دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
در این مقاله مزایا و معایب کینماتیک و دینامیک در کنترل حرکت برای متحرک سازی کاراکترهای سه بعدی بحث می کنیم در این مقاله یک سیستم کنترل حرکت براساس دینامیک ارائه میدهیم .
برنامه های چنین سیستمی بخصوص در محیط راه رفتن و چنگ انداختن می‌باشند . این نشان می دهد که شبیه سازی نوشتن یک نامه یک پروسه مناسب دینامیک است برای اینمیشن دست آمدت علم حرکت وکینماتیک قابل اطمینان تر است شکل تغییر فرم سطح نیز بصورت کامل مورد توجه قرار گرفته است .
لغات کلیدی : کینماتیک یا علم حرکت ، دینامیک کاراکترهای سه بعدی راه رفتن و نوشتن بدست آوردن و چنگ زدن .
معرفی :
در این مقاله ما مشکل مهم حالت گرفتن بازوها و حرکت دادن در انیمیشن انسان را مورد بررسی قرار می دهیم : چه زاویه ای برای شانه ها داشته باشد . آرنج و مچ لازم است در حالیکه دست باید به یک موقعیت خاصی ودر
نقطه ای از فضا حرکت کند ؟
چگونه بازو را بصورت واقعی برای مثلا نوشتن یک نامه متحرک سازی کنیم؟
این اساسا یک مشکل کنترل حرکت است . برای حل این مشکل راههای مختلفی توضیح داده شده و کلاسه بندی شده اند .
در قدم اول تست و پویو در سال 1988 مدلها را در مدلهای کنیماتیک دینامیک کلاسه بندی کردند مدلهای کینماتیک حرکت را از موقعیت ها ایجاد می کردند وهمچنین از روی سرعت و شتاب مدلهای دینامیک حرکت را با یکسری فشارها و چرخشها توصیف می کردند که از اطلاعات کینماتیک بدست
می‌آمد.
سیستمها همچنین می توانند براساس خصوصیات حرکت هایی که اجازه دادند کلاسه بندی شوند . برای مثال ژلتور ( 1985) سیستمهای انیمیشن را با راهنمایی و مرحله متحرک ساز یاسیستم مرحله اجرا کلاسه بندی کرد .
راهنمایی : در این سیستمها متحرک ساز بصورت کامل جزئیات حرکت را تعریف می کند .
در این جا هیچ نوع تعریف کار بردی برا ی هماهنگی با حرکت یا هماهنگی نیست . سیستمهای راهنمایی شامل ضبط حرکت ، الحلق شکل ، سیستمهای
تغییر شکل کلیدی و سیستمهای براساس ثبت می باشند .
مرحله متحرک ساز :
این سیستمها بصورتی تعریف شده اند که به متحرک ساز اجازه ایجاد حرکت الگوریتمی را می دهند .
مرحله کاری : این سیستمها باید برای اجرای برنامه های موتور برای کنترل کاراکترها زمانبندی شوند .
کینماتیک ( علم حرکت ):
مشکل کینماتیک های مستقیم شامل پیدا کردن موقعیت و چرخش یک کار دستی با توجه به منبع ثابت شده سیستم هماهنگ مانند یک عملگر زمانی بدون توجه به فشارها ویا لحظه های ایجاد حرکت می باشد . یک کینماتیک نوعی یک انیمیشن پارامتر یک است که شامل مشخهصه هایی برای بعضی موقعیتهای کلیدی زاویه های مختلف برای اتصال های کاراکتر اسکلتی دارد .
یک اسکلت بصورت مجموعه قطعات بهم متصل شده تعریف می شود که برابر با اعضا بدن و مفاصل می باشد مفصل تقاطع دو قطعه است یعنی یک نقطه ای اسکلتی است هایی که بازویی که متصل است به آن نقطه حرکت می کند زاویه بین دو قطعه زاویه مفصل نامیده می شود .
یک مفصل حداکثر سه مدل زاویه می گیرد . انحناء چرخش محوری و حرکت پیچش حرکت انحناء یک چرخش دست است که با مفصل تاثیر می گردد و روی حرکت تمام بازوهای متصل به این مفصل تاثیر می گذارد این حرکت انحناء با نقطه اتصال مفصل و محور انحناء که تعریف شده است رابطه دارد .
چرخش محوری یک گردش از محور انحناء هول بازو ایجاد می کند که با مفصل تاثیر می گیرد .
پیچ خوردگی یک پیچش روی بازها ایجاد می کند که با مفصل تاثیر می گیرد حرکت محور پیچش شباهت به حرکت چرخش محوری دارد .
این یک ضرورت است که ما نقاط ثابت داشته باشیم برای مثال برای ساخت یک کاراکتر نشسته یک نقطه ثابت باید برای پاها تعریف شود تا از بالا رفتن کل پا ( لنگ ) جلوگیری کند .
برای راه رفتن نقطه ثابت باید از یک پایه های دیگر تغییر کند در یک سکانس انیمیشن نقطه ثابت ممکن است تغییر کند .
هر موقعیت کلیدی شامل موقعیت باز دیگر در یک بازه زمانی است بنابراین
یک سکانس انیمیشن از یک سری موقعیتهای کلیدی تشکیل می شود حرکت اسکلت توسط درج مقدار زاویه هر مفصل که برای اسکلت تعریف شده است محاسبه می شود که این کار توسط نوارهای باریک انجام می شود .
تغییر نوارهای منحنی با تغییر پارامترهای منحنی ممکن است در کل برای ساخت یک سکانس انیمیشن لازم است که :
1- تصمیم گیری در مورد حرکت بازیگر بنابه داستان سکانس
2- تعریف زاویه های مفصلی برای زمانهای مشخص شده
3- تعیین پارامترهای نواری برای الحاق
شکل کینماتیک معکوس شامل تعیین مفصلهای متغییر که موقعیت و جهت آخر کنترل کننده را با توجه به سیستم متعادل مرجع می گیرد . این مشکل کلیدی است چون متغیرهای مستقل در یک ربات ویک بازیگر مصنوعی متغیرهای مفصلی هستند .
متاسفانه تغییر شکل موقعیت از کار تیشن تا مفصل مربوط عموما یک راه حل بسته ندارد .
بهرحال یکسری ترتیب های خاص محورهای مفصلی که برای راه حلهای بسته موجود است وجود دارد .
برای مثال کنترلرها 6 مفصل دارند . چایی که سه مفصل نزدیکتر به آخرین تاثیر گذار همه پیچیده هستند ومحورهای آنها حول یک نقطه یعنی مچ است همانطور که توسط فیتر استون توضیح داده شد ، مشکل مشکل می تواند به دو مشکل شکسته شود :
1- پیدا کردن مقدار اولین سه متغیرهای مفصل برای تعیین درست موقعیت مچ
2- پیدا کردن مقدار زاویه های مفصل مچ که تاثیر گذار نهایی را بصورت صحیح بچرخاند و چرخش محاسبه شده مچ را از شماره 1 بگیرد .
برای ایجاد یک بازیگر نشسته روی صندلی ، بعنوان مثال لازم است که اتصالات پا مشخص شود وهمچنین اتصالات روی دست و استخوانها .
یک سیستم که اجازه تعیین فقط که محدود در یک بازه زمانی را دارد یک روش مناسب برای حل این مشکل نیست . با دلر راتال ( 1987) یک الگوریتم معرفی کرد برای حل توقفهای مختلف که در کینماتیک استفاده می شدند در سیستم آنها کار بر باید همیشه اجرای هر وقفه د ریک مورد رخدادرا که همه آنها نمی توانند مشابه هم باشند را تعیین کند .
فورس و ویلهلم ( 1988) در سیستم خود بر پایه دینامیک یک وقفه یک بازو را حل کردند با اتصال آن با یک قطعه سود و که یک درجه بالایی داشت .
هدف چرخش دست یا پا هم باید توسط کاربر تعیین شود این می تواند توسط توجه به بازوها تعریف شود یا توجه به بازیگر ویا جهان برای مثال برای اطمینان از اینکه پاها کاملا روی زمین هستند کاربر مقصد پاها را روی زمین تعریف می کند هر چیزی موقعیت ومقصد استخوانها هم می تواند باشد . محدودیت فیزیکی اتصالات این است که دراین سیستم باید در یک اسم کاربری تعریف شود .
تاثیرات این سیستم می تواند توسط ابزارهای ورودی با درجه های قابل تنظیم حل شود .
یک الگوریتم ساده که می توانست مشکل اجبار موقعیتی را بر طرف کند در سیستم کارخانه انسانی تبین وحل شد .
متحرک ساز می تواند وقفه ها را در دستها نشان بدهد وهمچنین در اول ومرحله پاها و لگن موقعیت و جهت دست یا پا می تواند در سیستم هم آهنگ محلی تعیین شوند که به بازوها متصل است یا در سیستم بازیگر یاسیستم جهانی .
یک وقفه می تواند یک موقعیت جهت ثابت باشد یا یک گذرگاه شش بعدی .
ابزارهایی برای ساخت وقفه ها مانند کارکردهای محیطی بازیگر و پوشش او موجود می باشند برای حل وقفه ها سیستم با استفاده از موقعیت وجهت لگن و زاویه های بدن برای پیدا کردن دقیق آرنجها و مفصلهای ران استفاده می کند سپس زاویه های مورد کند که یک موقعیت راحت برای آرنج بستگی به جهت دست دارد .
یک راه شامل کوچک کردن زاویه متغیر زاویه بین بازو و دست است همچنین می توان این امکان را داشت که کاربر با دادن پارامترهای باز شونده راه حل را انتخاب کند .
موقعیت جهت باز شونده و قفه اجازه انتخاب یک راه حل انحصاری از هفت درجه آزاد بازوها را می دهد . موقعیتهای دیگر مانند برخورد دستها با یک شی می تواند یک نقش را در انتخاب راه حل ایفا کند .
تکنیک فرم بندی کلیدها و وقفه های موقعیتی می تواند بعنوان یک دستور سطح پایین یک سیستم انیمیشن در نظر گرفته شود . دستورات سطح بالاتر می توانند کلیدهای فرم ایجاد کنند وهمچنین وقفه ها را به هم متصل کنند متحرک ساز باید به سطوح مختلف دسترسی داشته باشد تا بتواند یک میزان سازی مناسب از حرکت بازیگر بسازد .
کنترل حرکت تطبیقی یک بازیگر یعنی محیط روی حرکت بازیگر وعکس آن تاثیر می گذارد . اطلاعات در مورد محیط و بازیگر باید درطول مدت پروسه کنترل در دسترس باشد تکنیکهای سنتی انیمیشن مثل روتو سکوپی یا فرم بندی کلیدها نمی تواند بعنوان یک تکنیک کنترل تطبیقی در نظر گرفته شود زیرا متحرک ساز باید بطور جداگانه ودستی رابطه بین محیط و هنر پیشه را کنترل کند .
منظور از کنترل حرکت تطبیقی این است که میزان اطلاعات ورودی توسط متحرک ساز به کامپیوتر را بالا ببریم این امر با استفاده از اطلاعات موجود امکان پذیر است که این اطلاعات در مورد صحنه وهنر پیشه می باشند این سیستم باید همچنین دارای یک نمایش هندسی اشیاء برای طراحی اتوماتیک وظایف و جلوگیری از تداخل باشد .
جارد ( جارد ومکی جوسکی 1985) یک مثال خوب از این مدل کنترل که روی حرکت انسانها و حیوانات روی یک زمین صاف می باشد را ارائه داد . در سطح پایین انیمیشن روی یک سکانس کلید موقعیتهای یک دست اجرا می شود که زاویه مسیرها یا موقعیتهای کارتسین را معرفی می کند این مسیرها توسط وقفه های راینامیک یا کینماتیک توسط بهینه ساز معیارها و ضوابط محاسبه می شوند .
دینامیک :
برای رسیدگی به اجبارهای داخلی و خارجی نقش روی هنر پیشه ، سیستم باید از یک مدل براساس دینامیک استفاده کند تکنیکهای براساس دینامیک در انیمیشن کامپیوتری مورد استفاده قرار گرفته اند اما فقط برای بدنهای مفصلی خشک وغیر قابل انعطاف با اتصالات بسیار کم و بدنهای هندسی و بدون تغییر شکل مورد استفاده بوده اند .
استفاده دینامیک در یک سیستم انیمیشن بدنهای مفصلی مثل بدن انسان یکسری معایب در بر دارد .
اول متحرک ساز در مورد اجبارها و محدودیتها ونیروهای گشتاور اعمال شده روی دست ویا بدن برای اجرای حرکت فکر نمی کند . طراحی یک محیط کاری برای کاربر و یک ضرورت واصل است .
مشکل دیگر دینامیک ، زمان مورد نیاز برای سی پی یو CPU برای حل برابریهای حرکت یک بدن مفصلی پیچیده با استفاده از مترهای شماره ای و رقمی می باشد . این مشکل آشکارا توان ارتباط سیستم با کاربر را کاهش می دهد . فقط مکانهای بسیار کوتاه درست می شوند بخاطر نبود یک معیار کامل برای حرکتهای پیچیده ونیاز زمان CPU برای مترهای مشخص می باشد .
سه فاکتور اصلی ها را به طرف معرفی دینامیک در کنترل انیمیشن راهنمایی می کنند .
- دینامیک انیمیشن را برای توضیح حرکت تحریک شده با ابزار فیزیکی اشیاء جامد آزاد گذاشته است .
- واقعیت پدیده طبیعی بسیار ساده تر رندر وارائه می شود هر متحرک ساز می تواند حرکت سه بعدی دو آونگ را پیش بینی کند .
- بدنها می توانند عکس العمل اتوماتیک به وقفه های محیطی داخلی و خارجی داشته باشند که شامل میدان ها ، برخورد ها اجبارها ونیروهای گشتاور می باشد .
برای اعمال آنالیز دینامیک ، هر اتصال ولینک یک سیستم مکانیکی چند بدنی دارای شکل جرم ونقطه مرکز ثقل و ماتریس جبری می باشد در هر اتصال بین دو لینک ، یک لینک به طرف دیگری حرکت می کند . بین یک تا شش درجه آزاد ارتباطی رفتارهای دینامیک می توانند با هر DOF پیوند داشته باشند :
جهشها ویا تعدیل کننده ها که اجبارها و نیروهای گشتاوری داخلی را اعمال می کنند درداخل این اتصالات محرک ها که یک بدن را همراه DOF مشابه حرکت می دهند اتصالات همچنین دارای محدودیتهایی هستند که DOF ها را درون بعضی نقاط نگه می دارند این رفتارها و محدودیتها که عمل و یا عکس العمل به حرکت لینکها دارند . بعنوان کارهایی که روی سیستم اعمال می شوند معرفی وتوضیح داده می شوند .
برای متحرک سازی چنین سیستمهای چندبدنی راه حلهای بسیاری در ادبیات مربوطه ارائه شده اند که هر یک برای انیمیشن با زمان واقعی رشته های بازمناسب هستند یا برای شبیه سازی بیشتر دینامیک عمومی‌هایی که ایفاء نقش کینماتیک های زنجیری هنوز تمام نشده است .
نزدیک شدن مکانیکی ما مشکل زنجیرهای بازو بسته را بصورت مجزا
درمان می کند واین برپایه اصل کارهای مجازی می باشد . این می تواند بصورت زیر توضیح داده شود .
پارامترهای را گرانژ یک سیستم چند بدنی می باشد این سیستم به موارد زیر پیشنهاد می شود :
- وقفه های هولونومیک
- وقفه های نمیرهولونومیک
- که بصورت :
- جایی که
وجایی که نماد فشرده انیمیشن استفاده می شود :
در این معادله ها ، مجموعه موقعیتها و پارامترهای چرخشی هر شی ء به q اختصاص داده شده است وقفه های هولونومیک اتصال بین دو شی را ارائه می دهند . وقفه های غیر هولونومیکی می تواند برای مثال یک چرخ را که بدون سر خوردن روی زمین می چرخد را ارائه می دهد .
اصل کارمجازی را می توان بصورت زیر نوشت :
Qi+Li+Ji=Q,I=1,..,n
:Qi افکت تعمیم داده شده به qi
:Li افکت تعمیم داده شده چسبیده به qi
:Yi افکت تعمیم داده شده جبری به qi
Qi می تواند به سادگی از نیروی گشتاور دریافت شده محاسبه شود وهمچنین از روی فشارها و جهش ها وتعدیل کننده ها و جاذبه ونیروی پرتاب .
Li می تواند از دو روش محاسبه شود : اول با استفاده از ضریبهای لاگرانژ مانند :
این تکنیک به پارامترهای جدید وافزایش شماره برابریهای حرکت را با اضافه کردن برابریهای Fk( q+t)=0 و برابریهای
gi(q,q,t) =0 به اولین n اشاره می کند راه دوم استفاده از طرح جریمه و تاوان دست هایی که Li بصورت زیر تعریف می شود :
جایی که هیچ برابری اضافه ای نیاز نیست . بهر حال این تکنیک اجازه استفاده افزایش و قفه های برابری را می دهد .
سیستم ها با راه حل دوم کار می کند که با ضریبهای لاگرانژ معادل است زمانی که از فرمول لاگرانژ مقدار yi بصورت زیر محاسبه می‌شود :
جایی که Cرژی کینتیک ( S) واز موقعیت و پارامترهای چرخشی هوشی واز ماتریس جبری که بصورت اتوماتیک ارزیابی می شود محاسبه می شود .
این محاسبات در یک روش سمبولیک اجرا می شوند . انتخاب توضیحات سمبولیک برای ذخیره مقدار زیادی محاسبه حسابی مانند مرحله قبل از پردازش انجام می شود .
مرحله بعدی در پروسه انیمیشن حل مشکل شماره ای وعددی برای هر فرم از مجموعه برابریهای می باشد .
برای انجام آن مایک الگوریتم ساده نیوتون – رافسون را با ماتریس یعقوبی ( جاکوبی ) برای محاسبه سمبولیکی استفاده می کنیم .
برای انیمیشن کنترل حرکت با حرکت روی فشار ، گرانش جهش تعدیل کننده و پارامترهای پرتاب اجرا می شود بعضی مقدار های ثابت یا مسیرهای پیچیده می توانند به این پارامترها برای ساخت افکتهای داده شده اختصاص یابند .
در اینجا به حل کردن مشکل برابری حرکت زمانی که فشارها وارد می شوند دینامیک بعدی می گوییم .
اشکال این تکنیک شامل موارد زیر است :
اگر برای یک سیستم مکانیکی مانند یک ماشین ، انتخاب پارامترهای جهش و تعدیل کننده ساده وراحت باشد ، بسیار مشکل خواهد بود که آنها باشبیه ساز تعدیل کننده فشار و گشتاور تولید شده توسط ماهیچه ها وفشارها و کشش های یک فیگور متحرک سازی شده تطبیق پیدا کنند .
- با دینامیک پیشرو رفتار کینماتیکی لینکها یک مرحله عقب تراست متحرک ساز باید به پارامترهای مختلفی پله به پله دسترسی پیدا کند و آنهارا تنظیم کند بعد از هر بار تنظیم فرمهای جدید تاوقتی که او به یک حرکت مناسب دست پیدا کند .
- فرض کنید ما می خواهیم یک بازو را که DOF آن مربوط به شانه ها و آرنجها و مچ باجهش ها و تعدیل کننده ها و پرتابها متحرک سازی کنیم . با استفاده از دینامیک پیشرو با اعمال فشارهای محرک و گشتاورهای محرک روی DOF مفصلی و فشارهای کینماتیک انواع رفتارها می توانند ایجاد شوند :
بالا بردن یک وزنه ، گرفتن و پرتاب کردن یک توپ ( ایزاک و کوهن 1987) و .. حال برای مثال اگر ما بخواهیم نوشتن یک نامه را شبیه سازی کنیم ، مسیر دست را می توان به عنوان یک اضطرار کینماتیکی معرفی کرد . اما چگونه مامی توانیم رفتار دینامیکی کل بازو و حرکت واقعی آن را کنترل کنیم ؟ وقتی مامی نویسیم این مسیر دست نیست که حرکت بازوها را کنترل می کند بلکه ماهیچه های بازو هستند که دست را حرکت می دهند .
برا ی حل این مشکلات راههای مختلفی را می توان بررسی کرد . اولین راه استفاده از دینامیک معکوس است که حرکت اختصاص یافته فشار و گشتاور را تولید می کند . سرعت دهنده های DOF می توانند از تکنیکهای سنتی وهمچنین از تکنیک فرم بندی کلیدها یا سیستم فرم معکوس استفاده کنند .
آنالیز تصویر نیز یک راه مناسب برای گرفتن اطلاعات حرکت درمورد یک سیستم واقعی پهنه بدنی است .
با دینامیک معکوس ما می توانیم یک کاتالوگ توابع رفتاری ایجاد کنیم وهمچنین کلاسهای سیستم چند بدنی را که قابل تولید مجدد با بعضی متغیرهای باشد نه با دنیامیک پیشرو .
دومین راه شامل بعضی معیارهای تجزیه و تحلیل دینامیک پیشرو برای کوچک کردن یا بزرگ کردن است .
سومین راه حل اعمال تئوری کنترل اتوماتیک است .
1- شبیه سازی حرکت با دنیامیک :
یک شبیه سازی برای قسمت توانایی دینامیکی سیستم خود انجام داده اند مثال شامل یک بازو و دست که دستش را از یک موقعیت استراحت برای رسیدن به یک نقطه حرکت می دهد و سپس یک دایره روی یک صفحه حول آن نقطه می کشد .
بازو شامل چهار اتصال زنجیری است چنبر ، بازوی بالایی ، بازوی پایینی ، دست هر اتصال به عنوان یک سیلندر مدل سازی شده است که این کار برای ساده کردن محاسبات مکانیکی آن است یک مدل اتصال که برای ساخت بازو استفاده می شود توپ و حفره است .
برای رندر عملهای ماهیچه مابرای تمام DOF ها یک جهش ، تعدیل کننده
و گشتاور اضافه می کنیم .
برای مدل مکانیکی واقعی ما می توانیم از جهش ها و پرشهای چسبناک غیر خطی استفاده کنیم که برای ارائه مشخصه های ماهیچه است ( زمستان 1979)
پرتابها برای اطمینان از خوابیدنهای حرکت در تواناییهای انسانی اضافه می شوند .
شکل 1 ساختار مکانیکی بازو را توضیح می دهد .
اجازه بدهید مراحل مختلف حرکت بازو را توضیح دهیم ابتدا از یک موقعیت آغازین ، دست به یک نقطه روی تخته سیاه می رسد . سپس از این نقطه دست یک دایره روی سطح تخته سیاه مطابق شکل بالا می کشد .
همانطور که در بخش قبلی اشاره شد ، پیدا کردن تفاوت تعدیل کننده ها برای اعمال روی هر DOF بازو برای اطمینان از اینکه دست خط سیر درست را طی کند بسیار مشکل است .
پس مشکل معکوس حل شد : ما می دانیم با تمام نقاط روی مسیر مرجع و بدون اعمال هیچ جهشی دست باید خط سیر را درست طی کند .
اولین راه حل ایجاد یک اتصال جدید بین یک نقطه روی دست وخط سیر است .
اجازه بدهیدXn یکقطه روی دست و Xiنقطه روی مسیر خط سیر باشد داریم
Ft=Xn-Xi
برای حل معادله حرکت با توجه به این قید ما یک برنامه جریمه که از قبل توضیح داده شده را اجرا می کنیم این متد ممکن است حرکت با نوسازی ناخواسته ایجاد کند چون این اتصال به عنوان یک جهش بین دست و خط سیر محاسبه می شود .
ما به این راه حل استاتیک می گوییم چون در یک لحظه مرحلهXiعیین می شود وقیدFiنیز همچنین .
دومین راه حل شامل اعمال تئوری کنترل اتوماتیک که در روبوتیک استفاده می شود می باشد دیگر خط سیر جداگانه ای لازم نیست ما فقط قید را به صورت زیر تعیین می کنیم .
F= Xh-Xy
جایی که Xyهدف را ارائه می دهد .
نگاه جامع کنترلی به متحرک مصنوعی
این مقاله طرح سیستمی جهانی را برای انیمیشن عملکرد مصنوعی مهیا میکند. ما وجوهی را بررسی می کنیم که می بایست بخشی از یک سیستم انیمیشن ایده ال باشد : خلاقیت عملکرد کلید گذاری قیود مکانی کنترل حرکت ، قابل تنظیم ، برنامه ریزی خط سیر وبرنامه ریزی وظیفه ، نموداری کامل از اجزاء چنین سیستمی به همراه ارتباط بین این اجزاء فراهم شده است .
کلمات کلیدی : عملکرد مصنوعی ، برنامه ریزی کار ، علم الحرکات ، مکانیک حرکت ، قیود
عملکرد مصنوعی
مدل سازی و انیمیشن سه بعدی شان بیش از 15 سال است که وجود دارد . با این حال تائیداتی بر دیدگاههایی جدا از این انیمیشن وجوددارد بعنوان مثال تحقیقات زیادی بر روی مدلسازی انیمیشن بدن انجام گرفته است وهمینطور بر روی انیمیشن صورت و انیمیشن دست ونیز فاکتورهای مرحله اجرا نیز توسط محققان مورد مطالعه قرار گرفته است سایر نویسندگان تلاش کرده اند تا کاراکترهایی هر چه بیشتر واقعی ، از دید تصویرهای مصنوعی ، را بوجود آورند اما با استفاده از متدهای اولیه وساده مانند زتوسکوپی یا انیمیشن کی فریمهایی بر اساس تصویر اما حضور عملکرد مصنوعی پاسخی برای مجموعه ای از تمام روشها است اجازه ساخت شخصیت های سه بعدی با ظاهری واقعی از شخصیت های انسانی را به ما میدهد .
عملکرد های مصنوعی ایده ال می بایست در زمینه های زیر متقاعد کنند باشند:
- آنهامی بایست ظاهری از اشخاص واقعی را داشته باشند .
- حرکات و رفتار آنهامی بایست مشابه اشخاص واقعی باشد .
- آنها می بایست شخصیت مخصوص به خود را داشته باشند . دو مورد متفاوت باید شخصیتهای متفاوتی داشته باشند یعنی عکس العملهایی متفاوتی را درموقعیتی مشابه داشته باشند .
- آنها می بایست توسط دستورات کار هدایت شوند .
- آنها می بایست به محیط خود آگاهی داشته باشند .
- حداقل می بایست توانایی راه رفتن ، صحبت کردن ،احساس داشتن و گرفتن اشیاء را داشته باشند .
- بدن وصورت آنها درهنگام بروز احساسات می بایست به طور طبیعی تغییر شکل دهد . آدمهای موجود . زنده یا مرده می توانند توسط عملکرد های مصنوعی دوباره ساخته شوند اما آدمهای خیالی نیز توسط این روش قابل ساخت هستند .
- تحقیقات د راین زمینه پیشرفت تکنیک های زیر را می طلبد .
- برای بهتر شدن وجوه فیزیکی بازیگران : اشکال ، رنگها ، متنها ، انعکاسات .
- برای بهبود حرکت عضله هاوتغییرات آنها بهنگام بروز احساسات
- برای بهبود نمایشهای صورت وانیمیشن آنها
- برای تخصیص بخشیدن کارهایی می بایست انجام شود .
- برای قدر دادن ابزار برای کنترل اتوماتیک احساسات
شکل شماره یک نموداری کامل از اجزا ء سیستم کارخانه انسان را بهمراه ارتباطات آنهانمایش می دهد .
انیمیشن کامپیوتری سنتی
اکثر نویسندگان بین دو نوع از انیمیشن کامپیوتر سه بعدی تمایز قائل
هستند .
انیمیشن کی فریم : وانیمیشن الگوریتمی .
انیمیشن کی فریم شامل تولید فریم های واسطه که inbetweens نامیده می شود می باشد که بر اساس یک مجموعه ای از کی فریمها بوجود آمده توسط طراح می باشد دو تقرپ اساسی به انیمیشن کیفریم وجود دارد :
1- فریم های واسط توسط تجدید کردن تصاویر فریمهای اصلی ، جمع آوری می شوند . این تکنیک انیمیشن تصویری فریمهای اصلی نامیده می شود این تکنیکی قدیمی می باشد که توسط آقای برتینیک و آقای وین معرفی شده است .
2- یک راه برای ساختن تصاویری بهتر تجدید کردن پارامترهای مدل شی می باشد این تکنیک انیمیشن پارامتری فریم های اصلی نامیده می شود . در یک مدل پارامتری طراح فریم های کلیدی را با مشخص کردن مجموعه ای از ارزشهای پارامتری بوجود می آورد . و پارامترها سپس تجدید می شوند و نهایتا تصاویر به طور جداگانه از پارامترهای تجدید شده ساخته می شوند .
در انیمیشن الگوریتمی حرکت به صورت الگوریتمی توصیف می شود
قوانین فیزیکی برای اشکال انسان مورد تقاضا قرار می گیرد مانند زوایای بهم پیوسته .
قیود مکانی
در این بخش ما مشکل مهم قرار گرفتن عضلات را مورد بررسی قرار میدهیم بعنوان مثال : زوایای با ارزش برای شانه کردن کدام است در صورتی که دست می بایست به این مکان خاص یا حالتی را در فضا برسد این مشکلی شناخته شده در رباتیک می باشد که مشکل inverse- Kinematic نامیده می شود و شامل تائیدات متغیرهای متصل از جای مشخص شده می باشد قرار گرفتن عضلات مشکل کلیدی می باشد چرا که متغیرهای مستقل در یک ربات همانند یک بازیگر مصنوعی ، متغیرهای متصل هستند متاسفانه مشکل انتقال از طرف همکاران Cartesian به طور عموم دارای راه حل مناسبی باشد با این حال تعدادی توافقات مخصوص برای قسمتهای متصل که همان راه حل های مناسب موجود اند وجود دارد یک نمونه مفصلی با شش اتصال می باشد که سه اتصال نزدیک به محرک انتهایی تماما می چرخند ومحورهایشان در یک نقطه قطع می شود .
راه حل های متعددی برای نمونه آخری براساس انیمیشن ارائه شده اند فوریس وویلهلم بر روی سیستم پویای خود مشکل یک عضله را با پیوند دادن آن پا بخشی مستعاد و ارزشی بالا ، حل کرده اند .
برای نشاندن یک بازیگر مصنوعی بر روی صندلی بعنوان مثال ، لازم است تا محدودیت های مربوطه بر روی پا را مشخص کنیم ونیز بر روی دست و انتهای مهره های کمر سیستمی که تنها بتوان یک قسمت را در یک زمان کنترل کند راه حل کاراتی برای مشکل ما نمی باشد . بلیدر . ال . الی راه حلی را پیشنهاد کرده برای چندین قسمت که از روش علم الحرکت معکوس استفاده می کند . در این سیستم کاربر می بایست تقدم هر یک از قسمتها را در برنامه مشخص کند .
فضا گیری دست و پا نیز باید توسط کاربر مشخص شود این فضا گیری ممکن است د رمورد یک عضله یک بازیگر یا کل فضا تعریف شود بعنوان مثال برای اطمینان از اینکه پاها کاملا تحت بر روی زمین قرار گرفته اند .
کاربر فضا گیری پا نسبت به فضا را مشخص کند، حال جایگاه یا فضاگیری ستون فقرات چه باشد ، فرقی نمی کند محدودیت های فیزیکی مفصلها باید در سیستم مد نظر قرار گیرند . عملکرد سیستم به کمک
وسایل ورودی با درجه بندی آزاد می تواند به بهبود سیستم کمک نماید .
یک الگوریتم ساده برای حل مشکل موقعیت قسمتها در سیستم کارخانه انسان استفاده شده است .
یک طراح می بایست محدودیت های را در دست ها ، پاها و ستون فقرات در نظر گیرد مکان و فضا گیری دست و پاها در سیستم محلی متصل به عضله ها ( بازو یاران ) مشخص می شود ویا دریک بازیگر یا سیستم جهانی یک قسمت می تواند دارای فضا گیری جایگاه ثابت ویا یک خط سیر شش بعدی باشد . ابزاری نیز برای ساخت قسمت ها بعنوان توابعی از بازیگران محیطی در دسترس می باشند ( مانند تماس پا با زمین )
به منظور حل مشکل قسمتها ، سیستم از جایگاه و فضاگیری مهره ها و زاویه های اصلی برای یافتن جایگاه پشت وشانه ها استفاده می کند سپس زوایای عضله ها را برای رسیدن به جایگیری مناسب ، محاسبه می‌کنددرجایی که هیچ راه حلی وجود ندارد جایگیری مورد نظر بر روی مقدار حرکت پا بازویا ران طراحی می شود .
اسکلت دارای هفت درجه آزادی بر روی بازو ( ران )وقسمتهای ثابت دارای شش درجه می باشند .
از آنجایی که از دیدگاه علم الحرکات این مدل بیکار می ماند ، پس در می یابیم که بی نهایت روش مختلف برای رسیدن به جایگیری مورد نظر وجود دارد این راه حل مطلوبی می باشد . طبق این نمونه که زمانی که یک بازیگر به گذاشتن پاها بر روی زمین می نشیند . ممکن است زانوی خود را بر روی محور زانو بچرخاند مقدار چرخش توسط محدودیت های فیزیکی مفصلها مقید می شود ونیز این طور برداشت کنیم که جایگیری مناسب برای زانویا پا آرنج به فضا گیری پا یا دست بستگی دارد .
یک راه حل شامل کم کردن زاویه متغیر بین ران ( بازو ) و پا ( دست ) میباشد همچنین این امکان میسر است که کاربر با دادن پارامتری آزاد ، راه حل را تعیین کند جایگیری فضا گیری قسمتها این اجازه را می دهد تا یک روش منحصر به فرد را هفت درجه آزادی بازو یا ( ران ها ) بدست آوریم در زمینه های دیگر مانند ترکیب عضله پا شی این خارجی می تواند نقشی مهم را در انتخاب پا حرکت بازی کند .
فریم بندی و جایگیری قسمتها بعنوان سطح اولیه دستورات در یک سیستم انیمیشن در نظر گرفته می شوند .
طراح می بایست با بخشهای مختلف کار دسترسی داشته باشد تا بتواند به
بخش متحرک حرکتی مناسب بدهد .
کنترل حرکت قابل تنظیم
کنترل حرکت قابل تنظیم برای یک متحرک به معنای این است که محیط بر روی حرکت متحرک تاثیر می گذارد وبالعکس اطلاعات مربوط به محیط ومتحرک در طول پردازش کنترلی می بایست در دسترس باشند تکنیکهای قدیمی انیمیشن مانند رتوسکوپی یا فریم بندی نمی تواند به عنوان تکنیک های کنترلی قابل تنظیم در نظر گرفته شوند زیرا که طراح ناچار به کنترل دستی ارتباط بین متحرک ها و محیط می باشد .
مقصودکنترلگر حرکت تنظیم کاهش مقدار اطلاعاتی است که توسط طراح می بایست به کامپیوتر وارد شود این منظوربوسیله استفاده از اطلاعات موجود درباره صحنه یامتحرک حاصل می شود .
همچنین سیستم می بایست الگویی کار را ازمکان اشیاء به منظور جلوگیری از تصادف واجرای اتوماتیک برنامه ها در دست داشته باشد .
جلدارد ، مثال خوبی از این نوع کنترل که برای حرکت انسانها و حیوانات بر روی زمینی صاف ومسطح می باشد را ارائه می دهد در سطوح پایین ، انیمیشن بر روی یک سری از جایگاههای اصلی عضلات که خط سیر زوایا ( حرکات مستقیم ) ویا حرکات معکوس رانشان میدهد کار می کند این مسیرهای حرکت توسط بررسی موقعیت با علم الحرکات یا قسمتهای متحرک پا محاسبه می شود .
مدل می بایست یک حرکت واقعی را تولید کند . برای در نظر گرفتن نیروهای خارجی وداخلی موثر بر روی متحرک ، سیستم می بایست یک مدل پویا باشد . تکنیک هایی بر مبنای حرکات پویا در انیمیشن کامپیوتری استفاده شده است اما تنها تنها برای بدنهای ساده شده پا مفصلهایی معدود و بدنهایی هندسی ( استوانه ای ) بدون هیچ تغییر شکلی ، استفاده از سیستم پویا برای بدنهای بند بند مانند بدن انسان مشکلات مهم و متعددی را به بار می آورد .
درابتدا طراح در شرایط فشارها یا درگیریها به فکر استفاده از یک عضله یا بدن برای بوجود آوردن یک حرکت نمی افتد طرح از یک رابطه کاربر مخصوص ضروری می باشد .
مشکل دیگرسیستم های پویا مقدار زمان CPU مورد نیاز بوجود آوردن حرکات متعادلی برای یک بدن بندبند پیچیده با استفاده از روشهای متعدد است وبه طور حتم این مسئله امکان تعامل بین سیستم وکاربر را کاهش میدهد تنها یک سری کوتاه تولید شده است بعلت کمبود تعصیصات کامل برای یک حرکت پیچیده ونیز بعلت زمان مصرفی CPU بر لازم برای روشهایی خاص .
بیش از این پا اینکه حرکت هایی بر اساس سیستم پویا واقعی تر هستند .اما بسیار خشک هستند چرا که شخصیت کارکترهای را درنظر نمی گیرند تصور اینکه تنها شخصیت های فیزیکی دونفر در انجام یک کار مشابه بتواند شخصیت هایی متفاوت را برای بینندگان بسازد . غیر واقعی است رفتار وشخصیت انسانها نیز علتی ضروری برای بوجود آوردن تمایز‌های قابل ملاحظه است .
برای طراحی یک بدن به کمک علم الحرکات ( مستقیم یا معکوس ) طراح می‌بایست خط سیر زوایای مفصلها یا خط سیر انقباض عضلات را مشخص کند. این خط سیر می بایست شامل اطلاعاتی زمان نیز باشد . سرعت و شتاب با این حال طبیعی بودن حرکت قابل ضمانت نیست . نتیجه ای خوب مجموعه‌ای از هر دو مدل را شامل می شود همانطور که Girard این را پیشنهاد کرد و نتایج خوبی را از سیستم اش بدست آورد .
در کارخانه تولید انسان ( Haman Facfory system) تصمیم گرفته ایم که کتابخانه ای از حرکات پارامتری اولیه ( مانند راه رفتن وگرفتن ) بسازیم وهر نوع از حرکت از این حرکات درصورت امکان استفاده کند .
ونیز تنها زمانی که نیاز است از سیستم پویا برای واقعی شدن حرکت استفاده کند هر دستور یک سری از فریم های کلیدی وقیود مکانی را تولید می کند کاربری که از حرکت تولید شده راضی نباشد آنرا ویرایش می کند .
تعیین مسیر
مسئله تعیین مسیر کلاسیک می باشد وبه طور چشمگیری در باتیک وهوش مصنوعی مورد مطالعه قرا رگرفته است بعنوان مثال با دادن مکان اولیه دست متحرک واشیاء بر روی میز مسئله یافتن مسیری برای جلوگیری از برخوردها می باشد برای یک متحرک مصنوعی مشکل پیچیده تر می باشد بعلت نامستحکم بودن متحرک در سیستم تولید اشان هر حرکت مفصل به سه روش تعریف شوند :
1- مقادیر کلیدها در زمانهای مشخصی انتخاب می شود نوسازی توسط روش کوچانک بارتلز انجام می شود .
2- تغییر زاویه توسط دستورات پشت سر هم تعریف می شود .
3- خط مسیر ممکن است توسط یک الگوریتم تعیین مسیر اتوماتیک تعریف شود در شرایط ما از یک الگوریتم ضد برخورد ، در محیط چند بعدی استفاده می شود این روش استفاده شده در تیم ما مناسب تر از روشهای رباتیک به نظر می رسد . برنامه ریزی
برنامه ریزی مسئله ای اساسی در رباتیک وهوش مصنوعی می باشد پیچیدگی مشکل مستقیما به عمومیت دنیای کوچک متحرک بستگی دارد مسئله شامل جداکردن برنامه داده شده به یک سری از حرکات اولیه می باشد .
برنامه ریزی Fig 2
برای ساختن این حرکات ، سیستم می بایست اطلاعات زیر را در تصرف داشته باشد .
- توضیحات صحنه ( توپولوژی ، مکان و فضا گیری اجزاء )
- پایگاه داده دستورات کنترل کننده دنیای کوچک ( بعنوان مثال ایستادن قبل از راه رفتن لازم است )
- رفتار متحرک ( که باید مشخص کننده نحوه انجام حرکات باشد که پاسخگوئی استیل پارامترها ست )
- کتابخانه حرکات اولیه که ممکن است توسط متحرک انجام شود ( استعدادهای متحرک )
بعنوان مثال کار پاسخ به تلفن ممکن است به حرکت های اولیه زیر تقسیم بندی شود :
- ایستادن از روی صندلی
- تشخیص مسیری که از تصادف ها در حرکت متحرک به دور باشد.
- راه رفتن براساس مسیر
- تشخیص خط سیری که از برخوردهایی برای گرفتن اشیاء به دور باشد .
- گرفتن تلفن
- پاسخ دادن
سه روش برای مشخص کردن کارها در یک سیستم سطح کار موجود است .
1- با مثال
2- با یک سری از حالتهای مدل
3- با یک سری از دستورات
مشخص کردن بامثال به معنای انجام وظیفه حداقل یکبار به منظور توضیح آن به سیستم برای اپراتور میباشد .
این مسئله در رباتیک مناسب می باشد چرا که کار می تواند با هدایت دستی ربات ، فیزیکی مشخص شود البته در این انیمیشن غیر عملی می باشد .
در روش نوع دوم ، کار بعنوان یک سری از حالتهای مدل در نظر گرفته می شود هر حالت توسط تائیدات تمامی اشیاء در محیط مشخص شده است . این تائیدات ممکن است توسط مجموعه ای از ارتباطات معرفی شود اما سطح این ارتباطات چه می باشد بعنوان مثال ارتباطات سطح بالا جوابگوی این باشد که نشان می دهد که شی A درزمان مشخص شده باید در یک ارتفاع خاص ود ر جلوی یک شی B قرار داشته باشد مسئله در این حالت مجموعه ای از ارتباطات است که می بایست به مجموعه ای از مساویها ونامساویها تبدیل شود که این می تواند دارای راه حل مشکلی باشد پیش از این یک مجموعه از تائیدات ممکن است باعث گمراه شدن یک حالت شود ارتباطات سطح پایین می تواند پاسخگوی همکاری اشیاء در یک زمان خاص باشد ، که مشخص کردن فریمهای کلیدی ساده را شامل می شود متدهای متعددی برای جمع آوری
تائیدات محدودیت ها از ارتباطات سمپلیک پیشنهاد شده است .
مشخص کردن یک سری از دستورات رایج ترین ومناسب ترین می باشد . همانطور که توسط رنگ توضیح داده شده است یک طراح تنها می تواند یک طرح کلی یک حرکت خاص را مشخص کند وسیستم انیمیشن جزئیات را مهیا می کند یک کاربر آماتورممکن است با حرکات پیش فرض که توسط یک تخصیص کا رمانند حرکت از A به B تولید می شود قانع شود با این حال یک کاربر حرفه ای ممکن است در خواست یک کنترل تقریبا کلی بر روی حرکات متحرک برای تولید یک سری قابل توجه داشته باشد این بدان معناست که طراح نیاز به دسترسی سطوح مختلف کنترل برای تولید مهارتهای محرک جدید ودستکاری مهارتهای موجوددارد .
توجه داشته باشید که تبدیل از مشخصاتی سطح بالا به یک سری از حرکات ابتدایی بسیار شبیه به مسئله کامپایل دارد چراکه در پردازش زبانهای برنامه سازی این سه حالت مقدور می باشد : ترجمه به یک کد سطح پایین ( کامپایلر های کلاسیک ) ترجمه به یک زبان برنامه نویسی دیگر ( پریپراسسور ) و وقفه در هر حالت پاسخگویی بین تخصیص وظایف و حرکت قابل تولید بسیار پیچیده می باشد .
سه وظیفه بسیار ضروری را برای یک متحرک مصنوعی در نظر بگیرید راه رفتن ، گرفتن و صحبت کردن .
راه رفتن
برای تولید حرکت جوابگوبه وظیفه راه رفتن از Aتا B لازم است تا موانع ممکنه طبیعت terrain و سپس ارزش گذاری مسیرها را که شامل یک سری از جایگاهها شتاب ها سرعت ها می باشد را به حساب آوریم با دادن چنین مسیری وهمچنین نیروهای خارج شونده از تاثیر گذارنده ها این امکان هست که محدودیت ها در مفاصل توسط دینامیک معکوس مشخص شود ودر نهایت مقادیر زوایای مفاصل در هر زمان قابل استخراج خواهد بود به طور خلاصه سیستم task - level می بایست عناصر زیر را جمع ببندد دوری از موانع مسیر یابی علم الحرکت و دینامیک ها .
گرفتن
برای تولید حرکتی پاسخگو به عمل برداشتن شی Aو گذاشتن آن روی شیB و طراح می بایست انتخاب کند که کجاA را بگیرد تا هیچ برخوردی هنگام گرفتن یا حمل آنها رخ ندهد . سپس تائیدات گرفتن می بایست انتخابی شود سپس شی گرفته شده در دست جایگاه خود را می یابد ( یا حداقل اینطور به نظر می آید ) بیش از این تماس بین دست وشی تا حد ممکن بایستی طبیعی باشد زمانی که شی گرفته می شود سیستم بایستی حرکتهایی که برای رسیدن به هدف لازم است را تولید کند یک حرکت آزاد بایستی ترکیب شود ، در طی این حرکت هدف اصلی رسیدن به مقصد بدون تصادف می باشد در این پردازش پیچیده تغییرات مفصلها توسط معادلات دینامیکی وعلم حرکت مشخص می شود بطور خلاصه سیستم تعیین سطح عناصر زیر راباید جمع کند : تعیین مسیر دوری گزیدن از برخوردها استحکام وتعیین تماس ، علم حرکت ودینامیک .
صحبت کردن
برای تولید حرکت پاسخگو به عمل تهفتن جمله حال شما چطوراست سیستم می بایست جمله را تجزیه وبه حروف صوتی تبدیل کند و سپس حالتهای صورت مربوط به این صورت را انتخاب کند این حالتها خود توسط تغییرات چهره به خاطر عضلات نشان داده می شوند باز شدن فک باز شدن چشمها چروکهای چهره وغیره زمانی که حالت صورت انتخاب شد سیستم می بایست به کامپیوتر نشان دهد که در چه زمانی آن حالت فعال شود وفریم های تطبیقی را تولید کند به طور خلاصه این سیستم می بایست عناصر زیر را جمع کند : تشخیص اصوات انتخاب حالتهای چهره هدایت پارامترهای چهره تولید انیمیشن .
مادر سیستم انیمیشن خود دنیای بلاک های Winograd را مشخص کردیم . با اینکه این دینای بلاک ها برای درک زبان طبیعی ساخته شده است اما برای انیمیشن انسان بسیار جالب می باشد چرا که به سری برنامه های حرکتی پاسخگوست برای تولید سری حرکات ، ما از تئوری کامپایل استفاده می کنیم این استفاده ، شبیه دیاگدامهای مصنوعی که برای تعریف نحوی یک زبان برنامه سازی استفاده می شود می باشد ما از علامت های پایانه دار یا بدون پایانه استفاده می کنیم .
علامتهای پایانه دار به دستوراتی از قبیل گرفتن حرکت B به P رها کردنB پاسخ می دهد .
وعلامتهای بدون پایانه به دستوراتی مانند قدار می دهد بلوکB1 رادر محلی سه بعدی P بر روی بلوک B2 یا پاک کردن بالای بلوک B ما از روشهای باز گشتی رایج در ساخت کامپایلر استفاده می کنیم یک زیر برنامه ( که ممکن است باز گشتی باشد ) برای هر کدام از علامتهای بدون پایانه به منظورساختن درخت هدف نوشته می شود هر گره ازدرخت یک هدف می باشد که تنها زمانی قابل قبول هستند که هر کدام از زیر هدف های آنها قابل قبول باشند .
کنترل حرکت در انیمیشن شبیه سازی و تجسم سازی
مقدمه Ahstract
این مقاله در مورد نقش و تحول اینمیشن ، شبیه سازی ، تجسم علمی وارتباط آنها بحث می کند .
دو صحبت توضیح داده می شوند 1- قانونهای فیزیکی معروف که استفاده از آنها باعث بهبود اینمیشن می شوند . 2- قانونهای فیزیکی که واقعا معروف نیستند ونیاز به تکنیک های انیمیشن برای درک آنها می باشد .
ما می توانیم مدلهای قابل توضیح برای تولید اثری بدون علم به علتش و مدلهای تولیدی برای توضیح علت بوجود آمدن اثرات ، را تشخیص دهیم همکاری بین مدلهای قابل توضیح و مدلهای تولیدی وهمچنین محدودیت های ارتباطی ماشین وانسان مورد بحث قرار می گیرند در نهایت تحول انیمیشن به سمت کنترل حرکت اتوماتیک حرکت نهایی مدلسازی عملیات وانیمیشن رفتاری مورد تاکید قرار می گیرد .
1- انیمیشن ، شبیه سازی ، تجسم
1.1 معرفی
هر عمل وابسته به زمان در دنیای ما می تواند نمونه ای از یک قطعه انیمیشن باشد که از پایگاه کاری گرافیکی استفاده می کند .
بعنوان مثال یک آونگ پرواز یک زنبور یا فعال شدن یک آتشفشان را در نظر بگیرید تعدادی از نظریه ها بسیار پیچیده هستند وهیچ مدلی علمی یا ریاضی موجود نمی باشد با این حال حرکت توسط متدهای سنتی انیمیشن مانند انیمیشن فریم های کلیدی ما نمایش داده شود اخیرا ، استفاده از قانونهای فیزیکی پیچیده برای تولید انیمیشن بیش از پیش رواج یافته اند اما درحقیقت دو جهت را می بایست در نظربگیریم .
1- قانونهای فیزیکی که معروف هستند واستفاده از آنها انیمیشن را بهبود می بخشد .
2- قانونهای فیزیکی که واقعا معروف نیستند ونیاز به تکنیک های انیمیشن برای درک آنهامی باشد .
1.2 تحول اولین : انیمیشن بر مبنای فیزیک
در ابتدا ، کامپیوترها بعنوان کمکی برای طراحان درتولید انیمیشن قراردادی ومرسوم مورد استفاده قرار می گرفتند این تکنیک به انیمیشن سه بعدی براساس تکنیک فریمهای کلیدی انیمیشن گسترش پیدا کرد سپس ، زبانهای انیمیشن سیستمهای مستند و سیستمهای directo oriented بوجود آمدند در نسل بعدی سیستمهای انیمیشن کنترل حرکتی متمایل به اجرای اتوماتیک توسط هوش مصنوعی و تکنیک های رباتیک خواهد شد . خصوصا حرکت در سطح عملیاتی برنامه ریزی توسط قانونهای فیزیکی محاسبه خواهد شد . این بدان معناست که تحقیات به سمت یافتن مدلهای فیزیکی برای بهبود انیمیشن متمایل خواهد شد . هدف اصلی تصدیق مدلهای فیزیکی نیست . بلکه بدست آوردن شبیه سازی گرافیکی حرکت هر چه بیشتر واقعی می باشد ما با اشیایی فیزیکی سرو کار داریم که خصوصیاتشان توسط شکل و افعال دینامیکشان متمایز می شود بالاخص کار زیادی برای ساختن نمایشهای ریاضی برای دستیابی به یک یا هر دو از مواردنیز انجام شده است .
واقعی گرایی حرکت
واقعی گرایی نور
نتایجی در مورد مدلسازی اشیای سخت ( مانند ماشین ) اشیاء قابل تغییر وانعطاف پذیر ( مانند زنجیر ) یا حتی مجموعه ای ا زموجودات زنده ( مانند پرندگان ) بدست آمده است و نمونه های از رفتار آنها تحت شرایط مختلف جمع آوری شده است اساس تئوری مدلسازی حرکت واقعی در مکانیک کلاسیک موجود می باشد در حالی اساس واقعی نور متعلق به
