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La animación esquelética o rigging es una técnica de animación por computadora en la que un personaje (u otro objeto articulado) se representa en dos partes: una representación de superficie utilizada para dibujar el personaje (llamada malla o piel ) y un conjunto jerárquico de partes interconectadas (llamada huesos , y formando colectivamente el esqueleto o plataforma ), una armadura virtual utilizada para animar ( pose y fotograma clave ) la malla. [1] Si bien esta técnica se usa a menudo para animar humanos y otras figuras orgánicas, solo sirve para hacer que el proceso de animación sea más intuitivo, y la misma técnica se puede usar para controlar la deformación de cualquier objeto, como una puerta, una cuchara. , un edificio o una galaxia. Cuando el objeto animado es más general que, por ejemplo, un personaje humanoide, el conjunto de "huesos" puede no ser jerárquico ni estar interconectado, sino que simplemente representa una descripción de nivel superior del movimiento de la parte de la malla sobre la que está influyendo.
La técnica fue introducida en 1988 por Nadia Magnenat Thalmann , Richard Laperrière y Daniel Thalmann . [2] Esta técnica se utiliza en prácticamente todos los sistemas de animación donde las interfaces de usuario simplificadas permiten a los animadores controlar algoritmos a menudo complejos y una gran cantidad de geometría; más notablemente a través de la cinemática inversa y otras técnicas "orientadas a objetivos". En principio, sin embargo, la intención de la técnica nunca es imitar la anatomía o los procesos físicos reales, sino sólo controlar la deformación de los datos de la malla.
Como se describe en un artículo instructivo de Josh Petty: [3]
Rigging es hacer que nuestros personajes puedan moverse. El proceso de montaje consiste en tomar esa escultura digital y comenzar a construir el esqueleto, los músculos, unir la piel al personaje y también crear un conjunto de controles de animación, que nuestros animadores usan para empujar y tirar del cuerpo. alrededor.
Esta técnica construye una serie de huesos (que no necesariamente corresponden a ninguna característica anatómica del mundo real), a veces también denominada aparejo en el sentido sustantivo. Cada hueso tiene una transformación tridimensional de la postura de unión predeterminada (que incluye su posición, escala y orientación) y un hueso principal opcional. Por tanto, los huesos forman una jerarquía . La transformación completa de un nodo hijo es el producto de su transformación principal y su propia transformación. Entonces, mover el fémur también moverá la parte inferior de la pierna. A medida que el personaje se anima, los huesos cambian su transformación con el tiempo, bajo la influencia de algún controlador de animación. Un equipo generalmente se compone de partes de cinemática directa y cinemática inversa que pueden interactuar entre sí. La animación esquelética se refiere a la parte cinemática delantera de la plataforma, donde un conjunto completo de configuraciones óseas identifica una pose única.
Cada hueso del esqueleto está asociado con alguna porción de la representación visual del personaje (la malla ) en un proceso llamado desollado . En el caso más común de un carácter de malla poligonal , el hueso está asociado a un grupo de vértices ; por ejemplo, en un modelo de ser humano, el hueso del muslo estaría asociado con los vértices que forman los polígonos del muslo del modelo. Porciones de la piel del personaje normalmente se pueden asociar con múltiples huesos, cada uno de los cuales tiene factores de escala llamados pesos de vértice o pesos de combinación . Por lo tanto, el movimiento de la piel cerca de las articulaciones de dos huesos puede verse influenciado por ambos huesos. En la mayoría de los motores gráficos de última generación, el proceso de skinning se realiza en la GPU mediante un programa de sombreado .
Para una malla poligonal, cada vértice puede tener un peso combinado para cada hueso. Para calcular la posición final del vértice, se crea una matriz de transformación para cada hueso que, cuando se aplica al vértice, primero coloca el vértice en el espacio óseo y luego lo vuelve a colocar en el espacio de malla. Después de aplicar una matriz al vértice, se escala según su peso correspondiente. Este algoritmo se llama diseño de paleta de matriz o diseño de mezcla lineal , [4] porque el conjunto de transformaciones óseas (almacenadas como matrices de transformación ) forman una paleta para que el vértice de la piel elija.
La animación esquelética es la forma estándar de animar personajes u objetos mecánicos durante un período de tiempo prolongado (normalmente más de 100 fotogramas). Es comúnmente utilizado por artistas de videojuegos y en la industria del cine , pudiendo aplicarse también a objetos mecánicos y cualquier otro objeto formado por elementos rígidos y uniones.
La captura de rendimiento (o captura de movimiento ) puede acelerar el tiempo de desarrollo de la animación esquelética, además de aumentar el nivel de realismo.
Para movimientos que son demasiado peligrosos para capturar el rendimiento, existen simulaciones por computadora que calculan automáticamente la física del movimiento y la resistencia con estructuras esqueléticas. Se pueden agregar propiedades de anatomía virtual, como el peso de las extremidades, la reacción muscular, la fuerza de los huesos y las limitaciones de las articulaciones, para obtener efectos realistas de rebote, pandeo, fractura y caída conocidos como acrobacias virtuales . Sin embargo, existen otras aplicaciones de las simulaciones de anatomía virtual, como las militares [5] y la respuesta a emergencias . Se pueden utilizar soldados virtuales, rescatistas, pacientes, pasajeros y peatones para capacitación, ingeniería virtual y pruebas virtuales de equipos. La tecnología de anatomía virtual se puede combinar con inteligencia artificial para mejorar aún más la tecnología de animación y simulación.