Wandelbarer Joystick für Animationskünstler
Dreidimensionale Animationsfiguren auf einem 2D-Bildschirm zu bewegen, ist keine leichte Aufgabe. Animationsk¨¹nstler durchlaufen eine mehrj?hrige Ausbildung. Nun machen ihnen ETH-Forschende das Leben etwas leichter ¨C mit einem neuen Steuerger?t im Baukastenprinzip.
Im Chemieunterricht setzen Sch¨¹ler K¨¹gelchen und St?bchen zu komplexen Molek¨¹len zusammen, um chemische Verbindungen zu veranschaulichen. Etwas ?hnliches hat im Interactive Geometry Lab der ETH Z¨¹rich Gestalt angenommen. Aber ETH-Professorin Olga Sorkine-Hornung und ihr Team erforschen keine Molek¨¹le, sondern Methoden, um virtuelle Figuren am Computer m?glichst naturgetreu zu animieren. Dazu haben sie nun einen neuartigen ?Joystick? entwickelt: Dieser besteht aus Bausteinen, die der Nutzer wie die Kugeln und St?bchen des Chemiebaukastens zu einer der animierten Figur ?hnlichen Form zusammensetzen kann, sei es ein Mensch, ein Hund, ein Elefant oder auch nur einzelne K?rperteile.
Baukastenprinzip
Mit Unterst¨¹tzung des Autonomous Systems Labors unter Leitung von ETH-Professor Roland Siegwart entwickelte Sorkine-Hornungs Team ein Steuerger?t mit integrierten Sensoren, das aus Einzelteilen in jeder beliebigen Form zusammengesetzt werden kann. Nutzer k?nnen die 3D-gedruckten und mit Sensoren versehenen Bausteine beliebig zusammenbauen. Die Sensoren in jedem Gelenk dieser ?Joystick?-Puppe messen den Winkel der Beuge- oder der Drehbewegung und ¨¹bertragen diese Information an eine Software, welche die entsprechende Bewegung der virtuellen Figur errechnet und ausf¨¹hrt.
?Die Software unterst¨¹tzt den K¨¹nstler beim Verkn¨¹pfen der Gelenke des selbst-zusammengesetzten Ger?ts mit den virtuellen Gelenken der Animation?, erkl?rt Sorkine-Hornung. So ¨¹berbr¨¹ckt das System auch problemlos Proportionsunterschiede: Die Abst?nde zwischen den einzelnen Gelenken m¨¹ssen im realen und im virtuellen Raum nicht identisch sein. Eine kurzhalsige ?Joystick?-Puppe kann so auch eine langhalsige Animationsgiraffe steuern.
Baupl?ne f¨¹r weitere Forschung
Die Forschenden haben die Pl?ne f¨¹r die Bausteine ihres Ger?ts als ?Open Hardware? ?ffentlich zug?nglich gemacht und hoffen, dadurch weitere Forschung anzustossen. ?So kann jeder die Elemente drucken und mithilfe eines Elektroingenieurs die Sensoren und ?bertragungskabel integrieren?, erkl?rt Sorkine-Hornung. Auch ¨¹berlegen die Forschenden, in Zukunft ein Set aus 25 fertigen Bausteinen zum Kauf anzubieten. ?Wir werden das Ger?t im August an der SIGGRAPH pr?sentieren, einer internationalen Konferenz und Ausstellung f¨¹r Computergrafik und interaktive Technik. Wir hoffen dort Eindr¨¹cke zu sammeln, ob es eine Nachfrage f¨¹r ein kommerzielles Angebot des Ger?ts gibt und was wir am Design noch verbessern k?nnten?, sagt Sorkine-Hornung. Das derzeitige Modell erlaubt nur, die einen Gelenke zu beugen und die anderen zu drehen. Eine M?glichkeit, das Design zu verbessern, sehen die Forschenden in Kugelgelenken, ?hnlich dem menschlichen Schultergelenk. Das w¨¹rde es weiter vereinfachen, die Hightech-Puppe zu verformen.
Animationsk¨¹nstler durchlaufen meist Jahre der Ausbildung, um virtuelle Figuren bewegen zu lernen. Jede dieser Bewegungen ist durch sogenannte ?key frames? definiert, also Schnappsch¨¹sse der Bewegung, anhand derer die Software die gesamte fliessende Bewegung errechnet. Um eine Animationsfigur realistisch zu bewegen, muss die K¨¹nstlerin diese ?key frames? festlegen, aber jeden K?rperteil der Animationsfigur daf¨¹r einzeln mit der Maus in die richtige Position zu ziehen, ist zeitaufw?ndig und m¨¹hsam. Aus diesem Grund arbeiten Forschende an alternativen Methoden, um virtuelle Bewegungen zu steuern. Puppen als Input-Ger?t sind eine Variante, welche K¨¹nstler direkt am Schreibtisch verwenden k?nnen. Dabei beruhen einige der bisherigen Methoden darauf, die Bewegungen der Puppe mit mehreren Kameras einzufangen. Da jedoch die H?nde des K¨¹nstlers die Puppe teils verdecken, kann er auf diese Weise eine Animationsfigur kaum in Echtzeit steuern. Andere Methoden umgehen dieses Problem, indem sie die Bewegungsinformation durch Sensoren in den Gelenken der Puppe erfassen. Bislang hatten diese Puppen jedoch immer eine vordefinierte Form, zum Beispiel die eines Menschen, womit sich schlecht ein animierter Hund steuern l?sst.
Literaturhinweis
Jacobson A, Panozzo D, Glauser O, Pradalier C, Hilliges O, Sorkine-Hornung O: Tangible and Modular Input Device for Character Articulation. To be presented at ACM SIGGRAPH 2014, Vancouver. (pdf, project website)