Motion control techniques for computer animation
Techniques de contrôle du mouvement pour l'animation
Résumé
In three dimensional animatio, we mainly distinguish two important approaches, based either on descriptive or dynamic models. In the first one, the control of interpolating trajectories is essential. I describe a method giving the user the same interactive possibilities for orientation trajectories as for positions. Real-time control of orientations of quaternions and due to the notion of sperical tangent. A high level 3D interface manages user interactions. Motion dynamics is defined by an automatic parametrisation taking elementary mechanical laws into account. Finally, thes techniques are applied to the interactive modeling of sweep objects. Key-frame animation systems are not well suited to the realistic animation of complex objects. With this objective, animation systems based on dynamic laws have been introduced. I propose a method offering the control possibilities of key-frame animation systems and the realism of dynamic models. The principe is to minimize energy along the path. The motion equations for rigid articulated bodies are built in a symbolic form. The minimization step is performed with an optimal control algorithm, treating the motion equations in their continuous form.
En animation tridimensionnelle, on distingue principalement deux grandes approches basées soit sur des modèles descriptifs, soit sur des modèles générateurs. Dans la première, les possibilités de contrôle sur les trajectoires d'interpolation sont essentielles. Je décris une méthode offrant à l'utilisateur les mêmes possibilités d'interaction sur les trajectoires d'orientations que sur les positions. Le contrôle en temps réel des orientations est rendu possible par une paramétrisation à base de logarithme et d'exponentielle de quaternions et par la notion de tangente sphérique. Une interface 3d de haut niveau gère les interactions avec l'utilisateur. La vitesse de déplacement le long des trajectoires est déterminée par une paramétrisation automatique reprenant des principes de mécanique élémentaire. Enfin, ces techniques sont appliquées a la modélisation interactive de cylindres généralises. Les systèmes par paramètres-clés montrent vite leurs limitations dès qu'il s'agit d'animer de façon réaliste des objets complexes. Pour cela, les systèmes d'animation dits générateurs intégrant les lois de la mécanique ont été introduits. Dans la deuxième partie, je propose une approche alliant les possibilités de contrôle des systèmes descriptifs au réalisme des modèles générateurs. Le principe est de minimiser l'énergie au cours du mouvement. Les équations du mouvement pour des solides rigides articules sont construites sous forme symbolique. L'étape de minimisation est réalisée par un algorithme de contrôle optimal, traitant les équations du mouvement sous leur forme continue.