Skelettrepräsentation

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Unterabschnitte

Skelettrepräsentation

Teile eines Skeletts / Arten von Gelenken

Die Kinematik fand schon in der Robotorik große Anwendung. Roboter bestehen aus zwei Strukturen: starre Elemente und Gelenke. Es gibt zwei verschiedene Arten von Gelenken: Beugegelenke und prismatische Gelenke. In der Computeranimation haben jedoch nur die Beugegelenke eine Bedeutung.

Absolute Koordinaten

Jedes einzelne starre Element hat seine eigenen Freiheitsgerade, die von allen anderen Elementen unabhängig sind. Zu den Freiheitsgeraden gehören sowohl Position des Elementes als auch die Orientierung des Elementes. Dies ist die Repräsentation, die häufig durch Motion-Capturing erzeugt wird. In dieser Repräsentation gibt es zuviele Freiheitsgerade, was das ganze ineffizient macht. Es ist schwierig, Constraints zu formulieren. Sind die einzelnen Werte falsch gesetzt, fällt das Skelett auseinander.

Hierarische (relative) Repräsentation

Hier wird das Skelett hierarchisch aufgebaut. Meistens wird dabei von der Hüfte als Ursprung ausgegangen. Freiheitsgerade sind nun die einzelnen Winkel der Gelenke. Constraints für die einzelnen Gelenke lassen sich nun sehr einfach angeben, indem man die Winkel beschränkt.

Diese Notation verwendet einen Baum von lokalen Koordinatensystemen. Das Koordinatensystem der Wurzel ist das Weltkoordinatensystem. Die einzelnen Koordinatensysteme lassen sich erzeugen, indem man eine Matrixmultiplikation der einzelnen homogenen Rotations-Translations-Matritzen entlang des Pfades des Baumes durchführt. z.B.

$\begin{displaymath}\mbox{Hand}=\mbox{Hüfte}\cdot\mbox{Körper}\cdot\mbox{Oberarm}\cdot\mbox{Unterarm}\end{displaymath}$
Die Blätter des Baumes werden Endeffektoren genannt.
Im BVH-Format werden Motioncapture-Daten angegeben, indem das Skelett definiert wird und dessen Freiheitsgerade (hier Channels genannt) und anschließend für jedes Frame der Bewegung die Werte der einzelnen Channels gegeben werden.

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