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  1. 1. Como resultado de trabalho em laborat´rio cient´ o ıfico para modelagem e anima¸ao de avatares c˜ RAFAEL COSTA ABREUMetodos de exporta¸˜o de avatares ca para Ambientes de RealidadeVirtual: Por software Autodesk 3ds Max Studio Petr´polis o 2012
  2. 2. RAFAEL COSTA ABREUMetodos de exporta¸˜o de avatares ca para Ambientes de RealidadeVirtual: Por software Autodesk 3ds Max Studio Artigo apresentando experiˆncias em labo- e rat´rio cient´ o ıfico como documenta¸ao de trabal- c˜ hos exercidos com avatares para ambientes de realidade virtual. Petr´polis o 2012
  3. 3. ResumoCom este trabalho, venho a mostrar alguns m´todos que busquei para a exporta¸ao de e c˜avatares para ambientes de Realidade Virtual. Estes m´todos constituem parte de eum plano de trabalho onde ainda devem existir: a conscientiza¸˜o de metodologias, a caaplica¸ao delas para o uso dos avatares, gera¸˜o de anima¸oes e, formatos compat´ c˜ ca c˜ ıveiscom os ambientes de realidade virtual do laborat´rio. Estes m´todos foram considerados o ea partir de testes utilizando principalmente a plataforma Instant Reality e Worldviz,como tamb´m o Papervision 3D que surge a partir do Action Script no Flash. Cada eum deles tiveram necessidades nos diferentes formatos, mas animados de forma similares.Os formatos abordados nesses estudos s˜o CAL3D, DAE e o X3D. A escolha deste atema veio justamente pela necessidade de material em meio cientifico que pudesse integrarm´todos uteis ao modelador 3d para conseguir se utilizar de avatares para ambientes de eRealidade Virtual.Palavras-chave: avatares; Realidade virtual. ii
  4. 4. AbstractWith this work, I have to show some methods that sought to export avatars to VirtualReality environments. These methods are part of a work plan which must still exist: theawareness of methodologies, the application of them to the use of avatars, animations andgeneration, formats compatible with virtual reality environments in the lab. These methodswere considered from tests using primarily Instant Reality platform and Worldviz andalso Papervision 3D arises from the Action Script in Flash. Each of them had differentneeds in formats, but living so similar. The formats are addressed in these studies CAL3D,DAE and X3D. The choice of this theme came precisely by the need to stuff in the middlethat could integrate scientific methods useful to get the 3d modeler using avatars forVirtual Reality environments.Keywords: Avatar; Virtual Reality. iii
  5. 5. Conte´ do u1 Introdu¸˜o ca 72 Metodologia 9 2.1 Sequencia Descritiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1 Preparando o rig do modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2 Exportando avatares para CAL3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.3 skining de modelo por script Autoweight . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.1.4 Exportando avatares para X3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.1.5 Exportando avatares para DAE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2 Sequˆncia argumentativa . . . . . . . . . . . . . e . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.1 Comentando o formato CAL3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.2 Comentando o formato X3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.3 Comentando o formato COLLADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Resultados 334 Considera¸˜es Finais co 345 Agradecimentos 36 iv
  6. 6. Lista de Figuras 1.1 Logo do ambiente de realidade virtual Worldviz. . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Logo do plug-in CAL3D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Logo do plug-in InstantExport do Instant Reality. . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 Logo do plug-in Collada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1 Ajuste posicional do biped para dentro da malha do avatar em modo wire- frame nas quatro viewports do Autodesk 3ds Max Studio. . . . . . . . . . 10 2.2 Os tipos de arquivo que selecionamos ao exportar todo o CAL3D. . . . . . 11 2.3 Touca, mascara, roupa, peDireito, peEsquerdo. Malhas divididas que comp˜em o o avatar que acompanham materiais pr´prios. . . . . . . . . . . . . . . . . o 11 2.4 Selecionando todas as malhas e aplicando o modificador Physique. . . . . . 12 2.5 Atachando link entre as malhas e o ponto pivˆ do biped atrav´s do Attah o e to Node. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.6 Movimento do ante bra¸o esquerdo e parte da malha n˜o se comportando c a como esper´vamos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 13 2.7 Ajustando angulos radiais do envelope do bra¸o espinhas em trˆs camadas ˆ c e de ajuste de envelope, Radial scale, Parent Overlap e Child Overlop. . . . . 14 2.8 Materiais com nomenclaturas com ´ ındices de ordem dos materiais do CAL3D. 15 2.9 Associa¸ao do nome do material que vocˆ criou, com o nome an´logo em c˜ e a um slot material relacionado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.10 Fase de associa¸˜o do material ao mapa de textura. . . . . . . . . . . . . . ca 16 2.11 Associa¸˜o da malha selecionada aos ossos do esqueleto. . . . . . . . . . . . ca 17 2.12 Arquivo mestre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.13 Setando ID 1 para a malha da cabe¸a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c 19 2.14 Script configurado para aparecer como atalho no menu quads. . . . . . . . 19 2.15 Inicializando vinculo entre elements da malha e o script. . . . . . . . . . . 20 2.16 Setando cores aos diferentes IDS identificados dos pol´ ıgonos. . . . . . . . . 21 2.17 Calculando regi˜es dos ossos pelas cores definidas pelas IDS e o Script. . . o 21 2.18 Envelope distribuindo pesos uniformes entre ´reas definidas pelas regi˜es. . a o 22 2.19 Todos os elementos atachados como sub-elements da mesma malha. . . . . 23 2.20 Material multi-sub aplicado aos sub-elements da malha pelas IDs. . . . . . 24 2.21 janela de Exporta¸˜o para X3D, com as duas op¸oes desmarcadas inicialmente. ca c˜ 25 2.22 ´ Unico mapa dispon´ para uso no Collada Diffuse como jpg. . . . . . . . ıvel 26 v
  7. 7. LISTA DE FIGURAS vi 2.23 Configura¸ao ideal da tela de exporta¸ao do Collada DAE. . . . . . . . . . c˜ c˜ 27 2.24 Configura¸ao dos bip files no motion mixer. . . . . . . . . . . . . . . . . . c˜ 27 2.25 Diferentes timelines da mesma anima¸˜o no biped, original dela e carregada ca em um novo biped. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.26 Salvando uma anima¸ao de um biped em um bip file. . . . . . . . . . . . . c˜ 28 2.27 Ativando o mixer mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.28 Bip file deslocando biped do centro da origem do mundo. . . . . . . . . . . 29
  8. 8. Cap´ ıtulo 1Introdu¸˜o ca´E importante salientar que neste artigo o leitor deve possuir conhecimentos m´dio a eavan¸ados sobre o funcionamento do software Autodesk 3ds Max, pois n˜o ser˜o deta- c a alhados processos rotineiros, para que possam ser melhor informados os t´picos de maior ointeresse deste artigo. A exporta¸ao de avatares para sistemas de realidade virtual, dependem de alguns con- c˜ceitos, para que possam funcionar de acordo ao sistema para qual ser´ exportado. Estes aem sua maioria s˜o relacionados aos plug-ins. Com diferentes configura¸oes especificas, de a c˜plu-gin para plu-gin, nos trar˜o os resultados que esperamos, nossos avatares animados. aCada um ao utilizarmos junto ao software da Autodesk, 3ds Max Studio, possui suas con-figura¸oes e m´todos. Vamos seguir os passos dessas exporta¸oes at´ que a visualiza¸˜o c˜ e c˜ e cados processos estejam claros. Onde podemos encontrar estes plug-ins: Figura 1.1: Logo do ambiente de realidade virtual Worldviz. Sistema de realidade virtual tem em seu site dispon´ ıvel plug-ins para exporta¸˜o de camodelos compat´ ıveis com seu ambiente de modelos e avatares. 7
  9. 9. CAP´ ¸˜ ITULO 1. INTRODUCAO 8 Figura 1.2: Logo do plug-in CAL3D. Baixando diretamente do site do Worldviz, conseguimos o plug-in para diversas vers˜es odo max, como tamb´m do plug-in OSG, por´m como este formato n˜o permite anima¸˜es e e a codo avatar, n˜o sendo abordado neste documento. O link para baixar o plug-in ´ este a ehttp://www.worldviz.com/download/index.php?id=9. Figura 1.3: Logo do plug-in InstantExport do Instant Reality. H´ algum tempo atr´s, consegu´ a a ıamos baixar o plug-in diretamente do site do InstantReality, por´m agora apenas este link mant´m os plug-ins para X3D. O link para baixar o e eplug-in ´ este ftp://ftp.igd.fraunhofer.de/outgoing/irbuild/InstantExport/ e Figura 1.4: Logo do plug-in Collada. Baixando do site code.google, conseguimos o plug-in gratuito Open Collada com algu-mas vers˜es at´ agora, baixe a mais atualizada.Vocˆ estar´ baixando o plug-in para exportar o e e apara o formato DAE. O link para baixar o plug-in ´ este http://code.google.com/p/opencollada/ e
  10. 10. Cap´ ıtulo 2MetodologiaSeguindo uma metodologia de cria¸ao e exporta¸ao de avatares, pela maioria de tutori- c˜ c˜ais dos principais sites de modelagem e anima¸˜o 3d e revistas especializadas, como a ca3D Creative, venho agregando t´cnicas para melhor desenvolver a modelagem e t´cnicas e ede rig com avatares. Com isso, vim a fundamentar os conhecimentos junto ao curso de `Forma¸ao em Personagens em institui¸ao habilitada a certificar profissionais Autodesk, a c˜ c˜AZIMUT. Diante da atualiza¸ao constante e da necessidade de otimiza¸˜o de m´todos, c˜ ca eque possam auxiliar todo um processo de gera¸˜o de modelagem e anima¸˜o de avatares, ca cavenho aprimorando meus padr˜es e t´cnicas, agora esperando poder estar compartilhando o ecom a comunidade de modeladores e animadores 3D.2.1 Sequencia DescritivaAtrav´s dos t´picos que vir˜o, ser˜o descritos como trˆs formatos s˜o utilizados para ex- e o a a e aportar avatares e deixa-los prontos para anima¸˜o, como por exemplo, a Captura de camovimento. 9
  11. 11. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 102.1.1 Preparando o rig do modeloDepois de modelarmos nosso avatar e deixarmos sua posi¸˜o em Tform ou Xform, quero cadizer seus bra¸os esticados horizontalmente ou inclinados para baixo, respectivamente, cneste caso como o da figura 2.1 x-form. Agora podemos criar o rig do personagem, ouseja, iremos ajustar a posi¸ao dos ossos por dentro da malha da melhor maneira poss´ c˜ ıvelpara que quando enveloparmos os ossos a malha n˜o tenhamos muitos problemas com o aenvelope. Este processo independe de qualquer um dos formatos para qual iremos exportare, al´m disso, vamos considerar o uso do Biped (Character Studio incorporado ao max, que eanteriormente era um plug-in isolado), pois este j´ possui uma estrutura para comportar aa captura de movimento e, al´m disso, garante bons resultados de exporta¸˜o com v´rios e ca aformatos de arquivo.Figura 2.1: Ajuste posicional do biped para dentro da malha do avatar em modo wireframenas quatro viewports do Autodesk 3ds Max Studio.
  12. 12. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 112.1.2 Exportando avatares para CAL3DUtilizando do plug-in CAL3D, iremos exportar para ambientes como o Worldviz, que su-portam este tipo de formato de arquivo, ou melhor, tipos de arquivos. Pois o CAL3D naverdade ´ uma sequencia de arquivos exportados organizados por um arquivo mestre, o eCFG. A Figura 2.2 mostra os diferentes tipos de arquivo a serem exportados. Figura 2.2: Os tipos de arquivo que selecionamos ao exportar todo o CAL3D. Alguns passos ser˜o abordados parra que ilustremos todo o processo: a 1. A malha do modelo deve ser dividida pelo mesmo numero de materiais que iremos exportar, ou seja, iremos ter malhas como cabe¸a, roupa (ou corpo), pernaDireita, c pernaEsquerda, maoDireita, etc. Onde teremos materiais em diferentes slots para cada um destes materiais, a seguir ´ explicado como os materiais s˜o exportados, e a vide Figura 2.3.Figura 2.3: Touca, mascara, roupa, peDireito, peEsquerdo. Malhas divididas que comp˜em oo avatar que acompanham materiais pr´prios. o
  13. 13. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 12 2. Ap´s ter dividido a malha para a mesma quantidade de slots de materiais, nos con- o centramos no passo de rig do modelo que deve seguir a mesma explica¸ao que vimos c˜ a acima em Preparando o rig do modelo. 3. Com a malha dividida de acordo com os materiais e o rig do Biped de acordo, agora podemos aplicar o modificador Physique em cada uma das malhas. Selecione todas elas ao mesmo tempo e aplique o modificador, todas elas estar˜o selecionadas e ainda a assim veremos as caracter´ ısticas do modificador no modify pannel, vide Figura 2.4. Figura 2.4: Selecionando todas as malhas e aplicando o modificador Physique. Assim com o cuidado para n˜o clicar fora do rolout do mdificador, se n˜o, perderemos a a a possibilidade da edi¸ao do conjunto todo das malhas pelo modificador. Agora vamos c˜ ao rolout do modificador e procuramos a guia de nome Physique, l´ clicamos sobre a o bot˜o Atach to Node e levamos o cursor do mouse at´ o diamante, o ponto pivˆ a e o de controle do biped, e clicamos sobre ele (utilize o modo wire frame para conseguir acha-lo). Uma janela abrir´ com as configura¸oes de aplica¸ao do modificador, este a c˜ c˜ artigo n˜o cobrir´ estas configura¸oes, apenas clique em Initialize para que o elo entre a a c˜
  14. 14. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 13 os ossos do biped e cada malha ser´ realizado, vide Figura 2.5. aFigura 2.5: Atachando link entre as malhas e o ponto pivˆ do biped atrav´s do Attah to o eNode. 4. Quando for criado o envelope da malha com os bones do biped, podemos testar o mo- vimento da malha, a partir do movimento dos ossos do biped (mas em grande aparte das vezes, a atua¸˜o em que determinados ossos tem sobre as partes da malha n˜o ca a ficam corretos desde o inicio do projeto), se vocˆs moverem a os osso reparar˜o que a e a malha possuir´ v´rtices se comportando de forma nada adequada ao que pretendemos a e que um avatar simule em suas anima¸oes. c˜Figura 2.6: Movimento do ante bra¸o esquerdo e parte da malha n˜o se comportando como c aesper´vamos. a
  15. 15. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 14 5. A partir daqui, passamos a editar o envelope de areas como: bra¸o, espinhas, etc, ´ c para que as ´reas de atua¸ao na malha estejam entrem os limites que n´s esperavamos a c˜ o que estivessem.Figura 2.7: Ajustando ˆngulos radiais do envelope do bra¸o espinhas em trˆs camadas de a c eajuste de envelope, Radial scale, Parent Overlap e Child Overlop. Sup˜e-se que vocˆ j´ tenha algum conhecimento sobre o 3ds max e, por isso n˜o o e a a detalharemos as ferramentais de envelope do Character studio. Uma dica: antes de come¸ar a configurar o envelope, mude a posi¸ao do biped c c˜ em umas das partes, como o bra¸o por exempo, para configurar o envelope. Desta c maneira temos o controle exatamente do peso da malha que o bone esta exercendo sobre a malha, tendo melhores resultados nos ajustes da anima¸ao. c˜ 6. Verifique que todas as anima¸˜es tamb´m j´ estejam alocadas ao biped e que vocˆ co e a e saiba os intervaos de frames entre elas. Pois quando exportamos as anima¸oes essas c˜ informa¸oes s˜o importantes. c˜ a 7. Agora comecemos a exportar os arquivos do conjunto todo do CAL3d: inicialmente
  16. 16. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 15 selecione o ponto pivˆ do biped, coloque-no em modo figura e ent˜o exporte seleci- o a onando a op¸ao CAL3D Skeleton File (*CSF, *XSF), pronto temos o skeleton que c˜ um dos arquivos principais. 8. Agora podemos exportar material a material, ou seja, cada material que foi aplicado a uma malha diferente, ser´ exportado diferente. Apesar dos diferentes materiais a possu´ ırem as vezes os mesmos mapas eles ser˜o linkados na raz˜o de um material a a para uma malha. Os materiais devem possuir uma nomenclatura de ordem sobre colchetes precedida de seu nome, como por exemplo, roupa[0], corpo[1], etc. Esta nomenclatura serve depois, no arquivo cfg, ser a referencia da ordem dos materiais, que ser´ explicado a seguir. aFigura 2.8: Materiais com nomenclaturas com ´ ındices de ordem dos materiais do CAL3D. Exporte utilizando a op¸˜o CAL3D Material File (XRF). Cada um dos materiais ca normalmente d´-se um nome an´logo a da malha em que fora aplicado. Selecione a a a exporta¸ao para o formato XRF e clique em Salvar. Uma nova tela aparecer´ com a c˜ a lista de todos os slots de textura configurados, selecione o material de nome an´logo a ao arquivo de exporta¸˜o e que possui a ordem que colocar´ em colchetes no passo ca a a c ´ anterior e, ent˜o, clique em Avan¸ar. E importante utilizar o formato XRF para a
  17. 17. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 16 exporta¸ao de materiais, pois ele possui uma estrutura comum entre os softwares que c˜ leem o formato CAL3D.Figura 2.9: Associa¸˜o do nome do material que vocˆ criou, com o nome an´logo em um ca e aslot material relacionado. Uma outra tela abrir´ agora pedindo que vocˆ selecione a imagem que ser´ associada a e a ao material que vocˆ esta formulando, selecione e clique em concluir e estar´ pronto e a o material. Repita todo esse processo, at´ ter feito isso com todos os materiais e existentes. Figura 2.10: Fase de associa¸˜o do material ao mapa de textura. ca
  18. 18. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 17 9. Ap´s ter exportado os bones do biped, ter rigado o biped a malha, ter linkado as o malhas com os bones e, ter exportados os materiais que foram aplicados as diferentes malhas; vamos agora exportar as malhas, para isto: selecione cada uma delas e v´-se a utilizando da exporta¸ao por Cal3D Mesh File, n˜o precisa especificar a extens˜o a o c˜ a a que o programa escolher funciona provavelmente ele ir´ escolher CMF. Janelas abrir˜o a a pedindo que vocˆ associe ao esqueleto que j´ exportamos se o caminho n˜o estiver e a a ok, clique em browser e selecione as outras op¸˜es n˜o marque e siga confirmando os co a passos. Figura 2.11: Associa¸˜o da malha selecionada aos ossos do esqueleto. ca 10. Ap´s ter realizado todas as exporta¸˜es a cima, vocˆ possuir´ arquivos CMF re- o co e a presentando as malhas que comp˜em o avatar e arquivos XRF que representam a o conex˜o dos materiais de cada malha a um ou mais mapas que eles possam estar a ligados. Estes mapas devem possuir em mesmo diret´rio tamb´m as imagens ligadas o e aos mapas relacionados, normalmente os arquivos tga funcionam bem. Al´m disso, e um ou mais arquivos de anima¸˜o provavelmente no formato caf e o arquivo de es- ca queleto no formato CSF. Com todos esses arquivos podemos ir para a cria¸˜o do ca arquivo mestre que gerencia todos estes, o arquivo CFG. 11. Nesta parte juntamos em um arquivo CFG, todos os arquivos que exportamos que
  19. 19. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 18 fazem parte do nosso avatar, segue abaixo um arquivo exemplo. Este aqui ´ res- e pons´vel por identificar que arquivos s˜o esqueletos, as malhas (mesh), anima¸oes a a c˜ (animation) e materiais (material). Importante fundamentar que os materiais tem que ser colocados por ordem de suas numera¸˜es em colchete quando exportados no co documento CFG. Figura 2.12: Arquivo mestre.2.1.3 skining de modelo por script Autoweight 1. Primeiramente devemos selecionar cada parte do corpo que ser´ guiada pelos ossos e a setar um ID diferente para cada parte desta. Assim, temos algo como: cabe¸a (com c olhos, chap´u, etc) com ID 1, pesco¸o com ID 2, e assim para cada parte da malha e c que possa se referenciar a um osso. Fa¸a isso para toda a malha de acordo com todos c
  20. 20. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 19 os ossos do biped. Figura 2.13: Setando ID 1 para a malha da cabe¸a. c 2. Agora, com o plug-in Autoweight instalado, ativam-no a partir dos menus quads, no meu caso coloquei l´ como indicado nas instru¸˜es de instala¸˜o. Ent˜ ´ s´ clicar a co ca a e o sobre Autoweight e uma janela se abrir´. Esta ser´ respons´vel por configurar todo a a a o envelope de nossa malha. Figura 2.14: Script configurado para aparecer como atalho no menu quads. 3. Com todas as ids definidas para cada parte dos ossos o nosso trabalho ser´ bem a sequencial. Inicialmente selecione todos os pol´ ıgonos de sua malha e, ent˜o a partir a
  21. 21. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 20 da janela do Autoweight selecione Element e em seguida clique no primeiro bot˜o a no canto superior esquerdo. Sua malha ficar´ com algumas cores aleat´rias, se sua a o malha estiver dividida em sub elements e, ficar´ com uma unica cor se ela for apenas a ´ um element. Figura 2.15: Inicializando vinculo entre elements da malha e o script. 4. Agora volte no modificador selecione os pol´ ıgonos a parir do mesmo menu onde vocˆ criou suas ids, uma a uma vocˆ selecionar´ a id e ent˜o clicar´ no menu do e e a a a Autoweight com elas selecionadas. Isso far´ com que cada parte selecionada torne a uma cor diferente, assim o script ter´ uma referencia de onde ele pode procurar a a associa¸ao dos bones do biped com partes especificas da malha. Repita isso at´ que c˜ e
  22. 22. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 21 tenha selecionado todas as ids no processo e que tenha clicado no bot˜o do Autoweight a para todas elas. No final teremos nossa malha toda colorida. Figura 2.16: Setando cores aos diferentes IDS identificados dos pol´ ıgonos. 5. Ap´s isso clicamos no bot˜o para calcular as regi˜es, se vocˆ setou todas as ids para o a o e todos os ossos do biped corretamente um para um, n˜o ter´ problemas. Caso tenha a a alguma d´vida corrija as ids e as aplica¸oes das cores para essas ids. Ocorrendo tudo u c˜ bem, o quadro regions ir´ ser inserido por todos os ossos pela referencia das cores e a seus posicionamentos pr´ximos ossos do biped, que posicionamos a partir do rig que o fizemos do biped. Figura 2.17: Calculando regi˜es dos ossos pelas cores definidas pelas IDS e o Script. o
  23. 23. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 22 6. Agora, clicamos em Add a skin-modifier, isso far´ com que todo o envelope da malha a seja criado e os pesos sejam distribu´ ıdos uniformemente entre as interse¸˜es das ´reas co a que foram reconhecidas como regi˜es dos ossos na malha. Este processo envelopa o quase todas as malhas 90 por cento bem, talvez um ajuste ou outro seja necess´rio, a mas o tempo ganho neste processo ´ imenso. e Figura 2.18: Envelope distribuindo pesos uniformes entre ´reas definidas pelas regi˜es. a o Uma observa¸˜o importante: Quando fecharmos a caixa de Script do Autoweight ca com nossa malha na cena, se abrirmos ela novamente e tentarmos mudar as cores de alguma ´rea, por exemplo, pelas Ids que definimos justamente para fazer isso, um a erro acontecer´. Todas as defini¸oes das cores que tenha feito at´ o momento ser˜o a c˜ e a descartadas e uma ou mais cores aleat´rias como na etapa de start ser˜o aplicadas o a ao modelo. Para que isso n˜o aconte¸a e vocˆ tenha que reaplicar todas as cores a c e novamente ID por ID, selecione via elemento toda a sua malha depois de abrir a janela de script e, ent˜o clique no bot˜o de aplica¸˜o de cores. Espere um momento e, ent˜o a a ca a uma mensagem o informar´ que ser˜o mantidas as cores configuradas anteriormente. a a
  24. 24. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 232.1.4 Exportando avatares para X3DAo contr´rio do que acontece com o CAL3D, por exemplo, a exporta¸˜o para X3D utiliza a cade apenas um unico arquivo, onde os bones do biped, suas anima¸˜es e a malha do avatar ´ cos˜o todos integrados em um unico arquivo. A exporta¸˜o para este arquivo necessita do a ´ caplugin ser instalado, como j´ fora explicado anteriormente. Com este instalado, alguns apassos podem ser observados para a gera¸ao de modelos de avatares para X3D: c˜ 1. Tamb´m ao contr´rio do CAL3D, ´ ideal que toda a malha esteja atachada em uma e a e unica malha, isso impede que muitos bugs aconte¸am durante a exporta¸˜o do avatar, ´ c ca mesmo que elas sejam sub-elements. Sobre os materiais ainda h´ necessidades, mas a um pouco menos r´ ıgidas do que as do CAL3D tamb´m. e Figura 2.19: Todos os elementos atachados como sub-elements da mesma malha. 2. Ap´s ter sua malha ajustada, ou atachada adequadamente, podemos utilizar do pro- o cesso de rig, j´ explicado anteriormente tamb´m em Preparando o rig do modelo. a e
  25. 25. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 24 3. Tanto o formato X3D, quanto o formato DAE suportam o modificador skin. Este modificador possui um pouco mais de liberdade no controle dos pesos da malha e al´m disso, um script realmente muito util foi escrito para o max: o Autoweight de e ´ Mirko Haenssgen. Este script permite que configuremos o envelope da malha com muito mais precis˜o do que via parˆmetros comuns de envelope. Vide explica¸ao a a c˜ anterior sobre ele em skining de modelo por script Autoweight Pegue ele em http://www.kogenspage.com na guia Stuff e em segida Script ai s´ baixar. o 4. Ap´s realizar todo o envelope da malha conforme explicado acima, voltamos um o modificador a abaixo do skin, agora podemos aplicar os materiais a nossa malha um material por cada sub-element, oque resultar´ no final em um multi-sub. N˜o a a h´ necessidade de ter nomes em colchetes como no formato CAL3D, para cada um a dos materiais, pois nesse caso n˜o temos os sub-elements como desatacados em dife- a rentes malhas. Assim o funcionamento ´ diferente, nomeie os materiais como achar e adequado. Figura 2.20: Material multi-sub aplicado aos sub-elements da malha pelas IDs. 5. Ap´s preparar ent˜o todo o rig, o skining e os materiais, podemos exportar nosso o a arquivo com malhas e bones do biped selecionado para X3D.
  26. 26. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 25 6. A exporta¸ao de anima¸ao para o X3D ´ demarcada dividindo a timeine em sub- c˜ c˜ e arquivos. Quando abrirmos a tela de exporta¸ao, ela nos d´ h´ possibilidade de c˜ a a darmos nome e a faixa de frames que comporta uma anima¸˜o. Mas ao terminar de ca configurar as faixas de anima¸ao e ao exportar o modelo, cada anima¸˜o gerar´ um c˜ ca a arquivo separado. O que difere principalmente em rela¸ao aos outros dois formatos c˜ que mant´m os clipes de anima¸ao unificados em um unico arquivo de exporta¸˜o. e c˜ ´ ca ´ Importante: E recomendando que vocˆ exporte inicialmente seu modelo sem marcar e as duas op¸oes: Use Common Surface Shader e Export Tangents + Binormals, pois c˜ existe um bug no exportador que algumas vezes trava o max, sem uma explica¸˜o ca plaus´ para este erro, o processo que falei acarreta no sucesso da exporta¸˜o. Logo ıvel ca depois de exportar sem as duas op¸oes marcadas, volte e tente exportar novamente, c˜ agora com as duas op¸˜es marcadas. Dessa forma atrav´s da experimenta¸˜o consegui co e ca exportar todas as texturas aplicadas ao modelo para o X3D, bem como todos os outros recursos como anima¸˜o, etc. caFigura 2.21: janela de Exporta¸ao para X3D, com as duas op¸oes desmarcadas inicialmente. c˜ c˜
  27. 27. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 262.1.5 Exportando avatares para DAE 1. A cria¸ao de modelos para o formato DAE, segue um padr˜o parecido com o X3D e o c˜ a CAL3D: a malha deve possuir sub-elements, mas em uma unica malha, este processo ´ evita erros. 2. O rig segue com o modificador skin, ent˜o vocˆ pode adotar as mesmas t´cnicas que a e e passamos em Preparando o rig do modelo, lembre-se de utilizar o biped, vocˆ e ver´ que principalmente para o formato DAE ele permite algumas t´cnicas especificas a e para ele. 3. Para realizar o skining, podemos utilizar das mesmas t´cnicas do script Autoweight, e como j´ haviamos visto em skining de modelo por script Autoweight Pegue ele a em http://www.kogenspage.com na guia Stuff e em seguida Script ai s´ baixar. Essas o t´cnicas ajudam muito na quest˜o tempo, depois vamos apenas refinando o pouco e a que pode n˜o ter ficado bom, mas muitas das vezes ele resolve todo o problema. a 4. O principal na exporta¸˜o de modelos DAE, s˜o os materiais, cada material aplicado ca a a um sub-element da malha s´ pode ter um mapa, o Diffuse e, al´m disso, n˜o o e a podemos utilizar mapas como psds. O ideal ´ utilizar somente o canal diffuse e com e jpgs, isso lhe poupar´ muito tempo que teria com feedback. a ´ Figura 2.22: Unico mapa dispon´ para uso no Collada Diffuse como jpg. ıvel
  28. 28. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 27 5. Utilize para exportar o plugin OpenCollada, apesar da Autodesk estar adotando parte do projeto deste plugin ele ainda n˜o funciona bem. Utilizei o plugin at´ essa data a e para a vers˜o 2012 do 3ds Max Studio, funcionando bem. Seguindo uma configura¸ao a c˜ de exporta¸˜o b´sica que sempre funciona, vide a figura abaixo. ca a Figura 2.23: Configura¸ao ideal da tela de exporta¸ao do Collada DAE. c˜ c˜ 6. Uma das vantagens de utilizar o biped, principalmente no formato dae ´ capacidade e dele de dividir no motion mixer clipes de anima¸ao. Para isso vocˆ deve salvar c˜ e anima¸oes do biped isoladas em formato bip. Formato este que carrega informa¸˜es c˜ co de anima¸ao do biped. Com duas ou mais anima¸oes, abrimos a janela de motion c˜ c˜ Mixer e passamos inserir nas layers trakers as faixas de frames totais pelos arquivos bip que abrimos, vide figura abaixo. Figura 2.24: Configura¸ao dos bip files no motion mixer. c˜
  29. 29. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 28 7. Uma boa dica ´ manter arquivos das anima¸oes com seus bipeds salvos, anima¸ao por e c˜ c˜ anima¸ao, assim temos um controle melhor da timeline da anima¸˜o caso precisemos c˜ ca modific´-la, pois quando abrimos uma anima¸˜o em um biped ela se reestrutura em a ca uma quantidade de frames maior pela interse¸ao dos quadros que vocˆ criou para c˜ e elas iniciamente. Dessa maneira a modifica¸ao dela em um novo biped levar´ um c˜ a trabalho muito maior.Figura 2.25: Diferentes timelines da mesma anima¸˜o no biped, original dela e carregada caem um novo biped. 8. Quando quiser salvar o arquivo bip, ´ s´ selecionar o biped, seja um dos seus ossos ou e o todo ele, e ent˜o, ir ao motion pannel no roulout procurar por biped e ent˜o salvar a a o arquivo. Figura 2.26: Salvando uma anima¸˜o de um biped em um bip file. ca 9. Ap´s inserirmos quantas layers trackers quisermos e, dentro delas os arquivos bip na o mesma quantia, passamos a ter vinculado ao biped para o modo mixer todas essas
  30. 30. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 29 anima¸oes. Para podermos utilizar de todas essas configura¸oes do motion mixer no c˜ c˜ nosso esqueleto biped, ´ s´ selecionar um dos ossos do biped ir no motion pannel e e o habilitar o Mixer mode. Vocˆ pode utilizar deste recurso de anima¸oes para alguns e c˜ dos formatos que permitam anima¸˜es junto ao biped: o CAL3D e o COLLADA. O co formato X3D n˜o utiliza o motion mixer para criar clipes de anima¸˜o. Mas pode a ca utilizar toda uma anima¸ao aplicada a timeline. c˜ Figura 2.27: Ativando o mixer mode. 10. Devemos ter apenas cuidado com o posicionamento em rela¸ao ao mundo, quando se c˜ trata em combinar diferentes anima¸oes ao biped, para podermos ter uma sequencia c˜ adequada de anima¸˜es. co Figura 2.28: Bip file deslocando biped do centro da origem do mundo. 11. Neste modo, ao exportarmos para o formato Collada, trackers s˜o consideradas como a clipes de anima¸ao que podemos utilizar, por exemplo, para simular diferentes si- c˜ tua¸oes de anima¸˜o de um mesmo modelo que s˜o ativadas com diferentes tipos de c˜ ca a
  31. 31. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 30 controles que quisermos.2.2 Sequˆncia argumentativa eComo sequˆncia do plano de trabalho a rela¸ao de atualiza¸ao, otimiza¸ao e aprimora- e c˜ c˜ c˜mento dos avatares em todos os formatos mais utilizados pelo laborat´rio levou a pesquisa oconstante de novas t´cnicas de modelagem, rig, skining e anima¸ao, seja ela como anima¸ao e c˜ c˜via keyframe poser ou como forma de captura de movimento com o kinect por exemplo.Devida a natureza dos recursos dispon´ ıveis a cada formato nem todas essas novas t´cnicas eou metodologias de lidar com avatares est˜o dispon´ a ıveis a todos os formatos, mas diante detoda uma lista de formatos levantados como em uso pelo laborat´rio, fica claro que o avan¸o o cdas possibilidades pela experimenta¸˜o de todos esses recursos se tornou important´ ca ıssimopara o avan¸o tecnol´gico para avatares em ambientes de realidade virtual. c o A este tempo que venho passando atrav´s do curso deste trabalho venho aprimorando edois grupos de personagens, m´dicos (estes incluindo tamb´m cirurgi˜es) e oper´rios de e e o aplataforma de petr´leo. Muitas das vezes eles vˆm sendo testados em outros formatos, al´m o e edo CAL3D, pois levantasse que estes personagens estar˜o inseridos em cenas adicionais aos atrabalhos em que j´ foram inseridos. At´ agora os unicos avatares inseridos em cenas foram a e ´os m´dicos em uma cena de simula¸ao de uma opera¸ao cir´rgica. e c˜ c˜ u2.2.1 Comentando o formato CAL3DTestes feitos com diferentes envelopamentos de malha aos ossos do biped, foram claramenteidentificando-se como as engrenagens dispon´ ıveis para movimento de nossas malhas dosavatares. Mostraram que para o formato CAL3D que possui restritas formas de cria¸˜o caprincipalmente quando se fala de envelopamento, outros formatos como COLLADA e oX3D se mostram ganhando vantagem e, al´m disso, ganhando maior interesse de outros eautores de scripts que facilitem este papel. Quanto a todo o trabalho com o plugin CAL3D, a principal escolha foi diante da
  32. 32. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 31necessidade de trabalhar com avatares para o laborat´rio aonde estes trabalhos vieram oacontecendo, principalmente diante do sistema Worldviz, que permite apensar modelos cfgpara avatares animados. Diante de requisitos t˜o espec´ a ıficos como j´ comentados, fica claro aque n˜o ´ um dos melhores formatos a se trabalhar, mas quanto a necessidade ele resolve a ebem o que o sistema Worldviz requer. Porem seus clipes animados inseridos em um unicoarquivo exportado ´ uma das suas grandes vantagens. e2.2.2 Comentando o formato X3DDiante do uso da visualiza¸ao 3d via internet se sustentando cada vez mais, o formato X3D c˜veio mostrar que possuir muito potencial para ambientes imersivos, visto principalmenteno Instant Reality. A vantagem que este possui em rela¸ao ao CAL3D ´ sua possibilidade c˜ ede usar o modificador de envelope skin e, assim poder tamb´m estar se utilizando de script ecomo o Autoweight para facilitar o envelopamento da malha. Com a possibilidade deexportar m´ltiplos materiais em uma escala muito maior do que o formato colada por uexemplo, ele nos pemite exportar mapas de normal, deslocamento, entre alguns outros,criando uma visualiza¸ao dos modelos muito mais atraente. Uma desvantagem do X3D c˜em rela¸ao ao CAL3D e o formato DAE Collada ´ que, o motio mixer n˜o lhe permite c˜ e aselecionar os clipes de anima¸˜es, j´ outros dois formatos sim. co a2.2.3 Comentando o formato COLLADADiante de uso em plataformas de desenvolvimento como grandes engines do mercado ea plataforma Flash com seu Papervison 3D, foram permitidos usos deste formato paraintegrar um belo inicio para web 3d. O formato Collada tem em suas vantagens como oX3D a capacidade de utilizar os clipes do motion mixer e ter uma disponibilidade grandeambientes onde este funciona e se comunica bem. Uma se n˜o a maior desvantagem deste aformato, ´ que a disponibilidade de canais de mapas de textura, este s´ permite o canal e odiffuse. E tamb´m imagens com camadas com layers como psds n˜o s˜o suportadas. Mas e a adiante da necessidade da cria¸ao de aplicativos em Flash e v´rias engines do mercado este c˜ a
  33. 33. CAP´ ITULO 2. METODOLOGIA 32formato acaba sendo util. ´
  34. 34. Cap´ ıtulo 3ResultadosUnificar a trˆs importantes formatos 3d em um documento, mostrando suas principais evantagens e desvantagens, trazer para o leitor, que provavelmente ´ conhecedor do Autodesk e3ds Max Studio, passa a ser guia um guia de passos que devem ser tomados e os quen˜o devem ser tomados. Enfim levar em considera¸ao a experimenta¸ao do uso destes a c˜ c˜formatos na elabora¸˜o de avatares em diversos formatos a fim de conseguir atingir os caambientes de realidade virtual, ou outros ambientes de imers˜o como as game engines. aImportante tamb´m ressaltar, que a unifica¸˜o destes elementos, pode levantar a ideia e cade unificar documentos de formatos como este para facilitar o trabalho de aprendizagemde modeladores que precisem trabalhar com estes formatos levantados neste trabalho ouem poss´ ıveis trabalhos futuros. Enfim unificar o conhecimento de exporta¸ao de formatos c˜sejam eles, no Autodesk 3ds Max Studio ou em outros softwares de modelagem e anima¸ao. c˜ 33
  35. 35. Cap´ ıtulo 4Considera¸oes Finais c˜Como fixados nossos formatos foram descritos em suas principais caracter´ ısticas, que de-viam atender a configura¸˜o de m´todos para avatares a fim de exporta-los para diversos ca esistemas de realidade virtual. Podemos notar que o formato CAL3D, funciona muito bematrav´s da plataforma WorldViz, com pouca configura¸ao de materiais, mas sendo muito e c˜util ao que se remete a fazer, uma plataforma de inser¸˜o de avatares para realidade virtual.´ caDiante do formato Collada DAE, podemos juntar a informa¸˜o que sua gama de materiais catamb´m, baixa, mas com a capacidade igualit´ria do formato CAL3D de poder criar clipes e ade anima¸ao a parit do motion mixer por exemplo. Ainda sobre testes verifica-se que o c˜formato Collada veio se consolidando em engines e junto a plataformas como Flash 3d,trazendo para web uma nova cara o 3d. Em ela¸ao ao formato X3D, vemos um formato c˜robusto, onde diversas camadas de materiais criam um modelo muito mais atraente capazde recriar ainda mais a imers˜o que a realidade virtual necessita. Atingindo a web a par- atir do HTML5, o X3D roda tamb´m a partir do player Instant Reality, que se configura ecomo uma perfeita plataforma de realidade virtual. Por fim, com o levantamento de tantasinforma¸oes sobre avatares, fica a possibilidade do trabalho de identificar as melhores pla- c˜taformas de imers˜o e quais delas s˜o utilizadas ou n˜o, e o porquˆ dentro de um universo a a a ecientifico ou empresarial onde a realidade virtual se enquadra dentro dos formatos abran-gidos aqui. Ou talvez ainda, levantar as principais formas de levantar sobre as anima¸˜es co 34
  36. 36. CAP´ ¸˜ ITULO 4. CONSIDERACOES FINAIS 35desses avatares, como por exemplo, a captura de movimento com o kinect, que por justa-mente termos focado o rig dos modelos com o biped e n˜o com bones e Cat object, para apoder-se justamente utilizar de processos de captura de movimento. Mas acredito que estetrabalho sobre o kinect e avatares ´ assunto para al´m do t´pico de exporta¸ao de avatares. e e o c˜Ficam ent˜o essas poss´ a ıveis ideias de trabalhos futuros.
  37. 37. Cap´ ıtulo 5AgradecimentosAgrade¸o inicialmente aos meus pais pela educa¸ao e todo incentivo que vieram fazendo c c˜sobre minha carreira e sobre nunca desistir dos sonhos. Agrade¸o a equipe do Studio cGraph-it, uma segunda fam´ que acabei ganhando, que me trouxe esperan¸a em realizar ılia cmeus sonhos. Agrade¸o a equipe do Laborat´rio ACiMA, pelas dicas e pela moral que todos c ovocˆs trazem a quem participa de um grupo como vocˆs. E principalmente minha Esposa e eVanessa, raz˜o da minha vida, onde deposito todas as esperan¸as de futuro e realiza¸˜o a c cados meus sonhos e dos dela tamb´m dia a dia. Obrigado a deus, forma da natureza, forma ena esperan¸a, forma do desconhecido, mas forma de realiza¸˜o da vida e da esperan¸a que c ca cdevemos depositar na humanidade, obrigado. 36
  38. 38. BibliografiaEstudo sobre o tutorial de Cal3d em: Allen, James. Creating Cal3D Characters with 3DStudio MAX - Contributed by James Allen (E-Book), 2003. A maioria de minhas experiˆncias com X3D foram iniciadas a patir do Site do Instat Re- eality, a partir do plugin de exporta¸ao do formato para o Autodesk 3ds Max Studio. A par- c˜tir dai encontrei um site com exemplos de arquivos x3d muito ut´is que esclarecer˜o muitas e ad´vidas no processo de estudo deste formato: http://www.x3dom.org/x3dom/test/functional. uExistem muitos exemplos neste site e realmente v˜o ajuda-los muito a esclarecer muitas ad´vidas. u Quanto ao CFG, utilizando tamb´m de um plug-in de exporta¸ao da Plataforma World- e c˜viz de realidade virtual para o Autodesk 3ds Max, comecei meus estudos e fui experimen-tando os parˆmetros e visualiza¸oes dele junto a exemplo da plataforma execut´vel, assim a c˜ acheguei as informa¸oes necess´rias para montar esse apanhando de m´todos para o formato. ` c˜ a e 37

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