Zwischenergebnisse - Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation
Technische Universität Hamburg-Harburg
The Parallel Computing Group
Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation
Studienarbeit im Studiengang Informatik-Ingenieurwesen
Pawel Kazakow
01.12.2006
Betreuer: Prof. Dr. Helmut Weberpals
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
Zwischenergebnisse 01.12.2006 - Dynamisches Hautmodell für Muskelbasierte Gesichtsanimation
1. Dynamisches Hautmodell
für Muskelbasierte Gesichtsanimation
Zwischenergebnisse 01.12.2006
www.muskelbasierte-gesichtsanimation.de
Präsentation: Pawel Kazakow
Betreuer: Prof. Helmut Weberpals
Technische Universität Hamburg-Harburg
2. Inhalt
Selbstüberschneidungen bei einem 3D-Offset-Polygon
Erkennung
Behebung
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
3. Selbstüberschneidungen
Zur Offsetberechnung wird eine direkte Methode verwendet.
Die Topologie des Polygons wird nicht verändert.
Sehr schnelle Berechnung
Selbstüberschneidungen
Entstehen bei einer direkten Offset-Methode
Können nicht verhindert werden
Müssen nachträglich entfernt werden
Herausforderungen bei Entfernung von Selbstüberschneidungen
Erkennung
Entfernung
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
4. Effektivität einer direkten Offset-Methode
Bereinigung der Selbstüberschneidungen ist die größte
Herausforderung bei einer direkten Offset-Methode
Die Effektivität einer direkten Offset-Methode wird an der
Effizienz der Bereinigung der Selbstüberschneidungen
gemessen
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
5. Arten von Selbstüberschneidungen
Globale
Entstehen durch zu große Offset-Entfernung
Ursprünglich gegenüberliegende Flächen überschneiden sich
Können manuell behoben werden, durch Anpassung der
Offset-Entfernung
Automatische Bereinigung nicht sinnvoll
Automatische Überprüfung der eingegebenen Offset-
Entfernung denkbar, bevor der Offset-Polygon berechnet
wird
Lokale
Entstehen, wenn der Offset-Polygon in die konkaven
Bereiche der Originaloberfläche wächst
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
6. Arten von Selbstüberschneidungen
Lokale
Entstehen, wenn der Offset-Polygon in die konkaven
Bereiche der Originaloberfläche wächst
Manuelle Bereinigung in der Praxis nicht möglich
Automatische Erkennung und Bereinigung nötig
Herausforderung
Erkennung
Behebung
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
7. Direkte Offset-Methode Wiederholung
Offset-Polygon wird durch Verschiebung der Punkte berechnet
Richtung: Vertexnormale
Entfernung: manuell eingegebener Offset-Wert
Verfahren
Punktpositionen werden in einem Array gespeichert
Zu jedem Punkt wird seine Vertexnormale multipliziert mit
dem Offset-Wert dazuaddiert
Anschließend werden die Punkte an das Polygon-Objekt
übergeben
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
8. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Ist es möglich Selbstüberschneidungen allein aus den neuen
Knotenpositionen zu erkennen?
Nein, da die Relationen der Punkte zueinander (Flächen und
Kanten) vollständig fehlen. Zusätzliche Betrachtung der
ursprünglichen Positionen ist deshalb auch keine Abhilfe.
Überschneidung bezieht sich auf Kanten und Flächen,
Punkte können sich nicht selbst überschneiden
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
9. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Vorder- und Rückseite einer Polygonfläche
Einzelne Polygonflächen haben eine Rück- und Vorderseite,
definiert durch das Vorzeichen der Flächennormale (sie zeigt
aus der Vorderseite)
Beschreibt ein Polygon einen Volumenkörper (z.B. einen
Kopf), zeigen die Flächennormalen i. d. R. nach außen, d. h.
die Vorderseiten der Polygone sind außen zu sehen
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
10. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Merkmale einer Selbstüberschneidung
Rückseiten einiger Polygonflächen sind außen sichtbar
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
11. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Merkmale einer Selbstüberschneidung
Entstehung geschlossener Bereche in einem Polygon,
Rückseiten geraten aber nicht nach außen
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
12. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Merkmale einer Selbstüberschneidung allgemein
Bestimmte Relation der Flächen zueinander ändert sich
gegenüber der Relation derselben Flächen im
Originalpolygon, sobald sie an einer lokalen
Selbstüberschneidung beteiligt sind
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
13. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Ansatz für die Erkennung allgemein
Für jede Fläche muss diese Relation zu allen anderen
Flächen im Offset-Polygon berechnet und mit den Relationen
im Originalpolygon verglichen werden
Bei n Flächen müssten dann n² Relationen im
Original- und Offset-Polygon berechnet und
zwischengespeichert werden
Um die Rechenzeit zu senken und Speicher zu sparen,
könnte eine feste Anzahl (manuell festgelegt) der
umliegenden Flächen überprüft werden (Überschneidungen
topologisch weit entfernter Flächen werden nicht erkannt)
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
14. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Herausforderungen
Eine mathematische Relation zu finden, an der sicher erkannt
werden kann, ob eine Überschneidung vorliegt
Eine sehr effiziente Implementierung für diese Relation zu
finden
Pawel Kazakow
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15. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Welche Eigenschaften ändern sich, wenn Punkte (und damit
Flächen) in die Offset-Richtung verschoben werden?
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
16. Behebung von Selbstüberschneidungen
Ansatz:
Zurückverschiebung der Punkte bis die Überschneidung
aufgelöst wird
Offset-Abstand wird lokal gesenkt
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
17. Behebung von Selbstüberschneidungen
Um den Offset-Polygon mit den Überschneidungen nicht zu
verändern werden die neuen Positionen in einem Array
gespeichert und später auf das Polygon angewendet
Es ist nicht ausgeschlossen, dass Flächen nach der
Verschiebung zusammenfallen. Dies wird vermutlich weder die
Optik noch die Dynamik stören (sehr kurze Federverbindungen
verhalten sich nicht anders als Verbindungen mit höherer
Länge)
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
18. Behebung von Selbstüberschneidungen
Liefert der Originalpolygon wertvolle Zusatzinformationen?
Bei der Verschiebung ändern sich die Vertexnormalen
Vertexnormalen berechnen sich aus dem Durchschnitt der
Normalen der Flächen, die den Punkt teilen
Bei der Offset-Verschiebung kann die Parallelität der Offset-
Flächen zu den Originalflächen nicht beibehalten werden
Folglich ändern sich bei der Verschiebung die
Vertexnormalen
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
19. Behebung von Selbstüberschneidungen
Liefert der Originalpolygon wertvolle Zusatzinformationen?
Ja, denn die optimale Richtung eines Punktes für die
Zurückverschiebung ist die Vertexnormale dieses Punktes im
Originalpolygon.
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
20. Behebung von Selbstüberschneidungen
Experiment: Zurückverschiebung entlang der Offset-
Vertexnormalen
Originalpolygon Offset-Entfernung: +5 Offset-Entfernung: -5
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006
21. Erkennung von Selbstüberschneidungen
Bobachtung: Fehler durch die Verschiebung in Richtung der Offset-
Vertexnormalen treten in den Bereichen der Selbstüberschneidungen auf
Offset-Entfernung: +5 -5 Offset-Entfernung: -4
Pawel Kazakow
Dynamisches Hautmodell - Zwischenergebnisse Dezember 2006