Animation de personnages 3D pour le jeu vidéo

Animation de personnages 3D
pour le jeu vidéo : état de
l'art et perspectives
Steve Tonneau – Post doctorant LAAS-CNRS
L'impact culturel et économique de l'industrie du jeu vidéo a cru de manière
exponentielle dans la dernière décennie, au point de dépasser le grand média du 20eme
siècle qu'est le cinéma. Les applications des technologies et méthodes scientifiques
développées pour le jeu vidéo et l'animation graphique en général dépassent aujourd'hui
leur domaine de développement, et se retrouvent employées pour le développement
d'outils de formations, d'avatars utilisés pour l'assistance en ligne, de projets artistiques,
pour la robotique...
Parmi la diversité des challenges que pose la réalisation d'un jeu vidéo, la nécessité
d'animer, de manière interactive, des personnages virtuels de manière réalistes, a fait
l'objet d'études depuis plus de 20 ans.
Grossièrement, on peut distinguer deux familles de techniques : d'une parties méthodes
dites « basées exemple », qui s'appuient sur le travail manuel d'animateurs ou la capture
de mouvement. Elles produisent des résultats très réalistes, mais offrent peu de flexibilité
(ce qui est très problématique dans des milieux interactifs, où toutes les situations ne
peuvent être prévues) ; à l'opposé du spectre, on trouve les méthodes « basées
modèles », qui visent à générer automatiquement des animations adaptées à n'importe
quel environnement. En contrepartie, ces méthodes produisent en général des résultats
moins réalistes. En pratique, on essaie d'employer des méthodes hybrides pour
compenser les désavantages de chaque approche. Le style et la rapidité de génération
sont les principaux critères utilisés pour évaluer la pertinence d'une méthode
d'animation.
L’objectif de ce cours est de donner aux participants une formation pratique sur les
méthodes d'animation de personnages communément utilisées aujourd'hui, d'en cerner
les limitations, et de présenter les innovations proposées par la recherche pour les traiter.
Pour ce faire, les bases de la géométrie pour l'animation seront d'abord rappelées, et
utilisées en travaux pratiques pour la réalisation d'un jeu.
Ensuite, les grandes familles de méthodes pour l'animation seront présentées, dont une
partie d'entre sera implémentée par l'étudiant dans un moteur de jeu, afin d'acquérir la
compétence
pratique
nécessaire
à
leur
déploiement
dans
un
jeu.
Le moteur de Jeu Unity3D, communément employé dans l'industrie, sera le principal
support de ces travaux pratiques.
La première partie du cours introduit donc l'état de l'art industriel de l'animation. La
dernière partie du cours présentera aux étudiants une partie de l'état de l'art de la
recherche, afin de donner une vision des innovations à venir dans le domaine. Les
travaux pratiques liés à cette dernière partie seront réalisés grâce aux solutions Open
Source développées par l'équipe de recherche Gepetto.
Le programme détaillé se trouve en page suivante.
I Géométrie pour l'animation (3h)
* Rappels d'algèbre
* cinématique / cinématique inverse : solutions analytiques et numériques
pour le jeu vidéo
* Travaux pratiques: jeu de bras de fer
II Animation basée exemples (4h)
* Motion capture et animations "key frame"
* Algorithmes de déformation de mouvement:
- Contraintes spatio-temporelles
- Techniques de "Blending", ou composition de mouvements
* Travaux pratiques:
Implémentation de contraintes spatio-temporelles pour la déformation de
mouvement
III Animation basée modèle (4h)
* Animation basée sur des modèles physiques
* Approche hybride de l'animation: combiner exemples et modèles
* Travaux pratiques:
Implémentation d'un "walking pattern generator" basé sur le SIMBICON
IV Recherche de chemins en environnements contraints (3h)
* Graphes de mouvement ("Motion graphs")
* Planification de mouvement
- algorithmes de recherche de chemin (pathfinding)
- approche probabiliste de la planification de mouvement (PRM, RRT)
* Travaux pratiques:
Implémentation de l'algorithme RRT pour un personnage volant
V Synthèse de mouvement - implémentation de la chaine complète (6h)
* Planification de mouvement pour des modèles physiques:
Génération de contacts pour garantir la stabilité
* Générer l'animation finale:
-méthodes d'interpolation
-optimisation