Enriquecendo Animações em Quadros-chaves Espaciais com Movimento Capturado

Tese de Doutorado

Nome: Bernardo Fortunato Costa
Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Computação
Orientador: Claudio Esperança
Ano: 2018
País: Brasil

Resumo

Movimento capturado (mocap) produz animacões de personagens com grande realismo mas a um custo alto. A utilização de quadros-chave torna mais difícil um resultado com realismo mas torna mais fácil o controle da animacão. Neste trabalho, mostramos como combinar o uso de quadros-chaves espaciais – Spatial Keyframing (SK) Framework – de IGARASHI et al. [1] e técnicas de projeção multidimensional para reutilizar dados de movimento capturado de várias maneiras. Mostramos também como projeções multidimensionais podem ser utilizadas para visualização e análise de movimento. Propomos um método de compactação de dados de mocap utilizando a reconstrução de poses por meio do algoritmo de quadros-chaves espaciais. Também apresentamos uma técnica de otimização para as projeções multidimensionais que melhora a reconstrução do movimento e que pode ser aplicada em outros casos onde um algoritmo de retroprojecão esteja dado.

Abstract

While motion capture (mocap) achieves realistic character animation at great cost, keyframing is capable of producing less realistic but more controllable animations. In this work we show how to combine the Spatial Keyframing (SK) Framework of IGARASHI et al. [1] and multidimensional projection techniques to reuse mocap data in several ways. Additionally, we show that multidimensional projection also can be used for visualization and motion analysis. We also propose a method for mocap compaction with the help of SK’s pose reconstruction (backprojection) algorithm. Finally, we present a novel multidimensional projection optimization technique that significantly enhances SK-based reconstruction and can also be applied to other contexts where a backprojection algorithm is available.

Palavras-chave: Animação, Quadro-chave, Motion capture, Projeção multidimensional, Tese

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Animação Computacional da Chuva com Fluxo Superficial Simulado Via SPH

Dissertação de Mestrado

 

Nome: Bruno Barcellos de Souza Coutinho
Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Programa: Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Programa de Engenharia de Sistemas e Computação
Orientador: Antonio Alberto Fernandes de Oliveira
Ano: 2011
País: Brasil

Resumo

A animação da chuva é uma tarefa complexa onde são necessários esforços não só para tratar a dinâmica da água, mas também para se obter um "rendering" realístico. Efeitos secundários, como os respingos (splashes) das gotas, a formação de fluxo superficial e acúmulo são dificuldades conhecidas em computação gráfica. Nesse trabalho propomos um "framework" para a integração desses elementos em uma cena contendo um modelo digital de terreno (MDT). O aplicativo também oferece a possibilidade de inserção de chuva (sem fluxo superficial e respingos) em um vídeo real. A chuva é modelada através de um sistema de partículas, implementado em CUDA. Cada partícula representa uma gota e então a "Precomputed Radiance Transfer" (PRT), expressa em uma base de harmônicos esféricos, é utilizada para incorporar a luz do ambiente (environment lightning) na etapa de "rendering". Para a animação de fluxo superficial e acúmulo da água na superfície do MDT utilizamos o "Smoothed Particle Hydrodynamics" (SPH). O "rendering" da superfície livre do fluido é realizado aplicando "environment mapping", dosado pelo termo de Fresnel, sobre uma malha regular conhecida como "carpet", utilizada para extrair a superfície livre do fluido. Os resultados experimentais ressaltam o potencial do "framework" proposto para aplicações de computação gráfica e destaca que o modelo também pode ser utilizado para aplicações de tempo real.

Abstract

Realistic rain scenes animation is a complex task due to both the rendering and fluid dynamics simulation issues. The associated phenomena, like rain strokes rendering, splashing of raindrops and the simulation of the generated surface flow are known difficulties in this area. This paper describes a computational framework to incorporate these elements in a scene containing a digital terrain model (DTM). The proposed framework also allows the rain insertion (without surface flow and splashes) in a real video. In the rain model, the raindrops are modeled by a particle system implemented in GPU. Each particle represents a drop and the Precomputed Radiance Transfer (PRT), expressed in a spherical harmonics bases, is used to incorporate environment lightning to the rendering engine. The Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is employed for simulating the superficial flow over the terrain and lake formations. The rendering of the fluid free surface is performed by applying an environment mapping technque plus Fresnel effects to a regular geometric representation known as “carpet”. The experimental results show the potential of the proposed pipeline for computer graphics and highlight the fact that it is a promising framework for real time applications.

Palavras-chave: Animação da chuva, SPH, Sistemas de partículas, PRT, Modelo de terreno, Dissertação.

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Deformação de Formas 2D Baseada em Restrições Posicionais Intuitivas e Manipulação de Camadas

Dissertação de Mestrado

 

Nome: Tiago de Souza Mota
Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Programa: Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Programa de Engenharia de Sistemas e Computação
Orientador: Claudio Esperança e Antonio Alberto Fernandes de Oliveira
Ano: 2011
País: Brasil

Resumo

Este trabalho apresenta um método de interação com sistemas de deformação de objetos bidimensionais baseado na manipulação de restrições posicionais intuitivas e na criação e edição de camadas que representam partições específicas do objeto. As camadas são deformadas de forma independente, mas podem se relacionar por meio de regiões de interesse escolhidas pelo usuário. Através de ferramentas para deformação e edição das camadas, é possível realizar operações interessantes no objeto como alteração na ordem de exibição das partições, criação de deformações locais e aplicação de operações de edição de imagens. O método é mais recomendado para animação de personagens em forma de cartoons e é particularmente interessante para objetos que possuam algum tipo de sobreposição de regiões.

Abstract

This work presents a method of interaction with systems of two-dimensional objects deformation based on the intuitive manipulation of positional constraints and the creation and editing of layers that represent specific partitions of the object. The layers are deformed in a independent way, but they can be related through regions of interest chosen by the user. Using tools for editing and for deformation of layers, it’s possible to perform interesting operations on the object like changing the order of the partitions, creating local deformations and applying image editing operations. The method is best recommended for animation of characters in the form of cartoons and is particularly useful for objects that have some kind of overlapping regions.

Palavras-chave: Deformação de formas,Restrições posicionais, Animação 2D, Camadas, Dissertação.

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Algoritmo Para Reconhecimento de Características Faciais Baseado em Filtros de Correlação

Dissertação de Mestrado

 

Nome: Gabriel Matos Araujo
Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Programa: Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Programa de Engenharia Elétrica
Orientador: Eduardo Antônio Barros da Silva
Ano: 2010
País: Brasil

Resumo

A detecção de características faciais é um problema que tem sido muito investigado nos últimos anos. Atualmente existem algumas soluções, inclusive comerciais, para este tipo de problema. Isto se deve, principalmente, ao fato de que pontos de controle definidos na face (também conhecidos como landmarks ou pontos fiduciais) podem ser utilizados em etapas iniciais de muitos outros sistemas, como, por exemplo, sistemas de rastreamento, sistemas de segurança, de modelagem 3D, dentre outros. Neste trabalho propomos um nova metodologia para a detecção de pontos fiduciais em faces. A principal diferença entre o sistema proposto e os outros é a utilização do DPI (Detector por Produto Interno) na etapa de classificação. O DPI é uma nova classe de detectores baseados em filtros de correlação, cuja principal vantagem é a fácil incorporação da estatística do conjunto de treinamento no projeto do detector. O resultado é um sistema capaz de reconhecer pontos fiduciais com baixo custo computacional e com taxas de acerto competitivas, principalmente para os pontos situados na região dos olhos e do nariz.

Abstract

The detection of facial features is a problem that has been given a lot of attention in recent years. There are several solutions to this problem in use today. This is so because control points defined in the face (also known as landmarks or fiducial points) can be used in initial steps in many other systems, such as tracking systems, security systems, 3D modeling, among others. In this work we propose a new methodology for fiducial point detection on faces. Our main contribution is the use of the DPI (from portuguese Detector por Produto Interno) in the classification step. The DPI is a new class of detectors based on correlation filters, whose main advantage is the easy incorporation of the training set statistics in the design of the detector. The result is a system able to recognize fiducial points with low computational cost and competitive hit rates, especially for points around the eyes and nose.

Palavras-chave: Reconhecimento de padrões, Processamento de imagens, Visão computacional, Dissertação.

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"Morphing" Empregando Modelos de Difusão de Fumaça

Dissertação de Mestrado

 

Nome: Marcelo Caniato Renhe
Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Programa: Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Programa de Engenharia de Sistemas e Computação
Orientador: Antônio Alberto Fernandes de Oliveira e Claudio Esperança
Ano: 2010
País: Brasil

Resumo

Este trabalho apresenta uma técnica para implementação de "morphing" de objetos utilizando modelos matemáticos empregados na animação de fluidos, especificamente a fumaça. É utilizada uma abordagem euleriana para a representação computacional do fluido, discretizando e calculando as suas propriedades através de métodos bem estabelecidos de difusão e advecção. Partindo dos métodos de simulação propostos por Jos Stam em [1], apresentamos aqui uma variação do trabalho de Fattal e Lischinski [2], utilizando a transformada da distância para o cálculo da força de direcionamento do processo de "morphing".

Abstract

This work presents a technique for implementation of object morphing using mathematical models employed in fluid animation, specifically smoke. We use an Eulerian approach for the computational representation of the fluid, discretizing and calculating its properties through well established methods of difusion and advection. Starting from the simulation methods proposed by Jos Stam in [1], we present here a variation of the work by Fattal and Lischinski [2], using the distance transform for the calculation of the morphing driving force.

Palavras-chave: Animação física, Métodos baseados em grade, Dinâmica dos fluidos, Simulação de fumaça, Dissertação.

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