Cascadeur: Die Zukunft der Spielanimation

Hallo allerseits! Wir sind ein Entwicklungsstudio von Banzai Games . Wir freuen uns, endlich unseren Blog hier zu öffnen. Wir werden über unsere Technologien, Projekte schreiben und Geschichten aus dem Leben des Unternehmens teilen. Das erste Material ist eine Übersetzung eines Interviews mit dem Gründer des Studios, Jewgeni Dyabin, das er Kollegen aus der 80lv-Ausgabe gab. Darin sprach er über unser Programm zur Erstellung einer physikbasierten Animation von Cascadeur und seine Vorteile gegenüber der Mocap-Animation.

Eugene, erzähl uns ein wenig über dich und was du jetzt machst.

Ich bin der Gründer und Hauptproduzent des Entwicklungsstudios Banzai Games. Unser Büro befindet sich in Moskau und der wichtigste Partner ist Nekki, für den wir eine Reihe von Projekten entwickeln, darunter das Flaggschiff-Kampfspiel Shadow Fight 3 . Ich beschäftige mich mit Produktion und Spieledesign sowie mit der Entwicklung von Spielmechaniken. Aber ich habe mich lange Zeit sehr für das Thema Animation interessiert, und es ist die Animation, die in unseren Projekten eine Schlüsselrolle spielt. Im Laufe der Jahre haben wir zusammen mit den Animatoren einen speziellen Ansatz entwickelt, um Animationen zu erstellen und in unserer Software zu verwenden. So erschien Cascadeur - ein Programm zum Erstellen physikalisch korrekter Animationen ohne Verwendung der Bewegungserfassung.


Moderne Spiele haben sehr fortgeschrittene Animationen, aber die meisten von ihnen werden entweder in Maya mit einfachen Keyframes oder mit Motion Capture erstellt. Was sind die Grenzen dieser Ansätze und wie können sie einfache Aufgaben komplizieren?

Ich stimme zu, dass die Animation in Spielen heute sehr weit fortgeschritten ist. Die Leute, die es schaffen, haben große Erfahrung. Egal wie professionell Sie sind, es ist sehr schwierig, eine glaubwürdige Animation zu erstellen, in der sogar ein Würfel in Schlüsselbildern auf den Tisch fällt. Viele werden sicherlich bemerken, dass die Animation von Hand gemacht wurde und sich davon unterscheidet, wie der Würfel im wirklichen Leben fallen würde. Daher besteht das Hauptproblem der Einzelbildanimation darin, dass es schwierig ist, ein physikalisch korrektes Ergebnis zu erzielen.

Auf der anderen Seite sieht mocap realistisch aus, hat aber Einschränkungen aufgrund von Schauspielern und Stuntmen. Daher reicht es in Spielen allein nicht aus. Sie benötigen mehr Kontrolle über die Animation - genaue Timings, Bewegungsparameter, z. B. Höhe und Reichweite des Sprungs. Es kann schwierig sein, all dies von einem Schauspieler aus zu erreichen, und viele Bewegungen für eine Person sind entweder überhaupt nicht möglich oder nur wenige können sie ausführen.

Zum Beispiel finden Sie einen Kampfkünstler und treten einen Sprung. Wenn Sie jedoch die Animation an die Anforderungen des Spieldesigns anpassen oder den Schlag noch stärker machen möchten, verstoßen Sie höchstwahrscheinlich gegen die Gesetze der Physik - und die Bewegung wird nicht mehr glaubwürdig sein.

Und das ist nicht zu erwähnen, dass die Spiele voller Monster sind, deren Bewegungen nicht so einfach von einer Person zu entfernen sind.



Wie löst Cascadeur diese Probleme? Wie haben Sie die 12 Disney-Prinzipien angewendet, um dieses Programm zu erstellen?

Das erste, was wir dem Animationsprozess hinzugefügt haben, ist das physische Skelett. Es ist mit dem Rig des Charakters verbunden. Wenn Sie eine Animation erstellen, animieren Sie auch die Bewegung von Volumenkörpern. Und unsere Werkzeuge, die Informationen darüber haben, analysieren sie und zeigen Ihnen die physischen Eigenschaften einer Pose oder Bewegung.

Darüber hinaus verfügen wir über Tools zum Bearbeiten der physischen Eigenschaften der Animation. Wenn ein Charakter beispielsweise einen Backflip ausführt, sollte der Drehimpuls im Sprung unverändert bleiben. Wenn Sie dies nicht berücksichtigen, sieht der Salto unrealistisch aus. Und unser Programm versucht, eine Rotationsoption zu finden, die den Drehimpuls unverändert lässt.

Um nach solchen Lösungen zu suchen, finden im Programm viele physikalische Berechnungen statt. Mit diesem Ansatz können Sie die gesamte Animation im Programm selbst erstellen, und das Ergebnis ist physikalisch korrekt.

Was die 12 Prinzipien von Disney betrifft: Wenn Sie genau hinschauen, berücksichtigen fast alle die Physik. Aber wenn der Animator es nachahmt, ohne Zugang zu genauer Modellierung zu haben, ist er gezwungen, die Gesetze der Physik zu übertreiben, zu übertreiben. Daher erhalten wir eine ausdrucksstarke, aber kartonartige Animation. Wenn Sie die Gesetze der Physik strikt einhalten, sind überraschenderweise viele der Prinzipien von Disney einfach eine Folge der Trägheit. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass wir mit einer genauen physikalischen Simulation den Cartoon-Effekt vermeiden können.



Beim Animation Bootcamp in San Francisco haben Sie gesagt, dass viele realistische Animationen wie Haare, Gewebe und Muskeln nur eine Simulation sind. Warum verwenden wir dann immer noch Keyframes nicht nur in Cartoons, sondern auch in großen AAA-Projekten? Hier hat der Entwickler die Animation erstellt, muss sie jedoch zusätzlich manuell bearbeiten. Warum?

Normalerweise wird die Simulation nur für die "sekundäre" Bewegung verwendet. Das heißt, Sie haben eine Art grundlegende Animation des Charakters und möchten wissen, wie seine Haare und Kleidung mit ihr interagieren. Gleichzeitig wirkt sich die sekundäre Animation nicht auf die Hauptanimation aus. Die Animation des Körpers des Charakters hängt jedoch von all seinen Teilen ab. Wenn Sie im wirklichen Leben mit der Hand winken, wirkt sich dies auf die Rotation des gesamten Körpers aus. Deshalb ist es so schwierig, Mocap-Animationen zu bearbeiten, ohne ihren Realismus zu verletzen. Und es ist fast immer notwendig, Änderungen an einer solchen Animation vorzunehmen. Auch in späteren Produktionsphasen ergeben sich häufig neue Anforderungen und Ideen.

Außerdem benötigen Sie manchmal in Spielen Bewegungen, die Sie mit Hilfe von mocap nicht erreichen können. Zum Beispiel benötigen Sie einen Charakter, um höher zu springen als physiologisch möglich. Oder Sie haben ein Kampfspiel (wie unser Shadow Fight 3), bei dem alle Bewegungen, einschließlich des Springens, sehr schnell ablaufen - weil es für das Gameplay wichtig ist. Nur hier wird der Sprung unter der Schwerkraft der Erde immer ziemlich langsam sein. Sie benötigen also eine erhöhte Schwerkraft, die wir für alle Sprünge in Shadow Fight 3 verwendet haben.

Im Allgemeinen besteht das Hauptproblem der Charakteranimation in der Kontrolle des Animators über das Ergebnis. Selbst wenn wir jemals ein neuronales Netzwerk erstellen, das die Bewegungen des Charakters erstellen und simulieren kann, bleibt die Frage: Wie kann dem neuronalen Netzwerk vermittelt werden, welche Art von Bewegung es erzeugen soll? Wie kann ich ihr genau erklären, was wir wollen?

Daher ist ein kombinierter Ansatz erforderlich: Der Animator sollte über Werkzeuge zur Bearbeitung von Animationen verfügen, und künstliche Intelligenz sollte ihm helfen, ein qualitativ hochwertiges und realistisches Ergebnis zu erzielen. Jetzt hilft uns Cascadeur nur noch mit der Physik, aber wir werden hier nicht aufhören.



Was ist das Problem bei der Simulation von zweibeinigen menschlichen Charakteren? Was macht es so schwierig, mit ihnen zu arbeiten und wie kann man den „finsteren Tal“ -Effekt mit Cascadeur vermeiden?

Ein zweibeiniger Charakter hat im Durchschnitt zu jedem Zeitpunkt weniger Stützpunkte, was bedeutet, dass Sie der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts mehr Aufmerksamkeit schenken müssen. Damit dies alles realistisch aussieht, müssen Sie die Physik berücksichtigen.

Es ist sehr schwierig, das menschliche Auge beim Erstellen einer Animation zu täuschen. Wenn Sie die Gesetze der Physik brechen, wenn Sie selbst die einfachsten Dinge animieren, wird dies eine Person bemerken. Die physikalische Modellierung einfacher Objekte ist nicht schwierig, aber der gesamte Charakter ist eine viel komplexere Aufgabe. Und deshalb ist mocap so wichtig: Eine Person, deren Tricks mit dieser Technologie aufgezeichnet werden, führt sie gemäß den Gesetzen der Physik aus. Er kann es nicht anders machen. Dies funktioniert zwar hauptsächlich mit humanoiden Charakteren.

Wenn wir also den Effekt des „finsteren Tals“ vermeiden und den Betrachter glauben lassen wollen, was passiert, sollte die Bewegung nicht nur schön sein, sondern auch die Gesetze der Physik berücksichtigen. Animatoren machen einen exzellenten Job mit Posen und der Schönheit der Bewegung, aber die Berücksichtigung der Physik ist fast unmöglich. Cascadeur kann dabei helfen.

Cascadeurs Arbeit ist wie eine Art Magie. Könnten Sie darüber sprechen, wie es funktioniert und wie Sie es bei der Entwicklung von Spielen verwenden?

Zurück zur Technologie - was wir jetzt haben, würde ich definitiv nicht Magie nennen. Ich selbst bin überrascht, dass die Werkzeuge, die Sie in Cascadeur sehen, in den meisten 3D-Paketen, die für die Arbeit mit Animationen entwickelt wurden, nicht standardmäßig enthalten sind.

Unsere Pipeline sieht so aus. Der Animator erstellt eine Skizze der Animation - Tastenstellungen und Interpolation. Bereits während der Arbeit an einem Entwurf kann er den Schwerpunkt und seine Flugbahn erkennen. Der Animator kann die Stützpunkte des Charakters markieren, die Flugbahn des Massenschwerpunkts physikalisch korrekt machen und den gesamten Charakter mit unseren Werkzeugen korrekt drehen. Unsere Algorithmen versuchen, die im Entwurf enthaltenen Zeichenposen beizubehalten. Um jedoch das gewünschte Ergebnis zu erzielen, müssen Sie lediglich etwas im Prozess bearbeiten und beobachten, wie sich dies auf die Animation insgesamt auswirkt. Das Wichtigste ist, dass der Animator die Animation so weit wie nötig ändern kann, während die physische Korrektheit erhalten bleibt.

Es wird wie Magie sein, wenn wir diese Tools automatisieren können - und sie bieten dem Animator ein physikalisch korrektes Ergebnis, ohne dass er sich darum bemühen muss. Aber im Moment müssen genau diese Tools noch beherrscht werden.



Wie läuft die Simulation? Hast du eine Bewegungsbasis? Modellieren Sie die gesamte Physik der Körperbewegung? Zum Beispiel geben Sie jedem Körperteil bestimmte physikalische Eigenschaften, Impulse und Vektoren und sehen dann, was passiert?

Der Animator erstellt zuerst einen Entwurf. Darin haben wir die Zeichenposen in jedem Frame - Key und interpoliert. Wenn wir diese Posen direkt simulieren, werden wir sehen, wie sich der Charakter bewegt, wenn wir genau solche Bewegungen von Körperteilen relativ zueinander berücksichtigen. Dies führt höchstwahrscheinlich dazu, dass der Charakter einfach fällt, was der Animator nicht möchte. Deshalb kommen wir von der anderen Seite herein.

Wenn zum Beispiel ein Charakter springt, wissen wir, von welcher Position aus der Sprung beginnt und an welcher - endet. Der Animator kann für ihn wichtige Zwischenbilder markieren. Ferner verschiebt und dreht der Algorithmus das Zeichen in jedem Rahmen, so dass sich sein Schwerpunkt entlang der ballistischen Kurve bewegt und der Drehimpuls erhalten bleibt. Gleichzeitig versucht der Algorithmus, jede Pose zu speichern und die Animation so nah wie möglich an den ursprünglichen Entwurf zu bringen. Wenn es Stützpunkte gibt, wird die Aufgabe schwieriger, aber das Wesentliche ist dasselbe.

Der Animator kann die Animation ändern und beobachten, wie sich dies auf das Ergebnis auswirkt. Je näher wir dem gewünschten Ergebnis kommen, desto weniger gravierende Änderungen nehmen wir an der Physik vor. Sie können die Animation beliebig schleifen und verbessern.

Lassen Sie uns über die Weiterentwicklung Ihres intellektuellen Systems sprechen. Haben Sie ein neuronales Netzwerk, das alle Ihre Bewegungen untersucht?

Ein Merkmal unseres Ansatzes ist, dass wir dem Animator die volle Kontrolle über das Ergebnis geben möchten. Was auch immer unser intelligentes System tut, dies sind nur Korrekturen und Vorschläge zur Verbesserung der bereits erstellten Animation. Jetzt ist es nur noch Physik. Wir untersuchen aber auch, wie der Animator bei den Posen und Flugbahnen von Körperteilen helfen kann. Es liegt in unserer Macht, ein neuronales Netzwerk zu trainieren, um eine natürliche Pose von einer Kurve und eine unnatürliche zu unterscheiden.

Wir nennen dieses Konzept den „Grünen Geist“. In unseren Träumen sieht es so aus: Der Animator setzt Schlüsselposen und die künstliche Intelligenz selbst versteht, wo sich der Drehpunkt befindet, wo die Sprünge beginnen und enden und wie hoch sie sind. Dieses System bietet nicht nur die richtige Physik, sondern auch natürliche Körperhaltungen und Flugbahnen für jeden Körperteil. Der Animator beobachtet dies in Form eines grünen Geistes, der sich parallel zum Animationsentwurf bewegt.

Eine Situation ist möglich, wenn Sie bereits in den ersten Phasen der Erstellung einer Animation ein Ergebnis sehen, das zu Ihnen auf dem Phantom passt, und es in sich selbst kopieren. Aber wenn dies nicht das ist, was Sie brauchen, können Sie weiterarbeiten, weitere Schlüssel hinzufügen, die Pose ändern - und der Geist wird all dies berücksichtigen. Und Sie können jederzeit die Posen und Fragmente kopieren, die Sie mögen. So arbeiten Mensch und KI zusammen und bewegen sich aufeinander zu.

Dieser Ansatz kann viel Zeit sparen, da das Konzept der Bewegung oft schon in wenigen Frames klar ist. 90% der Zeit des Animators wird nicht für Kreativität aufgewendet, sondern für das routinemäßige Polieren des Endergebnisses.


Wie wollen Sie Cascadeur vertreiben?

Wir sind noch nicht bereit, über den Vertrieb zu sprechen, weil Unser Programm wurde noch nicht offiziell veröffentlicht und kann nicht gekauft werden. Aber wir haben Closed Beta-Tests gestartet. Sie können sich persönlich mit dem Programm vertraut machen. Dazu müssen Sie eine Bewerbung auf der Website cascadeur.com einreichen. Wir senden Ihnen innerhalb von 2 Wochen einen Download-Link.

Rigging ist derzeit nicht im Build enthalten, da unsere Tools nicht für den öffentlichen Gebrauch bereit sind. Wenn Sie Cascadeur jetzt bei der Entwicklung Ihres Projekts verwenden möchten, sind wir offen für den Dialog. Und wenn Sie Cascadeur an Ihrem eigenen Modell testen möchten, sind wir bereit, ein persönliches Rig für Sie zu erstellen. Anweisungen finden Sie im Beta-Test-Einladungsschreiben.

Im Moment unterstützen wir den .fbx-Export, der es ermöglicht, mit Unity und Unreal zu arbeiten. Wir hoffen, in Zukunft weitere Spiel-Engines unterstützen zu können. Es ist auch erwähnenswert, dass wir uns zwar hauptsächlich auf Action-Animationen konzentrieren, aber das Ziel haben, alle erforderlichen Animationswerkzeuge abzudecken, damit Sie Animationen beliebiger Komplexität von Grund auf neu erstellen können.

Für ein Cascadeur-Projekt ist ein C ++ - Entwickler erforderlich. Lesen Sie hier mehr über die freie Stelle.

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