Animación esquelética

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 malla poligonal o paramétrica de la superficie del objeto, y un conjunto jerárquico de partes interconectadas (llamadas articulaciones o huesos, que en conjunto forman el esqueleto), una armadura virtual utilizada para animar (posicionar y crear fotogramas 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 puede usarse 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 o interconectado, sino que simplemente representa una descripción de nivel superior del movimiento de la parte de la malla 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; sobre todo a través de la cinemática inversa y otras técnicas "orientadas a objetivos".

Como se describe en un artículo instructivo de Josh Petty: ^{[ 3 ]}

El rigging consiste en hacer que nuestros personajes puedan moverse. El proceso de rigging consiste en tomar esa escultura digital y comenzar a construir el esqueleto, los músculos, y unir la piel al personaje. También creamos un conjunto de controles de animación que nuestros animadores utilizan para empujar y tirar del cuerpo.

Esta técnica construye una serie de huesos (que no necesariamente corresponden a ninguna característica anatómica del mundo real), a veces también denominados rigging en el sentido sustantivo. Cada hueso tiene una transformación tridimensional a partir de la pose de enlace predeterminada (que incluye su posición, escala y orientación), y un hueso padre opcional. Por lo tanto, los huesos forman una jerarquía . La transformación completa de un nodo hijo es el producto de la transformación de su padre y su propia transformación. Así, mover un 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 rig generalmente se compone de partes de cinemática directa e inversa que pueden interactuar entre sí. La animación esquelética se refiere a la parte de cinemática directa del rig, donde un conjunto completo de configuraciones de huesos identifica una pose única.

Cada hueso del esqueleto se asocia con una parte de la representación visual del personaje (la malla ) en un proceso llamado skinning. En el caso más común de un personaje de malla poligonal , el hueso se asocia con un grupo de vértices ; por ejemplo, en un modelo de un ser humano, el hueso del muslo se asociaría con los vértices que componen los polígonos del muslo del modelo. Las partes de la piel del personaje normalmente se pueden asociar con varios huesos, cada uno con un factor de escala llamado peso de vértice o peso de mezcla . 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 de mezcla para cada hueso. Para calcular la posición final del vértice, se crea una matriz de transformación para cada hueso que, al aplicarse al vértice, primero lo coloca en el espacio del hueso y luego lo devuelve al espacio de la malla. Después de aplicar una matriz al vértice, este se escala según su peso correspondiente. Este algoritmo se denomina skinning de paleta de matriz o skinning de mezcla lineal ^{[ 4 ]} porque el conjunto de transformaciones de los huesos (almacenadas como matrices de transformación ) forma una paleta entre la que el vértice de skinning puede elegir.

La animación esquelética es el método estándar para animar personajes u objetos mecánicos durante un período prolongado. Es comúnmente utilizada por artistas de videojuegos y en la industria cinematográfica , y también puede aplicarse a objetos mecánicos y cualquier otro objeto compuesto por elementos y articulaciones rígidas.

La captura de movimiento (o captura de interpretación ) puede acelerar el proceso de animación esquelética, además de aumentar el nivel de realismo.

Los esqueletos pueden ser controlados por la física de muñeco de trapo , que calcula automáticamente la física del movimiento y la resistencia con marcos esqueléticos. Se pueden añadir propiedades anatómicas virtuales, como el peso de las extremidades, la reacción muscular, la resistencia ósea y las restricciones articulares, para lograr efectos realistas de rebote, pandeo, fractura y caída.

Algunos paquetes de software populares con los que se pueden crear plataformas de animación incluyen Blender , Autodesk Maya , SideFX Houdini , Autodesk 3ds Max , Maxon Cinema 4D , Unreal Engine y muchos otros.

• Gráficos por computadora en 3D
• Animación de transformación de objetivo
• Simulación interactiva basada en esqueletos
• Animación recortada