrázek č. 23: Model pomocí NURBS

Zdroj: ZOCH, P. Modelování lidské postavy – 2 díl. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-15].

29

3.6 Rigování Jedná se o techniku umístění kostí (bipeda) do modelu a jejich následné namapování na model. Vytvoří se série kostí, která je hierarchicky propojena. Jelikoţ se vytváří celá kostra, tak je animátor ušetřen vytváření kaţdé jednotlivé kosti. Ne vţdy má animátor připravenou celou kostru, takţe musí občas dodělat kosti a připojit je k bipedovi, ale v dnešní době existuje spousta programů, které v sobě mají spousty různých modelů bipedů, takţe si stačí vybrat. Model bipeda je vidět na obrázku č. 24, kde navíc můţete zahlednout i rozhraní character studia. Teď málo k tomu jak funguje biped. Změna v jednom uzlu se promítne do změn dalších uzlů a díky tomu lze jednoduše pohybovat s modelem. Např. pokud pohnu s chodidlem nahoru a dopředu, tak se tyto změny předají dál do kolena a třísla. Pokud je potřeba pohnout s dalšími kostmi tak se transformace delegují výš. Ve výsledku se nakonec pohnou všechny kosti, které jsou k tomuto pohybu potřeba. Díky

tomuto

automatickému

delegování

výše/níţe

je

pak

celý

model

pod animátorovou kontrolou. Rigování se v dnešní době pouţívá na více věcí neţ jen pohyb lidí. Jak bylo naznačeno výše, můţe se pouţít na pohyb zvířat, květin, trávy prostě všeho s čím chcete nějak pohybovat[2, 31]. Obrázek č. 24: Biped a character studio

Zdroj: MAYAMAX3D.NET. Character studio. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-15].

30

3.7 Animace Pojem animace pochází z latinského slova anima, coţ je v překladu oţivení. Při této technice se vyuţívá nedokonalosti lidského oka, kterému stačí zobrazit několik různých obrázků za vteřinu a mozek si je spojí jako plynulý pohyb. Z tohoto principu vycházejí i jednotlivé snímkové frekvence. Film pouţívá 24 snímků za sekundu, evropská norma PAL vyuţívá 25 snímků za sekundu a americká norma NTSC má 30 snímků za vteřinu. Existuje mnoho druhů animace, ale více budou popsány pouze ty, které se uplatňují ve 3D grafice[2, 45].

3.7.1Per-Vertex animace První myšlenkou bylo animovat kaţdý vrchol zvlášť. Díky tomuto nápadu máte velké moţnosti animace, všechny body jsou pod vaší kontrolou a nic se nemůţe pokazit. V dnešní době mají modely mnoho tisíc vrcholů a není v animátorových silách hýbat se všemi. Navíc tato metoda zabere hodně místa v paměti počítače, protoţe je nutné si pamatovat pro kaţdý bod souřadnice zvlášť. Z těchto důvodů se tato animace pouţívá jen na modely s málo vrcholy jako je tráva, obličejová mimika apod. Ale i v této oblasti jsou jiţ nové trendy, které tuto animaci úplně nahradí[45].

3.7.2 Klíčová animace Další myšlenkou je, proč neudělat jen pár bodů tzv. klíčů animace a zbytek by nedopočítal počítač? Přesně takto vznikla klíčová animace. Modelu se nastaví jednotlivé klíčové pozice a mezi nimi pak počítač dopočítává jednotlivé snímky pomocí zvolené interpolace. Na obrázku č. 25 jsou vidět klíčové polohy chůze. V těchto polohách se nastaví klíčový snímek a zbytek chůze dopočítá počítač při renderování[2, 45, 52].

31

Obrázek č. 25: Klíčové fáze chůze

Zdroj: JASIULIONYTE, J. Animatic for The Lascivious Umbrella. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-15].

3.7.3 Inverzní kinematika Jedná se o proces určování pohybu tak, aby bylo dosaţeno finální polohy. Inverzní kinematika je často pouţívaná ve 3D grafice, jelikoţ je pro animátory lehčí pak jen pootočit klouby do výsledné podoby neţ zdlouhavě hýbat všemi kostmi, aby dosáhly stejného výsledku. V reálném ţivotě tyto věci počítá mozek a v grafice procesor. Inverzní kinematika má dva zásadní problémy. Prvním z nich je nejednoznačnost některých pohybů. Např. pokud chceme hýbat rukou před sebe a trochu nahoru s tím, ţe loket bude trochu pokrčen dolů, nikdo nezaručí, ţe ve výsledku se neobjeví loket nahoru a dlaň jinak zkroucená. Druhým problémem je, ţe ne všechny akce mají řešení. Ruka nemusí dosáhnout na poţadované místo apod. jak se má s tímto program vypořádat a jak zareaguje je obvykle nedeterministická záleţitost[2, 51].

3.7.4 Motion Capture Jedná se o technologii na zaznamenání pohybu a převádění do digitální podoby. Vyuţívají ji nejvíce herní studia a filmaři, ale své vyuţití začíná zaznamenávat i na poli zdravotnictví, armády atd. Pomocí Motion Capture mohou animátoři zaznamenat velmi detailně pohyb daného objektu/herce a následně přenést digitální data do počítače. Data se pak vyhodnocují nebo převádějí do 3D grafických editorů, kde se následně mapují na finální model. V dnešní době je na trhu mnoho různých druhů Motion Capture, liší se od sebe způsobem pořízení dat, cenou,

32

rychlostí odezvy a mnoha dalšími parametry. Níţe budou popsány některé druhy Motion Capture. První systém je mechanický, který funguje na principu snímání akcelerátorů, vychýlení gyroskopů nebo změny napětí či proudu při vychýlení těla. Tento systém má své výhody, kterými jsou přesnost, světelná nezávislost a dobrá doba odezvy. Téţ má své nevýhody jako je omezení v pohybu, zdlouhavé nastavování jednotlivých částí těla a obecně náročnější příprava na nastavení celého systému. Pro své výhody je často kombinován s dalšími technikami zaznamenání pohybu. Dalším

systémem

na

zaznamenání

pohybu

je

elektromagnetický.

Tento systém obsahuje vysílače tzv. kaptory, které vytvářejí elektromagnetické pole. Přijímač zaznamenává jednotlivé změny pole a podle toho se dá sestavit záznam o pohybu v dané oblasti. Tato technika má mnoho nevýhod, jako jsou omezení velikosti snímaného prostoru, počet snímaných aktérů, citlivost na kovy a potřebná rekalibrace zařízení. Jedinou výhodou tohoto systému je světelná nezávislost. Tento systém se prakticky pouţívá jen tam, kde nelze pouţít optický systém. Poslední systém na zaznamenávání pohybu je optický (obrázek č. 26). Snímaný objekt se polepí odrazovými kulačkami tzv. retroflexivními markery. Poloha markerů je snímána rychlými infračervenými kamerami. Pro přesné určení bodu je potřeba, aby byl marker snímán alespoň dvěma kamerami. Snímání je prováděno tak, ţe kamera vyšle světlo a z markerů, které se odrazí zpět do kamery. Takto je zaznamenána poloha markerů. Markery jsou různě velké a tvrdé. Rozdílné velikosti potřebujete na snímání těla nebo mimiky obličeje. Různá tvrdost se zase hodí, pro zaznamenání kaskadérské scény. Jejich výhodami jsou flexibilita snímané osoby, vysoká přesnost snímání, levné markery. Nevýhodou je potřeba speciálních prostorů, které se dají nasvítit podle potřeb kamer. V dnešní době je snaha o vytvoření optického Motion capteru bez markerů nebo speciálního oblečení. Jedná se o algoritmy na rozpoznávání lidského pohybu. Bohuţel tyto algoritmy prozatím nedokáţí rozeznat jemné změny v obličeji, v pohybu dlaně apod. Prozatím je tedy nejvíce pouţíván optický Motion capture s markery, ale s postupem technologie bude nahrazen optickým systémem, který nepotřebuje ţádné markery[9, 18, 25, 53].

33

Obrázek č. 26: Jednotlivé fáze motion capture

Zdroj: MCCANN´S, L. Motion Capture. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-0517].

34

4 Vlastní práce 4.1 Výběr programu Na začátku práce bylo nutné vyřešit otázku, v jakém programu se bude vytvářet stereoskopická animace. V potaz přicházeli tři programy Blender, Maya a 3ds Max. První moţností byl Blender. Byla by to rozumná volba, jelikoţ to byl první program, ve kterém autor této práce pracoval. Znalost klávesových zkratek, pracovní plochy a ostatních věcí mohla být také výhodou. Téţ jeho Open Source licence je velmi lákavá. Ale chuť vyzkoušet nějaký známější, „profesionálnější“ program přerostla, a nakonec Blender nebyl zvolen. Druhou moţností bylo vytvářet animaci v programu Maya. Jistě to splnilo očekávání vyzkoušet profesionální 3D program, ale absolutní neznalost rozhraní byla odrazující. O získání licence nebylo třeba se starat, a to ze dvou důvodů. Za prvé, škola má licence na Mayu 2008, kterou by zapůjčila po dobu pracování na této animaci a za druhé Autodesk na svých stránkách nabízí studentskou licenci na 3 roky. Tato lince je omezena jen na nekomerční tvorbu, ale ve finálním renderu není ţádný vodoznak a tudíţ je tato licence pro studenty ideální. Nakonec nebyl tento program vybrán, protoţe učení se nového rozhraní a hledání všemoţných funkcí bylo odrazující. Poslední moţnou volbou bylo 3ds Max. S tímto programem měl autor práce jiţ trochu zkušeností a jeho rozhraní mu připadalo docela intuitivní. Téţ se jedná o profesionální program, který je hojně pouţíván v postprodukci. Navíc patří pod firmu Autodesk, která nabízí i pro tento program studentskou licenci na 3 roky. S myšlenkou „Nauč se jeden program dobře, neţ tři jen okrajově“ byl zvolen tento program.

4.2 Předmodelovácí příprava Před začátkem modelování byla potřeba vyřešit pár zásadních rozhodnutí. Co se bude modelovat, jak se to bude modelovat a do jakého příběhu to bude zasazeno. Pro kaţdou animaci je nejdůleţitější příběh a jeho zpracování. S touto myšlenkou byl vypracován scénář, který byl posléze překreslen do pseudo-

35

obrazového scénáře. Po napsání scénáře bylo jasné, jaké modely bude třeba vymodelovat, jaké textury pouţít a jaké atmosféry by se mělo dosáhnout. Při výrobě obrazového scénáře se doladily jednotlivé časové úseky scén, záběry kamer apod. Navíc byl přidán doprovodný text k jednotlivým obrazům, aby se lépe vědělo, čeho dosáhnout v jednotlivých obrazech.

4.3 Výběr modelovací techniky Při modelování hodně rozhodnou vlastní zkušenosti modeláře. Protoţe autor této práce začínal vytvářet modely pomocí polygonového modelování, tak tato volba vypadala jako nejpravděpodobnější. Modelování je časově velmi náročné, a proto jedna z moţností byla také pořídit hotové modely na internetu. Tato moţnost byla zamítnuta z důvodu kvalitnějšího zpracování vlastních modelů. Na obrázku č. 27 jsou vidět jednotlivé modely, vytvořené různými způsoby. Pro modelovací techniku byl zvolen prostřední model z důvodu reálného vyobrazení kosti. Obrázek č. 27: Porovnání modelů

Zdroj: Vlastní práce

4.4 Použití rigování V animaci je jen jeden model, na který se dala tato technika pouţít. Konkrétně se jedná o kostlivce. 3ds Max nabízí 4 druhy bipeda: kostra, muţ, ţena a standard. V kaţdém nastavení bipeda si lze zvolit, které kosti má mít, případně má-li mít ocas apod. Téţ se dá nastavit počet částí jednotlivých kostí. Pro animaci byl

36

pouţit biped kostra, jehoţ konvexní obaly ovlivňují nejmenší okolí. I přes tento fakt bylo potřeba pár kostí upravit, aby nedeformovali jiné objekty.

4.5 Použitá animace Nejprve byly vyzkoušeny tři zvolené způsoby animace. Animaci pomocí Motion capture nelze pouţít. Na internetu lze najít nějaké Motion capture knihovny, které jsou zdarma. Jejich pouţití není těţké, ale je téměř nemoţné nalézt potřebná data. Motion capture knihovna obsahovala vţdy jen velmi krátký kousek pohybu, který by se musel mnohokrát opakovat, aby bylo docíleno poţadovaného výsledku. Práce s Motion capture a kopírování jednotlivých stop vyţaduje hlubší znalosti o animaci v daném programu. Nastudování potřebných postupů a jejich mnohonásobné pouţití by bylo časově náročné. Jako první byla zvolena klíčová animace, pomocí které se rozpohybovávala trasa, po které se kostlivec pohybuje. Jednalo se o nastavení klíčů kaţdého pohyblivého objektu a výsledné zapnutí opakování animace. Téţ byla tato animace pouţita k sestavení kostry na začátku videa. Nakonec se takto upravovaly pohyby kostry po trase tam, kde nestačila inverzní kinematika. Jak bylo zmíněno výše, druhým a posledním druhem animace, která byla pouţita je inverzní kinematika. 3ds Max ve verzi 2010 a vyšší má v sobě zabudovanou aplikaci s názvem Charakter studio. Dříve byla tato aplikace samostatný plugin do 3ds Max. Pomocí tohoto nástroje byla animována chůze kostlivce. Chůze kostlivce se díky této aplikaci vytvářela velmi snadno. Stačilo jen umístit jednotlivé stopy, kam měl kostlivec vstoupit a zbytek se automaticky dopočítával. Tento způsob chůze vypadá lépe, neţ kdyby byl dělán pomocí klíčové animace.

4.6 Testování osvětlení scény Testování osvětlení scény bylo provedeno za účelem zjistit, jak vysokou zvolit intenzitu osvětlení ve scéně. Vzhledem k tomu, ţe se má finální animace promítat pomocí pasivní stereoskopie, tak je nutné scénu přesvítit. Pasivní stereoskopie sebere 50 % světlosti scéně. Z tohoto důvodu bylo provedeno testování přímo ve VRLabu, kde je k dispozici pasivní projekce. K samotnému testu bylo pouţito 6 renderů, které jsou na obrázku č. 28. Kaţdý render měl jinak nastavenou

37

intenzitu osvětlení. Finální hodnota vybraného osvětlení byla zjištěna pomocí vizuálního zkoumání jednotlivých renderů. Nakonec byl pouţit render s intenzitou světla 2,5. Obrázek č. 28: Testované rendery scény při různé světlosti scény

Zdroj: Vlastní práce

4.7 Testování hloubky scény Testování hloubky scény bylo provedeno hned po testu osvětlení ve scéně. Při tomto testu bylo potřeba zjistit, jak daleko mají být kamery od sebe, aby vystupování scény do prostoru bylo co nejlepší. Scéna byla vyrenderována s různou vzdáleností kamer od sebe a postupně načítaná do Stereoscopic playeru. Opět k výběru nejlepšího nastavení byla pouţita pozorovací metoda. Nakonec byl vybrán render se vzdáleností kamer od sebe 20cm, který je na obrázku č. 29. Tato vzdálenost je daná tím, ţe předměty jsou vzdálené od kamery kolem 6m. Při pořizování stereo záběrů panuje mylná domněnka, ţe vzdálenost kamer by měla být kolem 7cm, coţ je vzdálenost lidských očí, ale v praxi se osvědčilo a pouţívat vzdálenost kamer 1/30 z nejbliţšího předmětu, který je v záběru kamer. Toto nastavení kamer je, ale jen pro danou scénu a vzdálenost pohledu. Testování bude potřeba provést pro více záběrů. Bude se muset brát v úvahu blízkost předmětů, které kamera zabírá, a úmysl co nechat vystoupnout z obrazu.

38

Obrázek č. 29: Testované scéna na hloubku prostoru

Zdroj: Vlastní práce

4.8 Renderování Při renderování scény do stereoskopie bylo potřeba vybrat vhodnou metodu. Po prostudování internetových odborných článků na téma „jak renderovat 3D“ bylo zjištěno, ţe jsou asi dvě moţnosti. První z nich byla pouţít nějaký plugin, konkrétně se jednalo o SVI stereo renderer. Jedná se o komerční plugin v hodnotě 299$. Je dostupný i v trial verzi, která vydrţí 7 dní. Tento plugin byl vyzkoušen a práce s ním je velmi jednoduchá. Umístí se do scény free kamera a nastaví se jí poţadované hodnoty, jako jsou vzdálenosti objektů, výstupní formát stereoskopie apod. Druhou moţností bylo do scény přidat dvě kamery a z nich udělat jednotlivé rendery. Byly pouţity cílové kamery, kdy je moţnost ovlivnit vzhled scény, jak vzdáleností kamer od sebe, tak i upravením jejich cílů. Vzhledem k tomu, ţe většina testovaných scén byla vytvářena pomocí dvou kamer, tak nakonec i finální rendery byli pořízeny ze dvou kamer.

39

4.9 Video kodeky pro stereoskopii Po prostudování odborných článků ohledně kodeků pro stereoskopii bylo usouzeno, ţe se v dnešní době pouţívá převáţně kodek MPEG-4 AVC. Dnešní 3D filmy uloţeny na blue-ray disky vyuţívají právě tento kodek v rozlišení 1920x1080p. Jeho velikou výhodou je, ţe mu stačí poloviční bit-rate neţ je u MPEG-2. Mezi jeho výhody patří pouţití jiţ dříve zakódovaných obrázku a vyuţití je jako odkazy, lepší práce s vektorovými makrobloky a mnoho dalšího[54]. Dříve byl pouţíván MPEG 2 extended, který umoţňuje tři druhy ukládání stereo obsahu. Prvním z nich je prokládaný reţim, kdy se obraz pro levé oko uloţil do lichých snímků a obraz pro pravé oko se uloţil do sudých snímků. Tato metoda má pár nevýhod, jako je nízká zobrazovací frekvence (25 snímků pro kaţdé oko místo 50), téţ se na obraz nesmí pouţít moc velká komprese, aby nedošlo k prolínání sudých a lichých řádků mezi sebou. Druhou moţností je zakódovat oba obrazy do jednoho snímku. Jedná se o metody side-by-side a top-bottom. V těchto metodách se pouţije pro uloţení obrazu dvojnásobná šířka/výška obrazu, ze kterého je pak následně pro kaţdé oko pouţita jen polovina. Poslední moţností je pouţití streamování, kdy MPEG2 můţe obsahovat více záznamových stop v jednom souboru. Přesně tato metoda bývá pouţita pro více jazyčný dabing[6].

4.10 Stereoscopic player Jedná se o univerzální program na přehrávání 3D videa a DVD. Zvládá přehrát velké mnoţství formátů např. AVI, MPEG, WMV, MOV a další. Výhodou tohoto přehrávače je, ţe se mu zvolí scéna, zadá se mu, jakým způsobem byla stereoskopie zaznamenána a jak ji má přehrát. Výsledkem je převedení scény v reálném čase do poţadovaného výstupního formátu a jeho následné přehrávání[62].

40

5 Závěr 5.1 Zhodnocení dosažených cílů Při tvorbě animovaných filmů je náročné prvotní nápad vypracovat do finální podoby. Autor musí nejprve sepsat své myšlenky do scénáře, následně promyslet jednotlivé záběry, strávit mnoho hodin modelováním, rozhýbat modely a nakonec vyrenderovat animaci do poţadovaného formátu. V této práci byly aplikovány všechny tyto postupy. Finální scénář byl předěláván, aţ vznikly dvě rozdílné verze. Kratší verze byla odevzdána jako bakalářská práce. Vlastní modely zachovaly kvalitu a dodaly scéně nádech reálnosti, zatímco stereoskopie se zaslouţila o pěkný záţitek ze zhlédnutí videa. Výslednou animaci je moţné vidět ve VR-laboratoři.

5.2 Doporučení dalšího pokračování práce Moţnost dalšího pokračování této práce se nabízí rozvíjení příběhu. Např. zodpovězení otázky, týkající se objevení kostlivce v amfiteátru, proč nemá horní končetinu nebo proč je zaklet. Další moţností je prodlouţení nebo předělání trasy, kterou kostlivec prochází. Delší verze animace bude obsahovat více překáţek, kterými kostlivec musí projít, aby dosáhl svého cíle. Jednotlivé modely z této práce lze pouţít také samostatně. Mohou tak doplnit scény různých projektů od jiných autorů.

41

6 Seznam použité literatury: 6.1 Knižní zdroje: 1. DOČEKÁLOVÁ, M. Tvůrčí psaní pro každého 3. Praha: Grada Publishing, a.s. 2010. 176 s. ISBN 978-80-247-3017-2. 2. KŘÍŢ, J. Mistrovství v Autodesk 3ds Max. Brno: Computer Press a.s. 2010. 1151 s. ISBN 978-80-251-2464-2.

6.2 Internetové zdroje: 3. AUTODESK.COM. Autodesk 3ds Max. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 4. AUTODESK.COM. Autodesk Maya. [online]. Publikováno 2011, [cit. 201105-15]. Dostupné z: . 5. ANTHOS. Add windows to your Perspective drawing. [online]. Publikováno 2006,

[cit.

2011-02-09].

Dostupné

z:

. 6. BERKA, R. Stereoscopy. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-17]. Dostupné z: . 7. BÉRUBÉ, M. Atmospheric perspective. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-09].

Dostupné

z:


cartoons.com/atmospheric-perspective.html>. 8. BLENDER.ORG. Blender. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 9. BŘEZINA, P. Motion Capture. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0517]. Dostupné z: 10. CAILLEBOTTE, G. Jour de pluie à Paris. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-09].

Dostupné

z:

. 11. CROW, D. C. Monocular examples [online]. Publikováno 2007, [cit. 201102-09].

Dostupné

z:

.

42

12. DURAS, T. Stereoskopia. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-09]. Dostupné z: . 13. EXPERIENCEFESTIVAL.COM. Animation. [online]. Publikováno 2011, [cit.

Dostupné

2011-05-16].

z:

. 14. FORESMAN, S. Accomodation (PSF).svg. [online]. Publikováno 2008, [cit.

Dostupné

2011-02-09].

z:

. 15. GALI-3D.COM. Unikátní technologie. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-02-08]. Dostupné z: . 16. HÁJEK, M. Polygonální modelování 1. [online]. Publikováno 2008, [cit. Dostupné

2011-05-15].

z:

. 17. HELMUT, J., MARKUS, F. Infitec - a new stereoscopic visualisation tool by wavelength multiplex imaging. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-08]. Dostupné z: . 18. HRUBOŠ, P. Motion Capture. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-17]. Dostupné z: . 19. IAN. Stereoscopic parallax. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 20. IMM.CZ Paralaxa. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 21. JASIULIONYTE, J. Animatic for The Lascivious Umbrella. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: < http://jolantasketch.blogspot.com/2010_03_01_archive.html>. 22. LIBICH, J. Základní kámen každého foťáku. Jak vzniká obraz v objektivu. [online].

Publikováno

2007,

[cit.

2011-02-08].

Dostupné

z:

.

43

23. MA786.WORDPRESS.COM Publikováno

2011,

The

Hitchcock

[cit.

Documentary.

2011-05-15].

[online].

Dostupné

z:

. 24. MAYAMAX3D.NET. Character studio. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 25. MCCANN´S, L. Motion Capture. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-0517]. Dostupné z: . 26. MULTIMEDIA TECHNOLOGY GROUP. Vnímání obrazové informace, anatomie a fyziologie vidění. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-09]. Dostupné

z:

. 27. NAVAJO.CZ. 3D počítačová grafika. [online]. Publikováno 2011, [cit. 201105-16]. Dostupné z: . 28. NAVAJO.CZ. Binokulární vidění. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0513]. Dostupné z: . 29. NAVAJO.CZ. Stereoskopie. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-08]. Dostupné z: . 30. NOSEK, D. Píšeme scénář. [online]. Publikováno 2009, [cit. 2011-05-15]. Dostupné

z:

. 31. NOVOTNY, J. Autodesk 3ds Max tutoriál: Základy riggingu lidské postavy. [online].

Publikováno

2010,

[cit.

2011-05-16].

Dostupné

z:

<

http://www.3dscena.cz/art/3dscena/3dsmax-riggingpostavy.html>. 32. PETR. Stereografie – Třetí rozměr ve fotografii. [online]. Publikováno 2008, [cit.

2011-05-13].

Dostupné

z:

. 33. RYLICH, J. Motion-capturing. [online]. Publikováno 2008, [cit. 2011-0517]. Dostupné z: .

44

34. SCENAR.CZ. Jak napsat scénář. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-0515].

Dostupné

z:


scenar.html>. 35. SCHREIBER, K. M., TWEED, D. B., SCHOR, C. M. The extended horopteru: Quantifying retinal correspondence across changes of 3D eye position. [online]. Publikováno 2006, [cit. 2011-05-13]. Dostupné z: . 36. SPATIALVIEW.COM. SVI Stereo 3D Renderer for Autodesk® 3DS Max®. [online].

Publikováno

2011,

[cit.

2011-05-17].

Dostupné

z:

. 37. SPOT3D.COM. Render Elements Examples. [online]. Publikováno 2010, [cit.

Dostupné

2011-02-09].

z:

. 38. STERNWARTE PLANETARIUM. Mars in 3D. [online]. Publikováno 2011, [cit.

2011-02-08].

Dostupné

z:


laupheim.de/menu_plane_stereo-Einrichtung-88.htm>. 39. STORMRISING. 3D Model of Dracula Head Sculpt ztool. [online]. Publikováno

2011,

[cit.

2011-05-15].

Dostupné

z:

. 40. VUYLSTEKER, P. Convergence. [online]. Publikováno 2005, [cit. 2011-0209].

Dostupné

z:

. 41. WHATIS.COM. CAVE. [online]. Publikováno 2008, [cit. 2011-05-17]. Dostupné

z:

. 42. WIKIPEDIA.ORG. 3D modeling. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0516]. Dostupné z: . 43. WIKIPEDIA.ORG. Akomodace. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-0209]. Dostupné z: . 44. WIKIPEDIA.ORG. Anaglyph image. [online]. Publikováno 2011, [cit. 201102-08]. Dostupné z: .

45

45. WIKIPEDIA.ORG. Animation. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0516]. Dostupné z: . 46. WIKIPEDIA.ORG. Binocular vision. [online]. Publikováno 2011, [cit. 201105-13]. Dostupné z: . 47. WIKIPEDIA.ORG. Publikováno

Cave

Automatic

2011,

[cit.

Virtual

Environment.

2011-05-17].

[online].

Dostupné

z:

. 48. WIKIPEDIA.ORG. Constructive solid geometry. [online]. Publikováno 2011, [cit.

2011-05-15].

Dostupné

z:

. 49. WIKIPEDIA.ORG. H.264/MPEG-4 AVC. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-23].

Dostupné

z:


4_AVC>. 50. WIKIPEDIA.ORG. Infitec. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-02-08]. Dostupné z: . 51. WIKIPEDIA.ORG. Inverse kinematice. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-16]. Dostupné z: . 52. WIKIPEDIA.ORG. Key frame. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0516]. Dostupné z: . 53. WIKIPEDIA.ORG. Motion capture. [online]. Publikováno 2011, [cit. 201105-17]. Dostupné z: . 54. WIKIPEDIA.ORG. MPEG-2. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-17]. Dostupné z: . 55. WIKIPEDIA.ORG. Non-uniform rational B-spline. [online]. Publikováno 2011,

[cit.

2011-05-16].

Dostupné

z:

. 56. WIKIPEDIA.ORG. Parallax. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 57. WIKIPEDIA.ORG. Perspektiva. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0209]. Dostupné z: .

46

58. WIKIPEDIA.ORG. Polygonal modeling. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-16].

Dostupné

z:

<

http://en.wikipedia.org/wiki/Polygonal_modeling>. 59. WIKIPEDIA.ORG. Scénář. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: . 60. WIKIPEDIA.ORG. Skeletal animation.

[online]. Publikováno 2011, [cit.

2011-05-16]. Dostupné z: . 61. WIKIPEDIA.ORG. Stereoscopy. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-0208]. Dostupné z: . 62. WIMMER, P. Stereoscopic player overview. [online]. Publikováno 2011, [cit. 2011-05-17]. Dostupné z: < http://3dtv.at/Products/Player/Index_en.aspx>. 63. ZOCH, P. Modelování lidské postavy – 2 díl. [online]. Publikováno 2010, [cit. 2011-05-15]. Dostupné z: .

47

7 Přílohy Příloha č. 1 - Ukázka práce – pohled na lebku Příloha č. 2 - Ukázka práce – Náhled na sestavování kostlivce Příloha č. 3 - Ukázka práce – pohled na sloţeného kostlivce

48

Příloha č. 1 - Ukázka práce – pohled na lebku

Zdroj: Vlastní práce

49

Příloha č. 2 - Ukázka práce – Náhled na sestavování kostlivce

Zdroj: Vlastní práce

50

Příloha č. 3 - Ukázka práce – pohled na sloţeného kostlivce

Zdroj: Vlastní práce

51

8 Obsah přiloženého CD Na přiloţeném CD naleznete tyto soubory. BakalarskaPrace Obrazky → Obrázky pouţité v bakalářské práci Text → Vlastní text bakalářské práce ve formátu .pdf a .doc 3dsMax Scena → Scénu, ze které byla vyrenderována animace Textury → Sloţka obsahující pouţité textury Render → Výsledná stereoskopická animace Stereoscopic Player Obsahuje vše potřebné pro přehrání výsledné animace Scenare PsanyScenar → Scénář dlouhé verze příběhu ObrazkovyScenar → Obsahuje náčrty scénáře

52