Animação Facial por Computador Baseada em Modelagem Biomecânica

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Renata Correa
Instituição: UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Engenharia de Computação
Orientador: Leo Pini Magalhães
Ano: 2007
País: Brasil

Resumo
A crescente busca pelo realismo em personagens virtuais encontrados em diversas aplicações na indústria do cinema, no ensino, jogos, entre outras, é a motivação do presente trabalho. O trabalho descreve um modelo de animação que emprega a estratégia biomecânica para o desenvolvimento de um protótipo computacional, chamado SABiom. A técnica utilizada baseia-se na simulação de características físicas da face humana, tais como as camadas de pele e músculos, que são modeladas de forma a permitir a simulação do comportamento mecânico do tecido facial sob a ação de forças musculares. Embora existam vários movimentos produzidos por uma face, o presente trabalho restringiu-se às simulações dos movimentos de expressões faciais focalizando os lábios. Para validar os resultados obtidos com o SABiom, comparou-se as imagens do modelo virtual obtidas através do protótipo desenvolvido com imagens obtidas de um modelo humano.

Palavras-chave: animação por computador, biomecânica, expressão facial

Resumo
The increasing search for realism in virtual characters found in' many applications as movies, education, games, so on, is the motivation ofthis thesis. The thesis describes an animation model that employs the biomechanics strategy for the development of a computing prototype, called SABiom. The method used is based on simulation of physical features of the human face, such as layers of the skin and musc1es, that are modeled for simulation of the mechanical behavior of the facial tissue under the action of muscle forces. Although there are several movements produced by a face, the current work limits itself to the simulations of the facial expressions focusing the lips. To validate the results obtained from SABiom, we compared the images of the virtual model with images from a human model.

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Modelagem e Controle de Caimento e Dobras em Superfícies Deformáveis

Tese de Doutorado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Vanio Fragoso de Melo
Instituição: UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Engenharia de Computação e Automação Industrial
Orientador: Wu, Shin-Ting
Ano: 2004
País: Brasil

Resumo

Esta tese de doutorado tem como objetivo apresentar uma proposta de modelo computacional de superfície deformável. Há duas vertentes de modelos de superfícies deformáveis fisicamente embasados: modelos de mecânica das partículas e modelos de mecânica dos contínuos. Os modelos de mecânica dos contínuos são mais realísticos e intuitivos, por se basearem numa estrutura geométrica contínua e utilizarem os elementos de Geometria Diferencial para a sua análise. Similar a maioria dos modelos deformáveis com base na mecânica dos contínuos, propomos um modelo de superfície deformável com base na superfície de Cosserat elástica. Diferentemente dos modelos existentes na literatura de Computação Gráfica e Animação, o nosso modelo considera a relação entre as deformações tangenciais e normais, e inclui um novo paradigma lineariz ável para estimar os vetores normais. Isto possibilita a formação de dobras e rugas a partir da ação de forças tangenciais. Uma implementação é apresentada. Para corrigir alguns tipos de desequilíbrios criados pelo método das diferenças finitas empregado na discretização, propomos fatores de correções das forças internas atuantes nas bordas. Experimentalmente, o modelo proposto foi validado com aplicações para caimentos, para criação de dobras e rugas de tecido de pano.

Palavras-chave: animação por computador, cascas (Engenharia) - modelos matemáticos, deformações (Mecânica), superfícies - modelos, simulação e modelagem

Abstract

This doctoral thesis aims at presenting a proposal of a computational model for a deformable surface. There are two trends of deformable surface models that are physically based: particle systems and continuum mechanical models. The continuum mechanical models are more realistic and intuitive, since the underlying geometric structure is a continuum which can be analyzed with use of Differential Geometriy. Similar to most of works based on the continuum mechanics, we propose a deformable surface model based on an elastical Cosserat surface. Differently from the existing models in the Graphic Computer and Animation literature, our model considers a relation between the tangential and normal deformations, and integrate a novel linearizable approach for estimating the normal vectors. This provides an efficient way to simulate folds and wrinkles under the action of tangential forces. An implementation is presented. In order to correct some kinds of unbalance of forces, due to the methods of finite differences employed on the discretization, we propose correction factors for the internal forces that act on the boundaries. Experimentally, the proposed model was validated in the simulations of cloth draping, folds and wrinkles of cloth.

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Animação Facial 2D Sincronizada com a Fala Baseada em Imagens de Visemas Dependentes do Contexto Fonético

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Paula Dornhofer Paro Costa
Instituição: UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia da Computação
Orientador: José Mario de Martino
Ano: 2009
País: Brasil

Resumo
A animação facial por computador sincronizada com a fala permite a implementação de cabeças virtuais que podem contribuir para tornar interfaces humano-computador mais eficientes e atraentes. O presente trabalho apresenta um método de síntese de animação facial 2D baseado em imagens cujo desenvolvimento foi guiado por dois objetivos principais: a reprodução realista da movimentação articulatória visível da fala, incluindo os efeitos da coarticulação, e a possibilidade de implementação do método mesmo em plataformas com capacidades limitadas de processamento e memória, tais como celulares e assistentes pessoais digitais. O método desenvolvido baseia-se em uma base de imagens de visemas dependentes de contexto para o Português do Brasil e adota a técnica de metamorfose entre visemas para a síntese da animação facial. A abordagem proposta representa uma estratégia de síntese alternativa e inovadora, capaz de reproduzir a movimentação articulatória visível da fala, incluindo os efeitos da coarticulação, a partir de uma base de apenas 34 imagens. O trabalho inclui a implementação de um sistema piloto integrado a conversor texto-fala. Adicionalmente, o método de síntese proposto é avaliado através de teste de inteligibilidade da fala. Os resultados desta avaliação indicam que a informação visual fornecida pelas animações geradas pelo sistema contribui para a inteligibilidade da fala em condições de áudio contaminado por ruído. Apesar do trabalho estar restrito ao Português do Brasil, a solução apresentada é aplicável a outras línguas. Palavras-chave: Computação Gráfica, Animação Facial, Visemas, Coarticulação, Metamorfose.

Palavras-chave: computação gráfica, animação (cinematografia), metamorfose, animação por computador, comunicação visual

Abstratc
Speech synchronized facial animation allows the implementation of talking heads that potentially can improve human-computer interfaces making them more efficient and attractive. This work presentsan image based 2D facial animation synthesis method whose development was guided by two main goals: the realistic reproduction of visible speech articulatory movements, including coarticulation effects, and the possibility to implement the method also on limited processing and memory platforms, like mobile phones or personal digital assistants. The developed method is based on an image database of Brazilian Portuguese context dependent visemes and uses the morphing between visemes strategy as facial animation synthesis technique. The proposed approach represents an alternative and innovative synthesis strategy, capable of reproducing the visible speech articulatory movements, including coarticulation effects, from an image database of just 34 images. This work includes the implementation of a pilot system integrated to a text-to-speech synthesizer. Additionally, the proposed synthesis method is evaluated through a speech intelligibility test. The test results indicate that the animations generated by the system contribute to improve speech intelligibility when audio is degraded by noise. Despite the fact this work is restricted to Brazilian Portuguese, the presented solution is applicable to other languages. Keywords: Computer Graphics, Facial Animation, Visemes, Coarticulation, Morphing.

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Animação Facial Sincronizada com a Fala: Visemas Dependentes do Contexto Fonético para o Português do Brasil

Tese de Doutorado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: José Mario De Martino
Instituição: UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Engenharia de Computação
Orientador: Leo Pini Magalhães
Ano: 2005
País: Brasil

Resumo

Aparência de uma face sintética ao longo do tempo. Animação facial sincronizada com a fala está relacionada ao controle da movimentação da face virtual comandada pelos eventos fonéticos de uma locução. Tal controle implica na manipulação da face virtual de forma coordenada e em sincro-nismo com o sinal acústico da fala. A coordenação é a1cançada pela reprodução, na face virtual, da movimentação articulatória visível necessária à produção dos sons da fala. O objetivo do trabalho é estudar e propor uma metodologia para a definição de representações para os padrões visuais de movimentação articulatória observáveis na face durante a fala, os denominados visemas. A metodo-logia proposta estabelece visemas dependentes do contexto fonético que contemplam o fenômeno da coarticulação perseveratória e antecipatória. Além disso, a partir da descrição geométrica e temporal de visemas estabelecidos pela análise de um corpus lingüístico do português do Brasil, são derivados modelos para a movimentação da articulação temporomandibular e do tecido dos lábios. Apesar do material fonético utilizado no trabalho estar restrito ao português do Brasil, a metodologia proposta é aplicável a outras línguas.

Palavras-chave: computação gráfica, animação por computador

Abstract

Computer facial animation refers to the techniques for specifying and controlling the positioning, motion, and appearance of a synthetic face over time. Speech synchronized facial animation addres-ses the control of a virtual face conducted by the phonetic events of an utterance. Such control implies the manipulation of the virtual face synchronized and coordinated with the speech signal. The coor-dination is achieved by reproducing on the virtual face the visible articulatory movements necessary for speech production. The objective of the work is to study and propose a methodology to establish representations for, the visual articulatory pattems displayed on the face during speech production, the so called visemes. The proposed methodology identifies phonetic context dependent visemes that cope with persevera tive and anticipatory coarticulation. Additionally, the movements of the temporo-mandibular joint and the lip tissue are modelled from a set of visemes established by the analysis of a Brazilian Portuguese linguistic corpus. Although the corpus is restricted to Brazilian Portuguese, the methodology is general enough to be applied to other languages.

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Da Modelagem de Plantas a Dinâmica de Multidões: Um Modelo de Animação Comportamental Bio-Inspirado

Tese de Doutorado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Alessandro de Lima Bicho
Instituição: UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Engenharia de Computação e Automação Industrial
Orientador: Leo Pini Magalhães
Ano: 2009
País: Brasil

Resumo

Este trabalho apresenta um método para simulação de multidões baseado no algoritmo de colonização do espaço. Este algoritmo foi originalmente proposto para modelar padrões de nervuras em folhas vegetais e de ramificações em árvores. A técnica baseia-se na competição por espaço entre nervuras ou ramificações durante o crescimento vegetal. Adaptado à simulação de multidões, o algoritmo de colonização do espaço visa simular a competição por espaço durante o movimento dos pedestres. Vários comportamentos observados em multidões reais, tais como evitar colisões, variar a velocidade de deslocamento do pedestre em função da densidade populacional e formar vias (lanes) de pedestres, nas quais o pedestre seguirá aquele imediatamente a sua frente, cuja direção e sentido são similares, são propriedades do algoritmo. O modelo de simulação de multidões proposto também caracteriza-se pela simplicidade de implementação, robustez e eficência computacional, permitindo, de acordo com o ambiente de simulação adotado, o controle interativo da multidão simulada.

Palavras-chave: multidões, comportamento humano - métodos de simulação, animação por computador, simulação (computadores), computação gráfica

Abstract

This work presents a method for crowd simulation based on the biologically-motivated space colonization algorithm. This algorithm was originally introduced to model leaf venation patterns and the branching architecture of trees. It operates by simulating the competition for space between growing veins or branches. Adapted to crowd modeling, the space colonization algorithm focuses on the competition for space among moving agents. Several behaviors observed in real crowds, including collision avoidance, relationship of crowd density and speed of agents, and the formation of lanes in which people follow each other, are properties of the algorithm. The proposed crowd modeling method is simple to implement, robust, computationally efficient, and suited to the interactive control of simulated crowds.

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Animado: Um protótipo de um sistema de animação modelada por dinâmica

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Maria Andreia Formico Rodrigues
Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Departamento de Engenharia de Computação e Automação Industrial
Orientador: Léo Pini Magalhães
Ano: 1993
País: Brasil

Resumo
O objetivo geral desta dissertação é apresentar uma pesquisa que vem sendo realizada sobre o tema "Animação Modelada por Dinâmica" desde o ano de 1990. A partir desta pesquisa, o objetivo principal deste trabalho é a criação do ANIMADO, um Protótipo de um Sistema de Animação Modelada por Dinâmica, no âmbito do Projeto ProSlm, no grupo de Computação de Imagens, no DCA- FEE- UNICAMP. A Dinâmica refere-se à descrição do movimento como uma relação entre forças e torques atuando sobre massas. Desta forma, a Física é aplicada na intenção de modelar o movimento que será apresentado pelos objetos. Este movimento pode ser muito realista, dependendo do tipo e exatidão da modelagem envolvida. No ANIMADO, o animador poderá produzir movimentos selecionando forças e torques de controle que estarão diretamente relacionados às leis mecânicas que regem o movimento. Basicamente, o ANIMANDO é composto por cinco módulos totalmente independentes, escritos em linguagem C e C++, porém, fortemente inter-relacionados: o EGESP, um módulo contendo o Método de Gauss para Resolução de Sistemas Lineares com pivoteamento parcial- parâmetro T, o FRED, um módulo contendo o Método Numérico de Runge-Kutta Variante de quarta ordem para Resolução de Equações Diferenciais Ordinárias com m variáveis independentes, o COLISÃO, um módulo para Detecção de Colisões e Dinâmica de Impacto associada, o CONTROLE, um módulo para o controle da animação e o INTEREXPSERV, um interpretador de expressões baseado no modelo cliente-servidor. É importante salientar que a Animação Modelada por Dinâmica requer a presença de ferramentas que suportem cálculos matemáticos intensivos e precisos, pois, constantemente, está sujeita a erros de precisão numérica e grande consumo de CPU. As animações produzidas com o uso da Dinâmica podem ser usadas em vários campos de aplicação: educacional, industrial, Robótica, Propaganda, entre outros.

Palavras-chave: Animação por computador, Movimento, Dinâmica

Abstract

The general aim of this work is to present in details, a research that has been done about "Modeled Animation by Dynamics", since 1990. The main objective is to introduce the ANIMADO,a first example of using Dynamic Simulation in the Computer Animation field, a research branch area of the group ProSlm, in the DCA at UNICAMP. Dynamics refers to the description of movement as a relation between forces and torques acting upon masses. In this way, we use Physics to find out the movement which will be performed by the objects. This movement can be very realistic and depends on the modelling. Using the ANIMADO,the ammator will be able to produce movements by selecting control forces and torques which will be directly related to mechanicallaws of motion. Generally speaking, the ANIMADO is divided into five totally independent, though strongly inter-relationed modules, implemented using the C and C++ language: the EGESP, a module that solves Systems of Linear Equations by standard Gauss-Jordan elimination with maximal pivoting, the FRED, a module that contains a 4th variant Runge-Kutta Numerical Integration Method, the COLISÃO,a module to Detect and Response collisions, the CONTROLE, a module to control the animation, and the INTEREXPSERV, an interpreter of expressions based in the client-server model using sockets. It is important to say that the Modeled Animation by Dynamics needs appropriated mathematic tools which avoid inaccurate results and reduce time processing. The produced animations will be able to be used in various fields of application and with a variety of objectives, as a helpful tool in the educational and industrial area, Robotic Engineering, Propaganda and many others.

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Controle de Animações por Computador utilizando Redes de Petri

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Alessandro de Lima Bicho
Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Departamento de Engenharia de Computação e Automação Industrial
Orientador: Léo Pini Magalhães
Ano: 2001
País: Brasil

Resumo
As alterações visuais, decorrentes das ações presentes em uma animação por computador, somente são possíveis porque há um mecanismo para selecionar e controlar os atributos da cena necessários para produzir os efeitos visuais desejados. Este trabalho explora o uso de redes de Petri como o mecanismo de controle que possibilita simplificar a coordenação das ações em uma animação ao descrevê-la por meio do tratamento dos eventos presentes. Este mecanismo permite definir modelos hierárquicos de controle com diferentes níveis de abstração, onde o encapsulamento de detalhes facilita a reutilização em animações cujos comportamentos sejam similares e possibilita que mudanças possam ser realizadas sem a necessidade de remodelar toda ou grande parte da animação. Além disso, um modelo de controle baseado em redes de Petri também permite prever e testar o comportamento de uma animação antes mesmo da sua execução. O mecanismo proposto é discutido através do estudo de casos de figuras bípedes.

Palavras-chave: Computação gráfica, Animação por computador, Redes de Petri

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Desenvolvimento de um Ambiente para Construção de Animações Interativas: Combinando VRML e Java

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Fabiana Saldanha Tamiosso
Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Departamento de Engenharia de Computação e Automação Industrial
Orientador: Léo Pini Magalhães
Ano: 1998
País: Brasil

Resumo
O desenvolvimento de um ambiente para a construção de animações interativas é o tema deste trabalho. Esse ambiente possibilita que, de uma forma fácil e com informações simples, uma animação seja obtida incluindo um tipo de movimento e capacidade de interação com o usuário. Animações interativas são definidas por terem seu comportamento determinado por ações do usuário. As animações, construídas através do ambiente desenvolvido, apresentam a interatividade caracterizada no controle de parâmetros envolvidos na determinação do movimento. Neste tipo de animação o usuário interage com uma interface gráfica, associada à cena animada, de onde controla o movimento. VRML (Virtual Reality Modeling Language) é a linguagem utilizada neste trabalho para a definição de animações interativas. VRML, entre outras características, associa capacidade de processamento às cenas, tornando-as mais "inteligentes". Esta é a característica que torna possível a combinação de VRML com a linguagem lava e, é através desta combinação, que as animações interativas são obtidas. o processo para criar animações interativas pode ser complexo, envolvendo conhecimento de técnicas de modelagem e tecnologias de programação. O ambiente foi desenvolvido para facilitar este processo para os animadores, resumindo-o à definição de movimento e a sua associação a um objeto de uma cena VRML [...].

Palavras-chave: Animação por computador, Interfaces gráficas de usuário (Sistema de computador), Interfaces (Computador)

Abstract
The deveIopment of an environment for interactive animations building is the subject of this thesis. This environment allows that, in an easy way and with simpIe information, an animation is created including a kind of movement and user's interaction capacity. lnteractive animations are defined for having their behaviour controlled by user's actions. The animations, built by the deveIoped environment, present the interactivity based on the controI of parameters used in movement determination. In this kind of animation the user interacts with a graphicaI interface, linked with the animated scene, from where he controIs the movement. VRML (Virtual Reality Modeling Language) is the Ianguage used in this thesis to define interactive animations. Among other features, it links processing capacity to the scenes, making them more "intelligent". This is the feature which makes possibIe the combination between VRML and Java Ianguage and, by this combination, the interactive animations are gotten. The process of interactive animations conception may be compIex, invoIving knowIedge of modeIing techniques and programming technoIogies. The environment was deveIoped to tum the process easier to the animators, summarizing it to the definition of movement and its association to a VRML scene object. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations.

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Desenvolvimento de um Ambiente para Criação de Animações de Cenas VRML para Web

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/12/2013)

Nome: Isla Carla Felix da Silva
Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Departamento de Engenharia de Computação e Automação Industrial
Orientador: Léo Pini Magalhães
Ano: 2001
País: Brasil

Resumo
O desenvolvimento de um ambiente para a construção de animações interativas na Web é o tema abordado neste trabalho. Neste contexto, deve-se entender por animações interativas aquelas definidas através de ações do usuário. A interação com o ambiente desenvolvido possibilita que o usuário obtenha, de forma simples, uma animação.

VRML (Virtual Reality Modeling Language) é a linguagem utilizada para a modelagem das cenas gráficas e Java a linguagem de programação usada para atribuir processamento às cenas. Desta forma, as animações interativas são obtidas através da combinação da VRML com a linguagem de programação Java. Esta combinação realizada entre Java e a cena VRML é feita através da utilização da EAI (External Authoring Interface).

A forma final de apresentação do ambiente desenvolvido é uma página HTML contendo uma cena VRML e um painel de controle (applet Java) através do qual o usuário irá elaborar e visualizar sua animação. O uso da EAI para fazer a comunicação do painel de controle com a cena gráfica VRML possibilita que o ambiente desenvolvido seja facilmente divulgado através da Web.

A construção de animações interativas é um processo que pode exigir do usuário um amplo esforço e o conhecimento de técnicas de modelagem e tecnologias de programação. O ambiente acima referido foi desenvolvido para facilitar este processo e tornar desnecessário ao usuário o conhecimento dos detalhes envolvidos na criação de animações interativas. Isto amplia a gama de usuários pois possibilita sua utilização sem a necessidade de profundos conhecimentos técnicos.

Palavras-chave: Computação gráfica, Animação por computador, World Wide Web (Sistema de recuperação da informação), Realidade virtual

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Soluções Numéricas em um Modelo de Tecidos Baseado na Superfície de Cosserat

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 16/122013)

Nome: Leandro de Pinho Monteiro

Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica 
Orientador: Shin-Ting Wu
Ano: 2008
País: Brasil

Resumo

Atualmente, os modelos físicos são amplamente utilizados em simulações computacionais de vestuários e tecidos em geral. Eles podem ser divididos em duas abordagens: mecânica de partículas e mecânica de contínuos. A mecânica de partículas é hoje a abordagem mais utilizada, possuindo vantagens como a simplicidade da formulação e um bom desempenho computacional. Já a mecânica de contínuos é reconhecida por ser a abordagem mais precisa sob o ponto de vista físico, porém tem um alto custo computacional. Muitas vezes, o baixo desempenho da mecânica de contínuos está relacionado à solução numérica utilizada para obter diferentes estados do tecido ao longo do tempo, em decorrência da sua solução demandar resolução de sistemas de equações de um grande número de variáveis. As soluções encontradas na literatura são técnicas de elementos finitos ou de diferenças finitas, com integração semi-implícita ou implícita, todas com uma complexidade computacional não linear. Desta forma, este trabalho visa analisar a adequabilidade de utilizar métodos explícitos, que tem um comportamento linear, em um modelo físico fundamentado na teoria de superfície de Cosserat, cujos autores provam que ele consegue produzir dobras sob forças de compressão. Discretizando espacialmente este modelo com a técnica das diferenças finitas, métodos explícitos são avaliados para solucionar as equações diferenciais ordinárias resultantes. Com base nestas avaliações, foi selecionado o método de Verlet e implementado um simulador da dinâmica de malhas retangulares provido de uma interface gráfica interativa. Isso viabilizou uma validação prática do modelo, demonstrando a sua superioridade na produção de dobras em relação aos outros modelos existentes.

Palavras-chave: Computação gráfica, Simulação e modelagem, Animação por computador, Superficies - Modelos, Simulação (Computadores)

Abstract

Currently, physics-based models are frequently used for cloth simulations. There are basically two approaches: particle mechanics and continuum mechanics. The particle mechanics is at the present time the most widely used method, having some advantages like an easy formulation and a high performance. The continuum mechanics is regarded as being a more precise approach, but it has a high computational cost. This low performance is mostly owing to the numerical solution that obtains cloth states along the time, because its formulation is based involves a large number of variables. The solutions found in the literature are the finite element and the finite differences techniques, with the semi-implicit and implicit integration. They possess a non linear computational complexity. So, this work aims to analyze the suitability of application of an explicit integration technique, that has a linear behavior, to a cloth model founded on the theory of Cosserat surface, whose authors claim to have proved it can produce natural folds under pure compression forces. Based on this evaluation, the Verlet method was selected and a rectangular mesh dynamics simulator with an interactive graphics interface has been implemented. This permits a practice validation of the cloth model, showing its superiority on production of folds compared with the other models..

Keywords: Computer graphics, Physics simulation, Cloth simulation, Cloth modeling and anima

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Animação de Fluidos via Modelos do Tipo Lattice Gas e Lattice Boltzmann

Dissertação de Mestrado

(indexada pela 1ªvez em 6/1/2012)

Nome: Sicilia Ferreira Ponce Pasini Judice
Instituição: Laboratório Nacional de Computação Científica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Orientador: Gilson Antônio Giraldi
Ano: 2009
País: Brasil

Resumo

Técnicas baseadas em física têm chamado a atenção da comunidade de  computação gráfica, em especial para animação de fluidos (gás ou  líquidos). As técnicas tradicionais para animação de fluidos são  metodologias top-down baseadas em malhas 2D/3D, tais como Diferenças  Finitas e Elementos Finitos, em conjunto com equações de fluidos  Navier-Stokes. Entretanto, tais métodos têm um custo computacional alto. Uma  alternativa é o uso de técnicas baseadas em Autômatos Celulares do tipo  Lattice Gas (LGCA) e o Método de Lattice Boltzmann (LBM). A idéia  básica desses métodos consiste em obter a dinâmica macroscópica de um  fluido a partir do comportamento coletivo de diversas partículas  microscópicas. Em geral, tais metodologias bottom-up são eficientes do ponto de vista computacional. Neste  trabalho, são estudados os aspectos teóricos e práticos da animação  computacional de fluidos bidimensionais para computação gráfica, usando  um método LGCA chamado FHP, e um método LBM chamado D2Q9. é proposto um modelo de fluido 3D baseado nos modelos bidimensionais FHP e D2Q9, bem como em métodos de interpolação. Em  seguida, são apresentadas duas aplicações para animação de fluidos  através dos métodos mencionados, uma para execução em tempo real e outra  para execução off-line. Nos resultados dos experimentos  computacionais são enfatizados a simplicidade e o potencial dos modelos  propostos quando combinados com técnicas eficientes de rendering.

Palavras-chave: Animação por Computador, Autômato Celular, Dinâmica dos Fluidos, Processamento Eletrônico de Dados.

Abstract

Physically-based techniques for the animation of fluids (gas or liquids) have taken the attention of the computer graphics community. The traditional fluid animation methods rely on a top down viewpoint that uses 2D/3D mesh based approaches motivated by the Eulerian methods of Finite Element (FE) and Finite Difference (FD), in conjunction with Navier-Stokes equations of fluids. Alternatively, lattice methods comprised by the Lattice Gas Cellular Automata (LGCA) and Lattice Boltzmann (LBM) can be used. The basic idea behind these methods is that the macroscopic dynamics of a fluid is the result of the collective behavior of many microscopic particles. Such bottom-up approaches need low computational resources for both the memory allocation and the computation itself. In this work, we consider animation of fluids for computer graphics applications, using a LGCA method called FHP, and a LBM method called D2Q9, both bidimensional models. We propose 3D fluid animation techniques based on the FHP and D2Q9 as well as interpolation methods. Then, we present two animating frameworks based on the mentioned lattice methods, one for a real time implementation and the other for an off-line implementation. In the experimental results we emphasize the simplicity and power of the presented models when combined with efficient techniques for rendering and compare their efficiency.

Keywords: Computer Animation, Cellular Automata, Fluids Animation, Data Processing.

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Métodos para um Sistema de Animação Facial Baseado em Aquisição Estereoscópica

Dissertação de Mestrado

(indexado pela 1ªvez em 29/11/2011)

Nome: Rodrigo Assaf
Instituição: Universidade Federal de São Carlos - Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia

Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Orientador: José Hiroki Sato
Ano: 2006

País: Brasil

Resumo
A animação facial tem sido amplamente utilizada em diversas áreas de  aplicação e entretenimento, apresentando altos níveis de detalhamento e  avanços tecnológicos. Contudo, sua implementação ainda exige um trabalho árduo da equipe de produção podendo desprender muito tempo nesta etapa. Com  o objetivo de adequar um sistema estereoscópico a um sistema de  animação facial de baixo custo financeiro, este trabalho trata de  assuntos da área de animação e de seus principais fundamentos para serem  aplicados em uma face. Estudos da anatomia da face, como sistema  muscular e ósseo, são fundamentais para um melhor desempenho da animação  facial, pois é notável que a face é, naturalmente, um sistema complexo. Diversos paradigmas de sistemas faciais são abordados mostrando os atuais estágios desta área da computação gráfica. Os  princípios fundamentais de um sistema estereoscópico, que utiliza duas  imagens como referência, são abordados, enfocando seu uso no  desenvolvimento de métodos para uma animação facial. Esta pesquisa  baseou-se na demarcação de pontos de controle faciais em uma face  humana real, que foi modelada em 3D utilizando a técnica de box  modeling, para a realização dos métodos de estereoscopia, associação e  interpolação obtendo uma expressão facial e de sincronismo labial. A  utilização da estereoscopia mostrou-se, neste trabalho, como sendo uma  técnica eficiente para a captação das coordenadas 3D provenientes da  face real, resultando em uma animação facial realista. Encontrou-se  o re-uso, a portabilidade, a criação de target morphings e a criação de  keyframes como as principais contribuições da estereoscopia, permitindo  sua ampla utilização.

Palavras-chave: Computação gráfica, Processamento de imagens, Animação por computador, Aquisição 3D

Abstract

Facial animation has been widely used in many areas of applications and entertainment, presenting high levels of details and technology. However, its implementation still demands lots of hard work from the producer team. Aiming at the adaptation of a stereoscopic system to a financial low cost facial animation system, this research covers animation subjects and their main principles, in order to use them on an animated face. Studies on face anatomy, such as bones and muscles, are considered important to enhance the facial animation results. Several paradigms are covered in order to demonstrate the actual stage of this computer graphic area. The main aspects of a stereoscopic system, which uses two images as reference, presented in this work, are focused on a method development for a facial animation system. This research is based on facial control points on a human face, which is 3D modeled using the box modeling technique. The 3D virtual face is used to apply an ending result of a facial expression or lip sync obtained from the methods of stereoscopy, association and interpolation. The use of the stereoscopy demonstrated to be an efficient technique to capture 3D coordinates from real faces and use them to develop a realistic facial animation. The re-use, portability, target morphing, and key frames are the main contributions of the use of the stereoscopy in a facial animation system.

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Detecção de Componentes Faciais Baseado em Modelos de Cor e Antropometria

    

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 26/10/2011)

Autor(a): Juliano Lucas Moreira

Instituição: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - UFRS
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação

Orientador(a): Soraia Raupp Musse

Ano: 2010
País: Brasil.

Resumo

Existem diferentes situações em que a detecção de componentes faciais desempenha um papel importante, como por exemplo: no reconhecimento facial, interação humano computador, teleconferências, análise de expressões faciais e animação. Esta dissertação apresenta, primeiramente, uma revisão bibliográfica dos trabalhos referentes à detecção dos componentes faciais. Após, é exposto o modelo desenvolvido para a detecção de componentes faciais, sendo este baseado em modelos de cor e antropometria. Ao final, são mostrados resultados referentes a detecção dos componentes em bases de dados públicas e experimentos realizados na animação de avatares 3D.

Palavras-chave: Informática, Animação por computador, Computação gráfica.

Abstract

There are different situations in which the detection of facial components plays an important role, for example, facial recognition, human computer interaction, teleconferencing, analysis of facial expressions and animation. This master thesis presents a literature review of work on the facial features detection. Then, the model developed for the facial features detection is described, which is based on models of color and anthropometry. At the end we show results of the proposed model in feature detection applied in public databases, as well as experiments in 3D avatars animation.

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Morphing Aplicado ao Envelhecimento de Imagens Faciais

   

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 26/10/2011)

Autor(a): Greyce Nogueira Schroeder

Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Orientador(a): Leo Pini Magalhães

Ano: 2007
País: Brasil.

Resumo

O morphing de imagens é uma transformação que mapeia uma imagem em outra, alterando tanto a sua forma quanto as suas intensidades. Esta transformação possui diversas aplicações em imagens médicas e especialmente na indústria de entretenimento. Este trabalho objetiva, através do uso de morphing, apresentar um protótipo para a simulação de envelhecimento de faces frontais, utilizando um método chamado Funções de Base Radial (RBF) juntamente com um modelo quantitativo para expressar o processo de envelhecimento no rosto humano. O protótipo trabalha com imagens de pessoas a partir de 20 anos e realiza o envelhecimento até no máximo 70 anos. Além disso, o trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre as principais técnicas de morphing e sobre o que já foi realizado sobre simulações computacionais de envelhecimento facial por imagens.

Palavras-chave: Animação por computador, Computação gráfica, Processamento de imagens

Abstract

Image morphing is a transformation that maps one image into another, altering both its shape and intensities. These types of transformation have a wide range of applications in medical imaging and, specially, in entertainment industry. This work attempts to present a prototype for aging simulation on frontal face images, using a method of morphing called Radial Basis Functions (RBF) together with a quantitative model for expressing human aging. The prototype works with images from people with 20 years old up and performs the aging up to 70 years. Moreover, the work presents a bibliographical revision on the main techniques of morphing and on the state of the art on computational simulations of image face aging.

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Dois Sistemas para Animação Holográfica

  

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 24/10/2011)

Autor(a): Ermerson Gonçalves da Fonseca

Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Instituto de Computação
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Orientador(a): Cândido Ferreira de Mendonça Neto

Ano: 1998
País: Brasil.

Resumo

Apresentamos neste trabalho o desenvolvimento de um sistema para a criação e exibição de animações tridimensionais. São apresentadas duas versões do sistema. A primeira é baseada na holoprojeção de fatias bidimensionais (produzidas por uma versão modificada de um programa de ray tracing) de cenas tridimensionais. A animação final é verdadeiramente tridimensional com paralaxe horizontal contínua. A segunda versão é baseada na técnica de estereogramas holográficos e utiliza uma técnica de codificação cromática para a criação da imagem final, que é formada por diferentes vistas de uma cena. As imagens são pré-computadas e armazenadas em um arquivo de animação, podendo ser projetadas com luz branca alcançando o tamanho das maiores telas holográficas existentes (0.75 m x 1.14 m). A animação final é apresentada a taxas de vídeo. Ambas as versões se baseiam na tela holográfica, desenvolvida pelo prof. Lunazzi do Laboratório de Óptica da UNICAMP, podendo, portanto, ser observadas diretamente sem a necessidade de acessórios visuais.

Palavras-chave: Animação por computador, Computação gráfica, Holografia, Sistemas de indicação visual tridimensional

Abstract

This work presents the implementation of a system for creation and displaying threedimensional animations. A system based on holoprojection and a system based on holographic stereogram technique are presented. The former displays two-dimensional slices (produced by a modified ray tracing program) of three-dimensional scenes. The displayed picture is a truly spatial three-dimensional image with continuos horizontal parallax.The latter uses chromatic codification for creation of the final image formed by different views. The eletronic animated images are pre-computed and stored in a movie file. They may be projected with white light to reach the size of the bigger holographic screens existing nowadays (0.75 m x 1.14 m).The final animation is presented at video rates. Both make use of the holographic screen, developed by prof. Lunazzi, at Optical Laboratory of UNICAMP, freeing the viewer from visual accessories.

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Desvendando a Metodologia da Animação Clássica: A arte do desenho animado como empreendimento industrial

   

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 24/10/2011)

Autor(a): Antonio Cesar Fialho de Sousa

Instituição: Universidade Federal de Minas Gerais - Escola de Belas Artes

Orientador(a): Ana Lucia Menezes de Andrade

Ano: 2005
País: Brasil.

Resumo

Este estudo pretende descrever o processo metodológico existentena realização de um filme de desenho animado para cinema. Independente do formato e mídia de reprodução, há uma seqüência de procedimentos comuns que precisam estar bem claros para o realizador para que ele possa, em vista dos limites orçamentários de que dispõe, supervisionar a qualidade técnica de seu projeto com eficiência. Com isso, ele pode se concentrar no processo criativo da etapa de animação. Esta etapa e sua metodologia de produção sãoos enfoques principais deste estudo, juntamente com a tentativa de elaborar uma visão sistêmica da industrialização do estúdio de desenho animado como uma empresa de entretenimento e de sua natureza enquanto organização.É necessário que o futuro animador tenha uma visão geral sobre otipo de estrutura departamental presente em um estúdio de animação e os cargos artísticos existentes, pois o conhecimento e a reflexão sobre a divisão de trabalho em equipe dentro da produção de um desenho animado tornam-se fundamentais para o animador brasileiro que pretende montar uma equipe para seu projeto. Assim, ele pode melhor estruturar ou segmentar as responsabilidades de cada função a fim de cumprir os prazos estabelecidos na etapa de produção, sem perda de qualidade, compreendendo a dicotomia que abrange o desenho animado como produto artístico industrial.

Palavras-chave: Animação por computador, Computação gráfica tridimensional, Animação (Cinematografia), Mercado de trabalho Efeitos de inovações tecnológicas, Desenho animado

Abstract

The present study aims to shed light upon the methodologicalprocess involved in the making of animated features. Regardless of itsreproduction format and media, the animation process comprises a sequence of fixed procedures which must be reflected upon by animators and directors alike so that they may, given budgetary limitations, oversee the projects' technical quality in an efficient manner, without compromising the creative process of the actual animation. This phase and its inherent methodology are central to this study, along with an attempt to elaborate a systemic view of the evolution of the animation studio as an entertainment industry business venture and its natureas an organized enterprise.It is as important that future chief animators in Brazil have an overview of the organizational structure in animation studios and their underlying artistic and functional hierarchy, as it is crucial that they identify andreflect upon the division of labor when forming an animation team to work in the production of an animated feature or any such project. This knowledge will help them to better assemble teams and lay down members functional responsibilities in order to meet production deadlines and guarantee technical and artistic quality, while fully understanding the dichotomy of the animated feature as a product of the Art Industry.

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Animação e Hipermídia: Trajetória da luz e sombra aos recursos midiáticos

 

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 19/10/2011)

Autor(a): Eliseu de Souza Lopes Filho

Instituição: Pontifícia Universidade Católica de São Paulo - PUC-SP
Programa: Programa de Estudos Pós-Graduados em Comunicação e Semiótica
Orientador(a): Sergio Bairon Blanco Sant'anna

Ano: 2007
País: Brasil.

Resumo

Esta pesquisa centra-se no estudo do cinema de animação e suas relações com a hipermídia. Para isso, elaborou-se um detalhado inventário da animação, situando-a desde as formas elementares as imagens por sombras -, a fotografia, a imagem em movimento e a animação na contemporaneidade, com destaque para novos aportes de linguagem, frente ao recurso da hipermídia. Destacou-se, também adicionais à imagem em movimento , aspectos indiciais e constitutivos que contribuíram para as mudanças, seja no dispositivo ou nos processos cinematográficos da animação: a presença da tecnologia, a ampliação da imaginação e os novos parâmetros da liberdade de criação. Para pontuar as mudanças dos diferentes contextos tratados, utilizou-se o recurso da inserção de imagens fotográficas e de gráficos, com a finalidade de ilustração das premissas sustentadas neste estudo, a saber: a análise deste processo, campos viáveis de aplicação, envolvendo a prática em si da animação, bem como um tipo de disponibilidade da hipermídia, como uma modalidade de avanço no manancial da animação, influindo no processo da criação e, consequentemente, na recepção, por meio da interatividade. Para sustentação, utilizou-se diversos estudos, envolvendo teóricos da animação, da história do cinema e sobre a hipermídia. Incluiu-se, ainda, gráficos e representações desenvolvidos especialmente para esta dissertação pelo autor. Entre os resultados obtidos, apontou-se proximidades da hipermídia com o fazer animação e possibilidades para a animação neste processo de transformação, agora com suporte computadorizado e ferramentas diversas de softwares.

Palavras-chave: Hipermídia, Animação, Técnicas de animação, Animação por computador, Multimidia interativa, Tradução e interpretação

Abstract

This research is centered in the study of the animation movies and their relationships with the hypermedia. For that, a detailed inventory of the animation was elaborated, placing it from the elementary forms - the images for shadows -, the picture, the image in movement and the animation in the contemporarily, with prominence for new language contributions, front to the resource of the hypermedia. He stood out, also - additional to the image in movement -, aspects accuse and constituent that they contributed to the changes, be in the device or in the cinematographic processes of the animation: the presence of the technology, the enlargement of the imagination and the new parameters of the creation freedom. To punctuate the changes of the different treated contexts, the resource of the insert of photographic images was used and of graphs, with the purpose of illustration of the premises sustained in this study, to know: the analysis of this process, viable fields of application, involving the practice in itself of the animation, as well as a type of readiness of the hypermedia, as a progress modality in the spring of the animation, influencing on the process of the creation and, consequently, in the reception, through the interactivity. For sustentation, it was used several studies, involving theoretical of the animation, of the history of the movies and on the hypermedia. It was included, still, graphs and representations especially developed for this dissertation by the author. Among the obtained results, it was pointed proximities of the hypermedia with doing animation and possibilities for the animation in this transformation process, now with computerized support and several tools of softwares.

Keyword: Hypermedia, Animation, Animation techniques

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Animação Dinâmica de Corpos Elásticos

 

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 11/10/2011)

Autor(a): Rogerio Luis Walter Liesenfeld
Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Instituto de Computação
Orientador(a): Jorge Stolfi

Ano: 1997
País: Brasil.

Resumo

Esta dissertação descreve o projeto e a implementação de um sistema de animação para corpos elásticos. O movimento dos corpos é simulado através da integração numérica de um sistema de equações diferenciais, que obedece as leis da mecânica newtoniana. Nós empregamos a equação de Lagrange para formular essas equações em termos de funções escalares de energia, sobre coordenadas generalizadas. Cada corpo é modelado como uma região tridimensional de um meio material contínuo. A deformação de um fragmento do material dá origem a forças internas de elasticidade, que resistem à deformação: Calculamos estas forças através de uma função que mede a energia elástica acumulada no corpo, especialmente projetada para impedir compressões a volume zero. O atrito entre partículas vizinhas no interior do corpo, quando elas estão em movimento relativo, dá origem a forças internas de viscosidade. Estas forças são calculadas através de uma função que mede a potência dissipada pelas mesmas. Os corpos elásticos são aproximados por malhas irregulares de fragmentos tetraédricos colados entre si. Cada tetraedro possui massa constante e propriedades materiais uniformes, com deformações restritas a transformações afins de sua forma de repouso. Assim, as coordenadas cartesianas dos vértices dos tetraedros determinam completamente a forma e posição de cada corpo. Restrições genéricas, escritas como equações algébricas sobre as coordenadas dos vértices e o tempo, podem ser impostas ao movimento dos objetos. O sistema calcula automaticamente as forças de reação necessárias para manter essas restrições satisfeitas ao longo do tempo. Pode-se também impor certas condições sobre as coordenadas (como impenetrabilidade) que, em contraste com as restrições, não geram forças quando satisfeitas. Quando a evolução dinâmica do sistema alcança um estado onde uma das condições está para ser violada, a integração é temporariamente suspensa, até que as equações de movimento sejam ajustadas. Feito isto, a integração recomeça, com todas as condições satisfeitas. Descrevemos técnicas gerais para detetar a ocorrência de tais eventos, com ênfase na deteção eficiente de colisões. Quando uma colisão ocorre, uma mola temporária é fixada aos pontos de contato, aplicando uma força de separação que se opõe à interpenetração.

Palavras-chave: Animação por computador, Mecânica dos sólidos, Método dos elementos finitos, Elasticidade.

 

Abstract

This dissertation describes the design and implementation of an animation system for elastic bodies. The bodies' motion is simulated through the numerical integration of a differential equation system, according to the laws of Newtonian mechanics. We employ the Lagrange's equation to formulate these equations in terms of scalar energy functions, over generalized coordinates. Each body is modelled as a tridimensional region of a continuous material medium. The deformation of a fragment of the material gives rise to internal elasticity forces, which resist the deformation. We compute these forces from a function that measures the elastic energy stored in the body, specially devised to prevent compressions to volume zero. The friction between neighbouring particles in the body's interior, when they are in relative motion, gives rise to internal viscosity forces. These forces are computed from a function that measures the power dissipated by them. Elastic bodies are approximated by irregular lattices of tetrahedral fragments glued among themselves. Each tetrahedron possesses constant mass and uniform material properties, with deformations restricted to affine transformations of its rest shape. 80, the Cartesian coordinates of its vertices completely determine the shape and position of each body. Generic constraints, written as algebraic equations over the vertex coordinates and time, can be imposed to the motion of the objects. The system automatically computes the reaction forces needed to maintain these constraints satisfied over time. It's also possible to impose certain conditions over the coordinates (like impenetrability), which, unlike the constraints, don't generate forces when satisfied. When the dynamic system's evolution reaches a state where one of the conditions is to became violated, the integration is temporarilly suspended, until the equations of motion are fixed. This done, integration is resumed, with all the conditions satisfied. We describe general techniques to detect the occurence of such events, with emphasis on the efficient detection of collisions. When a collision happens, a spring is attached to the contact points, applying a separation force that opposes interpenetration

 

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Videopoemas: A tradução eletrônica da poesia visual

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 11/10/2011)

Autor(a): Luciana Beatriz Chagas

Instituição: Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Instituto de Artes
Programa: Curso de Mestrado em Multimeios.

Orientador(a): Julio Plaza

Ano: 1999
País: Brasil.

Resumo

Esta dissertação trata da tradução de poemas visuais dos meios materiais, como o papel e o livro, para a animação 3D por computador, acrescentando recursos expressivos possibilitados por esta ferramenta tecnológica. Para se chegar numa interpretação da construção eletrônica dos videopoemas, como são chamados, foi feita uma análise da visualidade e da materialidade na poesia brasileira de vanguarda e dos processos de criação que são próprios desse tipo de trabalho. É descrita então a operacionalidade dessa passagem do artesanal para o eletrônico, além das modificações sofridas nos códigos que compõem a imagem (vinculada à poesia) e seus significados.

Palavras-chave: Poesia visual, Poesia concreta, Animação por computador, Tradução e interpretação

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