Personenmodell

Type: Semester thesis
Student: Valeria Hunkeler, Mirco Rossi
Advisor: Corinne Mattmann
Project: Backmanager

Die Aufgabe war es, ein gegebenes Rückenmodell möglichst realitätsnah zu animieren. Als Hilfsmittel erhielten wir vier eingescannte Modelle in verschiedenen Haltungen. Eines dieser Modelle benutzten wir als Grundlage für die Animation, die drei Anderen für die spätere Validierung.

Als Erstes muss man mit Hilfe des vorgegebenen Körpers ein 3D-Modell erstellen und animieren. Wir haben uns zuerst mit dem allgemeinen Vorgehen bei der Erstellung eines Modells beschäftigt. Man beginnt mit dem Aufbau des Skelettes. Darunter versteht man den Einbau von Knochen in einen gegebenen Körper. Nachdem man das Skelett erstellt hat, muss dieses noch an der Haut befestigt werden. Diesen Vorgang nennt man Skinning oder Binding. Hierbei wird jedem Knochen ein Teil der Oberfläche zugewiesen. Um den Körper bewegen zu können, kann man verschiedene Animationstechniken anwenden. Die einfachere Technik nennt sich Forward Kinematics. Bei dieser Technik wird jeder Knochen einzeln in die gewünschte Position gedreht. Die andere Animationstechnik nennt sich Inverse Kinematics. Dabei handelt es sich um eine Kette von Knochen. Der Vorteil dieser Technik ist, dass man durch das Bewegen eines einzelnen Drahtziehers IK-Handle die gesamte Kette positionieren kann.

Konkret haben wir uns vor allem mit den Applikationen Maya und 3d Studio Max auseinander gesetzt. Wir stellten im Laufe der Zeit fest, dass das 3dsMax am Besten für diesen Aufgabenbereich geeignet ist. Zum Einen erleichterte die flexible Implementation von Knochensystemen das Erstellen des Skelettes erheblich, denn mit 3dsMax ist es nicht nur möglich die Länge und Breite des Knochens zu verändern und Lamellen einzustellen, sondern man kann auch die Form des Knochens selbst bestimmen. Zum Anderen war das Animieren unseres Modells viel einfacher als mit Maya. Wir erstellten IKs für die Arme und den Rücken, mit denen sich der Körper einfach bewegen lässt. Zusätzlich gelang es uns eine Art Joystick (siehe Abbildung 1) für das Bewegen des Skelettes zu entwickeln: Eine Kugel, die die Rotationen der Wirbel steuert.

Um testen zu können wie realitätsnah unser animiertes Modell wirklich ist, positionierten wir mittels Maya bzw. 3dsMax die Standardhaltung so, dass sie den gegebenen Positionen möglichst genau entsprachen und verglichen sie anschliessend mit den eingescannten Haltungen. Dazu schrieben wir ein Programm mit VTK, welches zwei Objekte miteinander vergleichen und den Fehler dann mit einer Farbskala direkt auf der Oberfläche darstellen kann. Dieser Fehler beruht auf dem Abstand zwischen der Original- und Vergleichsfläche.

Die Resultate der Validierung sind in beiden Programmen sehr gut ausgefallen (siehe Abbildung 2 und 3). Bei allen Positionen beträgt der Fehler fast auf der ganzen Rückenoberfläche weniger als 1cm, wobei sich der maximale Fehler auf ungefähr 3cm beläuft. Da die Abweichung sehr gering ist, ist es möglich realitätsnahe Positionen mit unserem animierten Modell zu rekonstruieren.