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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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• 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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• 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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• 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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• 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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• 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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• tubarão:• percurso

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• 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

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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 !

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