Après avoir longtemps
été un défi difficile, animer manuellement le
squelette des personnages virtuels est devenue accessible dans la
plupart des logiciels 3D généralistes. De nouveaux outils
dédiés pour les muscles et les vêtements font leur
apparition qui exploitent les lois de la biologie ou de la physique.
Profitant de la puissance accrue des ordinateurs, ils permettent une
simulation au plus près du réel.
Les grands logiciels 3D étaient historiquement très
inégalitaires vis à vis des fonctionnalités
d'animation, ce qui est de moins en moins le cas, les fonctions
indispensables se retrouvent dans les différents logiciels. Que
ce soit la cinématique inverse, l'animation non
linéaire ou encore la peinture des poids de skinning, ces
fonctions se retrouvent aussi bien chez Maya, Lightwave, XSI ou 3DS
Max. Néanmoins, la différence se fait encore sentir dans
les détails lorsqu'on souhaite aller plus vite et plus loin. A
titre d'exemple, le contrôle de la cinématique inverse par
des courbes splines n'est possible que dans Maya et XSI. Et la fonction
très indispensable de "ghosting", c'est-à-dire la
possibilité de visualiser en superposé plusieurs images
dans le temps, n'est implémentée que dans Maya et 3DS
Max.
Remarquons que si XSI et Maya se font un point d'honneur à
être le plus possible complet et autonome, c'est moins le cas
pour 3DS Max et Lightwave. L'utilisateur ne sera pleinement
comblé qu'en ajoutant des plugins. Il est devenu inimaginable de
faire de l'animation de personnages de qualité dans 3DS Max sans
les classiques Bones Pro (560 Euros) ou Character Studio (1685 Euros).
Et pour Lightwave, le nouveau plugin project:messiah (783 Euros) est en
train de devenir indispensable pour réussir rapidement une
animation sophistiquée. La cinématique inverse, le
morphing, la visualisation temps réel, tout a été
pensé dans ce nouvel outil dans le sens de la
productivité. D'ailleurs les développeurs de
project:messiah ne sont pas des manchots, deux d'entre eux sont issus
de l'équipe de Lightwave où ils y avaient
développé l'outil de morphing, Morph Gizmo.
project:messiah bénéficie d'un nouveau morphing et aussi
de l'intégration de Puppet Master pour le lipsync.
Des outsiders
Deux autres outils, qui se sont fait leur réputation dans le
domaine de la création et de l'animation de personnages,
méritent d'être connus. Il s'agit du logiciel
généraliste Hash Animation Master et de Poser très
réputé pour la création et la mise en place rapide
de personnages à partir de modèles pré-existants.
Hash Animation (337 Euros) est plus connu à l'étranger
(USA et Japon) qu'en France, mais possède pourtant pour un prix
raisonnable, les fonctionnalités nécessaires à une
animation de qualité : excellente feuille d'exposition,
cinématique inverse, lipsync, gestion des rotations en
quaternions, traitement de données, motion capture, etc
Quant à Poser 4 (334 Euros) de Curious Lab, il permet de choisir
l'être humain ou l'animal de son choix dans une très vaste
bibliothèque. Il est aussi possible d'importer des
modèles générés dans d'autres logiciels.
Ces personnages peuvent être ensuite habillés et
coiffés, là encore avec une grande variété
de formes. Et pour l'animation, les poses-clefs peuvent être de
même choisies dans une bibliothèque. Il est aussi possible
de créer de nouvelles poses naturelles. Lorsqu'on déplace
une épaule d'un personnage de Poser, le reste du corps bouge de
façon à ce que le personnage virtuel garde son
équilibre.
Mini-Glossaire :
Animation par poses-clefs
(key-framing) : technique d'animation qui
consiste à définir à des étapes clefs de
l'animation, les poses
géométriques du personnage à animer. On les nomme
les poses-clefs. Les
logiciels se chargent ensuite de calculer les positions
intermédiaires
entre les poses-clefs.
Cinématique inverse
: Au lieu d'animer chaque articulation d'un
personnage une par une, la cinématique inverse utilise un
algorithme
qui relie plusieurs articulations en une chaîne (par exemple un
bras).
L'utilisateur ne fait alors que bouger l'extrêmité de la
chaîne, ici la
main pour que le bras entier soit animé automatiquement.
Interpolation
géométrique (Morphing) : technique
utilisée pour animer
la surface d'un objet, par exemple un visage ou un muscle.
L'utilisateur modifie l'objet et se constitue une bibliothèque
de
formes. Le logiciel pourra ensuite passer progressivement d'une forme
à
une autre.
Saisie de mouvements (mocap
pour "Motion Capture") : en plaçant
des
capteurs sur un acteur réel, on peut détecter et
enregistrer ses
mouvements qui peuvent alors être appliqués à un
personnage virtuel.
Synchronisation labiale
(Lipsync pour "Lip Synchronisation") :
consiste à animer les mouvements des lèvres d'un
personnage en
synchronisation avec ce qu'il dit.
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La simulation du réel
N'oublions pas, les corps des êtres vivants dans leur
présence et leurs mouvements intègrent les lois de la
physique. Le gonflements des muscles, les démarches variables
suivant le poids et la corpulence, le flottement des vêtements
sont modélisables par un ensemble de lois mathématiques,
comme les lois de la pesanteur, de la rigidité, de la collision
et des frottements. Rares sont néanmoins les outils qui
s'intéressent à la simulation des marches à
l'exception du très brillant plugin de 3DS Max, Character
Studio. Dans son module Biped il suffit de placer des pas au sol pour
que le bipède de son choix suivent les traces. Pour ceux qui
cherchent le réalisme des mouvements, la saisie de mouvement
réels (motion capture) se révèle aussi dans ce
domaine très efficace. En revanche, saisir les mouvements d'un
muscle réel, d'un pan de vêtement ou d'une chevelure se
révèle impossible dans la pratique. C'est là que
les logiciels de simulation physique trouvent tout leur sens.
Des muscles virtuels
Les grands logiciels 3D proposent en standard des fonctions qui
permettent de simuler manuellement les déformations d'une
enveloppe musculaire, comme la peinture des poids de skinning. Certains
outils dédiés proposent d'aller plus loin dans la
simulation musculaire, ce sont MetaReyes (165 Euros) et Absolute
Character Tools (1130 Euros), tous deux plugins de 3DS Max. MetaReyes
de la société espagnole Infografica reprend, en
l'améliorant, le principe des metaballs, et l'applique à
la fabrication des muscles. Quand à ACT (Absolute Character
Tools), il propose une construction biologique complète avec des
muscles attachées à des os, la simulation d'une couche de
graisse et la possibilité de définir la manière
dont la peau glisse sur les muscles.
Habiller les mannequins virtuels
Du côté des vêtements, les logiciels Maya Unlimited,
Lightwave, Softimage XSI ainsi que le plugin de dynamique de 3DS Max,
Reactor, incluent dans leur moteur de dynamique la possibilité
de simuler avec plus ou moins de bonheur des tissus et donc des
vêtements. Là aussi 3DS Max se distingue avec deux plugins
de qualité dédiés à la simulation de
vêtements, ClothReyes d'Infografica (215 Euros) et Stitch Clothes
(560 Euros). ClothReyes se distingue par une grande qualité de
simulation alors que Stitch Clothes simule la fabrication de
vêtements à partir de pièces de différentes
matières découpées et assemblées, le
rendant adapté au design de vêtements.
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François Dequidt
Directeur de Synthetique
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Créée en 1999, installée près de Lille, la
société Synthétique est
spécialisée dans la création d'images de
synthèse aussi bien pour le
jeu, le broadcast, la vidéo ou les effets spéciaux.
Grâce à son studio
de motion capture optique Vicon et ses capacités de
développement
logiciel, Synthétique se positionne sur le marché des
personnages
réalistes.
Comment utilisez-vous la
motion capture ?
Outre FilmBox, nous avons développé des outils
propriétaires pour
traiter les données issues de la motion capture, afin de pouvoir
produire en grande quantité et savoir retoucher les
données comme
l'occlusion des marqueurs et les tremblements. Nous avons ainsi un
projet en cours avec 500 cycles d'animation à fournir.
Pour l'animation faciale, deux techniques sont possibles. La
première
est une animation traditionnelle par morphing pilotée par les
cybergloves en multi-passes, avec un marionnetiste virtuel. C'est
très
bien pour le cartoon. Par contre, pour obtenir du réalisme, on
utilise
la mocap avec une grande quantité de marqueurs, de 80 à
100. Nous
trouvons que les outils du commerce pour traiter ces données
comme
Famous, manquent de liberté artistique. Aussi nous avons un
outil en
développement pour être capable d'utiliser les animations
saisies sur
n'importe quelle créature virtuelle .
Et pour la simulation ?
En ce qui concerne la simulation musculaire, beaucoup de travaux de
recherche ont été faits mais il existe peu d'outils
commerciaux. Nous
avons un outil en développement pour faire une reconstitution
biologique du fonctionnement d'un être vivant (os, muscles,
graisse,
peau). Quand aux vêtements, il existe des outils commerciaux mais
qui
souffrent de plusieurs défauts. Ils marchent bien pour certains
vêtements légers, mais ne sont pas bons pour des
vêtements plus rigides
comme les jeans. Il est en outre difficile de superposer plusieurs
couches de vêtements. Et là aussi, on manque de
liberté artistique. Il
est difficile de mélanger simulation et retouches manuelles. Par
exemple, on veut pouvoir lancer la simulation et corriger un pli
gênant
sur quelques images. Nous avons un outil déjà
opérationnel que nous
avons utilisé pour les séquences cinématiques hors
temps réel du jeu
"DuelField" de la société Sismoplay.
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Pour en savoir plus :
Bones Pro / Digimation
www.digimation.com
Character Studio / Discreet
www.ktx.com
project:messiah
www.projectmessiah.com
Hash Animation Master
www.hash.com
Poser / Curious Lab
www.curiouslabs.com
MetaReyes, ClothReyes / Infografica
www.reyes-infografica.com
Absolute Character Tools, Stitch Clothes / Digimation
www.digimation.com
© juin 2002 François Ploye et Pixel SA
Dossier Animation de Personnages : De l'Animation à la Simulation