Animation plays an important role in producing life-like digital creatures in films. Producing high-quality creature animations involves numerous process steps, often requiring significant manual efforts of expert users in many parts. Building an efficient creature animation pipeline is one of the main goals of the current studio environment. In this thesis, we present methods to improve efficiency of some time-consuming steps in common creature animation pipelines in practice.
Realistic character animation requires elaborate rigging built on top of high quality 3D models. Sophisticated anatomically-based rigs are often the choice of visual effect studios where life-like animation of CG characters is the primary objective. However, rigging a character with a muscular-skeletal system is very involved and time-consuming process, even for professionals. Although there have been recent research efforts to automate either all or some parts of the rigging process, the complexity of anatomically-based rigging nonetheless opens up new research challenges. We propose a new method to automate anatomically-based rigging that transfers an existing rig of one character to another. The method is based on a data interpolation in the surface and volume domains, where various rigging elements can be transferred between different models. As it only requires a small number of corresponding input feature points, users can produce highly detailed rigs for a variety of desired character with ease.
We present a method to compress complex blendshape models and thereby enable interactive, hardware-accelerated animation of these models. Facial blendshape models in production are typically large in terms of both the resolution of the model and the number of target shapes. They are represented by a single huge blendshape matrix, whose size presents a storage burden and prevents real-time processing. To address this problem, we present a new matrix compression scheme based on a hierarchically semi-separable (HSS) representation with matrix block reordering. The compressed data are also suitable for parallel processing. An efficient GPU implementation provides very fast feedback of the resulting animation. Compared with the original data, our technique leads to a huge improvement in both storage and processing efficiency without incurring any visual artifacts. As an application, we introduce an extended version of the direct manipulation method to control a large number of facial blendshapes efficiently and intuitively.
애니메이션은 영화에 등장하는 디지털 크리쳐의 사실적 표현에 있어 중요한 역할을 한다. 고품질의 크리쳐 애니메이션을 만드는 과정은 많은 세부 작업 단계들을 필요로 하며, 많은 부분에서 전문 아티스트들의 수작업 또한 필요로 한다. 이러한 이유로 크리쳐 애니메이션 작업 과정의 효율화는 오늘날의 많은 CG 스튜디오들이 안고 있는 주요 과제 중 하나이다. 본 논문은 실제 크리쳐 애니메이션 제작 환경에 공통적으로 존재하는 몇 가지 주요 작업 단계들을 효율화 할 수 있는 방법을 제시한다.
사실적인 캐릭터 애니메이션을 만드는 데에는 고품질의 3D 모델 및 이에 걸맞는 정교한 리깅이 필수적이다. 특히 최고의 시각적 품질이 필요한 영화 속 CG 캐릭터들은 많은 경우 복잡한 구조를 가진 해부학 기반의 리깅을 사용한다. 그러나, 캐릭터 내부의 근골격 구조 모델링을 필요로 하는 해부학 기반 리깅은 전문적인 아티스트에게도 많은 시간과 노력을 요하는 과정이다. 최근까지 리깅을 자동화 하기 위한 몇 가지 방법들이 제시되었으나, 해부학 기반 리깅과 같이 높은 복잡성을 가지는 리깅들의 자동화 방안은 숙제로 남아있다. 본 논문은 기 작업된 캐릭터의 리깅을 주어진 새로운 캐릭터에 맞게 변환하여 옮기는 새로운 해부학 기반 리깅 자동화 방법을 제시한다. 이 방법은 주어진 두 캐릭터 모델간의 표면 및 내부 공간 간의 대응관계를 계산, 이를 기반으로 한 수치 보간을 기반으로 주어진 여러 종류의 리깅 요소들을 효과적으로 복제한다. 사용자는 비교적 적은 개수의 대응점 정보만을 입력하는 것 만으로 원하는 캐릭터의 해부학 기반 리깅을 효과적으로 생성해 낼 수 있다.
본 논문은 또한 높은 복잡도를 가진 블렌드쉐입 정보를 효과적으로 압축하고 이를 기반으로 얼굴 애니메이션 처리 속도를 향상시킬 수 있는 방법을 제시한다. 프로덕션 환경에서 사용되는 얼굴 블렌드쉐입은 모델의 해상도는 물론 타겟 쉐입의 개수 측면에서 매우 많은 양의 정보를 가지고 있다. 이는 일반적으로 하나의 거대한 행렬로 나타내어지는데, 이에 따른 높은 용량 부담 및 이로 인해 발생하는 느린 처리 속도는 컴퓨터와 애니메이터 모두의 작업 효율성을 저하시키는 요인이 된다. 이를 해결하기 위한 방법으로 행렬 블록 재배열과 hierarchically semi-separable (HSS) representation을 결합한 새로운 거대 행렬 압축 기법을 제시한다. 이를 통해 압축된 블렌드쉐입 정보는 병렬 연산에도 적합한 트리 형태의 자료 구조를 가지고 있어 GPU를 이용한 매우 높은 애니메이션 계산 속도 향상을 가능케 하며, 그 결과 압축되지 않은 원본 대비 동일한 수준의 화질을 유지하면서도 높은 압축률과 처리 속도 향상을 보인다. 이 기술의 한 가지 활용 방안으로서, 이 논문은 또한 복잡한 비선형 블렌드쉐입 얼굴 모델을 직접 조작할 수 있는 개선된 유저 인터페이스를 소개한다.
