Computação Gráfica Interativa - lsi.usp.br · – computação de forças em estruturas...
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Computação Gráfica InterativaAnimação
Computação CognitivaVida Artificial
Prof. Dr. Marcio Lobo NettoDepto. Engenharia de Sistemas Eletrônicos
Escola Politécnica - Universidade de São Paulo
07/11/2001Graphica 2001
PSI-EPUSPMarcio Lobo Netto
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Índice
• Computação Gráfica• Animação em CG• Vida Artificial• Trabalhos no LSI• Conclusão
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Computação Gráficaconceitos
Síntese de Imagens
Modelagem Geométrica
Animação
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Modelagemconceitos
• Modelagem:– Criação de objetos e cenários– Eventualmente articulados ou deformáveis
• CAD
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Síntese de Imagensconceitos
• Rendering:– Tirar fotografias do objeto virtual (foto) – Obter seqüência de fotogramas (cinema)
• Fotorealismo– Simular processos físicos
• Fotosurrealismo– Dar a impressão, convencer
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Animaçãoconceitos
• Animação:– geração de seqüências de imagens– dando idéia de movimento
• Movimentação de câmera • Movimentação de componentes do cenário
– Cinemática e Dinâmica• Personagens “Vivos”
– Comportamento e Cognição
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Animaçãoconceitos
• clássica - key-frame (quadro a quadro)– interpolação entre posições conhecidas
• movimentação• deformação
– uso de scripts para definir posições e interpolação
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Animaçãoconceitos
• procedural - leis físicas– animação resulta da computação de equações
físicas• cinemática• cinemática inversa (modelos articulados hierárquicos)
– ajuste de partes do modelo em resposta a movimentação de outras
• dinâmica– uso de scripts para definir leis físicas
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Animaçãoconceitos
• comportamental - autonomia (instinto)– personagem autônomo para definir sua animação
• reativa• pró-ativa ou deliberativa• IMPROV: uso de ruídos para modelar movimentos
naturais– livre (uso de scripts p/ definir regras de
comportamento)
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Animaçãoconceitos
• cognitiva - autonomia (inteligência)– personagem autônomo para definir sua animação
• raciocínio comanda ações
– livre (uso de scripts para definir regras de conhecimento e raciocínio)
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Animaçãoconceitos
geométrica(key-frame)
cognitivacomportamental(treinamento)
comportamental (instinto básico)
física (dinâmica)
física (cinemática)
vida artificial
vida artificialinteligente
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Vida Artificialconceitos• Vida Artificial:
– Laboratório para estudos de diversos aspectos de vida– Mas, para a comunidade de CG é uma ótima ferramenta
para o auxílio a geração de animações de personagens• Ferramenta para Animação Computadorizada
– Ambientes virtuais devem ser populados por personagens– Que devem ser auto-animados
• Maior naturalidade• Menor trabalho para o animador
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Animação / Vida Artificialtrabalhos de Demetri Terzopoulus
– 91: modelo físico refinado– modelamento do corpo do peixe
– 94: modelo comportamental– modelamento do comportamento
– 95: modelo comportamental c/ aprendizado– treinamento
– 98: modelo comportamental c/ controle neuronal– modelamento da rede neural
– 99: modelo cognitivo– modelamento do raciocínio
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Animação / Vida Artificial animação de peixes
• modelo comportamental
sensores(visão)
musculatura atuador
reconhecimento
raciocínio
conhecimento
comportamento
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Animação / Vida Artificial animação de peixes
• musculatura:– computação de forças em estruturas dinâmicas
resultando no movimento– forças de ação e reação determinam o movimento
• atuador:– computação de ações que determinam como as forças
devem ser aplicadas ao modelo– transforma comandos (movimento, ataque) em forças
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Animação / Vida Artificial animação de peixes
• comportamento:– define ações em função de pré-disposição (fome)
e reação (identificação de alimento ou obstáculo)
• raciocínio:– analisa informações, consultando base de
conhecimento, e a enriquece além de tomar decisões baseadas no aprendizado
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Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo
• peixes nadam a esmo, desviando de obstáculos
• ao observarem a aproximação de predadores se reunem em cardumes p/ enfrentá-lo
• quando a aproximação se torna muito grande cria-se pânico e fogem aterrorizados (sem coordenação)
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Animação94 - comportamento instintivo
• predadores nadam a esmo, desviando de obstáculos• ao sentirem fome começam a procurar peixes
menores• ao encontrá-los saem em sua perseguição• ao se sentirem ameaçados pelo cardume formado
podem desistir da perseguição• enquanto estiverem com fome continuam a caça
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Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo
• sensores– peixes enchergam e tratam a imagem obtida para
produzir informações que possam reconhecer e então tomar decisões
• atuadores– comandam estruturas complexas (musculos) que
resultam em contrações / movimentos do corpo levando-o a se deslocar conforme desejado (velocidade, direção)
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Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo
• resultados convincentes só são alcançados c/ a perfeita combinação de todos os fatores (de comportamental a geométrico)– modelamento refinado em cada nível
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Animação / Vida Artificial 94 - comportamento instintivo
• ex: pesca– peixes nadam naturalmente
• movimentos aleatórios sem controle explicito do animador
– camera e pescador (anzol) são definidos explicitamente via script
• peixes atraídos pela isca se movimentam em direção a ela e são pescados.
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Animação / Vida Artificial 95 - comportamento c/ aprendizado
• tubarão: corrida
• tubarão:aprendizado
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Animação / Vida Artificial 95 - comportamento c/ aprendizado
• tubarão:• percurso
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Animação / Vida Artificial 95 - comportamento c/ aprendizado
• golfinho
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Animação / Vida Artificial 98 - comportamento c/ treinamento
• parking:
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Animação / Vida Artificial 98 - comportamento c/ treinamento
• landing:
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Trabalhos no LSIanimação comportamental
• Projeto ARIA (1996)– Cantor virtual conduzido
por regente humano em tempo real
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Trabalhos no LSIanimação cognitiva
• Projeto WOXBOT– Robos virtuais que se ajustam ao seu habitat e
com ele interagem através de elementos sensoriais
– Criar personagens que desenvolvem estratégias que permitam a eles viver num certo ambiente
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Implementaçãoação e comportamento
1
3
4
2
Exemplo da máquina de estados
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Implementaçãoação e comportamento
Planejamento
Compromisso entreperdas e ganhos
Compensa o risco de procurando a pirâmide colidir com o cubo?
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Trabalhos no LSIanimação cognitiva
• Projeto ALIVE– Vida artificial em ambientes virtuais
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Conclusão
• Área de intensa pesquisa e aplicação – Entretenimento– Serviços– Ciência– .....
• E muito interessante para se trabalhar !