Cascadeur: O Futuro da Animação de Jogos

Olá pessoal! Somos um estúdio de desenvolvimento da Banzai Games . Estamos felizes em finalmente abrir nosso blog aqui. Escreveremos sobre nossas tecnologias, projetos e compartilharemos histórias da vida da empresa. O primeiro material é a tradução de uma entrevista com o fundador do estúdio, Yevgeny Dyabin, que ele deu aos colegas da edição 80lv. Nele, ele falou sobre o nosso programa de criação de animação baseada em física do Cascadeur e suas vantagens sobre a animação mocap.

Eugene, conte-nos um pouco de você e do que está fazendo agora.

Eu sou o fundador e produtor principal do estúdio de desenvolvimento Banzai Games. Nosso escritório está localizado em Moscou e o principal parceiro é Nekki, para o qual estamos desenvolvendo uma série de projetos, incluindo o principal jogo de luta móvel Shadow Fight 3 . Estou envolvido na produção e design de jogos, bem como envolvido no desenvolvimento da mecânica de jogos. Mas há muito tempo que me interesso muito pelo tema da animação, e é a animação que desempenha um papel fundamental em nossos projetos. Ao longo dos anos, nós, juntamente com os animadores, desenvolvemos uma abordagem especial para criar animações e usá-las em nosso software. Então Cascadeur apareceu - um programa para criar animações fisicamente corretas sem usar a captura de movimento.


Os jogos modernos têm animações muito avançadas, mas a maioria deles é criada no Maya usando quadros-chave simples ou usando captura de movimento. Quais são as limitações dessas abordagens e como elas podem complicar tarefas simples?

Concordo que a animação nos jogos hoje é muito avançada. As pessoas que o criaram têm uma vasta experiência. Mas não importa o quão profissional você seja, é muito difícil criar uma animação crível de até um cubo caindo sobre a mesa em quadros-chave. Muitos certamente perceberão que a animação foi feita à mão e é diferente de como o cubo cairia na vida real. Portanto, o principal problema da animação quadro a quadro é que é difícil obter um resultado fisicamente correto.

Por outro lado, o mocap parece realista, mas tem limitações devido a atores e dublês. Portanto, em jogos apenas isso não é suficiente. Você precisa de mais controle sobre a animação - tempos precisos, parâmetros de movimento, por exemplo, altura e alcance do salto. Pode ser difícil conseguir tudo isso com um ator, e muitos movimentos para uma pessoa ou não são possíveis, ou apenas alguns podem fazê-lo.

Por exemplo, você encontrará um artista marcial e dará um chute em um salto. Mas quando você adapta a animação aos requisitos do design do jogo ou se deseja tornar o golpe ainda mais poderoso, provavelmente viola as leis da física - e o movimento deixará de ser crível.

E isso sem mencionar o fato de que os jogos estão cheios de monstros, cujos movimentos não são tão fáceis de remover de uma pessoa.



Como a Cascadeur resolve esses problemas? Como você aplicou os 12 princípios da Disney para criar este programa?

A primeira coisa que adicionamos ao processo de animação é o esqueleto físico. Ele está conectado ao equipamento do personagem e, quando você cria uma animação, também anima o movimento de sólidos. E nossas ferramentas, com informações sobre eles, analisam e mostram as características físicas de uma pose ou movimento.

Além disso, temos ferramentas para editar as características físicas da animação. Por exemplo, quando um personagem faz um backflip, o momento angular no salto deve permanecer inalterado. Se você não levar isso em conta, a cambalhota parecerá irrealista. E nosso programa tenta encontrar uma opção de rotação que mantenha o momento angular inalterado.

Para procurar essas soluções, muitos cálculos físicos são realizados dentro do programa. Essa abordagem permite criar toda a animação no próprio programa e o resultado está fisicamente correto.

Quanto aos 12 princípios da Disney: se você observar de perto, quase todos levam em conta a física. Mas quando o animador o imita sem acesso a modelagem precisa, ele é forçado a exagerar, exagerar as leis da física. Portanto, obtemos uma animação expressiva, mas de desenho animado. Surpreendentemente, se você observar estritamente as leis da física, muitos dos princípios da Disney são simplesmente uma consequência da inércia. Mas a principal diferença é que, com simulação física precisa, podemos evitar o efeito de desenho animado.



No Animation Bootcamp, em São Francisco, você disse que muitas animações realistas, como cabelos, tecidos e músculos, são apenas uma simulação. Então, por que ainda usamos quadros-chave não apenas em desenhos animados, mas também em grandes projetos AAA? Aqui, o desenvolvedor criou a animação, mas é forçado a editá-la adicionalmente manualmente. Porque

Normalmente, a simulação é usada apenas para o movimento "secundário". Ou seja, você tem algum tipo de animação básica do personagem e deseja saber como o cabelo e a roupa dele irão interagir com ela. Ao mesmo tempo, a animação secundária não afeta a principal. Mas a animação do corpo do personagem depende de todas as suas partes. Se você acenar com a mão na vida real, isso afetará a rotação de todo o corpo. É por isso que é tão difícil editar uma animação mocap sem violar seu realismo. E quase sempre é necessário fazer alterações nessa animação. Mesmo nos estágios finais da produção, alguns novos requisitos e idéias geralmente surgem.

Além disso, algumas vezes, nos jogos, você precisa de movimentos que não pode realizar com a ajuda do mocap. Por exemplo, você precisa de um personagem para saltar mais alto do que o fisiologicamente possível. Ou você tem um jogo de luta (como o Shadow Fight 3), onde todos os movimentos, incluindo o salto, acontecem muito rapidamente - porque é importante para a jogabilidade. Somente aqui, o salto sob a gravidade da Terra sempre será bastante lento. Então, você precisará de um aumento da gravidade, que usamos em todos os saltos no Shadow Fight 3.

Em geral, o principal problema da animação de personagem é o controle do animador sobre o resultado. Mesmo se alguma vez criarmos uma rede neural capaz de criar e simular os movimentos do personagem, a pergunta ainda permanece: como transmitir à rede neural que tipo de movimento ele deve criar? Como explicar a ela exatamente o que queremos?

Portanto, é necessária uma abordagem combinada: o animador deve ter ferramentas de edição de animação e a inteligência artificial deve ajudá-lo a obter um resultado realista e de alta qualidade. Agora Cascadeur apenas nos ajuda com a física, mas não vamos parar por aí.



Qual é o problema de simular personagens humanos bípedes? O que os torna tão difíceis de trabalhar e como evitar o efeito "vale sinistro" com Cascadeur?

Um personagem de duas pernas, em média, tem menos pontos de apoio a cada momento, o que significa que você deve prestar mais atenção à manutenção do equilíbrio. Para que tudo isso pareça realista, você deve levar em consideração a física.

É muito difícil enganar o olho humano ao criar uma animação. Se você violar as leis da física ao animar até as coisas mais simples, uma pessoa notará isso. A modelagem física de objetos simples não é difícil, mas todo o personagem é uma tarefa muito mais complexa. E é por isso que o mocap é tão importante: uma pessoa cujos truques são registrados usando essa tecnologia os executa de acordo com as leis da física. Ele não pode fazer o contrário. É verdade que isso funciona bem principalmente com personagens humanóides.

Portanto, se queremos evitar o efeito “vale sinistro” e fazer o espectador acreditar no que está acontecendo, o movimento deve não apenas ser belo, mas também levar em conta as leis da física. Os animadores fazem um excelente trabalho com poses e a beleza do movimento, mas levar a física em consideração é quase impossível. Cascadeur pode ajudar com isso.

O trabalho de Cascadeur é como algum tipo de mágica. Você poderia falar sobre como funciona e como usá-lo no desenvolvimento de jogos?

Voltando à tecnologia - o que temos agora, eu definitivamente não chamaria de mágica. Eu mesmo estou surpreso que as ferramentas que você vê no Cascadeur não sejam incluídas por padrão na maioria dos pacotes 3D projetados para trabalhar com animação.

Nosso pipeline é assim. O animador cria um esboço da animação - poses principais e interpolação. Já em processo de elaboração de um rascunho, ele pode ver o centro de massa e sua trajetória. O animador pode marcar os pontos de apoio do personagem, tornar a trajetória do centro de massa fisicamente correta e girar corretamente o personagem inteiro usando nossas ferramentas. Nossos algoritmos estão tentando preservar as poses de caracteres que estão no rascunho, mas para obter o resultado desejado, basta editar algo no processo e observar como isso afeta a animação como um todo. O mais importante é que o animador possa modificar a animação quantas vezes precisar, mantendo a correção física.

Será mágico se pudermos automatizar essas ferramentas - e elas oferecerão ao animador um resultado fisicamente correto, sem nenhum esforço da parte dele. Mas, por enquanto, são exatamente essas ferramentas que ainda precisam ser dominadas.



Como está indo a simulação? Você tem alguma base de movimento? Você modela toda a física do movimento corporal? Por exemplo, você atribui a cada parte do corpo certas propriedades físicas, momento e vetor, e vê o que acontece?

O animador primeiro faz um rascunho. Nele, temos as poses dos caracteres em cada quadro - chave e interpoladas. Se fizermos uma simulação direta dessas poses, veremos como o personagem se moverá ao levar em conta precisamente esses movimentos de partes do corpo em relação um ao outro. Provavelmente, isso levará ao fato de que o personagem simplesmente cai, o que o animador não gostaria. Portanto, chegamos do outro lado.

Por exemplo, se um personagem salta, sabemos de que posição o salto começa e em que - termina. O animador pode marcar quadros intermediários que são importantes para ele. Além disso, o algoritmo muda e gira o caractere em cada quadro para que seu centro de massa se mova ao longo da curva balística e o momento angular seja preservado. Ao mesmo tempo, o algoritmo tenta salvar cada pose e tornar a animação o mais próximo possível do rascunho original. Quando há pontos de apoio, a tarefa se torna mais difícil, mas a essência é a mesma.

O animador pode alterar a animação e observar como isso afeta o resultado. Quanto mais próximos estamos do resultado desejado, menos mudanças sérias fazemos na física. Você pode moer e melhorar a animação quantas vezes quiser.

Vamos falar sobre o desenvolvimento do seu sistema intelectual. Você tem uma rede neural que estuda todos os seus movimentos?

Uma característica da nossa abordagem é que queremos dar ao animador controle total sobre o resultado. Seja o que for que nosso sistema inteligente faça, essas são apenas correções e sugestões para melhorar a animação que já foi criada. Agora é apenas física. Mas também estamos explorando como o animador pode ajudar com as poses e trajetórias de partes do corpo. Está em nosso poder treinar uma rede neural para distinguir uma pose natural de uma curva e uma não natural.

Chamamos esse conceito de "fantasma verde". Em nossos sonhos, é assim: o animador coloca poses-chave e a própria inteligência artificial entende onde está o ponto de apoio, onde os saltos começam e terminam e qual é a sua altura. Este sistema pode oferecer não apenas a física correta, mas também posturas e trajetórias naturais para cada parte do corpo. O animador observa isso na forma de um fantasma verde que se move em paralelo com o rascunho da animação.

Uma situação é possível quando, já nos primeiros estágios da criação de uma animação, você vê um resultado que combina com você no Phantom e o copia para si mesmo. Mas se não é disso que você precisa, você pode continuar trabalhando, adicionar mais chaves, mudar a pose - e o Ghost levará tudo isso em conta. E você pode copiar a qualquer momento as poses e fragmentos que desejar. Assim, homem e IA trabalham juntos, movendo-se um para o outro.

Essa abordagem pode economizar muito tempo, porque o conceito de movimento já está claro em alguns quadros. 90% do tempo do animador não é gasto com criatividade, mas no polimento rotineiro do resultado final.


Como você planeja distribuir o Cascadeur?

Ainda não estamos prontos para falar sobre distribuição, porque nosso programa ainda não foi lançado oficialmente, não pode ser adquirido. Mas lançamos o teste beta fechado. Você pode se familiarizar pessoalmente com o programa - para isso, é necessário enviar uma inscrição no site cascadeur.com e enviaremos um link para download dentro de 2 semanas.

Atualmente, o equipamento não está incluído na compilação, pois nossas ferramentas não estão prontas para uso público. Mas se você deseja usar o Cascadeur no desenvolvimento do seu projeto agora, estamos abertos ao diálogo. E se você quiser testar o Cascadeur em seu próprio modelo, estamos prontos para fazer um equipamento pessoal para você. As instruções estarão na carta de convite do teste beta.

No momento, apoiamos a exportação .fbx, o que torna possível trabalhar com o Unity e o Unreal. No futuro, esperamos adicionar suporte para mais mecanismos de jogos. Também vale a pena acrescentar que, embora nos concentremos principalmente em animações de ação, temos o objetivo de cobrir todo o conjunto necessário de ferramentas de animação, para que você possa criar animações de qualquer complexidade a partir do zero.

Um projeto Cascadeur requer um desenvolvedor C ++. Leia mais sobre a vaga aqui .

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