Faculté informatique et communications IC, Section d'informatique (Laboratoire de réalité virtuelle VRLAB)

Interactive techniques for motion deformation of articulated figures using prioritized constraints

Le Callennec, Benoît ; Boulic, Ronan (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2006 ; no 3459.

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    Summary
    Convincingly animating virtual humans has become of great interest in many fields since recent years. In computer games for example, virtual humans often are the main characters. Failing to realistically animate them may wreck all previous efforts made to provide the player with an immersion feeling. At the same time, computer generated movies have become very popular and thus have increased the demand for animation realism. Indeed, virtual humans are now the new stars in movies like Final Fantasy or Shrek, or are even used for special effects in movies like Matrix. In this context, the virtual humans animations not only need to be realistic as for computer games, but really need to be expressive as for real actors. While creating animations from scratch is still widespread, it demands artistics skills and hours if not days to produce few seconds of animation. For these reasons, there has been a growing interest for motion capture: instead of creating a motion, the idea is to reproduce the movements of a live performer. However, motion capture is not perfect and still needs improvements. Indeed, the motion capture process involves complex techniques and equipments. This often results in noisy animations which must be edited. Moreover, it is hard to exactly foresee the final motion. For example, it often happens that the director of a movie decides to change the script. The animators then have to change part or the whole animation. The aim of this thesis is then to provide animators with interactive tools helping them to easily and rapidly modify preexisting animations. We first present our Inverse Kinematics solver used to enforce kinematic constraints at each time of an animation. Afterward, we propose a motion deformation framework offering the user a way to specify prioritized constraints and to edit an initial animation so that it may be used in a new context (characters, environment,etc). Finally, we introduce a semi-automatic algorithm to extract important motion features from motion capture animation which may serve as a first guess for the animators when specifying important characteristics an initial animation should respect.
    Résumé
    Depuis déjà plusieurs années, animer des humains virtuels de manière convaincante est devenu extrêmement demandé dans plusieurs domaines de l'industrie. Dans les jeux vidéos par exemple, les humains virtuels sont souvent les personnages principaux. S'ils n'étaient pas animés de manière réaliste, alors tous les efforts faits pour donner aux joueurs un sentiment d'immersion seraient ruinés. Parallèlement, les films générés par ordinateur sont devenus très populaires et ont donc augmenté les exigences en terme de qualité d'animation. En effet, les humains virtuels sont maintenant devenus les nouvelles stars de films comme Final Fantasy ou Shrek et sont parfois même utilisés pour créer des effets spéciaux dans des films comme Matrix. Dans ce contexte, les animations des humains virtuels ne doivent plus uniquement être réalistes, comme dans le cas des jeux vidéos, mais doivent de plus être expressives comme pour de vrais acteurs. Bien que le fait de créer des animations à partir de zéro soit encore très répandu, cela exige des compétences artistiques ainsi que beaucoup d'heures de travail (si ce n'est des jours) pour créer quelques secondes d'animation. Pour toutes ces raisons, la capture de mouvements est devenue très intéressante pour générer des animations : au lieu de les créer, l'idée est tout simplement de reproduire les mouvements d'un acteur. Cependant, la capture de mouvements n'est pas parfaite et nécessite plusieurs améliorations. En effet, la capture de mouvements est un processus qui implique des techniques et des équipements complexes. Cela se traduit souvent par des animations bruitées qui doivent être éditées. De plus, il est très difficile d'exactement prévoir ce que doivent être les animations finales. Par exemple, il arrive souvent que le réalisateur d'un film décide de changer le script. Dans ce cas, les animateurs doivent modifier certaines partie d'un mouvement voire sa totalité. Le but de cette thèse est de fournir aux animateurs des outils interactifs pour les aider à facilement et rapidement modifier des animations préexistantes. Dans un premier temps, nous présentons notre moteur de cinématique inverse utilisé pour appliquer des contraintes cinématiques à chaque temps d'une animation. Nous proposons ensuite un système de déformation de mouvements permettant à l'utilisateur de spécifier des contraintes et d'éditer une animation initiale afin qu'elle puisse être exploitée dans un nouveau contexte (personnages, décors, etc). Finalement, nous présentons un algorithme semi-automatique pour extraire les caractéristiques importantes d'une animation obtenue par capture de mouvements. Ces caractéristiques peuvent par exemple aider les animateurs à spécifier les contraintes importantes qu'une animation devra respecter.