Computer Graphics アニメーション 視覚に訴えるCG 芝浦工業大学情報工学科 青木 義満 I’ll get started with Introduction and Conventional works around our study, then mention our motivation and goal. Next, I’ll explain our 3D Face Modeling Method and its medical application. Finally, I’ll conclude this presentation with some future works. 芝浦工業大学情報工学科 青木　義満

今日の講義内容 アニメーション 視覚に訴えるグラフィックス キーフレームアニメーション 手続き型アニメーション キャラクタ・アニメーション リアルタイムアニメーション 視覚に訴えるグラフィックス ノンフォトリアリスティックレンダリング（ＮＰＲ） 可視化（Visualization） 2006/7/10 Computer Graphics

キーフレームアニメーション キーフレーム法 代表フレーム（キーフレーム）を用い、その間のフレームを自動的に補間してアニメーションを生成 補間パラメータ：物体位置、向き、大きさ、色およびカメラパラメータ 2006/7/10 Computer Graphics

キーフレームの補間 単純直線補間 スプライン補間 なめらかな動きの生成が困難 スプライン曲線による滑らかな補間 2006/7/10 Computer Graphics

キーフレームアニメーションの制御 テンションの制御 イーズイン・イーズアウト 誇張表現 速度変化を滑らかにすることにより、画面へのキャラクタの入り方、出方を滑らかに 2006/7/10 Computer Graphics

スケルトン法 キーフレーム法 スケルトン法 複雑な形状 → キーフレーム間の対応点を 数多くし指定する必要 複雑な形状　→　キーフレーム間の対応点を 数多くし指定する必要 スケルトン法 動物、人間など、骨格形状が既知の対象に スケルトンを当てはめ、形状を変化 2006/7/10 Computer Graphics

形状変形アニメーション 画像のモーフィング ある画像を別の画像に滑らかに変化させる手法 画像Aと画像B上で、対応点を指定 2枚の画像の混合比をもとに画像の2次元変換を行い、合成画像を生成 2006/7/10 Computer Graphics

形状変形アニメーション パーティクル（粒子）の応用 厳密な物理シミュレーションによる生成する方法（物理法則） それらしく（物理法則に従っているように）見せる方法 粒子のパラメータ（初速度、重力、寿命、色） 乱数を利用したパラメータの変化 雨、噴水、滝、炎、煙　など 2006/7/10 Computer Graphics

形状変形アニメーション 自由形状変形（Free Form Deformation: FFD) 有限要素法による変形の再現（シミュレーション） 柔軟な物体の形状変形を実現 オブジェクトを囲む格子点を動かすことで内部の空間を変形、それに応じてオブジェクトを変形 有限要素法による変形の再現（シミュレーション） 2006/7/10 Computer Graphics

手続き型アニメーション 物理法則・自然法則をシミュレートすることによる動きの生成 進化・生長のアニメーション 植物の生長過程をモデル化し、自動でアニメーションを生成 受光量や植生等の環境要因を考慮 2006/7/10 Computer Graphics

手続き型アニメーション 自然現象 流体や火花など、不定形オブジェクトのアニメーション 流体：ナビエ・ストークス方程式（粘性流体の挙動を記述するための運動方程式） 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション フォワードキネマティクス 多関節物体を階層構造で表現 目的とする動作を得るため、各関節 の回転角度を直接指定 目標位置 初期位置 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション インバースキネマティクス 解が一意に決まらない ↓ 効果的な制約条件の付与 （曲がりやすさ、可動範囲など） 目的位置を指定することで、その間の各関節角度を自動計算 逆運動学による動作付け（Inverse Kinematics） 解が一意に決まらない ↓ 効果的な制約条件の付与 （曲がりやすさ、可動範囲など） 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション パスアニメーション 曲線（パス）や曲面に沿って移動させ、自動的に姿勢を変えながらアニメーションを生成 物体、カメラ双方に利用 パス上で様々なデータ（3次元位置や法線ベクトルの向きなど）を補間 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション モーションキャプチャ 演者の実際の動きを測定し、動きデータを収集 微妙で自然な動作を表現可能 個人の形状、個人の運動　⇔　一般的なCGモデル 問題点 骨格の大きさの相違 関節数の相違 モーションブレンド 複数のキャプチャデータを 滑らかに補間 計測手法 磁気式センサ、加速度センサ 光学的センサ 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション 筋肉変形アニメーション 筋肉→骨→肉体→皮膚の解剖学構造をモデル化 筋肉の伸縮→骨→肉体の変形 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション 表情のアニメーション FACS（Facial Action Coding System）に基づく幾何学変形手法 運動方程式に基づく物理変形手法 2006/7/10 Computer Graphics

キャラクタ・アニメーション 布地のアニメーション ばね-質点系モデルによる変形予測 2006/7/10 Computer Graphics

リアルタイム・アニメーション 画像生成の高速化・簡略化 モデルの適応的な詳細度（LOD）制御 ビデオゲーム、テレビのバーチャルセット等 2006/7/10 Computer Graphics

Computer Graphics 視覚に訴えるＣＧ 芝浦工業大学情報工学科 青木 義満 I’ll get started with Introduction and Conventional works around our study, then mention our motivation and goal. Next, I’ll explain our 3D Face Modeling Method and its medical application. Finally, I’ll conclude this presentation with some future works. 芝浦工業大学情報工学科 青木　義満

ノンフォトリアリスティックレンダリング 絵画やイラストなどのようなCG画像を生成する技法 伝えたい情報を強調，他を省略 作者の”目的に応じた”意図の伝達 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例 2006/7/10 Computer Graphics

既存の描画技法を計算機上でシミュレーション 既存描画技術のシミュレーション 既存の描画技法を計算機上でシミュレーション 油絵 水彩画 ペン画 水墨画 木版画　etc… 利点 絵を描くことが不得意な人でも絵をかける 人手では困難な描画（大規模化，３次元化，動画化）が可能 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（既存描画技術シミュレーション） 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（既存描画技術シミュレーション） 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（既存描画技術シミュレーション） 2006/7/10 Computer Graphics

情報伝達を目的とした描画 効果的な絵を使っての情報伝達 表現技法 写実性の高さ ≠ わかりやすさ イラスト的（線画的）表現の活用 写実性の高さ　≠　わかりやすさ イラスト的（線画的）表現の活用 輪郭やエッジなどに代表される物体形状の特徴的な部分を強調表現 表現技法 イラスト（線画）表現 可視化技術（ボリュームレンダリング等） 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（自由曲面の確認） 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（ラフな３Dモデリング） 2006/7/10 Computer Graphics

その他のNPR ストロークを用いた絵画調描画 アニメーションのためのNPR 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（アニメーションへの対応） 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲの例（詳細度制御） 2006/7/10 Computer Graphics

ＮＰＲのポイント 目的は？（情報伝達？芸術？） ユーザは誰か？（専門家？素人？子供？） 自動処理とユーザ処理のバランス 評価は？ 2006/7/10 Computer Graphics

可視化（ビジュアライゼーション） CGを利用してデータを視覚的に表現する技術 サイエンティフィック・ビジュアライゼーション シミュレーション・計測によって得られた科学技術データの性質の解析 膨大なデータの視覚的・直感的な把握 サイエンティフィック・ビジュアライゼーション 科学技術データを対象とした可視化 医学，生物学，天文学，地球科学，気象学，量子科学，機械工学　etc. 2006/7/10 Computer Graphics

サイエンティフィック・ビジュアライゼーション 新たな科学現象の発見，把握 スケールは原子(10-15m)〜人体〜地球（107m）まで 2006/7/10 Computer Graphics

可視化の一般的な処理手順 2006/7/10 Computer Graphics

可視化における色情報の役割 2006/7/10 Computer Graphics

可視化の例 2006/7/10 Computer Graphics

情報可視化 情報可視化（1990年代〜） アルゴリズム動作の可視化 時間変移するビジネスデータの可視化 ユーザとの協調を伴う情報システムの挙動 計算機の新たなユーザインタフェース（GUI） →　抽象的な時空間構造を持つ大規模データから有益な情報を迅速かつ容易に理解するための”画像を用いた可視化”による支援　 2006/7/10 Computer Graphics

情報可視化の例 2006/7/10 Computer Graphics

どのようなデータを対象として，何を把握したいか？ 多変量データの扱い 可視化の次元数をどう設定するか？ 可視化におけるポイント どのようなデータを対象として，何を把握したいか？ 多変量データの扱い 多次元データの因果関係（原因と結果） 可視化の次元数をどう設定するか？ 目的に適した空間情報の配置，レンダリング，アニメーション（時系列情報）の選定 2006/7/10 Computer Graphics