Adding dynamics to sketch-based character animations

International audienceCartoonists and animators often use lines of action to emphasize dynamics in character poses. In this paper, we propose a physically-based model to simulate the line of action's motion, leading to rich motion from simple drawings. Our proposed method is decomposed into three steps. Based on user-provided strokes, we forward simulate 2D elastic motion. To ensure continuity across keyframes, we re-target the forward simulations to the drawn strokes. Finally, we synthesize a 3D character motion matching the dynamic line. The fact that the line can move freely like an elastic band raises new questions about its relationship to the body over time. The line may move faster and leave body parts behind, or the line may slide slowly towards other body parts for support. We conjecture that the artist seeks to maximize the filling of the line (with the character's body)---while respecting basic realism constraints such as balance. Based on these insights, we provide a method that synthesizes 3D character motion, given discontinuously constrained body parts that are specified by the user at key moments

Animation de personnages 3D par le sketching 2D

Free-form animation allows for exaggerated and artistic styles of motions such as stretching character limbs and animating imaginary creatures such as dragons. Creating these animations requires tools flexible enough to shape characters into arbitrary poses, and control motion at any instant in time. The current approach to free-form animation is keyframing: a manual task in which animators deform characters at individual instants in time by clicking-and-dragging individual body parts one at a time. While this approach is flexible, it is challenging to create quality animations that follow high-level artistic principles---as keyframing tools only provide localized control both spatially and temporally. When drawing poses and motions, artists rely on different sketch-based abstractions that help fulfill high-level aesthetic and artistic principles. For instance, animators will draw textit{lines of action} to create more readable and textit{expressive} poses. To coordinate movements, animators will sketch textit{motion abstractions} such as semi-circles and loops to coordinate a bouncing and rolling motions. Unfortunately, these drawing tools are not part of the free-form animation tool set today. The fact that we cannot use the same artistic tools for drawing when animating 3D characters has an important consequence: 3D animation tools are not involved in the creative process. Instead, animators create by first drawing on paper, and only later are 3D animation tools used to fulfill the pose or animation. The reason we do not have these artistic tools (the line of action, and motion abstractions) in the current animation tool set is because we lack a formal understanding relating the character's shape---possible over time---to the drawn abstraction's shape. Hence the main contribution of this thesis is a formal understanding of pose and motion abstractions (line of action and motion abstractions) together with a set of algorithms that allow using these tools in a free-form setting. As a result, the techniques described in this thesis allow exaggerated poses and movements that may include squash and stretch, and can be used with various character morphologies. These pose and animation drafting tools can be extended. For instance, an animator can sketch and compose different layers of motion on top of one another, add twist around strokes, or turning the strokes into elastic ribbons. The main contributions of this thesis are summarized as follows: -The line of action facilitating expressive posing by directly sketching the overall flow of the character's pose. -The space-time curve allowing to draft full coordinated movements with a single stroke---applicable to arbitrary characters. -A fast and robust skeletal line matching algorithm that supports squash-and-stretch. -Elastic lines of action with dynamically constrained bones for driving the motion of a multi-legged character with a single moving 2D line.L'animation expressive permet des styles de mouvements exagerés et artistiques comme l'étirement de parties du corps ou encore l'animation de créatures imaginaires comme un dragon. Créer ce genre d'animation nécessite des outils assez flexible afin de déformer les personnages en des poses quelconques, ainsi que de pouvoir contrôler l'animation à tout moment dans le temps. L'approche acutelle pour l'animation expressive est le keyframing: une approche manuelle avec laquelle les animateurs déforment leur personnage un moment spécifique dans le temps en cliquand et glissant la souris sur une partis spécifique du corps---un à la fois. Malgré le fait que cette approche soit flexible, il est difficile de créer des animations de qualité qui suivent les principes artistiques, puisque le keyframing permet seulement qu'un contrôle local spatiallement et temporellement. Lorsqu'ils dessinent des poses ou des mouvements, les artistes s'appuient sur différentes abstractions sous forme de croquis qui facillitent la réalisation de certain principes artistiques. Par example, certains animateurs dessinent des lignes d'action afin de créer une pose plus lisible et expressive. Afin de coordonner un mouvement, les animateurs vont souvent dessiner des abstractions de mouvement comme des demi-cercles pour des sauts, ou des boucles pour des pirouettes---leur permettant de pratiquer la coordination du mouvement. Malheureusement, ces outils artistiques ne font pas partis de l'ensemble d'outils de keyframing actuelle. Le fait que l'on ne puisse pas employer les même outils artistiques pour animater des personnages 3D a une forte conséquence: les outils d'animation 3D ne sont pas employés dans le processus créatif. Aujourd'hui, les animateurs créent sur du papier et utilisent le keyframing seulement à la fin pour réaliser leur animation. La raison pour laquelle nous n'avons pas ces outils artistiques (ligne d'action, abstractions de mouvement) en animation 3D, est parce qu'il manque une compréhension formelle de ceux-ci qui nous permettrais d'exprimer la forme du personnage---potentiellement au cours du temps---en fonction de la forme de ces croquis. Ainsi la contribution principale de cette thèse est une compréhension formelle et mathématique des abstractions de forme et de mouvement courrament employées par des artistes, ainsi qu'un ensemble d'algorithme qui permet l'utilisation de ces outils artistiques pour créer des animations expressives. C'est-à-dire que les outils développés dans cette thèse permettent d'étirer des parties du corps ainsi que d'animer des personnages de différentes morphologies. J'introduis aussi plusieurs extentions à ces outils. Par example, j'explore l'idée de sculpter du mouvement en permettant à l'artiste de dessigner plusieurs couches de mouvement une par dessus l'autre, de twister en 3D les croquis, ou encore d'animer un croquis ligne comme un élastique. Les contributions principales de cette thèse, aussi résumé ci-dessous: -La ligne d'action facilitant la création de poses expressives en dessinant directement le flow complet du personnage. -La courbe spatio-temporelle qui permet de spécifier un mouvement coordoné complet avec un seul geste (en dessinant une seule courbe), applicable à n'importe quel personnage 3D. -Un algorithme de matching rapide et robuste qui permet du ``squash and stretch''. -La ligne d'action élastique avec des attachements dynamiques à la ligne permettant d'animer un personnages à plusieurs jambes (bras) avec une seule ligne 2D animée

Animation de personnages 3D par le sketching 2D

Free-form animation allows for exaggerated and artistic styles of motions such as stretching character limbs and animating imaginary creatures such as dragons. Creating these animations requires tools flexible enough to shape characters into arbitrary poses, and control motion at any instant in time. The current approach to free-form animation is keyframing: a manual task in which animators deform characters at individual instants in time by clicking-and-dragging individual body parts one at a time. While this approach is flexible, it is challenging to create quality animations that follow high-level artistic principles---as keyframing tools only provide localized control both spatially and temporally. When drawing poses and motions, artists rely on different sketch-based abstractions that help fulfill high-level aesthetic and artistic principles. For instance, animators will draw textit{lines of action} to create more readable and textit{expressive} poses. To coordinate movements, animators will sketch textit{motion abstractions} such as semi-circles and loops to coordinate a bouncing and rolling motions. Unfortunately, these drawing tools are not part of the free-form animation tool set today. The fact that we cannot use the same artistic tools for drawing when animating 3D characters has an important consequence: 3D animation tools are not involved in the creative process. Instead, animators create by first drawing on paper, and only later are 3D animation tools used to fulfill the pose or animation. The reason we do not have these artistic tools (the line of action, and motion abstractions) in the current animation tool set is because we lack a formal understanding relating the character's shape---possible over time---to the drawn abstraction's shape. Hence the main contribution of this thesis is a formal understanding of pose and motion abstractions (line of action and motion abstractions) together with a set of algorithms that allow using these tools in a free-form setting. As a result, the techniques described in this thesis allow exaggerated poses and movements that may include squash and stretch, and can be used with various character morphologies. These pose and animation drafting tools can be extended. For instance, an animator can sketch and compose different layers of motion on top of one another, add twist around strokes, or turning the strokes into elastic ribbons. The main contributions of this thesis are summarized as follows: -The line of action facilitating expressive posing by directly sketching the overall flow of the character's pose. -The space-time curve allowing to draft full coordinated movements with a single stroke---applicable to arbitrary characters. -A fast and robust skeletal line matching algorithm that supports squash-and-stretch. -Elastic lines of action with dynamically constrained bones for driving the motion of a multi-legged character with a single moving 2D line.L'animation expressive permet des styles de mouvements exagerés et artistiques comme l'étirement de parties du corps ou encore l'animation de créatures imaginaires comme un dragon. Créer ce genre d'animation nécessite des outils assez flexible afin de déformer les personnages en des poses quelconques, ainsi que de pouvoir contrôler l'animation à tout moment dans le temps. L'approche acutelle pour l'animation expressive est le keyframing: une approche manuelle avec laquelle les animateurs déforment leur personnage un moment spécifique dans le temps en cliquand et glissant la souris sur une partis spécifique du corps---un à la fois. Malgré le fait que cette approche soit flexible, il est difficile de créer des animations de qualité qui suivent les principes artistiques, puisque le keyframing permet seulement qu'un contrôle local spatiallement et temporellement. Lorsqu'ils dessinent des poses ou des mouvements, les artistes s'appuient sur différentes abstractions sous forme de croquis qui facillitent la réalisation de certain principes artistiques. Par example, certains animateurs dessinent des lignes d'action afin de créer une pose plus lisible et expressive. Afin de coordonner un mouvement, les animateurs vont souvent dessiner des abstractions de mouvement comme des demi-cercles pour des sauts, ou des boucles pour des pirouettes---leur permettant de pratiquer la coordination du mouvement. Malheureusement, ces outils artistiques ne font pas partis de l'ensemble d'outils de keyframing actuelle. Le fait que l'on ne puisse pas employer les même outils artistiques pour animater des personnages 3D a une forte conséquence: les outils d'animation 3D ne sont pas employés dans le processus créatif. Aujourd'hui, les animateurs créent sur du papier et utilisent le keyframing seulement à la fin pour réaliser leur animation. La raison pour laquelle nous n'avons pas ces outils artistiques (ligne d'action, abstractions de mouvement) en animation 3D, est parce qu'il manque une compréhension formelle de ceux-ci qui nous permettrais d'exprimer la forme du personnage---potentiellement au cours du temps---en fonction de la forme de ces croquis. Ainsi la contribution principale de cette thèse est une compréhension formelle et mathématique des abstractions de forme et de mouvement courrament employées par des artistes, ainsi qu'un ensemble d'algorithme qui permet l'utilisation de ces outils artistiques pour créer des animations expressives. C'est-à-dire que les outils développés dans cette thèse permettent d'étirer des parties du corps ainsi que d'animer des personnages de différentes morphologies. J'introduis aussi plusieurs extentions à ces outils. Par example, j'explore l'idée de sculpter du mouvement en permettant à l'artiste de dessigner plusieurs couches de mouvement une par dessus l'autre, de twister en 3D les croquis, ou encore d'animer un croquis ligne comme un élastique. Les contributions principales de cette thèse, aussi résumé ci-dessous: -La ligne d'action facilitant la création de poses expressives en dessinant directement le flow complet du personnage. -La courbe spatio-temporelle qui permet de spécifier un mouvement coordoné complet avec un seul geste (en dessinant une seule courbe), applicable à n'importe quel personnage 3D. -Un algorithme de matching rapide et robuste qui permet du ``squash and stretch''. -La ligne d'action élastique avec des attachements dynamiques à la ligne permettant d'animer un personnages à plusieurs jambes (bras) avec une seule ligne 2D animée

Medialness and the Perception of Visual Art

In this article we explore the practical use of medialness informed by perception studies as a representation and processing layer for describing a class of works of visual art. Our focus is towards the description of 2D objects in visual art, such as found in drawings, paintings, calligraphy, graffiti writing, where approximate boundaries or lines delimit regions associated to recognizable objects or their constitutive parts. We motivate this exploration on the one hand by considering how ideas emerging from the visual arts, cartoon animation and general drawing practice point towards the likely importance of medialness in guiding the interaction of the traditionally trained artist with the artifact. On the other hand, we also consider recent studies and results in cognitive science which point in similar directions in emphasizing the likely importance of medialness, an extension of the abstract mathematical representation known as ‘medial axis’ or ‘Voronoi graphs’, as a core feature used by humans in perceiving shapes in static or dynamic scenarios.We illustrate the use of medialness in computations performed with finished artworks as well as artworks in the process of being created, modified, or evolved through iterations. Such computations may be used to guide an artificial arm in duplicating the human creative performance or used to study in greater depth the finished artworks. Our implementations represent a prototyping of such applications of computing to art analysis and creation and remain exploratory. Our method also provides a possible framework to compare similar artworks or to study iterations in the process of producing a final preferred depiction, as selected by the artist

Conception et animation interactive de foules pour de vastes environnements

Crowds are increasingly present in audio-visual media, such as movies or video games. They help to strengthen the immersion of the subject in the virtual environment. However, creating crowds is most of the time based on models hard to master and which do not offer a direct control on the motion that you want to create. In this thesis we propose contributions for designing crowd motions through interactive and intuitive tools. Firstly, we present an interactive method for designing the crowds by distorting it like clay. The user can stretch, compress and twist the overall shape of the crowd to give it the shape he or she wishes. The inner characters of the crowd automatically adapt to the new shape imposed by the user. Secondly, we present a method to paint the motion and the density of the crowd to create it. We offer the opportunity to the user to create crowds by painting a grayscale density map and a motion map by gradients. Its colored maps are transformed by our system to crowds, thanks to our iterative algorithm seeking to optimize the different values of colored maps. Crowds obtained by these methods can occupy a very large space and are animated indefinitely. Unlike conventional methods of creating crowds, that are based on the adjustment of model parameters, our methods allow to design crowd motions based on higher level features of the crowd, as its overall shape, its internal movement or density. This offers the possibility to simply, quickly and intuitively create animated crowd contents.Les foules sont de plus en plus présentes dans les médias grands publics, comme le cinéma ou les jeux vidéo. Elles permettent de renforcer l'immersion du sujet dans l'environnement qui lui est présenté. Or, la création de mouvement de foule est la plus part du temps basé sur des modèles dures à prendre en main et qui n'offrent pas un contrôle direct sur le mouvement de foule que l'on souhaite créer. Dans cette thèse nous proposons des contributions sous forme de méthodes pour concevoir des mouvements de foules par le biais d'outils interactifs et intuitifs. Dans un premier temps, nous présentons une méthode interactive permettant de concevoir des foules en les déformant comme de l'argile. L'utilisateur peut tirer, compresser et torde la forme global de des foules pour leurs donner la forme qu'il ou elle souhaite. Les personnages qui composent la foule s'adaptent automatiquement à la nouvelle forme imposée par l'utilisateur. Dans un second temps, nous présentons une méthode permettant de peindre les mouvements et la densité de la foule pour la créer. Nous offrons la possibilité à l'utilisateur de créer des foules en peignant une carte de densité en niveau de gris, et une carte de mouvement via des dégradés. Ses cartes de couleurs sont utilisées par notre système pour le transformer en un mouvement de foule, via un algorithme itératif cherchant à optimiser les différentes valeurs des cartes de couleurs. Les foules obtenues par ces méthodes peuvent occupées un espace très large, et sont animées indéfiniment. Contrairement aux méthodes classiques de création de foules qui se basent sur l'ajustement de paramètres de modèles, nos méthodes permettent de concevoir les mouvements de foules en se basant sur des caractéristiques plus hauts niveaux de la foule, comme sa forme globale, ses mouvements internes ou sa densité. Ce qui offre la possibilité de créer du contenu de foule animée de manière simple, rapide et intuitif