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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
今日の講義内容
 アニメーション

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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


2006/7/10
ノンフォトリアリスティックレンダリング（ＮＰＲ）
可視化（Visualization）
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キーフレームアニメーション
 キーフレーム法


2006/7/10
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
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キーフレームの補間
 単純直線補間

なめらかな動きの生成が困難
 スプライン補間

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スプライン曲線による滑らかな補間
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キーフレームアニメーションの制御
 テンションの制御

誇張表現
 イーズイン・イーズアウト

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
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スケルトン法
 キーフレーム法

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
 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
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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
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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
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形状変形アニメーション
 自由形状変形（Free Form Deformation: FFD)


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）
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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
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手続き型アニメーション
 自然現象


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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）
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キャラクタ・アニメーション
 フォワードキネマティクス

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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
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キャラクタ・アニメーション
 インバースキネマティクス


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）
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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
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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
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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


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骨格の大きさの相違
関節数の相違
磁気式センサ、加速度センサ
光学的センサ
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キャラクタ・アニメーション
 筋肉変形アニメーション

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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
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キャラクタ・アニメーション
 表情のアニメーション


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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
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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
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リアルタイム・アニメーション
 画像生成の高速化・簡略化


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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
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視覚に訴えるＣＧ
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
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ＮＰＲの例
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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

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油絵
水彩画
ペン画
水墨画
木版画 etc…
 利点

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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
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ＮＰＲの例（既存描画技術シミュレーション）
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ＮＰＲの例（既存描画技術シミュレーション）
2006/7/10
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ＮＰＲの例（既存描画技術シミュレーション）
2006/7/10
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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


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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

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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）
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ＮＰＲの例（自由曲面の確認）
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ＮＰＲの例（ラフな３Dモデリング）
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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
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ＮＰＲの例（アニメーションへの対応）
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ＮＰＲの例（詳細度制御）
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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？
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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

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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
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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.
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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
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可視化の一般的な処理手順
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可視化における色情報の役割
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可視化の例
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情報可視化
 情報可視化（1990年代〜）
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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
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情報可視化の例
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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
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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
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