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Tutoriel AReVi/hLib 2 Ronan BILLON lundi 15 janvier 2007 Table des matières 1.

Tutoriel AReVi/hLib 2 Ronan BILLON lundi 15 janvier 2007 Table des matières 1. Introduction ........................................................................................................................................................2 2. Théorie et principe de la hLib...........................................................................................................................2 2.1. Classe de données....................................................................................................................................3 2.2. Classe d’afﬁchage....................................................................................................................................3 2.3. Classe d’animation...................................................................................................................................4 3. Utilisation et pratique à partir des exemples...................................................................................................5 3.1. testBody : création manuelle d’un squelette............................................................................................6 3.2. testSkin ....................................................................................................................................................7 3.3. testLoad....................................................................................................................................................8 Bibliographie...........................................................................................................................................................9 1. Introduction ARéVi est une bibliothèque constituant la base commune à la majorité des travaux menés au LISYC/CERV http://www.cerv.fr/. La thématique de celle-ci repose sur l’activation de multiples entités autonomes en interac- tion dans des environnements tridimensionnels interactifs (simulation biologique, circulation routière, outils de formation...). Pour avoir de plus amples informations, un chapitre y est consacré dans « Le traité de la réalité virtuelle » [HCJ06] . Le code source est à la disposition de la communauté, selon la licence LGPL, depuis le site http://www.enib.fr/~harrouet/ ou encore sur SourceForge (http://sourceforge.net/projects/arevi/) Cette documentation ne contient pas les instructions pour l’installation, mais vous pourrez retrouver toutes les instructions pour compiler la bibliothèque dans le ﬁchier README. Les exemples fournis avec cette documentation se compile avec la suite de commande traditionnelle sous *nix : Exemple 1. Compilation et exécution des exemples $ ./configure ======== Building dependencies... ... $ make $ ./myexecutable Note : Pour que le script de conﬁguration s’exécute correctement, il est indispensable que l’exécutable arevi-config soit dans votre PATH. Consultez la documentation situé dans MY_PATH_TO_AREVI/AReVi/Vrac/areviGuide.pdf. hLib (Humanoid Library) est une bibliothèque qui ajoute les fonctionnalités nécessaires pour créer des per- sonnages animés à base de squelette. Ces personnages ne sont pas obligatoirement des humanoïdes. En théorie hLib peut être compilée sur toutes les plateformes où ARéVi est disponible. Les objectifs de la hLib sont les suivants : • Création et importation de squelettes (depuis les types de ﬁchier suivant : SMD (Half Life 2), MD5 (Doom 3), BVH (Biovision)) ; • Importation d’animation directe à partir de keyframes (même type de ﬁchier) ; • Skinning animation de la peau en suivant le squelette ; • Animation par cinématique inverse. • Animation en temps réel de plusieurs individus. Le but de ce document est de présenter les concepts de base nécessaires à l’utilisation de cette bibliothèque. Il s’adresse à un public avertit, connaissant déjà ARéVi et ayant des notions de mathématiques géométriques 3D (matrices, quaternions, ...). Pour avoir des informations sur les classes présentes, une documentation a été générée automatiquement avec Doxygen. Vous la trouverez dans le ballot. Pour plus de détails sur les différents mécanismes déployés ici, nous invitions le lecteur à consulter la bibliographie. La plupart des algorithmes utilisés sont issus de publications scientiﬁques. Pour utiliser cette bibliothèque, veuillez ajouter à votre compilateur le lien vers AReViHLib2.(so,dll). 2 Tutoriel AReVi/hLib 2 2. Théorie et principe de la hLib Ce chapitre présente la structure élémentaire composant tout humanoïde : le squelette. Le corps humain est composé de plus de 200 os, reliés entre eux par les muscles et les ligaments. Les degrés de liberté des articulations du squelette (genou, épaule, . . . ) sont contraints, ainsi tous les mouvements ne sont pas possibles. Mais, Le squelette humain permet un ensemble de mouvements très complexes. La reproduction de ceux-ci sur ordinateur est difﬁciles. Il est commun en animation de synthèse de n’utiliser qu’un nombre restreint d’articulations aﬁn de simpliﬁer les calculs. 2.1. Classe de données Avant de voir le squelette en lui-même, nous allons voir la structure élémentaire le composant. Il s’agit du Joint, c’est la jonction entre deux os du squelette. Dans la hLib, le choix a été fait de le faire dérivé de la classe Base3D. en effet, chaque Joint est composé d’une position et d’une orientation. Le squelette sera alors une simple collection de joints reliés entre eux, on pourra le représenter sous forme d’arbre. Les liens entre joints se font toujours dans le sens : "un ﬁls connaît son père" et non "un père connaît ses ﬁls" comme c’était le cas précédemment dans la première version de la hLib. Les enfants sont attachés (méthode de Base3D : attachTo(parent)) à leur père, ce qui facilite la manipulation. Supposons par exemple que l’utilisateur sou- haite faire bouger le bras. Pour cela il lui sufﬁt de manipuler l’articulation de l’épaule et les enfants (coude, poignet, doigts. . . ) seront automatiquement mis à jour. La manipulation des joints peut se faire indifféremment dans le repère global (très rare), le repère de l’objet (exemple : getPosition() de la classe Base3D), le repère du parent (setLocalTranslation() et setLocalRotation()) et le repère local du joint courant. Avant toute manipulation assurez-vous de savoir quelle est votre référence. Avertissement Il y a deux différences notables avec la première version : 1. la disparition d’une position de repos et du delta. En effet, précédemment, il était nécessaire de préciser une position et orientation de repos du joint dans le repère du parent et d’effectuer toutes les manipulations en faisant varier un delta. Cette particularité n’étant pas indispensable, elle a été supprimée par soucis de sim- plicité ; 2. la disparition des contraintes articulaires. Devant la difﬁculté à implémenter, puis à exprimer et utiliser correctement les contraintes, elles ont été simplement sup- primées. La représentation par quaternion (3 degrées de liberté) n’est absolu- ment pas faite pour être contrainte, car il existe une inﬁnité de combinaison de rotations simples pour atteindre une orientation donnée. Cette possibilité sera re-insérée lorsqu’une représentation adéquate sera trouvée. 2.2. Classe d’afﬁchage L’afﬁchage des humanoïdes, de cette version, est géré par la classe BodyShape qui hérite d’Shape3D. Cette classe génère automatiquement une représentation symbolique du squelette avec des sphères pour les joints et des lignes 3D pour les os. L’afﬁchage du squelette est mis à jour automatiquement dès qu’un joint est déplacé. Il est important de préciser que le squelette du BodyShape est une simple référence, toute modiﬁcation effectuée sera automatiquement retranscrite à l’afﬁchage. Pour toute manipulation sur les joints (à partir de setPosition() et setOrientation() de la classe Base3D), le repère de référence est celui de l’objet 3D et non le repère global du monde. 3 Tutoriel AReVi/hLib 2 Pour embellir le squelette, une peau, se déformant en suivant ses mouvements, peut être ajoutée. La classe Skin héritant de Surface3D gère cela parfaitement. Pour un même BodyShape, plusieurs peaux peuvent exister, cela permet un découpage de la structure du personnage, pour par exemple changer seulement sa tête. Le principe de la déformation s’appuie sur l’orientation et la position des joints, ainsi qu’une pondération. Ce qui signiﬁe par- ticulièrement que deux squelettes ayant une forme identique peuvent avoir des orientations de joints différentes, et donc un comportement de la peau différent. Figure 1. Deux squelettes identiques avec une orientation des joints différente L’image précédente montre l’utilisation des programmes de test $ ./testMorphet $ ./testLoad. Avec le premier, il y a une adaptation de l’orientation des joints en fonction de la peau alors que le second montre une application brute et directe de la skin sur le squelette. 2.3. Classe d’animation L’animation se découpe en deux parties majeures : La cinématique directe et la cinématique inverse. L’animation directe est une technique courante qui se base sur une décomposition de l’animation en po- sitions clés. Ces images clés sont ensuite relues pour re-générer l’animation. La classe Keyframe dérive de la classe Skeleton, une position clé correspond à un squelette avec une pose bien déﬁnie. La seule variable sup- plémentaire à y ajouter est le temps que doit durer cette pose. Ces images clés sont regroupées dans un conteneur KeyframeAnimation. Il est très rare quelles soient manipulées directement. Une animation décrit de manière 4 Tutoriel AReVi/hLib 2 ordonnée les différentes postures à appliquer à un squelette pour faire un mouvement. La durée du mouvement est calculée automatiquement au moment d’une insertion ou d’une suppression d’image clé. La cinématique inverse permet de trouver une position et une orientation de chaque joints du squelette pour satisfaire une condition de position d’un joint particulier. Par exemple, je souhaite que la main d’un humanoïde atteigne la porte, l’algorithme va calculer les orientations de chacun des joints de la chaîne jusqu’à la racine. L’algorithme utilisé par la hLib est le Cyclic Coordinate Descent (CCD). En plusieurs étapes, l’algorithme modiﬁe l’orientation de chaque joints pour tenter d’atteindre la position voulue. 3. Utilisation et pratique à partir des exemples Avant de commencer, voici un diagramme UML synthétique présentant l’organisation des classes fournient par la hLib. Figure 2. Synthèse du diagramme de classe Pour présenter l’utilisation de la hLib, nous utiliserons les exemples fournis dans le ballot. Dans l’ordre : • testBody : création manuelle d’un squelette ; • testInteractiveBody : création manuelle d’un squelette et manipulation interactive du squelette à partir de ciné- matique inverse ; • testSkin : création manuelle d’un squelette simple, génération d’une peau à partir d’une sphère ; • testLoad : importation de plusieurs ﬁchiers contenant le squelette, la peau et l’animation ; • testMorph : importation de plusieurs ﬁchiers contenant le squelette, la peau et l’animation avec une adaptation du squelette pour une déformation adaptée de la peau ; 5 Tutoriel AReVi/hLib 2 • tesLoadInteractive uploads/s3/ tutorial-hlib 1 .pdf