Post on 25-Jan-2020
Andre Tavares da Silva
Geracao Automatica de Populacoes de
Personagens Virtuais
Sao Leopoldo
2005
Andre Tavares da Silva
Geracao Automatica de Populacoes de
Personagens Virtuais
Dissertacao submetida a avaliacao como re-quisito parcial para a obtencao do grau deMestre em Computacao Aplicada
Orientador:
Soraia Raupp Musse
Sao Leopoldo
2005
RESUMO
Este trabalho apresenta um modelo para gerar, de forma simples e rapida, umagrande quantidade de personagens secundarios para uso em jogos, simulacoes em temporeal e filmes de computacao grafica. O objetivo deste modelo e gerar simultaneamenteuma diversidade de humanos virtuais realistas, e capazes de serem animados. Para isto,sao utilizados alguns templates e um conjunto mınimo de informacoes para criacao dasgeometrias dos agentes, sem necessidade de grande intervencao do usuario ou conheci-mento previo de antropometria. A criacao da diversidade populacional utiliza o modelode classificacao de tipo fısico denominado de somatotipo, gerando personagens visual-mente realistas. Mais ainda, estes podem ser automaticamente animados, visto que omodelo considera as malhas geometricas em conexao com seus esqueletos. A fim de con-textualizar este trabalho no estado-da-arte, sao mostrados alguns trabalhos relacionadosa criacao automatica de humanos virtuais. Para validar o modelo proposto, foi cons-truıdo um prototipo e sao apresentados alguns resultados, mostrando alguns personagensvirtuais resultantes deste trabalho.
LISTA DE FIGURAS
1 Diferenca na geometria do modelo devido a movimentacao do braco (SCHE-EPERS et al., 1997) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 Modelo capturado baseado em imagens (HILTON et al., 1999): a esquerdaas imagens de entrada e a direita o modelo reconstruıdo . . . . . . . . . . . 15
3 Humanoides modelados por diferentes escalas (AZUOLA et al., 1994) . . . . 17
4 Modelos gerados por alteracao dos parametros (SEO; MAGNENAT-THALMAN, 2003) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5 Variacao de um corpo pela alteracao de peso e altura (ALLEN; CURLESS;POPOVIC, 2002) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
6 Populacao inicial (LEWIS, 2000) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
7 Quatro modelos com diferentes formas e texturas (LEE; MAGNENAT-THALMANN, 2001). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
8 Variacoes de um mesmo modelo (MODESTO; GIBBS; RANGARAJU, 2001) 22
9 Diagrama de formas corporais extremas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
10 Malhas do template feminino adulto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
11 Esqueleto de um humanoide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
12 Movimento de uma junta sem deformacao (a) e com deformacao (b). . . . 38
13 Passos para criacao de diversidade populacional. . . . . . . . . . . . . . . . 41
14 Exemplo de arquivo de configuracao de template . . . . . . . . . . . . . . . 44
15 Passos para criacao de diversidade populacional. . . . . . . . . . . . . . . . 53
16 Quatro conjuntos de materiais diferentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
17 Diferentes caminhadas resultantes de valores diferentes de raiva, medo efelicidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
18 Interfaces para geracao da populacao e seus estados emocionais . . . . . . . 60
19 Foto e geometria de homem forte (altura: 173,2 cm; peso: 80,7 Kg; soma-totipo: 2-8-1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
20 Modelo geometrico de um mesomorfo dominante (altura: 173,2 cm; peso:85,0 Kg; somatotipo: 1
2-91
2-12) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
21 Foto e geometria de um homem magro (altura: 182,5 cm; peso: 51,4 Kg;somatotipo: 11
2-2-71
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
22 Modelo geometrico de um endomorfo dominante (altura: 182,5 cm; pesoKg: 102,0; somatotipo: 9-1-1
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
23 Foto e geometria de um homem forte e gordo (altura: 171,5 cm; peso Kg:100,5; somatotipo: 4-8-1
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
24 Modelo geometrico de um homem mediano (altura: 171,5 cm; peso Kg:63,8; somatotipo: 4-4-3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
25 Foto e geometria de uma mulher magra (altura: 176,1 cm; peso Kg: 55,4;somatotipo: 11
2-31
2-51
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
26 Modelo geometrico de uma mulher forte (altura: 176,1 cm; peso Kg: 75,0;somatotipo: 11
2-7-2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
27 Foto e geometria de uma mulher normal (altura: 168,2 cm; peso Kg: 56,5;somatotipo: 41
2-21
2-31
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
28 Modelo geometrico de uma mulher gorda (altura: 168,2 cm; peso Kg: 79,0;somatotipo: 81
2-2-1
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
29 Foto e geometria de uma mulher mediana (altura: 161,0 cm; peso Kg: 63,7;somatotipo: 6-4-1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
30 Modelo geometrico de uma mulher gorda (altura: 161,0 cm; peso Kg: 70,0;somatotipo: 81
2-2-1
2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
31 Personagem de baixa resolucao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
32 Personagem nao humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
33 Populacao sem textura no corpo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
34 Populacao com textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
35 Mostra “Humanos Virtuais” no Santander Cultural . . . . . . . . . . . . . 79
LISTA DE ABREVIATURAS
BD - Dimensao do modelo geometrico base (Base Dimension)CH - Altura do novo modelo (Customized-model Height)HR - Razao entre altura do template e novo modelo (Height Ratio)HWR - Estatura dividida pela raıs cubica do peso (Height-Weight Ratio)IMC - Indice de Massa CorporalND - Nova Dimensao (New Dimension)NS - Novo Somatotipo (New Somatotype)PCA - Principal Component AnalysisPS - Medidas da Parte (Part Size)RBF - Radial Basis FunctionTH - Altura do Template (Template Height)TW - Peso do template (Template Weight)
SUMARIO
1 Introducao 8
2 Revisao Bibliografica 12
2.1 Modelagem por construcao manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 Modelagem por captura e reconstrucao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Modelagem por interpolacao ou variacao de geometria existente . . . . . . 16
2.4 Contexto deste trabalho no estado-da-arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3 Conceitos Basicos 26
3.1 Classificacao corporal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1.1 Somatotipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.2 Metodo de somatotipo Heath-Carter . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.3 Obtendo o somatotipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2 Consideracoes sobre modelagem geometrica de humanos virtuais . . . . . . 35
4 Modelo 39
4.1 Definicao de dados iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 Escolha do template . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3 Definicao dos novos somatotipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4 Calculo de influencia dos somatotipos dominantes . . . . . . . . . . . . . . 48
4.5 Variacao do modelo geometrico base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.6 Criacao da nova geometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.7 Outros aspectos do modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.7.1 Animacao dos personagens virtuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5 Prototipo e Resultados 58
5.1 Analise Microscopica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.1.1 Personagens nao humanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 Analise Macroscopica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.3 Desempenho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6 Conclusao 76
6.1 Restricoes e dificuldades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.1.1 Criacao dos templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.1.2 Deformacoes locais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.1.3 Personagens distintos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.2 Trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Referencias
8
1 INTRODUCAO
O uso de modelos de humanos virtuais em aplicacoes de computacao grafica em
tempo real, como jogos e simulacao, tem sido cada vez mais comum na atualidade. Antes
do advento de placas graficas aceleradoras 3D (capazes de processar centenas de milhares
de polıgonos por segundo), a restricao no uso de personagens humanos tridimensionais
era a limitacao tecnologica para visualizacao de uma grande quantidade de geometrias.
Modelos de humanos virtuais so eram utilizados em producoes nao interativas, como filmes
onde o tempo computacional para geracao de imagens nao necessita de tempo real.
No entanto, com o desenvolvimento de modelos de animacao de multidoes, bastante
usados pela industria cinematografica (por exemplo: Antz, Bugs Life, The Lord of the
Rings, Troy e recentemente, The Polar Express), a modelagem de um grande numero de
personagens virtuais passou a ser um problema a ser resolvido. Mesmo quando trata-se de
aplicacoes interativas, como por exemplo em jogos e simulacoes, a necessidade de geracao
de multiplos personagens que contenham diversidade geometrica e um problema a ser
tratado.
Assim sendo, e crescente o numero de pesquisas para geracao automatica de mo-
delos geometricos de humanos virtuais, como sera apresentado no capıtulo 2. No entanto,
ate o momento, nao foi criado um modelo no qual possa ser gerado de forma rapida e
facil uma grande quantidade de modelos geometricos convincentes visualmente, sem inter-
vencao do usuario e sem necessidade de conhecimentos previos sobre anatomia humana.
Este e o principal problema que visa-se investigar neste trabalho.
9
Normalmente, formas de pessoas com aspectos realistas sao criadas atraves de um
processo exaustivo e difıcil, devido a complexidade do corpo humano. Se uma aplicacao
necessita de um numero muito grande de personagens virtuais, formados por grupos e
multidoes, e necessaria uma diversidade de formas e animacoes para popular este ambiente
com personagens de aparencia realista. Neste caso, para criar esta variedade da maneira
tradicional, os artistas tem de criar manualmente esta diversidade, aumentando assim a
complexidade e o tempo para realizar esta tarefa.
Outra forma de fazer isto e pela aquisicao de modelos de corpos de pessoas reais.
Uma delas e atraves de scanners 3D, um equipamento bastante caro que captura pontos
do modelo real. Depois de feita a captura, os pontos gerados terao de passar por um
processo a fim de transformar a nuvem de pontos obtidos pelo scanner em um modelo
geometrico. Depois, os espacos vazios criados por oclusao de algumas partes terao de
ser preenchidos. Existem tambem outras tecnicas de captura baseadas em fotos e vıdeos,
mas em todos estes casos, faz-se necessario um pos-processamento na estrutura gerada a
fim de obter personagens que possam ser animados posteriormente. Isto deve-se ao fato
de que a maioria dos metodos gera e/ou manipula a malha geometrica dos humanoides
sem conecta-los com os esqueletos. Este processo necessita ser realizado posteriormente
de forma manual.
Outra maneira de solucionar o problema da criacao de uma diversidade populacio-
nal, e atraves da modificacao de modelos existentes. Neste caso, as alteracoes podem ser
feitas realizando uma interpolacao entre dois ou mais modelos geometricos ou aplicando
funcoes de deformacao em um modelo geometrico base. Neste caso, os resultados podem
nao ser visualmente realistas, gerando resultados nao esteticamente plausıveis.
Sendo assim, este trabalho propoe nao somente a criacao de uma diversidade de
formas de corpos de humanos virtuais, mas tambem evitar produzir personagens nao es-
teticamente aceitaveis (embora saiba-se que, em se tratando de estetica, o que se julga
aceitavel ou nao e bastante subjetivo). Por isto, optou-se por utilizar o modelo de soma-
10
totipo, que na area da cineantropometria visa classificar tipos fısicos de seres humanos.
O objetivo e utilizar-se padroes existentes da vida real para geracao de humanos virtuais
realistas. Para gerar uma diversidade populacional, o modelo apresentado neste trabalho
utiliza um conjunto mınimo de dados antropometricos e modelos geometricos base, cujas
diferentes partes do corpo variam de forma nao uniforme gerando uma grande variedade de
personagens, respeitando os parametros de entrada. Mais ainda, os modelos geometricos
gerados sao considerados em associacao com os esqueletos e podem ser automaticamente
animados.
Os principais objetivos deste trabalho sao:
• Gerar simultaneamente, de acordo com um conjunto mınimo de dados antro-
pometricos informados, uma grande quantidade de modelos geometricos de huma-
nos virtuais diferentes uns dos outros, possibilitando a criacao de todas as formas
possıveis de corpos;
• Criar personagens validos visualmente baseados em um modelo biologico consoli-
dado para classificacao de corpos, denominado de somatotipo;
• Possibilitar a animacao automatica dos personagens, atraves da conexao da malha
poligonal do humanoide e o esqueleto. Para prover esta animacao, utilizou-se tres
parametros intrınsecos aos personagens quando da sua criacao, que influencia a sua
animacao, de maneira a gerar movimentos diferentes. Para tanto, foi utilizado o mo-
delo computacional MECA1 baseado em conceitos propostos por Darwin (DARWIN,
1872) que descreve os estados emocionais atraves de tres variaveis principais: medo,
raiva e felicidade;
• Implementar uma ferramenta de prototipo para validacao do modelo apresentado.
• Analisar os resultados gerados, verificando se estao de acordo com o objetivo dese-
jado. Para isto, e realizada uma analise microscopica a fim de verificar individual-
1Desenvolvido no laboratorio CROMOS-UNISINOS.
11
mente cada personagem criado confrontando-os com os dados de entrada. Tambem
e efetuada uma analise macroscopica, verificando se a populacao criada atinge a
diversidade pretendida.
A contribuicao principal deste trabalho e a criacao de um modelo para formar uma
diversidade de humanos virtuais realistas esteticamente e capazes de serem animados, de
maneira facil e rapida. A principal aplicacao deste modelo e a geracao de personagens
secundarios para jogos, simulacoes e filmes, onde os projetistas podem criar e animar o
maior numero de personagens o mais rapido possıvel.
Este trabalho esta organizado da seguinte forma: No proximo capıtulo sao apre-
sentados alguns trabalhos relacionados a area de modelagem de humanos virtuais. O
capıtulo 3 descreve alguns conceitos importantes para compreensao do modelo proposto.
No capıtulo 4 sera apresentado o modelo proposto neste trabalho para geracao automatica
de diversidade populacional. O capıtulo 5 apresenta alguns resultados e discussoes. No
capıtulo 6 sao apresentadas algumas consideracoes finais.
12
2 REVISAO BIBLIOGRAFICA
Esse capıtulo destina-se a apresentar alguns dos principais trabalhos relaciona-
dos a modelagem de humanos virtuais, desde a forma mais tradicional de confeccionar
os modelos ate os considerados estado-da-arte na criacao automatica de modelos de hu-
manos virtuais. Devido a grande complexidade da modelagem de corpos humanos es-
teticamente corretos, foram desenvolvidos alguns metodos para auxiliar na modelagem.
Magnenat-Thalmann et al (MAGNENAT-THALMANN; SEO; CORDIER, 2003) classifica
esses metodos em tres categorias: creative, reconstructive e interpolated. Nos metodos da
categoria creative, os modelos geometricos sao gerados atraves de uma construcao manual
realizada principalmente por artistas. Na categoria reconstructive, estao enquadradas to-
dos aqueles metodos cujas geometrias sao obtidas por captura de corpos reais, seja por
scanner, foto ou sequencia de vıdeo. Os metodos interpolated sao aqueles nos quais um ou
mais modelos geometricos sofrem funcoes de transformacao para gerar novas geometrias.
As proximas secoes apresentam alguns trabalhos em cada uma destas categorias, aqui
referenciadas como construcao manual (creative), captura e reconstrucao (reconstructive)
e interpolacao ou variacao de geometria existente (interpolated).
2.1 Modelagem por construcao manual
Esta e a forma mais tradicional de modelagem geometrica, na qual os artistas
moldam a geometria do objeto desejado utilizando softwares especializados (3D Studio
13
MAX1, Blender2, Maya3 e ZBrush4, por exemplo). Esta e uma tarefa artıstica e necessita
de tecnicas e conhecimento especializado em ferramentas de autoria.
Os modelos multi-camadas, baseados na anatomia humana sao tambem exem-
plos de metodos por construcao manual. Os autores que trabalham com modelos multi-
camadas acreditam que, se forem aplicados em modelos virtuais os mesmos princıpios
usados na natureza, os movimentos serao mais realistas. Neste caso, os corpos sao simu-
lados utilizando ossos, musculos deformaveis e pele, dispostos em sua posicao original.
Wilhelms et al (WILHELMS; GELDER, 1997) apresenta um modelo no qual corpos hu-
manos e de animais sao compostos de ossos, musculos e pele. Os ossos sao representados
por segmentos, os musculos sao formados por cilindros deformaveis ligados aos ossos. Os
musculos modificam automaticamente seu formato na medida em que os ossos sao movi-
mentados. A pele e gerada encobrindo os musculos e se move de acordo com a alteracao
dos mesmos.
Scheepers et al (SCHEEPERS et al., 1997) utilizaram uma tecnica semelhante,
utilizando elipsoides para representar os musculos. Neste trabalho eles envolvem o tronco
e os bracos de um humanoide com musculos para demonstrar o modelo. Nedel e Thalmann
(NEDEL; THALMANN, 1998) apresentam um modelo no qual os musculos sao compostos
por duas camadas, compostas por linhas de acao e por uma forma volumetrica, utilizando
um sistema massa-mola.
1http://www.discreet.com2http://www.blender.org3http://www.aliaswavefront.com4http://pixologic.com
14
Figura 1: Diferenca na geometria do modelo devido a movimentacao do braco (SCHEE-
PERS et al., 1997)
2.2 Modelagem por captura e reconstrucao
Alguns trabalhos reconstroem o modelo geometrico a partir de scanners 3D, fotos
ou vıdeo de pessoas reais. Este metodo e bastante eficaz na criacao de modelos humanos
com aparencia realista, mas dificilmente oferece algum controle para o usuario, tornando
difıcil uma modificacao do modelo final. Nesta secao serao apresentados alguns trabalhos
que utilizam captura de corpos humanos para reconstrucao de modelos geometricos.
Com o advento do scanner 3D, que permitiu a captura de corpos de pessoas, foi
possıvel o uso de geometrias de pessoas reais para serem utilizadas em sistemas compu-
tacionais. Este tipo de scanner emite raios luminosos que tocam a superfıcie do corpo e
refletem, sendo recebidos pelo scanner, gerando assim, um conjunto de pontos. Alguns
metodos tem sido investigados de maneira a prover a geracao de polıgonos baseados em
nuvens de pontos (AMENTA; BERN, 1998; AMENTA; KIL, 2004). O objetivo e a extracao
de um modelo geometrico capaz de ser animado e visualizado. Tambem foram realiza-
das pesquisas especıficas para solucionar problemas de preenchimento de espacos vazios
(devido a oclusao de algumas partes) e para reduzir as deformacoes causadas por falta
de fidelidade ou conflito entre as partes (ruıdo). Dekker (DEKKER, 2000), por exemplo,
utilizou uma serie de informacoes anatomicas sobre o corpo humano para otimizar, com-
pletar e segmentar dados de scanners 3D a fim de gerar as malhas de corpos humanos
para a industria de vestuario.
15
Kakadiaris e Metaxas (KAKADIARIS; METAXAS, 1995) utilizaram imagens bidi-
mensionais retiradas de tres vistas ortogonais entre si, ajustando um modelo geometrico
base para gerar modelos geometricos 3D. Os templates sao formados por um modelo
geometrico formado por segmentos nos quais as alteracoes sao feitas a partir dos tama-
nhos encontrados em cada uma das partes que representam os segmentos nas imagens.
Plaenkers et al (PLANKERS; FUA; D’APUZZO, 1999) utilizou sequencias de vıdeo
estereo para aquisicao de modelos de partes de um corpo humano. Os movimentos de
uma pessoa, como por exemplo o deslocamento do braco de uma pessoa enquanto ela
caminha, sao gravados em uma sequencia de vıdeo. O programa extrai automaticamente
a informacao do vıdeo gerado e faz o rastreamento do contorno do corpo. O problema e
resolvido em dois passos: primeiro, e extraıda grosseiramente a informacao da silhueta das
imagens. O segundo passo e ajustar o modelo de referencia as informacoes obtidas. Estes
dados sao usados para ajustar cada um dos quadros da sequencia gerada, auxiliado pelo
conhecimento sobre o corpo humano e seus movimentos possıveis para ajustar a forma
gerada pela extracao. O foco principal, no entanto foi a captura do movimento, e nao a
aquisicao do modelo geometrico de uma pessoa. O ajuste da geometria e somente a parte
inicial do processo para captura dos movimentos.
Posteriormente, foram propostos modelos mais sofisticados, como os de Hilton et
al (HILTON et al., 1999) que tratam a extracao da silhueta de imagens 2D de frente, lado
e costas e depois propoe a deformacao de um template tridimensional para ajustar na
silhueta. Finalmente, as imagens sao utilizadas como texturas para serem mapeadas no
modelo 3D gerado. Lee et al (LEE; GU; MAGNENAT-THALMANN, 2000) propuseram
uma tecnica semelhante, utilizando tres fotografias tiradas de vistas ortogonais utilizadas
para gerar modelos que possam ser animados.
A parte destas tecnicas, tambem e preciso associar adequadamente uma hierar-
quia de esqueleto ao modelo gerado para ser possıvel aplicar animacoes a cada um dos
personagens criados. Este processo e manual, individual e exaustivo.
16
Figura 2: Modelo capturado baseado em imagens (HILTON et al., 1999): a esquerda as
imagens de entrada e a direita o modelo reconstruıdo
2.3 Modelagem por interpolacao ou variacao de geo-
metria existente
Uma maneira de solucionar o problema da criacao de uma diversidade populaci-
onal, e atraves da modificacao de modelos geometricos existentes. Assim, as alteracoes
podem ser feitas aplicando funcoes de deformacao em um modelo geometrico base (tem-
plate) utilizando dados antropometricos ou realizando uma interpolacao entre dois ou
mais modelos existentes. Neste caso, para criar uma grande diversidade de geometrias
de humanos virtuais, nao ha a necessidade de se modelar exaustivamente cada um dos
agentes (como na categoria por construcao manual), nem e preciso utilizar uma grande
quantidade de pessoas reais para obter a diversidade desejada (como na categoria captura
e reconstrucao).
Rose et al (ROSE M. COHEN, 1998) mostram a primeira tecnica de interpolacao
baseada em exemplos de pessoas reais para combinar (blend) movimentos faciais utili-
zando Radial Basis Function (RBF) em Verbs and Adverbs. Cada exemplo de movimento
e anotado manualmente em um conjunto de valores (adverbs), como felicidade, raiva,
cansaco, etc. Depois de normalizados estes valores, cada um dos movimentos anotados
sao usados para formar os espacos de verbos e adverbios por interpolacao. Depois de
formulado o espaco contınuo, um movimento e derivado para qualquer um dos pontos
17
deste espaco gerado. Este trabalho dedicava-se a gerar novas animacoes a partir de um
conjunto dado e serviu de base para trabalhos posteriores visando fazer alteracoes em
modelos geometricos de faces, criando expressoes diferentes. Mais recentemente, outras
tecnicas de interpolacao foram pesquisadas e utilizadas nao so para alteracoes faciais de
humanos virtuais, mas tambem para modificar a geometria do corpo inteiro, criando novos
modelos geometricos.
Azuola (AZUOLA et al., 1994) pesquisou a aplicacao de dados antropometricos
na criacao de humanos virtuais. O Spreadsheet Anthropometry Scaling System (SASS)
apresentado por ele permitiu aos usuarios criarem modelos de humanos que atendam a
especificacoes distintas e possam ser utilizados em seu sistema Jack. As medidas foram
compiladas de uma base de dados retirada de NASA Man-Systems Integration Manual
(NASA, a) e de Anthropometry Source Book (NASA, b). Os modelos geometricos po-
dem ser criados baseados em dados estatısticos colhidos de uma populacao ou usando
diretamente as dimensoes de uma pessoa especıfica. O padrao e gerar automaticamente
dimensoes para cada um dos segmentos de uma figura humana baseado em dados popu-
lacionais como entrada para o sistema. Foi criado um modelo geometrico base dividido
em trinta e um segmentos, onde cada um destes segmentos pode ser escalado em tres
direcoes informadas diretamente pelo usuario ou obtidas de uma base de dados: compri-
mento, largura e profundidade. A dimensao desejada e implementada pela escala precisa
de cada um dos componentes do corpo. A criacao de personagens realistas, depende da
informacao correta de todas as partes do corpo. Mais ainda, necessita do conhecimento
das medidas de um corpo especıfico, dificultando a criacao de um novo corpo sem que
as medidas tenham sido obtidas de uma pessoa especıfica. Este sistema e utilizado para
auxiliar no projeto de equipamentos e teste de ergonomia.
18
Figura 3: Humanoides modelados por diferentes escalas (AZUOLA et al., 1994)
O objetivo do metodo de modelagem automatica adotada por Seo et al (SEO;
MAGNENAT-THALMAN, 2003) e a criacao de modelos humanos de aparencia realista
cujos tamanhos sao controlados atraves de um conjunto de dados antropometricos. Ao
inves de utilizarem dados estatısticos analisados de bases antropometricas como no traba-
lho anterior, eles fazem uso direto de tamanhos e formas de pessoas reais obtidas atraves
de scanner 3D para determinar a forma em relacao as medidas dadas. A partir dos dados
capturados, e encontrado um template adequado em uma base de dados, que sofrera trans-
formacoes para se ajustar ao corpo desejado. A malha do corpo e formada por vetores de
vertices de tamanho fixo (isto quer dizer que a topologia e conhecida previamente e que
o novo corpo ja estara com esqueleto associado). Ao deformar esta malha, e utilizado um
conjunto menor de vertices utilizando PCA (Principal Component Analysis) para reduzir
a quantidade de dados otimizando o modelo. Uma nova geometria e obtida deformando o
modelo base considerando duas entidades distintas para esta deformacao: rıgida e elastica.
A deformacao rıgida e feita no esqueleto do modelo, devido a alteracao do comprimento
nas partes do corpo. A deformacao elastica e essencialmente deslocamento de vertices,
que, quando adicionadas a deformacao rıgida representa a geometria do corpo. Entrando
com um conjunto de medidas, podem-se criar novos modelos estimados pela funcao de
interpolacao. Uma populacao pode entao ser criada informando uma serie de medidas
de corpos. As medidas utilizadas neste modelo sao: estatura, gancho, comprimento da
perna, medidas das circunferencias de pescoco, peito, tronco, cintura e quadril.
19
Figura 4: Modelos gerados por alteracao dos parametros (SEO; MAGNENAT-THALMAN,
2003)
Allen et al (ALLEN; CURLESS; POPOVIC, 2002) apresentam um metodo para
ajustar um template de um modelo geometrico a um conjunto de pontos obtidos pela
captura a partir de scanners 3D e com alguma intervencao do usuario. Eles apresentam
uma formula para ajustar cada um dos vertices do modelo geometrico base para se ajustar
ao modelo capturado. O objetivo desta funcao e ponderar cada uma das tres medidas:
proximidade entre cada um dos vertices a ser transformado dos pontos capturados, simi-
laridade entre transformacoes vizinhas, e proximidade de marcadores feitos nas posicoes
dos vertices dos templates e na superfıcie de destino. No caso de dados incompletos na
aquisicao do conjunto de pontos, o modelo e robusto o suficiente para realizar o preenchi-
mento dos espacos vazios na malha. Com isto, eles exploram uma variedade de aplicacoes
para modelagem de corpos de humanos virtuais, entre elas a geracao de modelos a partir
de uma nuvem de pontos e analise de aspectos fısicos para modificar o modelo atraves
de parametros relacionados (como peso e altura). Para isto, eles apresentam um metodo
para ajustar uma correspondencia ponto a ponto entre um conjunto de superfıcies com
estruturas parecidas, mas com variacoes na forma. Por exemplo, dois corpos de pessoas
diferentes adquiridos em poses semelhantes para fazer interpolacao entre os modelos ad-
quiridos. Eles demonstram a tecnica com a criacao de diversidade populacional a partir
de alguns corpos-chave. Pelo metodo apresentado, e encontrada uma funcao de inter-
polacao entre os modelos, mapeando algumas caracterısticas do corpo. Neste caso, novos
20
corpos podem ser gerados pela alteracao destes parametros. Na figura 5 eles mostram
esta variacao atraves das medidas de peso e altura.
Figura 5: Variacao de um corpo pela alteracao de peso e altura (ALLEN; CURLESS;
POPOVIC, 2002)
Lewis (LEWIS, 2000) descreve um sistema, implementado como um plug-in para o
Maya utilizando a Maya’s embedded scripting language (MEL). O objetivo deste sistema
e a criacao de geometrias de corpos de humanos virtuais atraves de uma interface simples,
sem a necessidade de conhecimento sobre como modelar uma figura humana. Na interface
do Maya e apresentado ao usuario um conjunto de modelos para que, a partir de selecao
de alguns corpos, seja gerado um novo modelo. Foi utilizado para os modelos de entrada o
formato H-Anim. Assim, todos os modelos utilizados possuem a mesma hierarquia. Todos
eles tambem possuem o mesmo numero de vertices e topologia. O usuario pode selecionar
dois modelos para servir de base para o novo modelo criado. Para que esta alteracao nao
seja apenas uma simples funcao de interpolacao linear entre os modelos, esta alteracao e
feita atraves de algoritmos geneticos. O novo modelo gerado sera feito pela combinacao
dos genotipos dos dois modelos originais. Os genotipos, neste caso, sao formados por
strings contendo a variacao em cada uma das partes. Para produzir modelos diferentes
a partir do mesmo conjunto inicial, sao geradas alteracoes aleatorias nos genotipos dos
modelos escolhidos no momento desta combinacao. Este novo modelo tera seu genotipo
salvo e pode ser reutilizado para combinacao com outro modelo base. O usuario pode,
21
entao, fazer sucessivas combinacoes ate conseguir criar o modelo desejado.
Figura 6: Populacao inicial (LEWIS, 2000)
Lee et al (LEE; MAGNENAT-THALMANN, 2001) apresenta uma tecnica para criar
novas geometrias a partir de modelos geometricos (modeladas por artistas ou obtidos por
captura de fotografias ou por scanners), utilizando sistemas de morphing 2D e 3D para
realizar a variacao. O sistema apresentado neste trabalho permite a alteracao tanto da
forma do corpo quanto da cor da pele, realizando uma integracao entre a forma tridimensi-
onal e a informacao bidimensional da textura. Todos os corpos utilizados sao convertidos
para uma mesma estrutura geometrica conhecida. Isto significa que todos os corpos de
exemplo tem a mesma topologia, tornando facil a variacao de uma estrutura para outra
atraves de uma funcao de interpolacao simples. Para variacao da textura, e aplicado um
algoritmo de morphing 2D, baseado na triangularizacao da estrutura geometrica herdada
da geometria dos humanoides.
22
Figura 7: Quatro modelos com diferentes formas e texturas (LEE; MAGNENAT-
THALMANN, 2001).
Modesto et al (MODESTO; GIBBS; RANGARAJU, 2001) mostra como a
PDI/Dreamworks fez para produzir os muitos personagens do desenho animado Shrek.
Neste desenho, o numero de personagens secundarios em cenas com multidao cresceu
tanto, que teve de ser desenvolvida uma forma para criar rapidamente novos personagens.
O objetivo do desenvolvimento da tecnica utilizada foi encontrar uma maneira de criar
personagens diferentes a partir de um modelo de corpo e alguns conjuntos de aspectos
fısicos (feicoes de rosto, cabelo, texturas de roupas, etc.). A criacao dos modelos base
envolveu duas equipes: uma responsavel por criar a geometria dos corpos (incluindo dife-
rentes variacoes de face, roupas, estilos de cabelo e chapeu) e a outra para fazer diferentes
cores de pele, cabelo e texturas de roupas. Foram criados seis modelos para guardas e
cinco para os outros tipos de personagens. Para cada um dos modelos foram criadas
tres configuracoes: gordo, normal e magro. A diversidade foi realizada alongando ou en-
colhendo o modelo geometrico base, criando uma quantidade diferente de corpos. Para
aumentar ainda mais a variedade de personagens existentes, foram modeladas tambem
diferentes cabecas. Como a maioria dos personagens eram homens, foram criados quatro
tipos de cabecas para homem, tres para mulheres normais e duas para personagens mais
estereotipados (queixo e nariz grandes). Tambem foram produzidos diferentes tipos de
cabelo e chapeu. Neste modelo, dependendo das alteracoes feitas, podem-se criar alguns
personagens de formas indesejaveis. Assim, para evitar isto, os artistas escolheram alguns
conjuntos especıficos de escala que representaram esteticamente alguns tipos de corpos,
23
restringindo algumas variacoes.
Figura 8: Variacoes de um mesmo modelo (MODESTO; GIBBS; RANGARAJU, 2001)
2.4 Contexto deste trabalho no estado-da-arte
A criacao automatica de humanos virtuais nao e uma aplicacao nova, mas ainda e
uma tarefa bastante complexa, mesmo utilizando os softwares mais sofisticados da atuali-
dade. Alguns dos trabalhos relacionados anteriormente conseguem resolver este problema
de modo satisfatorio, mas ainda e preciso da intervencao do usuario. Em alguns casos,
esta intervencao exige do usuario um amplo conhecimento sobre anatomia humana. Em
outros casos, a intervencao e posterior, quando o personagem deve ser animado.
O objetivo deste trabalho e apresentar um modelo capaz de criar automaticamente,
baseado em somatotipo, uma grande quantidade de modelos geometricos esteticamente
aceitaveis, com mınima intervencao do usuario.
Para a geracao das geometrias, e utilizado um modelo geometrico base (template)
que sofre deformacoes em cada uma das partes do corpo a fim de gerar um novo persona-
gem. Ao contrario do trabalho de Azuola, o numero de partes do corpo nao e fixa. Nosso
trabalho utiliza o proprio esqueleto do modelo geometrico para criar personagens novos.
O template e composto de um esqueleto e da geometria de um personagem virtual, cuja
forma do corpo e hierarquia do esqueleto sao definidos livremente e gerados de acordo
com o objetivo e a necessidade da aplicacao a ser desenvolvida. Nos trabalhos anteriores,
24
a construcao do template deve seguir uma forma previamente estipulada de acordo com a
definicao do modelo. Por exemplo, no trabalho de Azuola e baseado em um unico modelo
geometrico, composto de trinta e um segmentos que sao deformados um a um para criar
um novo personagem. Nos trabalhos de Seo et al, de Lewis e tambem o de Lee, todos os
corpos sao criados possuindo uma mesma topologia e uma hierarquia unica.
Os personagens gerados pelo metodo apresentado neste trabalho podem ser au-
tomaticamente animados, visto que os modelos geometricos sao criados com a malha
associada a um esqueleto. No trabalho apresentado por Allen, apos a geracao de um novo
modelo geometrico, e preciso que este passe por um processo exaustivo e complexo a fim
de ligar a malha a um esqueleto e ajustar pesos para cada um dos vertices (rigging), para
posteriormente animar o personagem gerado.
O modelo apresentado neste trabalho pode ser utilizado para criacao de perso-
nagens de qualquer numero de vertices (qualquer resolucao). O numero de vertices dos
personagens a serem gerados dependera unica e exclusivamente do modelo geometrico
base. Outros trabalhos apresentam algum tipo de restricao, por exemplo, os trabalhos de
Modesto e Lewis sao aplicados apenas a personagens de baixa resolucao, enquanto que os
trabalhos de Seo, Allen e Lee sao empregados para criacao de modelos geometricos com
grande numero de vertices.
Para definir a forma corporal de um personagem, o modelo apresentado e baseado
em um metodo cientıfico denominado somatotipo que visa classificar corpos de pessoas
reais. Este metodo e composto por tres componentes, e sera apresentado na secao 3.1.1.
A forma de cada pessoa e caracterizada pelo valor de cada um destes tres componentes,
sendo assim, para criar a forma do corpo de qualquer pessoa, este modelo utiliza apenas
tres parametros que definem a composicao corporal, alem das tabelas de dimensoes que
sao geradas anteriormente na criacao do template. O trabalho de Seo utiliza um conjunto
de oito medidas: estatura, gancho, comprimento da perna, medidas das circunferencias
de pescoco, peito, tronco, cintura e quadril. Allen utiliza um conjunto bem maior, pois
25
utiliza varios marcadores por toda extensao do corpo. Alem dos parametros de entrada,
estes dois trabalhos necessitam tambem como entrada uma conjunto de pontos capturados
atraves de scanners 3D para a criacao de uma nova geometria. No trabalho de Azuola,
o conjunto de entrada de dados sao as alturas, larguras e profundidade de cada uma das
trinta e uma partes do corpo, totalizando noventa e tres dados de entrada para criar um
novo agente. Lewis utiliza sucessivas combinacoes de templates para a criacao de um
modelo geometrico final.
Devido ao fato do modelo apresentado neste trabalho utilizar o somatotipo para
geracao dos personagens, todos os modelos geometricos sao criados possuindo forma de
corpos visualmente validos. No trabalho de Azuola, a geracao de um corpo esteticamente
aceitavel e realizada utilizando medidas de pessoas reais armazenadas em uma base de
dados ou atraves da medicao de uma pessoa especıfica. Para Seo, a criacao de modelos
validos e realizada pela entrada de medidas corporais corretas, portanto se forem entrados
valores incorretos, o corpo do humano virtual gerado podera ser disforme. Nos trabalhos
de Lewis e Modesto, apos a geracao dos personagens e preciso ser realizada uma avaliacao
visual para verificar quais modelos geometricos criados possuem aparencia aceitavel ou
nao.
Alem de possibilitar a criacao de um personagem especıfico atraves de seu somato-
tipo, o modelo apresentado neste trabalho e capaz de criar uma diversidade populacional
de forma simples e rapida, gerando personagens visualmente aceitaveis com uma mınima
intervencao do usuario. Atraves da entrada de alguns dados estatısticos, como total de
personagens a ser criado, percentual de modelos masculinos e femininos, alturas, pesos
e seus desvios padrao, sao criadas automaticamente populacoes de personagens virtuais
prontas para serem animados em filmes, simulacoes e/ou jogos.
O proximo capıtulo descreve alguns conceitos importantes para compreensao do
modelo proposto, que e apresentado no capıtulo 4.
26
3 CONCEITOS BASICOS
Devido a popularidade dos jogos e pelo crescimento do uso de ambientes virtuais,
esta se tornando cada vez mais difundida a utilizacao de modelos de humanos virtuais
3D. Por isto, e crescente o numero de pesquisas para geracao automatica de modelos
geometricos, como apresentado no capıtulo 2. Mas nao se conseguiu ainda, uma maneira
facil e rapida de criar uma variedade de modelos geometricos de humanos virtuais, sem
intervencao do usuario e sem que este necessite ter conhecimento previo de anatomia
humana. Mais ainda, os compromissos com o esteticamente aceito e a associacao do
modelo geometrico a um esqueleto para prover animacoes sao aspectos importantes na
geracao de humanos virtuais.
Assim, este trabalho visa a criacao de uma diversidade populacional de forma facil e
rapida atraves de um conjunto mınimo de parametros de caracterısticas fısicas, utilizando
um modelo consolidado na area de cineantropometria de maneira a garantir o realismo
dos personagens gerados.
Atraves da utilizacao de apenas altura e peso, e possıvel gerar alguma diversidade
de personagens. A variacao de altura serviria para escalar o personagem fazendo ele
ficar no tamanho desejado. Alterando o peso, o personagem seria deformado de forma a
engordar ou emagrecer obtendo o aspecto de um personagem com o peso estipulado. O
problema e que nao existe uma forma unica de modificacao corporal das pessoas de acordo
com o aumento ou reducao de peso. As pessoas sao diferentes e fatores como genetica e
atividade fısica determinam diferentes maneiras das pessoas variarem a sua forma devido
a perda ou ganho de peso. Mais ainda, a aquisicao de peso (aumento de IMC - Indice de
27
Massa Corporal) pode representar ganho de massa muscular ou aumento do percentual
de gordura corporal.
Utilizando apenas um fator de variacao corporal (por exemplo o peso), so e possıvel
realizar a variacao em uma direcao. Ou seja, se for definido que o peso exerce variacao
no aumento/reducao de percentual de gordura, o modelo sera capaz de gerar somente
personagens magros ou gordos, nao sendo possıvel criar personagens de aspecto forte. Da
mesma forma, se for definido como variacao o aumento ou decrescimo de massa muscular,
nao sera possıvel criar personagens com aspecto de gordo. Mesmo assim, esta variacao de
massa muscular e diferente de pessoa para pessoa, dependendo da atividade fısica que ela
exerce. A forma do corpo de atletas que praticam natacao e diferente da forma de atletas
que praticam halterofilismo, por exemplo.
Por isto, neste trabalho, optou-se por basear a modelagem de humanos virtuais nas
possıveis classificacoes de corpos humanos pela sua forma, a fim de utilizar uma maneira
coerente de gerar a maior gama possıvel de personagens virtuais realistas.
Na secao a seguir, sao apresentados alguns modelos para medir e classificar as
formas de corpos humanos, principalmente o modelo de somatotipos que sera utilizado
neste trabalho. A secao 3.2 apresenta a forma de representacao de geometrias atraves
de modelos hierarquicos utilizados neste trabalho para criacao de personagens virtuais
animados.
3.1 Classificacao corporal
A classificacao de seres humanos em funcao de sua constituicao fısica existe ha
muito tempo. Essas classificacoes em gordo e magro, alto e baixo, forte e fraco, eram
inicialmente feitas de forma empırica, atraves de observacao.
A primeira classificacao que se tem conhecimento (CARNAVAL, 1995) foi feita por
Hipocrates, onde foram descritos dois tipos basicos:
28
• Habitus Ptısicos (habitus phthisicus): Magro, longitudinal, cor palida e tendencia a
introversao.
• Habitus Apopleticus (habitus apoplecticus): Tronco em proporcoes iguais ou maiores
que os membros, musculoso, cor avermelhada e temperamento ativo e extrovertido.
A partir daı, segue-se varias tendencias de classificacao do tipo fısico. No inıcio, a
classificacao era feita de acordo com conceitos filosoficos, como: influencia astral, quali-
dade do sangue ou elementos basicos da formacao corporal. Depois surgiram as Escolas
Morfologicas, que basearam sua classificacao em observacoes do corpo do indivıduo. No
final do seculo XIX, foi criada a Escola Morfologica Clınica, que estabeleceu uma forma
ideal e duas outras combinacoes extremas, baseadas em medicoes e observacoes. A forma
ideal foi caracterizada como sendo o corpo de uma pessoa sadia e musculosa. Uma das
combinacoes extremas foi descrita como sendo de uma pessoa de desenvolvimento defi-
ciente, sem musculatura ou gordura. E a outra, foi caracterizada como tendo abdomen
amplo, com tecido adiposo bem desenvolvido.
Posteriormente, as classificacoes passaram a ter como base a utilizacao de estudos
estatısticos das medicoes antropometricas. A partir deste momento, passou-se a utilizar a
palavra Biotipo, definida como sendo a personalidade indicada pela forma, temperamento
moral e funcional e pela inteligencia, resultantes da heranca morfologica, fisiologica e
psicologica do indivıduo.
Na atualidade, a classificacao do biotipo, denominada Somatotipo, foi introduzida
por Sheldon (SHELDON, 1940) e posteriormente modificada por Heath e Carter (HEATH;
CARTER, 1990). Esta e a principal classificacao utilizada atualmente para classificacao
corporal em areas como medicina e educacao fısica. Por este motivo, este trabalho utiliza-
se desta classificacao como parametro de entrada para a geracao de humanos virtuais com
aparencia realista. O metodo de classificacao por somatotipo e explicado na proxima
secao.
29
3.1.1 Somatotipo
William Sheldon (1898-1977) foi um psicologo americano que dedicou sua vida a
observacao da variedade de corpos humanos e temperamentos. Ele estudou milhares de
fotos de pessoas mostradas de frente, costas e vistas laterais. Atraves do exame minucioso
destas fotos, ele determinou como sendo tres os elementos fundamentais que, combinados
juntos, definem todos os tipos fısicos. Com grande esforco, ele trabalhou em uma forma de
mensurar estes tres elementos para expressar numericamente todas as formas de corpos.
Ele nomeou estes tres elementos basicos de endomorfia, mesomorfia e ectomorfia, pois
para ele, a variedade observada era derivada das tres camadas embrionarias (endoderme,
mesoderme e ectoderme).
A endomorfia para Sheldon e centrada no abdomen e em todo o sistema digestivo,
a mesomorfia e centrada na musculatura e a ectomorfia e relacionada ao cerebro e sistema
nervoso. De acordo com Sheldon, todas as pessoas contem estes tres elementos para
compor o corpo. Mais ainda, ninguem e somente endomorfo sem ter ao mesmo tempo
alguma porcao de mesomorfia e ectomorfia, mas tem-se estes componentes em diferentes
quantidades. Sheldon definiu uma escala de um ate sete para cada um dos componentes,
onde um e o valor mınimo e sete o maximo.
A forma mais simples de ter uma ideia da variedade de formas de corpos humanos e
examinar os seus extremos. De acordo com o metodo de Sheldon, um corpo de somatotipo
7-1-1 (sete-um-um) e um endomorfo extremo com o mınimo de mesomorfia e ectomorfia.
Este tipo de corpo se distingue pela massa estar concentrada na area abdominal, pele
macia, corpo com contornos suaves, sem projecao de ossos e cabeca esferica. A forma do
corpo de um mesomorfo extremo, ou 1-7-1, caracteriza-se por ter musculos bem desenvol-
vidos e definidos, ossos largos, a area do peito predomina a regiao abdominal, os musculos
em ambos os lados do pescoco sao salientes e com coxas e bracos bem desenvolvidos. A
forma fısica de um corpo altamente ectomorfo, ou 1-1-7, e de aparencia fragil e delicada
com musculatura debil. Em contraste com os outros dois extremos, o corpo tem aspecto
30
linear.
Sheldon definiu um diagrama para determinar os tipos de corpos onde pode-se
localizar todas as possıveis formas corporais. A figura abaixo ilustra um diagrama onde
sao destacadas as formas de corpos extremas.
Figura 9: Diagrama de formas corporais extremas.
A classificacao dos tipos de corpos nao era o objetivo final de Sheldon. Ele queria
principalmente investigar como o tipo corporal se relaciona com a maneira de agir das
pessoas. Resumidamente, ele queria determinar a ligacao entre a forma do corpo e o
temperamento. O temperamento explora como as pessoas dormem e comem, riem e
roncam, falam e caminham. Para Sheldon, temperamento e o tipo fısico do corpo em acao
(CARNAVAL, 1995). Ele estabeleceu relacao do componente endomorfia com descanso,
conforto, comida e amizade. O componente mesomorfia foi centrado na agressividade e
gosto por atividades fısicas. Ja o componente ectomorfia foi relacionado com privacidade,
moderacao e atencao.
A tecnica apresentada por Sheldon, para determinar cada um dos componentes
do somatotipo, consiste em fotografar um indivıduo de frente, costas e perfil. Depois, e
feita uma analise das fotos dividindo-se em algumas partes e realizando alguns calculos
determinados pela sua tecnica. Devido a deficiencia e dificuldade de seu metodo, varios
31
autores sugeriram modificacoes para torna-lo mais pratico e economico. A tecnica para o
calculo do somatotipo de Heath-Carter (HEATH; CARTER, 1990), por ser extremamente
vantajosa quanto a rapidez de execucao e de calculo e seu baixo custo operacional, foi
amplamente aceita por grupos de estudiosos e e utilizada em larga escala na atualidade.
A proxima secao apresenta detalhes desta tecnica e metodo.
3.1.2 Metodo de somatotipo Heath-Carter
O metodo de somatotipo proposto por Heath e Carter (HEATH; CARTER, 1990)
(denominado metodo de somatotipo Heath-Carter) e uma modificacao do sistema desen-
volvido por Sheldon. A grande maioria do vocabulario utilizado no novo modelo e o
mesmo, mas difere em alguns pontos importantes:
• O modelo de Sheldon foi utilizado para avaliacao do comportamento, enquanto o
modelo de somatotipo Heath-Carter e utilizado para avaliacao do desempenho motor
e crescimento.
• No modelo de Sheldon, os valores dos tres componentes do somatotipo eram restritos
entre 1 e 7, enquanto que no modelo Heath-Carter eles propuseram uma escala dos
valores diferencioda: endomorfia (0.5 a 16), mesomorfia (0.5 a 12) e ectomorfia (0.1
a 9), embora nao havendo restricao de valores mınimos e maximos1. E importante
observar que nao existe um criterio para indicar a precisao dos componentes do
somatotipo. Alguns profissionais utilizam apenas valores inteiros, enquanto outros
utilizam valores com alta precisao.
De acordo com os ındices encontrados para cada componente do somatotipo, Heath e
Carter descrevem as seguintes classificacoes somatotipologicas:
• Endomorfo dominante: o primeiro componente (endomorfia) tem valor alto, en-
quanto que os outros componentes tem valor baixo e nao diferem em mais de meia
1Os valores apresentados sao os comumente utilizados.
32
unidade;
• Mesomorfo dominante: o segundo componente (mesomorfia) tem valor alto, en-
quanto que os outros componentes tem valor baixo e nao diferem em mais de meia
unidade;
• Ectomorfo dominante: o terceiro componente (ectomorfia) tem valor alto, enquanto
que os outros componentes tem valor baixo e nao diferem em mais de meia unidade;
• Endomesomorfo: primeiro e segundo componentes tem valores altos e nao diferem
de mais de meia unidade e o terceiro componente tem valor baixo;
• Endoectomorfo: primeiro e terceiro componentes tem valores altos e nao diferem de
mais de meia unidade e o segundo componente tem valor baixo;
• Endomesomorfo: segundo e terceiro componentes tem valores altos e nao diferem
de mais de meia unidade e o primeiro componente tem valor baixo;
• Central : Os tres componentes sao iguais, ficando em torno de 312.
Nao existe uma definicao especıfica do que significa valores altos e baixos na lite-
ratura. A seguir, sao mostrados exemplos de valores respectivos a cada uma das classi-
ficacoes apresentadas: 9-1-1, 1-9-1, 1-1-9, 6-6-1, 6-1-6, 1-6-6, 312-31
2-31
2.
O modelo Heath-Carter introduziu equacoes para calculo do somatotipo baseado
em dados antropometricos. Anteriormente, o calculo era feito somente atraves de foto-
grafias. A proxima secao explica como calcular o somatotipo utilizando a antropometria.
3.1.3 Obtendo o somatotipo
Existem tres maneiras de obter o somatotipo de um indivıduo:
• Metodo antropometrico: Medicoes antropometricas: medidas de dobras cutaneas,
estatura, peso, circunferencias ou perımetros sao utilizadas para estimar o somato-
tipo;
33
• Metodo fotoscopico: no qual os valores do somatotipo sao definidos atraves de uma
imagem padrao;
• Metodo antropometrico e fotoscopico: combina ambos os metodos para estimar o
somatotipo.
Devido a dificuldade de se utilizar o metodo fotoscopico, o metodo antropometrico e o mais
utilizado atualmente. Pode ser utilizado em qualquer laboratorio de cineantropometria e
requer poucos calculos e equipamentos. Permite que as medidas possam ser realizadas de
maneira relativamente facil em pessoas vestidas com poucas roupas. O metodo fotoscopico
necessita a utilizacao de imagens de pessoas nuas.
A determinacao do somatotipo atraves do metodo antropometrico e realizada com
as seguintes medidas:
• Estatura
• Peso
• Dobras cutaneas de trıceps, subescapular, supra-ilıaca e perna
• Diametro de umero e femur
• Perımetro de braco contraıdo e perna
No calculo do primeiro componente (endomorfia), e necessario o somatorio das dobras
cutaneas de trıceps, subescapular e supra-ilıaca em milımetros. Corrige-se esse somatorio
com a estatura padrao (170,18 cm) dividido pela estatura do indivıduo em centımetros:
Endomorfia =somatorio das dobras · 170, 18
estatura(3.1)
Para o segundo componente (mesomorfia) e utilizada a seguinte equacao:
34
Mesomorfia = 0, 858U + 0, 601F + 0, 188B + 0, 161P − 0, 131H + 4, 5 (3.2)
onde:
U = diametro de umero
F = diametro de femur
B = perımetro de braco contraıdo corrigido = perımetro de braco contraıdo (cm)
- dobra cutanea de trıceps (cm)
P = perımetro de perna corrigido = perımetro de perna (cm) - dobra cutanea de
perna (cm) H = estatura
O calculo do terceiro componente (ectomorfia) e obtido calculando primeiramente
o HWR (height-weight ratio), que e a estatura dividida pela raız cubica do peso:
HWR =estatura
3√
peso(3.3)
Se o valor de HWR for maior que 40,75, entao o grau de ectomorfia e:
Ectomorfia = 0, 732HWR − 28, 58 (3.4)
Se o valor de HWR for maior que 38,25 e menor ou igual a 40,75:
Ectomorfia = 0, 463HWR − 17, 63 (3.5)
E, se HWR for menor ou igual a 38,25, o valor de ectomorfia sera de 0,1.
Desta forma, os tres componentes que definem o somatotipo de um indivıduo sao
calculados. Estas definicoes foram usadas como base no modelo computacional desen-
volvido neste trabalho, conforme sera descrito no proximo capıtulo. A proxima secao
35
descreve alguns conceitos basicos sobre a modelagem geometrica de personagens virtuais
humanos.
3.2 Consideracoes sobre modelagem geometrica de
humanos virtuais
Como foi visto no capıtulo 2, existem muitas formas de se construir modelos
geometricos de humanos virtuais que vao desde a construcao de modelos geometricos
apenas por uma malha de polıgonos, ate a utilizacao de geometrias que buscam imitar
a anatomia humana modelando musculos, ossos e pele. Uma das formas mais comu-
mente utilizadas para representar a geometria de humanos virtuais e atraves de modelos
hierarquicos, nos quais os modelos geometricos sao formados por partes separadas armaze-
nadas em uma estrutura hierarquica chamada de esqueleto. Este esqueleto normalmente
utiliza matrizes de transformacoes que servem para animar suas partes. Outra maneira
utilizada e armazenando o modelo geometrico como sendo uma unica malha, na qual a
animacao e feita por interpolacao de varias poses da mesma malha, como no formato
MD3 do Quake2. Neste trabalho optou-se pela representacao por modelos hierarquicos
por ser uma das maneiras mais tradicionais e utilizadas de animar modelos geometricos.
Na verdade, a maior parte das pesquisas em construcao e modelagem de humanos virtuais
nao considera a representacao por esqueleto, porque nao visam a animacao automatica
destes humanoides, como e o caso deste trabalho.
Os personagens sao construıdos por representacao hierarquica, e sao compostos por:
malhas, esqueleto, materiais e animacao. A malha serve para determinar a aparencia fısica
do personagem e e formada por polıgonos compostos por um conjunto de vertices (figura
10). No modelo proposto neste trabalho, a geracao das geometrias dos novos personagens
sera realizada atraves da alteracao desta malha de polıgonos, mudando a forma de um
template para criar personagens com diversas aparencias, de acordo com os dados de
entrada do modelo.
2http://www.idsoftware.com
36
Figura 10: Malhas do template feminino adulto.
Para esta malha ser animada, sao utilizados esqueletos hierarquicos para criar um
modelo geometrico articulado. O esqueleto e um sistema hierarquico de objetos repre-
sentado por ossos e suas juntas. Um exemplo de esqueleto hierarquico de um humanoide
pode ser definido por uma estrutura na qual o inıcio (raiz) e a pelvis e os nodos filhos sao
as partes adjacentes, na qual as partes extremas desta estrutura sao as extremidades do
corpo (pes, maos e cabeca). E este sistema que permitira movimentos como: um ciclo de
caminhada, corrida, balancar a cabeca, etc. A movimentacao do personagem e realizada
pelas rotacoes das juntas do esqueleto e dos ossos que representam a maneira com que
estas juntas sao conectadas. Como o esqueleto e um sistema hierarquico, o movimento
da junta que representa o cotovelo de um modelo humano, por exemplo, nao ira afetar
somente a posicao do antebraco, mas tambem a posicao da mao e dos dedos. As juntas
e ossos definem a movimentacao do personagem. A figura 11 mostra um exemplo de
esqueleto de um humanoide.
37
Figura 11: Esqueleto de um humanoide.
Para unir a malha ao esqueleto (rigging), os vertices da malha sao associados aos
ossos do corpo. Ao realizar rotacoes nas juntas do personagem, os vertices que fazem parte
do esqueleto sao tambem alterados, bem como as malhas que dao volume ao humanoide.
Se os vertices da malha, a serem alterados, pertencerem a apenas um dos ossos, quando
o personagem for animado podera haver descontinuidade na malha proximo as juntas
(figura 12(a)), pois a malha nao sofrera deformacao. Para evitar este problema, cada um
dos vertices pode estar associado a um ou mais ossos do esqueleto. Isto e feito atribuindo
um valor de peso para cada um dos ossos em que o vertice e ligado. Assim, vertices que
ficam proximos as juntas podem ser associados a mais de um osso, nao gerando desconti-
nuidade na animacao (figura 12(b)). Muitos modelos recentes utilizam esta estrutura de
armazenamento da malha na qual os vertices podem ser compartilhados por mais de uma
parte do corpo hierarquico. No modelo apresentado neste trabalho, utilizou-se os pesos,
que sao definidos nos arquivos da geometria, para vertices compartilhados por mais de
um osso, e nao existe restricao quanto ao numero de ossos ou a disposicao dos mesmos
na hierarquia.
As animacoes sao descritas por um conjunto de informacoes especificadas em
quadros-chave para varios instantes de tempo, onde cada um destes quadros armazena
38
a rotacao feita em cada uma das juntas que compoe o personagem. Para fazer um per-
sonagem ser animado, em cada instante de tempo, a malha que compoe o personagem e
deformada atraves das transformacoes de rotacao aplicadas ao esqueleto. Para os instan-
tes de tempo entre cada um dos quadros-chave, e aplicada uma funcao de interpolacao
para encontrar os angulos de rotacoes intermediarios.
Figura 12: Movimento de uma junta sem deformacao (a) e com deformacao (b).
Para definir a aparencia dos personagens, sao definidos os materiais que compoe a
malha. Estes materiais sao compostos de cores ou texturas para que o modelo possa ter
uma aparencia realista ao ser visualizado e animado. Combinado com a geometria, que
define a forma do modelo, um conjunto de materiais e aplicado a um modelo geometrico
para definir o aspecto visual do personagem. No modelo apresentado neste trabalho, cada
um dos templates podera ter mais de um conjunto de materiais, conforme ilustrado na
figura 16.
O proximo capıtulo apresenta o modelo proposto neste trabalho para geracao au-
tomatica de populacoes de personagens virtuais, baseado em somatotipo e com a mınima
intervencao do usuario, gerando personagens esteticamente aceitaveis e prontos para se-
rem animados.
39
4 MODELO
De todos os metodos para classificacao dos corpos humanos pesquisados ate o
momento, o metodo de somatotipo de Heat-Carter e o mais consolidado. E usado prin-
cipalmente na cineantropometria, com aplicacao direta na Medicina e Educacao Fısica
para ajudar a entender o movimento humano no contexto do crescimento, exercıcio, per-
formance e nutricao.
Como foi discutido no inıcio do capıtulo 3, a utilizacao de apenas um fator para va-
riacao corporal permite realizar a variacao em apenas uma direcao. Utilizando o metodo
de somatotipo, pode-se gerar todas as variedades de corpos. Assim, ao inves de fazer o
corpo apenas engordar e emagrecer ou fortalecer e enfraquecer, pode-se utilizar o soma-
totipo para criar personagens das formas mais variadas possıveis e existentes.
Poderia se pensar em criar uma formula para variacao corporal utilizando o so-
matotipo. O componente endomorfia fazendo o corpo ganhar ou perder gordura e o
componente mesomorfia fazendo o corpo ganhar ou perder musculatura. Mas as pessoas
nao engordam nem aumentam a musculatura da mesma maneira. Elas diferem umas das
outras consideravelmente, existindo pessoas das mais variadas formas. Por exemplo, al-
gumas pessoas engordam de forma uniforme, outras mais na regiao do abdomen e outras
nas nadegas e coxas. Tambem os atletas de diferentes modalidades aumentam ou reduzem
sua musculatura diferentemente.
E importante notar que o somatotipo e uma maneira geral para descrever a forma
dos corpos e nao define como dimensoes especıficas de cada parte do corpo variam, mas
indica como e a constituicao fısica de uma pessoa. Assim, utilizando-se alguns exemplos de
40
formas de corpo com seus respectivos valores de somatotipo, podemos gerar uma variedade
de formas diferentes e visualmente validas.
Este capıtulo apresenta o modelo proposto neste trabalho para geracao automatica
de populacoes de personagens virtuais a partir da criacao de um modelo computacional que
implementa conceitos de somatotipo. A criacao das geometrias dos novos personagens sao
realizadas atraves do uso de modelos geometricos base, somatotipos e caracterısticas fısicas
da populacao a ser criada. A figura 15 expoe uma visao geral dos passos para a criacao
de diversidade populacional pelo modelo apresentado neste trabalho. Resumidamente, os
passos para geracao de uma populacao de personagens virtuais sao:
• Passo 1 - Definicao dos dados iniciais: Sao definidas distribuicoes estatısticas
com dados populacionais conforme especificacao do usuario;
• Passo 2 - Escolha do template: Para cada novo personagem a ser criado, como
parte da populacao gerada, e escolhido o template adequado que servira de base para
geracao da nova geometria. Um template e composto de um modelo geometrico base
e informacoes de exemplo dos somatotipos dominantes, conforme sera visto na secao
4.2;
• Passo 3 - Definicao dos novos somatotipos: Atraves das distribuicoes es-
tatısticas sao gerados valores de somatotipos para cada um dos novos personagens;
• Passo 4 - Calculo de influencia dos somatotipos dominantes: Atraves dos
exemplos de somatotipos dominantes contidos no template, e calculada a contri-
buicao de cada um destes para criacao da geometria do personagem a ser gerado,
como descrito na secao 4.4;
• Passo 5 - Calculo de variacao na malha: A contribuicao calculada no passo 4
e utilizada para definir a forma do novo corpo a ser gerado. Sao entao calculadas as
variacoes que cada uma das partes do corpo do modelo geometrico base (vide secao
41
4.2) ira sofrer para atingir a forma gerada pelo novo somatotipo definido no passo
3;
• Passo 6 - Deformacao da malha atraves dos vertices: Sao realizados de-
formacoes em todos os vertices do modelo geometrico base para gerar a nova forma
do novo personagem.
Figura 13: Passos para criacao de diversidade populacional.
A definicao de dados iniciais pode ser de um indivıduo especıfico ou de uma po-
pulacao. Resultados obtidos pela utilizacao deste modelo serao discutidos no capıtulo
5. Cada um dos passos apresentados anteriormente sao explicados detalhadamente nas
proximas secoes.
4.1 Definicao de dados iniciais
A modelagem geometrica dos personagens virtuais e realizada de acordo com duas
informacoes: caracterısticas fısicas da populacao a ser criada e templates. As carac-
terısticas fısicas da populacao a ser criada sao: nome e quantidade de personagens a
serem criados, percentuais de masculino e feminino na populacao, medias de idade, altura
42
e peso, assim como seus desvios padrao. A populacao sera criada de acordo com a distri-
buicao estatıstica informada. Primeiro sao criados um numero de modelos masculinos e
femininos de acordo com os valores de quantidade e percentuais de feminino e masculino.
Para cada personagem criado, sao definidos aleatoriamente valores de idade, altura
e peso conforme a distribuicao informada. No prototipo desenvolvido neste trabalho,
utilizou-se uma distribuicao normal de probabilidade para geracao das variaveis aleatorias.
Mas, dependendo da necessidade, pode-se substituir esta distribuicao por outro tipo, como
por exemplo uniforme ou exponencial. No capıtulo 5 sao mostradas imagens de interfaces
para entrada de dados do modelo utilizadas no prototipo criado para este trabalho. E
possıvel tambem a criacao de apenas um personagem definindo valores exatos para sexo,
idade, altura e peso. Para isto, e utilizada uma interface para informar individualmente
estes valores para cada um dos personagens criados.
Estas informacoes sao utilizadas para criacao da geometria dos novos personagens,
como sera explicado nas proximas secoes.
4.2 Escolha do template
Apos a definicao dos dados, e feita a geracao das geometrias dos novos persona-
gens. Os dados de entrada sao utilizados para escolha de um template adequado que sera
alterado para geracao do novo personagem. Primeiramente, no entanto, apresenta-se a
definicao de um template atraves das informacoes que o compoem:
• Sexo;
• Idades mınima e maxima;
• Altura e peso;
• Arquivos de geometria e esqueleto. Nao ha restricoes relacionadas a geometria ou
esqueleto. O artista e livre para modela-lo como quiser;
43
• Arquivos de animacao, que serao combinados para fazer com que o agente se mova
de acordo com seus parametros de movimento;
• Alguns conjuntos de materiais, para fornecer uma maior variacao visual;
• Uma tabela de dimensao contendo as medidas de cada parte do corpo definido pelo
arquivo de esqueleto em cada uma das direcoes (altura, largura e profundidade);
• Tabelas de dimensoes de somatotipos dominantes (endomorfo dominante, meso-
morfo dominante e ectomorfo dominante). E possıvel definir mais de uma tabela de
dimensoes para cada um dos somatotipos dominantes, sendo necessaria pelo menos
uma para cada somatotipo dominante. A seguir e descrito o conteudo desta tabela.
As tabelas de dimensoes sao utilizadas para calcular contribuicao de cada soma-
totipo dominante no personagem a ser criado (secao 4.4) e para calculo da variacao das
partes (secao 4.5). Elas sao compostas por:
• Classificacao somatotipologica (endomorfo, mesomorfo ou ectomorfo)
• Valor de cada um dos tres componentes do somatotipo (por exemplo 1-7-1)
• Dimensoes para cada parte do corpo (mesmas partes do corpo presentes no arquivo
de esqueleto do modelo geometrico), contendo o nome do osso indicando a qual parte
estao relacionados os valores e suas dimensoes (altura, largura e profundidade).
No prototipo apresentado neste trabalho (secao 4.2), os arquivos de configuracao
de template foram definidos utilizando a linguagem XML. Um exemplo de arquivo de
template utilizado e apresentada na figura abaixo.
44
01: <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>
02: <TEMPLATE scale = 1.0 gender="male" minage=16 maxage=70
03: weight=65 height=165>
04: <!-- -- -- -- M O D E L O G E O M E T R I C O : - -- -- -- -->
05: <SKELETON>man.CSF</SKELETON>
06: <MESHES>
07: <MESH>man.CMF</MESH>
08: </MESHES>
09: <!-- -- -- -- -- -- -- M A T E R I A I S : -- -- -- -- -- -- -->
10: <MATERIALS>
11: <MATERIALSET>
12: <MATERIAL>body1.CRF</MATERIAL>
13: <MATERIAL>face1.CRF</MATERIAL>
14: <MATERIAL>hair1.CRF</MATERIAL>
15: </MATERIALSET>
16: <MATERIALSET>
17: <MATERIAL>body2.CRF</MATERIAL>
18: <MATERIAL>face2.CRF</MATERIAL>
19: <MATERIAL>hair2.CRF</MATERIAL>
20: </MATERIALSET>
21: </MATERIALS>
22: <!-- -- -- -- -- -- -- A N I M A C ~O E S : -- -- -- -- -- -- -->
23: <ANIMATIONS>
24: <ANIMATION>easy.CAF</ANIMATION>
25: <ANIMATION>afraid.CAF</ANIMATION>
26: <ANIMATION>angry.CAF</ANIMATION>
27: <ANIMATION>sad.CAF</ANIMATION>
28: <ANIMATION>happy.CAF</ANIMATION>
29: </ANIMATIONS>
30: <!-- -- -- D I M E N C ~O E S D O T E M P L A T E : -- -- -->
31: <DIMENSIONS>
32: <DIMENSION bone="Abdomen">25.0 34.0 23.0</DIMENSION>
33: <DIMENSION bone="Left UpperArm">28.0 10.5 10.5</DIMENSION>
34: <DIMENSION bone="Left Thigh">52.0 16.5 16.5</DIMENSION>
...
36: </DIMENSIONS>
38: <!-- -- -- -- -- -- -- D I M E N C ~O E S D O S -- -- -- -- -->
39 <!-- -- -- -- T E M P L A T E S D O M I N A N T E S : - -- -->
40: <SOMATOTYPES>
41: <SOMATOTYPE type="endomorph" name="endo001"
42: endomorphy="6.0" mesomorphy="3.0" ectomorphy="1.5">
43: <DIMENSIONS>
44: <DIMENSION bone="Abdomen">25.0 42.8 45.2</DIMENSION>
45: <DIMENSION bone="Left UpperArm">28.0 15.5 15.5</DIMENSION>
46: <DIMENSION bone="Left Thigh">52.0 21.5 21.5</DIMENSION>
...
48: </DIMENSIONS>
49: </SOMATOTYPE>
50: <SOMATOTYPE type="mesomorph" name="meso001"
51: endomorphy="2.0" mesomorphy="8.0" ectomorphy="1.0">
52: <DIMENSIONS>
53: <DIMENSION bone="Abdomen">25.0 34.5 23.7</DIMENSION>
54: <DIMENSION bone="Left UpperArm">28.0 12.5 12.5</DIMENSION>
55: <DIMENSION bone="Left Thigh">52.0 17.7 17.7</DIMENSION>
...
57: </DIMENSIONS>
58: </SOMATOTYPE>
59: <SOMATOTYPE type="ectomorph" name="ecto001"
60: endomorphy="2.0" mesomorphy="2.0" ectomorphy="6.5">
61: <DIMENSIONS>
62: <DIMENSION bone="Abdomen">25.0 32.5 22.5</DIMENSION>
63: <DIMENSION bone="Left UpperArm">28.0 9.0 9.0</DIMENSION>
64: <DIMENSION bone="Left Thigh">52.0 14.0 14.0</DIMENSION>
...
66: </DIMENSIONS>
67: </SOMATOTYPE>
68: </SOMATOTYPES>
69: </TEMPLATE>
Figura 14: Exemplo de arquivo de configuracao de template
Apos ser feita a distribuicao dos dados estatısticos para criar a populacao, por
exemplo: populacao de 50 pessoas, 50% do sexo masculino e 50% do sexo feminino,
media de 70 Kg de peso com desvio padrao de 10 Kg e media de 170 cm de altura com
desvio padrao 20 cm, o sistema inicia a geracao de cada indivıduo atraves de um conjunto
de dados (sexo, idade, altura e peso). Apos este procedimento, para cada humanoide,
45
sera escolhido um template adequado que possa ser alterado para dar origem a nova
geometria. A escolha do template apropriado leva em consideracao o sexo e idade de
cada um dos personagens a serem criados, escolhendo aquele que melhor se enquadra aos
dados gerados. A informacao de sexo deve coincidir com a do template e a idade deve
estar entre os intervalos mınimo e maximo informados no template.
O numero de templates a serem utilizados nao e fixo, podendo mudar de acordo
com o proposito da simulacao. Pode-se utilizar apenas um template para cada sexo ou
ainda um para cada idade. Quanto maior o numero de templates, maior sera a diversidade
criada. No caso dos testes feitos (capıtulo 5), foram utilizados apenas quatro modelos:
masculino adulto, feminino adulto, menino e menina.
Depois de escolhido o template, a ser utilizado como base para geracao da geometria
do novo personagem a ser criado, e definido seu somatotipo. A secao 4.3 apresenta como
o somatotipo e gerado.
4.3 Definicao dos novos somatotipos
Certos valores de somatotipos nao sao biologicamente possıveis. Por exemplo,
somatotipos com valores baixos para todos os componentes (endomorfia, mesomorfia e
ectomorfia) e impossıvel, assim como valores altos para todos os componentes. Geral-
mente, somatotipos com valores altos para endomorfia e/ou mesomorfia nao podem ter
valores altos tambem para ectomorfia. Na realidade, a restricao biologica da variacao da
forma corporal humana recai na definicao dos componentes: se um corpo e muito magro
(ectomorfo), nao e possıvel que ele tenha uma grande quantidade de gordura (endomor-
fia) ou massa muscular (mesomorfia). Nao e possıvel determinar exatamente a correlacao
entre os componentes do somatotipo (HEATH; CARTER, 1990), ja que existem diferentes
formas de representar o somatotipo. Alguns metodos utilizam taxas como unidades in-
teiras e outros metodos com valores de alta precisao. Tambem alguns metodos utilizam
valores fechados e outros sem restricao de valores maximos e mınimos. As caracterısticas
46
variam dependendo da forma de calculo do somatotipo. Caso seja calculado baseado no
metodo antropometrico, cada um dos componentes e baseado em um conjunto de medidas
diferentes e calculados independentemente (secao 3.1.3). No caso do metodo fotoscopico,
o somatotipo e todo baseado em restricoes classificadas em uma tabela contendo valo-
res de HWR e seus respectivos valores antropometricos validos. Assim, existe um certo
grau de dependencia entre os valores dos componentes do somatotipo (HEATH; CARTER,
1990), mas nao existe um calculo direto desta relacao.
A fim de criar sempre personagens visualmente validos, nao se pode utilizar valo-
res de somatotipo invalidos (os tres componentes com valores altos ou todos com valores
muito baixos, por exemplo). Para restringir a criacao de valores de somatotipos invalidos,
este modelo baseou-se na tabela apresentada por Heat e Carter que estabelece a relacao
entre HWR e valores de somatotipos validos. Nesta tabela, observa-se que a soma dos
valores de endomorfia e de mesomorfia e inversamente proporcional a HWR, enquanto
que os valores de ectomorfia sao calculados diretamente de HWR, como e apresentado na
secao 3.1.3. Para os valores de HWR menores que 38,25, o valor de ectomorfia e constante
(0,1), enquanto que a soma dos outros dois componentes continua a subir a medida que
o valor de HWR diminui. Por isto, nao e possıvel estipular uma relacao direta entre os
tres componentes do somatotipo. Observou-se empiricamente que a soma dos componen-
tes endomorfia, mesomorfia e ectomorfia (sendo esta ultima calculada atraves da equacao
3.4) e aproximadamente 10,5 para todos os valores da tabela e tambem para os valores de
somatotipos observados em (HEATH; CARTER, 1990) e em (NORTON; OLDS, 1996). Nao
pretende-se com isto estabelecer uma regra para estabelecer que so existam somatotipos
que sigam este padrao, mas intenciona-se impedir, a partir desta relacao, a criacao de
somatotipos invalidos nas ferramentas de criacao de personagens. Garante-se com esta
relacao que todos os novos personagens criados possuem formas e somatotipos visual-
mente validos. A equacao abaixo apresenta a relacao observada entre HWR, endomorfia
e mesomorfia.
47
endomorphy + mesomorphy + (0, 732 ·HWR)− 28, 58︸ ︷︷ ︸equacao 3.4
' 10, 5 (4.1)
Isolando a endomorfia, tem-se:
endomorphy = 10, 5−mesomorphy − ((0, 732 ·HWR)− 28, 58) (4.2)
Por exemplo, os valores especıficos (63 Kg de peso, 171,5 cm de altura e somatotipo
4-4-3) deram origem ao humanoide da figura 24 (secao 5.1).
Continuando a descrever o processo de geracao de uma populacao, quando o sis-
tema gera o somatotipo do novo personagem a ser criado, o valor de ectomorfia e calculado
atraves dos valores de altura e peso, definidos no template (conforme secao 4.2). Depois,
e estipulado aleatoriamente um valor para mesomorfia. E por ultimo, e calculada a taxa
para endomorfia a partir dos outros dois valores conforme equacao 4.2.
A criacao de apenas um indivıduo tambem e possıvel e e feita pela entrada de
um somatotipo especıfico. No prototipo implementado neste trabalho, o componente
de ectomorfia e calculado automaticamente atraves dos valores de altura e peso (secao
3.1.3). O usuario, atraves de interface, estipula qual a taxa de mesomorfia (referente a
massa muscular) o novo personagem ira possuir. Devido a relacao existente entre os tres
componentes, o valor de endomorfia (referente a gordura) e calculado automaticamente
como funcao dos valores de dos outros dois componentes, conforme equacao 4.2.
O valor do novo somatotipo (NS-New Somatotype) definido neste momento, con-
tendo os componentes mesomorfia, endomorfia e ectomorfia, e utilizado para alteracao da
geometria do personagem, conforme especificado nas secoes a seguir.
48
4.4 Calculo de influencia dos somatotipos dominan-
tes
Para gerar as dimensoes do novo personagem, o modelo utiliza um exemplo de cada
um dos somatotipos dominantes (endomorfo, mesomorfo e ectomorfo). Como apresentado
na secao 4.2, os templates contem tabelas de dimensoes de somatotipos dominantes, con-
tendo o valor de cada um dos componentes somatotipologicos e as medidas de cada parte
do corpo. As novas dimensoes do personagem a ser gerado sao calculadas em funcao
das dimensoes dos somatotipos dominantes, do novo somatotipo criado e das dimensoes
e somatotipo do template escolhido. Para isto, e calculada a influencia de cada um dos
componentes (somatotipos dominantes) para geracao da nova geometria.
Existem, como ja foi citado no inıcio do capıtulo, variadas formas das pessoas ga-
nharem ou perderem peso. Isto se deve, principalmente, pelas caracterısticas metabolicas
e hormonais (NUSSEY; WHITEHEAD, 2001). Pessoas com metabolismo baixo tendem a
adquirir peso muito facilmente, sendo que este ganho de peso ocorre uniformemente em
todo o corpo. Pessoas com metabolismo acelerado geralmente nao ganham peso com faci-
lidade, mas quando isto ocorre, as regioes mais afetadas sao as coxas e nadegas. Quando
a producao de hormonios masculinos e alta, a regiao do abdomen tem maior acumulo de
gordura que em outras partes. E, quando a producao de hormonios femininos e alta, as
regioes de maior acrescimo de gordura sao as coxas, nadegas e bacia. Tambem a maneira
com que os atletas de diferentes modalidades esportivas tendem a aumentar a massa mus-
cular e diferente. A maneira dos musculos sofrerem alteracao de tamanho e relacionado
diretamente a atividade exercida por cada pessoa. Por isto, dois atletas que praticam
diferentes modalidades de esporte, mesmo tendo os mesmos valores de somatotipo, pro-
vavelmente terao corpos diferentes.
Conforme informado na secao 4.2, para cada um dos somatotipos dominantes,
e possıvel informar mais de uma tabela de dimensoes, de forma a permitir uma maior
diversidade de formas. Pode-se, por exemplo, criar tabelas de medidas de um corpo com
49
abdomen grande e outra tabela para um corpo de coxas e nadegas grandes para o mesmo
somatotipo endomorfo dominante. Neste caso, e escolhida aleatoriamente uma tabela
para cada um dos tipos dominantes (endomorfo, mesomorfo e ectomorfo), denominadas
S1, S2 e S3. Sendo S1endo, S1meso e S1ecto os tres componentes do somatotipo dominante
S1 (equivalente para S2 e S3).
Para calcular a influencia de cada um dos somatotipos dominantes, ou peso W
(com componentes Wendo, Wmeso e Wecto), iguala-se o novo valor do novo somatotipo
(NS) com o produto da matriz composta dos tres somatotipos de exemplo (S1, S2 e S3)
pelo peso desejado (W ), conforme a equacao:
S1endo S2endo S3endo
S1meso S2meso S3meso
S1ecto S2ecto S3ecto
·
Wendo
Wmeso
Wecto
=
NSendo
NSmeso
NSecto
(4.3)
Esta equacao, representando a contribuicao de cada um dos somatotipos dominan-
tes, gera uma equacao de tres equacoes e tres incognitas. O peso de cada um deles (Wendo,
Wmeso e Wecto) e estimado atraves da resolucao deste sistema de equacoes, resolvida neste
trabalho atraves de eliminacao gaussiana.
O peso correspondente para cada somatotipo utilizado na variacao das partes do
corpo, conforme mostra a proxima secao.
4.5 Variacao do modelo geometrico base
As tabelas de dimensoes corporais dos somatotipos dominantes, contidos no tem-
plate, sao utilizadas para definir as novas dimensoes de cada uma das partes do perso-
nagem em cada uma das direcoes (altura, largura e profundidade). As dimensoes e os
pesos associados aos somatotipos dominantes sao usados como combinacao linear para
determinar a forma corporal do novo personagem.
Primeiro, a nova dimensao (ND - New Dimension) de cada parte do corpo (p)
50
e calculada como funcao das medidas da parte (PS - Part Size) correspondente nos
somatotipos dominantes e do peso associado aos mesmos. A nova dimensao em cada uma
das direcoes i (altura, largura e profundidade) da parte do corpo e a soma do produto
entre o peso e dimensao de cada um dos somatotipos na mesma parte do corpo e dimensao,
conforme equacao abaixo:
NDpi= Wendopi
· PSendopi+ Wmesopi
· PSmesopi+ Wectopi
· PSectopi(4.4)
Assim, a forma do corpo varia de acordo com a combinacao dos somatotipos do-
minantes para criar o novo personagem. Portanto, se existir mais de uma tabela de
dimensoes para cada um dos somatotipos dominantes, os mesmos valores de somatotipo
criarao formas diferentes de corpos, trazendo maior diversidade para os resultados.
A variacao da geometria e realizada de forma similar ao trabalho de Azuola (AZU-
OLA et al., 1994), mas o numero de partes nao e fixa pois utiliza o proprio esqueleto do
modelo geometrico base, permitindo a criacao de qualquer tipo de geometria. O somato-
tipo ira entao definir a forma do novo corpo a ser criado, atraves da alteracao das partes
do corpo do personagem a ser gerado.
Depois de definida a nova dimensao de cada parte (NDpi), e estimada a variacao
(V ariation) que o modelo geometrico base devera sofrer, indicando o fator de cresci-
mento em cada uma das direcoes i. O template contem uma tabela de dimensoes do
modelo geometrico base, que sera utilizada para modificar a sua forma. A variacao, em
cada uma das partes do corpo, e determinada pela razao entre a nova dimensao calculada
e a dimensao do modelo geometrico base (BD - Base Dimension). Alem disso, tambem
e adicionado um pequeno valor aleatorio (rand) para aumentar a diversidade dos mode-
los gerados, conforme equacao 4.5. O principal objetivo desta aleatoriedade e evitar a
criacao de modelos completamente iguais. Sem esta aleatoriedade, isto poderia ocorrer se
fossem informados os mesmos valores de altura e peso, bem como se fossem utilizados os
mesmos somatotipos dominantes. Esta equacao e aplicada a cada uma das direcoes i de
51
crescimento (altura ou comprimento, largura e profundidade), calculando a variacao em
cada uma das partes:
V ariationpi=
NDpi
BDpi
+ rand (4.5)
Apos calculada a variacao que o modelo geometrico base devera sofrer em cada uma
de suas partes (V ariationpi), os vertices que compoem a malha do modelo geometrico sao
deformados para a criacao do novo personagem, conforme descrito na proxima secao.
4.6 Criacao da nova geometria
Primeiramente, o modelo geometrico base e inteiramente escalado para alcancar a
altura desejada. Esta escala e feita uniformemente para nao haver deformacao do modelo
geometrico. Se a geometria fosse escalada somente na altura (esticada), as partes do corpo
seriam deformadas (a cabeca seria alongada mudando a fisionomia, por exemplo).
Para calcular quanto o novo modelo sera aumentado, e calculada a razao (HR -
Height Ratio) entre a altura do template (TH - Template Height) e a altura do novo perso-
nagem (CH - Customized-model Height): HR = CH/TH. Assim, cada um dos vertices
da malha do modelo sao multiplicados por esta razao para o novo modelo geometrico
atingir a altura desejada.
Apos escalado o corpo inteiro uniformemente, cada uma das partes do corpo sera
escalada diferentemente para atingir o formato desejado do personagem a ser criado. sao
realizadas entao escalas nos vertices de cada uma das partes do modelo geometrico original,
de acordo com a variacao calculada na secao anterior. Para calcular a nova posicao de
cada vertice (v) do modelo geometrico, utiliza-se a variacao calculada anteriormente em
parte do corpo p e direcao i (V ariationpi) e a influencia (Influence) da parte do corpo
p no vertice v, conforme equacao 4.6.
52
v = v · V ariationpi· Influence[pv] (4.6)
A influencia de cada um dos vertices ligados a um osso indica como este ira variar se
o osso tambem variar. Assim, alem das partes variarem diferentemente entre si, a mesma
parte sera escalada de maneira nao uniforme, nao gerando descontinuidade no modelo
geometrico do novo personagem. Estas influencias sao obtidas do modelo geometrico do
template, exportado pelo artista atraves de um programa de modelagem (3D Studio ou
Maya, por exemplo).
Baseado nos dados de entrada, o modelo e capaz de gerar simultaneamente uma
grande variedade de personagens, aplicando o mesmo esqueleto do template escolhido.
Quanto a estrutura da geometria, o modelo apresentado neste trabalho nao tem nenhuma
restricao a respeito da topologia, numero de vertices ou hierarquia. O modelo e capaz
de manipular geometrias com qualquer estrutura hierarquica ou esqueleto, desde que as
medidas dos somatotipos de exemplo sejam geradas de acordo com o esqueleto do tem-
plate. No capıtulo 5, serao apresentados alguns resultados no qual os modelos utilizados
possuem hierarquias diferentes assim como tambem apresentam um numero diferente de
polıgonos.
A figura a seguir ilustra de forma resumida os passos realizados pelo modelo para
geracao de personagens virtuais.
53
Figura 15: Passos para criacao de diversidade populacional.
4.7 Outros aspectos do modelo
A fim de criar uma maior diversidade visual, os templates podem conter um ou
mais conjuntos de materiais, conforme visto na secao 4.2. Cada novo personagem criado e
definido utilizando um dos conjuntos de materiais contidos no template, o qual e escolhido
aleatoriamente. Na figura 16 sao mostrados dois modelos masculinos e dois femininos,
onde para cada um dos templates utilizados (um masculino e outro feminino) foram
associados dois materiais diferentes. A geometria dos modelos utilizados nesta imagem
nao sofreram nenhuma alteracao a fim de nao influenciar na analise visual.
54
Figura 16: Quatro conjuntos de materiais diferentes.
A qualidade esperada dos resultados obtidos pela utilizacao deste modelo depende
da aplicacao que e dada a ele. Por exemplo, quando os artistas modelam um personagem
principal para producao de filmes, eles estao interessados nos detalhes e particularidades
do modelo especıfico, que provavelmente nao devera ser baseado em templates. Entre-
tanto, o objetivo deste trabalho e gerar personagens que possam ser diretamente aplicado
a jogos, simulacoes em tempo real e mesmo em personagens secundarios para producao
de filmes.
Na proxima secao sera apresentado como os agentes sao animados.
4.7.1 Animacao dos personagens virtuais
Cada personagem criado recebe automaticamente parametros comportamentais
que permitem sua animacao individualizada. O objetivo e prover um metodo que propor-
cione a animacao facil e automatica dos humanoides gerados.
Varios modelos poderiam ser considerados para realizar diferentes animacoes para
os personagens, como por exemplo utilizar as informacoes de entrada do modelo, como
peso, idade, estatura e forma para modificar as animacoes. No entanto, optou-se por criar
agentes com informacoes emocionais de maneira que humanoides felizes caminhassem
55
automaticamente diferentes de humanoides tristes. Como o foco deste trabalho nao e o
tratamento de modelos comportamentais de emocoes, mas isto serve apenas como um
acrescimo a diversidade visual, resolveu-se adotar um modelo simples ja utilizado no
laboratorio CROMOS1. Portanto, empregou-se um metodo parametrico que permite gerar
animacoes diferenciadas atraves do estado emocional dos agentes.
A aplicacao dos estados emocionais faz com que cada um dos personagens possa ser
animado diferentemente baseado em sua emocao. Assim, mesmo que dois ou mais agentes
estejam realizando um mesmo movimento (caminhando, por exemplo), e visualmente
interessante que eles tenham diferentes tipos de animacoes. Assim, cada agente criado
tera um estado emocional diferente que influenciara a maneira como suas animacoes serao
executadas. Nesta secao, sera explicado como as animacoes dos personagens sao alteradas
baseadas no seu estado emocional.
Para representar os atributos emocionais dos agentes, foi aplicado o modelo emo-
cional proposto por Darwin (DARWIN, 1872), que caracteriza os estados emocionais por
um conjunto de tres variaveis: medo, raiva e felicidade. Neste trabalho foram utilizadas
estas tres variaveis atraves de valores normalizados entre 0 e 1. Valor zero para medo
significa que o agente esta se sentindo seguro (tranquilo) e valor um significa que ele esta
em panico. Valor zero para raiva indica que o agente esta calmo e valor um, que ele
esta enfurecido. Valor zero para alegria, o agente esta triste e valor um, ele esta muito
feliz. Um sentimento neutro e representado por: zero para medo, zero para raiva e 0,5
para alegria (nem triste nem feliz). Todos os agentes criados sao inicializados com um
comportamento neutro.
Os estados emocionais dos personagens sao distribuıdos aleatoriamente de acordo
com uma distribuicao normal, tornando facil a criacao de estados emocionais variados na
populacao criada. Quando a informacao sobre os estados emocionais dos agentes e gerada,
toda informacao sobre a populacao esta completa: modelos geometricos representando a
forma do corpo, materiais e estados emocionais.
1http://www.inf.unisinos.br/ graphit/cromoslab
56
Assim, o personagem esta pronto para ser animado. Para cada hierarquia de
esqueleto diferente utilizada nos testes, foram criadas cinco animacoes. Uma para cada
um dos valores extremos das emocoes, considerando que os valores zero de raiva (calmo) e
zero de medo (tranquilo) e a mesma animacao. As tres variaveis sao relacionadas em um
grafico de tres dimensoes onde cada um dos eixos representa uma das emocoes do modelo.
A figura 17 mostra as emocoes extremas e agentes com estas emocoes aplicadas.
Quando um animador criar os movimentos, a unica restricao ao produzir as
animacoes e que elas sejam criadas com: poses inicial e final iguais (para gerar um ciclo),
todas as animacoes iniciem com poses semelhantes e com o mesmo numero de passos de
movimentacao. Por exemplo, na animacao de caminhada usada como teste do modelo,
todas as animacoes (normal, medo, raiva, felicidade e tristeza) iniciam com a perna direita
para frente e o braco direito para tras. Todas formadas por quatro passos. Esta restricao
nao e do modelo apresentado neste trabalho, mas sim pelas bibliotecas de animacao.
O numero de quadros das animacoes ou a velocidade dos passos nao precisam ser
iguais, pois as funcoes de composicao das animacoes tratam destas diferencas. Pode-se
entao utilizar velocidades diferentes em cada uma das animacoes dependendo do estado
emocional desejado. Por exemplo, uma animacao de caminhada triste pode ter uma
velocidade menor do que uma caminhada feliz, para que um agente triste represente
menos animo para se mover.
57
Figura 17: Diferentes caminhadas resultantes de valores diferentes de raiva, medo e feli-
cidade
Para fazer a combinacao das animacoes, e preciso informar quais animacoes serao
utilizadas e qual o percentual de influencia de cada uma delas. Esta informacao nao e
obtida diretamente dos valores de estado emocional do agente, mas atraves de um calculo
para transformar estes valores em percentagens para cada uma das cinco animacoes gera-
das. Assim, e informado a biblioteca de animacao como o estado emocional do personagem
gerado sera composto, realizado pelo componente de animacao apresentado no capıtulo
5.
No proximo capıtulo serao apresentados alguns resultados obtidos ate o presente
momento atraves do modelo proposto neste trabalho.
58
5 PROTOTIPO E RESULTADOS
Para implementar o modelo proposto, foi construıdo um prototipo utilizando a
linguagem de programacao C++, a biblioteca FLTK1 para criacao das interfaces e as
bibliotecas openGL2 e CAL3D3 para visualizacao e animacao dos modelos geometricos.
O prototipo e formado por quatro componentes principais:
• Ferramenta de geracao dos modelos geometricos atraves da distribuicao populaci-
onal. Este componente e utilizado para gerar os modelos geometricos a partir dos
dados informados na interface e dos templates existentes. Os dados de entrada da
interface sao: nome da populacao a ser criada e quantidade de personagens da po-
pulacao, percentuais de masculino e feminino na populacao, medias de idade, altura
e peso, assim como seus desvios padrao (figura 18 a esquerda).
• Ferramenta para modificacao dos estados emocionais dos personagens criados. Uti-
lizada para informar o estado emocional de cada um dos personagens criados pela
ferramenta de geracao dos modelos geometricos (figura 18 ao centro).
• Ferramenta para geracao de um unico personagem. Utilizada para criar um unico
personagem, informando valores precisos de: sexo, idade, altura, peso, somatotipo e
estado emocional (figura 18 a direita). Este componente e utilizado para realizacao
da analise microscopica do modelo, descrito na secao 5.1.
• Modulo de visualizacao. Carrega, visualiza e anima os arquivos de modelos
1http://www.fltk.org2http://www.opengl.org3http://cal3d.sourceforge.net
59
geometricos criados pelas ferramentas de geracao de personagens.
Tambem foram criados alguns templates para se utilizar com o prototipo imple-
mentado, conforme especificado na secao 4.2. Foram criados quatro templates para teste
do modelo: um para criar modelos masculinos adultos, um para modelos femininos adul-
tos, um para meninos e outro para meninas. As alturas e pesos iniciais dos templates
foram preenchidos com valores empıricos. Os templates adultos foram configurados com
165 cm de altura, 55 Kg de peso e idade limite de 16 a 70 anos. Os templates infantis
foram configurados com 135 cm de altura, 45 Kg de peso e idades entre 4 a 15 anos.
Nao foram criados templates para criancas menores de 4 anos, ou bebes, bem como para
idosos. Mas isso nao implica em nenhuma restricao do modelo, sendo apenas relacionado
a entrada de dados disponıvel. Os modelos acima possuem respectivamente 7386, 9016,
5814 e 8672 polıgonos.
Os arquivos que compoe cada um dos agentes criados estao no formato CAL3D,
e sao gravados separadamente, podendo existir mais de um arquivo de malha para cada
agente. Por isto, alem de gravar os arquivos que compoem a geometria dos personagens, e
gerado um arquivo (〈nome do personagem〉.cfg) para descrever cada um dos novos agen-
tes, seguindo um padao utilizado pelos exemplos do CAL3D. Este arquivo contem as
seguintes informacoes: nome dos arquivos de geometria (〈arquivo〉.cmf - Cal Mesh File),
nome do arquivo de esqueleto (〈arquivo〉.csf - Cal Skeleton File), nome dos arquivos de ma-
teriais (〈arquivo〉.crf - Cal Material File) e nome dos arquivos de animacao (〈arquivo〉.caf
- Cal Animation File). Este arquivo e utilizado pelo modulo de visualizacao e animacao
dos personagens.
Tambem sao gerados arquivos com informacoes sobre a populacao gerada
(〈nome〉.pop). Este arquivo e utilizado pelo modulo de visualizacao e contem os dados
que foram utilizados para gerar a populacao (informados na interface) e a caracterıstica
de cada um dos personagens criados: identificador, arquivo de descricao do personagem
(〈nome do personagem〉.cfg), sexo, idade, altura, peso e seus estados emocionais (raiva,
60
medo e felicidade).
A entrada de dados dos estados emocionais dos agentes criados e informada atraves
de uma interface (figura 18 ao centro). Nela e possıvel definir o estado emocional de um
agente, de um grupo de agentes ou da populacao como um todo. A configuracao dos
estados emocionais de cada um dos agentes e salva no arquivo que descreve a populacao
(.pop) junto com as informacoes de caracterısticas fısicas dos agentes. Assim, o modulo
de visualizacao pode ler uma populacao inteira para visualizacao, utilizando os valores de
estado emocional para animar os personagens.
Figura 18: Interfaces para geracao da populacao e seus estados emocionais
Nas proximas secoes serao examinados alguns resultados obtidos utilizando o
prototipo implementado. A validacao deste sistema e uma tarefa difıcil devido a subjeti-
vidade do problema que este trabalho se propoe a resolver. Como estabelecer a validade
dos resultados, ja que o que se quer e criar modelos geometricos que sejam esteticamente
coerentes? O que pode parecer um resultado aceitavel para uma pessoa pode nao ser
para outra. O que se pretende e mostrar alguns resultados obtidos usando a ferramenta
em dois pontos de vista. O primeiro, e atraves da especificacao de dados especıficos de
somatotipo de pessoas reais, proceder com a criacao do personagem e verificar visual-
61
mente se o resultado e coerente com o desejado (analise microscopica). Sob o ponto de
vista macroscopico, a analise sera feita a partir de uma unica distribuicao de entrada,
quando sera criada uma populacao bastante diversificada mantendo a coerencia visual da
populacao gerada como um todo. Nas proximas secoes serao apresentados estes dois tipos
de analise.
5.1 Analise Microscopica
Nesta analise serao mostrados individualmente alguns modelos gerados juntamente
com os valores que foram informados para sua criacao. Desta forma, pode-se verificar se
a geracao dos novos modelos esta respeitando os dados de entrada e se a forma do perso-
nagem esta coerente com estes dados. Ainda, na medida do possıvel, serao apresentadas
fotos de pessoas reais para prover subsıdios para a comparacao.
Esta e uma analise mais apurada, pois se pode verificar se os resultados do modelo
estao de acordo com o esperado, sob o ponto de vista visual. Como ja foi discutido no
capıtulo 4, o somatotipo e um metodo para descrever a forma e nao define como sao as
dimensoes especıficas de cada parte do corpo, ja que as pessoas nao engordam nem aumen-
tam a musculatura da mesma maneira. Embora pessoas de mesmo somatotipo possam
ter diferentes formas, a variacao nao e muito grande, sendo normalmente caracterizada
por variacoes em algumas poucas partes do corpo. Portanto, com esta analise espera-se
verificar se os modelos gerados sao aceitaveis esteticamente e se a geracao dos modelos
esta ocorrendo de forma correta.
O criterio utilizado para realizacao da analise microscopica foi o de comparar fotos
de pessoas reais com imagens dos modelos geometricos gerados utilizando-se os mesmos
valores de altura, peso e somatotipo. A forma do corpo da pessoa real e do modelo
geometrico gerado nao deve ser muito diferente. Comparando visualmente, pode-se per-
ceber se a geracao esta de acordo com o esperado. Para um mesmo somatotipo, nao
devem ser geradas formas muito diferentes de corpos. Assim, a aparencia dos modelos
62
geometricos gerados nao deve divergir muito da forma de uma pessoa real com os mesmos
valores de somatotipo.
A seguir sao expostas algumas imagens de personagens masculinos e femininos
criados pelo modelo apresentado neste trabalho e confrontadas com fotos de pessoas reais,
retiradas de (HEATH; CARTER, 1990). Utilizando a ferramenta de criacao de um unico
personagem, foram utilizadas as mesmas informacoes de altura, peso e somatotipo da
pessoa original apresentada. Estas informacoes sao especificadas em todas as figuras
abaixo.
Para os modelos masculinos, foi utilizada apenas uma tabela de dimensao para
cada um dos somatotipos dominantes. As figuras abaixo ilustram alguns exemplos de
corpos criados com apenas tres tabelas de dimensao. A figura 19 mostra a foto do corpo
de um homem forte e a imagem da geometria gerada pelos mesmos valores de altura,
peso e somatotipo. A figura 20 apresenta como seria o corpo da mesma pessoa caso fosse
ainda mais forte (mesomorfo dominante), onde pode-se perceber um aumento do torax
em funcao da variacao do somatotipo, e pouca variacao de peso.
Figura 19: Foto e geometria de homem forte (altura: 173,2 cm; peso: 80,7 Kg; somatotipo:
2-8-1)
63
Figura 20: Modelo geometrico de um mesomorfo dominante (altura: 173,2 cm; peso: 85,0
Kg; somatotipo: 12-91
2-12)
A figura 25 apresenta a foto de um homem magro e a geometria criada por este
modelo utilizando os mesmos valores antropometricos de altura, peso e somatotipo. Caso
esta pessoa engordasse bastante, ficaria como ilustrado na figura 22.
Figura 21: Foto e geometria de um homem magro (altura: 182,5 cm; peso: 51,4 Kg;
somatotipo: 112-2-71
2)
64
Figura 22: Modelo geometrico de um endomorfo dominante (altura: 182,5 cm; peso Kg:
102,0; somatotipo: 9-1-12)
A figura 23 apresenta a foto de um homem com altos valores de mesomorfia e
endomorfia e a geometria criada utilizando os mesmos valores de altura, peso e somatotipo.
Caso esta pessoa diminuisse tanto sua mesomorfia quanto sua endomorfia, ficaria com o
corpo de uma pessoa normal (media da populacao) como mostra a figura 24.
Figura 23: Foto e geometria de um homem forte e gordo (altura: 171,5 cm; peso Kg:
100,5; somatotipo: 4-8-12)
65
Figura 24: Modelo geometrico de um homem mediano (altura: 171,5 cm; peso Kg: 63,8;
somatotipo: 4-4-3)
Como ja foi descrito no capıtulo 4, existem diferentes formas das pessoas ganha-
rem ou perderem peso, devido as diferentes caracterısticas metabolicas e hormonais. No
modelo apresentado nete trabalho, estas diferentes formas podem ser definidas no tem-
plate informando mais de uma tabela de dimensoes para um determinado somatotipo
dominante. Para ilustrar o resultado disto, nos modelos femininos foram utilizadas duas
tabelas de dimensoes para endomorfo dominante: A primeira foi criada para gerar corpos
cujas partes que mais engordam estao localizadas nos quadris, nadegas e coxas e a outra
tabela de dimensoes define o corpo de uma mulher que engorda uniformemente em todo
o corpo. Poderiam ser utilizadas tabelas de dimensoes parea outros tipos de corpos, mas
novamente foi tomado o cuidado de garantir que a diversidade de formas mostradas sao
em consequencia do modelo apresentado e nao pela utilizacao de uma variedade de formas
informadas atraves de diferentes tabelas de dimensoes para cada somatotipo dominante.
A figura 25 apresenta um corpo de uma mulher magra e o modelo geometrico
criado utilizando os mesmos valores de altura, peso e somatotipo. Na figura 26, que
apresenta como seria o corpo da mesma pessoa caso ela tivesse um aumento consideravel
de massa muscular (mesomorfo dominante), pode-se notar um aumento principalmente
na musculatura do torax.
66
Figura 25: Foto e geometria de uma mulher magra (altura: 176,1 cm; peso Kg: 55,4;
somatotipo: 112-31
2-51
2)
Figura 26: Modelo geometrico de uma mulher forte (altura: 176,1 cm; peso Kg: 75,0;
somatotipo: 112-7-2)
A figura 27 a esquerda, apresenta um corpo de uma mulher normal que possi-
velmente tem maior tendencia de engordar nas partes localizadas nos quadris, nadegas
e coxa. A figura da direita mostra o modelo geometrico criado utilizando a tabela de
dimensoes (para endomorfo dominante) que representa esta mesma forma de corpo. Se
esta pessoa engordasse, uma forma de corpo provavel para ela seria como o da figura 28.
67
Figura 27: Foto e geometria de uma mulher normal (altura: 168,2 cm; peso Kg: 56,5;
somatotipo: 412-21
2-31
2)
Figura 28: Modelo geometrico de uma mulher gorda (altura: 168,2 cm; peso Kg: 79,0;
somatotipo: 812-2-1
2)
A figura 29 mostra a foto de uma mulher e a imagem gerada utilizando os mesmos
valores antropometricos de altura, peso e somatotipo. Utilizando o mesmo somatotipo
da figura 28, mas agora utilizando a tabela de dimensoes para para engordar de forma
uniforme, e gerada a geometria mostrada na figura 30.
68
Figura 29: Foto e geometria de uma mulher mediana (altura: 161,0 cm; peso Kg: 63,7;
somatotipo: 6-4-1)
Figura 30: Modelo geometrico de uma mulher gorda (altura: 161,0 cm; peso Kg: 70,0;
somatotipo: 812-2-1
2)
Para realizar a analise microscopica do modelo, tambem foi utilizado um outro
template, utilizando um modelo geometrico de baixa resolucao ja existente no laboratorio
CROMOS, criados anteriormente para o projeto Simulador de Emergencias (BARROS;
SILVA; MUSSE, 2004). A figura 31 mostra exemplos de resultados obtidos pela utilizacao
deste modelo de baixa resolucao. A primeira figura mostra o modelo original, e as ou-
tras tres apresentam o resultado obtido mostrando exemplos de endomorfo dominante,
ectomorfo dominante e mesomorfo dominante, respectivamente. Estes modelos nao fo-
69
ram criados para este fim, mostrando que o modelo apresentado neste trabalho pode ser
generico o suficiente, nao necessitando ser utilizadas geometrias especıficas para o modelo.
Figura 31: Personagem de baixa resolucao
5.1.1 Personagens nao humanos
Em muitos jogos e filmes (como Antz e Lord of the Rings, por exemplo) sao uti-
lizadas multidoes de personagens virtuais nao humanos. Nestes exemplos, para nao ser
preciso modelar cada um dos personagens separadamente, a solucao foi utilizar perso-
nagens iguais ou com pouca variacao na aparencia. Assim, e utilizado o mesmo modelo
geometrico para apresentar uma multidao de personagens virtuais. Como o objetivo deste
trabalho e a criacao de diversidade populacional, e interessante que o modelo seja capaz
de gerar tambem personagens nao humanos.
A fim de verificar a generalidade e robustez do modelo apresentado neste trabalho e
estender a sua utilidade, foram criadas populacoes de personagens nao humanos. A figura
32 mostra alguns personagens criados com este trabalho a partir de um mesmo modelo
geometrico. A primeira figura mostra o modelo original, e as outras quatro apresentam
o resultado obtido mostrando exemplos de endomorfo dominante, ectomorfo dominante,
mesomorfo dominante e de um personagem pequeno, respectivamente.
70
Figura 32: Personagem nao humano
Embora o somatotipo seja um metodo para classificacao de forma corporal de seres
humanos, verificou-se que utilizando o nosso modelo para engordar/emagrecer e fortale-
cer/enfraquecer um personagem, e possıvel a criacao de geometrias de variadas formas,
sejam humanas ou nao. Assim, utilizando o modelo apresentado neste trabalho, seria
possıvel, por exemplo, a criacao de um exercito (como o do filmes Antz) de diferentes
formas fısicas e consequentemente com maior diversidade visual. Personagens muito di-
ferentes de seres humanos, por exemplo girafas e leopardos, provavelmente seriam mais
complicados de serem gerados atraves de somatotipos.
5.2 Analise Macroscopica
O objetivo desta secao e expor o resultado obtido atraves de um ponto de vista
macroscopico, mostrando uma populacao grande criada atraves de um conjunto mınimo
de templates de entrada para realizar uma analise visual do resultado. Assim, pode-se
verificar se foi atingido o objetivo de gerar automaticamente uma diversidade populacional
com coerencia visual baseado em somatotipo.
Para realizacao destes testes, foi tomado o cuidado de se utilizar um conjunto
pequeno de templates, pois se o numero de templates fosse maior, a diversidade seria
maior em consequencia da utilizacao de maior variedade de modelos de origem, e nao
em consequencia do modelo apresentado neste trabalho. Sao mostradas duas imagens
71
para apresentar os resultados da analise macroscopica. A primeira (figura 33), mostra
os resultados obtidos com os modelos feitos para este trabalho sem texturas no corpo, a
fim de visualizar melhor a variacao geometrica. A figura 34, mostra os mesmos modelos
com as texturas, para mostrar o resultado da diversidade. Sao disponibilizados alguns
vıdeos456 para se visualizar as diferentes animacoes de acordo com os estados emocionais
dos personagens gerados.
As informacoes de caracterısticas fısicas utilizadas para especificar a geracao da
populacao do teste realizado foram os seguintes:
Population name: Teste
Amount of models: 100
Gender: 50% male — 50% female
Mean age: 15 (standard deviation: 10)
Mean height (cm): 150 (standard deviation: 30)
Mean weight (Kg): 60 (standard deviation: 35)
As configuracoes dos estados emocionais foram aplicadas em toda populacao, sendo
informada na interface os seguintes dados:
Fear: 0.5 (standard deviation: 0.5)
Anger: 0.5 (standard deviation: 0.5)
Happiness: 0.5 (standard deviation: 0.5)
Nas figuras a seguir sao mostrados os resultados obtidos a partir das informacoes
4http://www.inf.unisinos.br/˜graphit/cromoslab/andre1.avi (modelos sem texturas no corpo)5http://www.inf.unisinos.br/˜graphit/cromoslab/andre2.avi (modelos com texturas no corpo)6http://www.inf.unisinos.br/˜graphit/cromoslab/andre3.avi (modelos de poucos polıgonos)
72
listadas anteriormente. Na figura 33 sao mostrados os modelos sem a textura no corpo
para nao interferir na visualizacao da diferenca na geometria dos modelos. A figura 34
mostra o resultado obtido com as texturas aplicadas.
Figura 33: Populacao sem textura no corpo
73
Figura 34: Populacao com textura
5.3 Desempenho
A seguir sao apresentados resultados de performance obtidos utilizando os
prototipos desenvolvidos com o modelo proposto. Sao mostradas comparacoes entre os
modelos de menos polıgonos com os de maior numero de polıgonos mostrando o tempo
de execucao na criacao de algumas populacoes de diferente numero de modelos.
A primeira e segunda tabelas mostram o numero de polıgonos e o tamanho dos
arquivos de malhas para cada um dos templates dos dois tipos de populacoes utilizadas:
baixo numero de polıgonos (baixa resolucao) e com maior numero de polıgonos (alta
resolucao). A terceira tabela mostra os tempos obtidos, utilizando um computador com
a seguinte configuracao: Pentium 4 de 3.0 MHz e 1Gb de memoria RAM.
74
Template Alta resolucao Baixa Resolucao
Masculino Adulto 7386 694
Feminino Adulto 9016 686
Menino 5814 684
Menina 8672 684
Tabela 1: Numero de polıgonos dos templates
Template Alta Resolucao Baixa Resolucao
Masculino Adulto 346 52
Feminino Adulto 413 52
Menino 291 52
Menina 420 52
Tabela 2: Tamanho dos templates (Kb)
Numero de geometrias Alta resolucao Baixa Resolucao
(template masculino adulto) com I/O sem I/O com I/O sem I/O
1000 26 12 4 2
5000 128 61 19 9
10000 256 176 39 18
50000 1274 596 195 149
100000 2620 1114 388 184
Tabela 3: Tempo de execucao para criacao dos personagens (segundos)
Pode-se observar que a geracao de uma diversidade populacional pode ser realizada
em um tempo razoavelmente baixo. Com a entrada de alguns poucos parametros, sao
criados em segundos uma grande quantidade de personagens de variadas aparencias e
75
estados emocionais (consequentemente, varias animacoes). Esta tarefa, naturalmente,
seria muito mais demorada, caso tivesse que ser realizada manualmente por artistas.
76
6 CONCLUSAO
Este trabalho apresentou um modelo para geracao simultanea de uma diversidade
de personagens virtuais, de forma simples e rapida. Os modelos geometricos criados sao
realistas esteticamente, utilizando-se de um padrao existente e consolidado para clas-
sificacao de tipos fısicos. Para isto, utilizou-se o modelo de somatotipo que, na area
de cineantropometria, visa classificar tipos fısicos de seres humanos. O modelo apre-
sentado neste trabalho utiliza um conjunto mınimo de dados antropometricos e modelos
geometricos base, cujas diferentes partes do corpo variam de forma nao uniforme, gerando
uma grande variedade de personagens, respeitando os parametros de entrada. Alem disso,
os modelos geometricos gerados sao considerados em associacao com os esqueletos e podem
ser automaticamente animados.
Em resumo, podem-se especificar as seguintes contribuicoes deste trabalho para a
criacao automatica de modelos de personagens virtuais:
• Criar personagens validos visualmente baseados em um modelo biologico consoli-
dado para classificacao de corpos, denominado de somatotipo;
• Gerar simultaneamente, de acordo com um conjunto mınimo de dados estatısticos
e antropometricos informados, uma diversidade populacional de forma simples e
rapida (secao 5.3), gerando personagens visualmente aceitaveis com uma mınima
intervencao do usuario. Podem ser geradas grandes quantidades de modelos
geometricos de humanos virtuais diferentes uns dos outros, possibilitando a criacao
de todas as formas possıveis de corpos;
77
• O numero de partes do corpo do modelo geometrico base nao apresenta restricoes
ou pre-definicoes, pois utiliza o proprio esqueleto do modelo geometrico para criar
personagens novos. A forma do corpo e a hierarquia do esqueleto sao definidas
livremente e geradas de acordo com o objetivo e a necessidade da aplicacao a ser
desenvolvida.
• O modelo apresentado neste trabalho pode ser utilizado para criacao de personagens
de qualquer numero de vertices (qualquer resolucao). O numero de vertices dos per-
sonagens a serem gerados dependera unica e exclusivamente do modelo geometrico
base.
• Os personagens gerados pelo metodo apresentado neste trabalho podem ser auto-
maticamente animados, visto que os modelos geometricos sao criados com a malha
associada a um esqueleto. Sendo assim, nao e necessaria uma posterior intervencao
do usuario para que o modelo geometrico criado passe por um processo exaustivo
e complexo a fim de ligar a malha a um esqueleto, para que o personagem gerado
possa ser posteriormente animado.
• Embora o somatotipo seja um metodo para classificacao de forma corporal de seres
humanos, verificou-se que a criacao de geometrias de personagens nao humanos
tambem e possıvel pela utilizacao deste modelo.
Algumas consideracoes podem ser feitas sobre o modelo apresentado tendo em vista
sua utilizacao no decurso deste trabalho:
• E preferıvel que o modelo geometrico base seja gerado com uma forma mediana. Se
a geometria criada tiver a forma de um personagem muito magro, ao se deformar
a malha para gerar um personagem gordo, o aspecto visual pode nao ser tao bom
quanto a um outro gerado com uma forma normal.
• Para alteracao dos vertices do modelo geometrico base, sao utilizadas as influencias
que estes vertices sofrem de cada osso do esqueleto em associacao com a malha
78
(secao 4.6). E possıvel que ocorram algumas saliencias na geometria de um novo
personagem gerado devido a valores de influencias mal ajustados, principalmente nas
juntas que sofrem influencia de mais de dois ossos (ombro e pelvis, por exemplo). Sao
as regioes nas quais os projetistas tem maior dificuldade em ajuste destas influencias.
Estes vertices normalmente nao sofrem muito deslocamento quando o personagem
e animado, fazendo com que o erro seja pouco perceptıvel. Para nao ocorrerem
saliencias nas geometrias dos novos personagens, as influencias dos vertices devem
estar corretamente ajustadas.
• Ao serem geradas animacoes para os personagens, e importante observar que as
novas geometrias criadas sofrerao alteracoes na sua forma. Quando um modelo
geometrico de um personagem gordo recebe a mesma animacao de um agente ma-
gro, e comum que algumas partes entrem uma dentro da outra (self collision),
principalmente nos bracos e pernas.
• A avaliacao visual da diferenca entre as formas dos corpos dos personagens gerados
nao e obvia, pois a variacao pode ser bastante sutil, ja que duas pessoas com soma-
totipos proximos possuem forma muito similar. Caso seja necessaria a criacao de
uma populacao com bastante variedade de formas, os somatotipos escolhidos para
criacao desta populacao devem ser bem distintos entre si.
• Quando e realizada a distribuicao de valores para criacao de uma populacao (idade,
altura, peso e somatotipo), pode ocorrer a geracao de valores incompatıveis de al-
tura e peso (por exemplo: 120 cm de altura e 200 Kg). Esta incompatibilidade e
facilmente resolvida garantindo a criacao de somente os personagens com valores de
HWR validos (entre 29,75 e 50,91 (NORTON; OLDS, 1996)). A relacao entre altura
e idade e uma questao em aberto. No prototipo implementado neste trabalho, os va-
lores de idade foram ordenados de acordo com as alturas. Desta forma, personagens
mais novos tem alturas menores, nao gerando criancas maiores que adultos.
Foi apresentado neste trabalho um prototipo para implementacao do modelo pro-
79
posto, mostrando alguns exemplos de personagens gerados. Conforme os resultados al-
cancados ate o momento, pode-se afirmar que a utilizacao deste modelo apresentou resul-
tados aceitaveis, criando simultaneamente uma grande quantidade de modelos geometricos
de forma simples e rapida.
Como resultado deste trabalho, foi apresentada uma exibicao no Santander Cultu-
ral em agosto de 2004. Nesta apresentacao, o publico descrevia atraves de uma interface
valores para idade, altura, peso e estado emocional e era gerado um humanoide com a
mesma caracterıstica fısica informada. As texturas para o corpo foram geradas atraves
do modelo MClone (WALTER; FOURNIER; MENEVAUX, 2001). As figura 35 apresenta
fotos desta mostra.
Figura 35: Mostra “Humanos Virtuais” no Santander Cultural
Atraves dos resultados apresentados no capıtulo 5, pode-se observar que o modelo
apresentado neste trabalho consegue atingir satisfatoriamente seus objetivos quanto a
simplicidade, eficiencia e rapidez em gerar diversidade populacional com coerencia visual.
6.1 Restricoes e dificuldades
Durante o desenvolvimento deste trabalho, perceberam-se algumas dificuldades e
restricoes do modelo apresentado que serao discutidos nesta secao.
80
6.1.1 Criacao dos templates
Para cada novo personagem criado, e escolhido um template que servira de base
para geracao da nova geometria. Nao e necessario que o modelo geometrico seja cons-
truıdo possuindo uma hierarquia de esqueleto ou topologia pre-definida. Mas ao criar
um template, devem ser informadas as dimensoes para cada uma das partes do corpo do
modelo geometrico original e para cada um dos somatotipos dominantes.
Depois de criar os templates, e possıvel gerar facilmente qualquer conjunto de po-
pulacoes que se deseje, mas esta e uma tarefa exaustiva que deve ser realizada. Para
melhor resultado, e importante que se procure encontrar medidas de pessoas com o so-
matotipo mais extremo possıvel (proximos aos somatotipos dominantes).
6.1.2 Deformacoes locais
Quando uma pessoa engorda ou emagrece muito, podem ocorrer algumas pequenas
variacoes na forma de cada uma das partes do corpo. Por exemplo: Se uma pessoa
emagrece muito, aparecerao saliencias na regiao do peito formado pelas costelas. De outra
forma, quando uma pessoa engorda muito, poderao aparecer dobras na parte abdominal
ou ate mesmo papada.
Este modelo nao trata especificamente destas pequenas deformacoes que ocorrem
em algumas partes do corpo, visto o objetivo de gerar personagens secundarios. Isto pode
ser feito fazendo um modelo geometrico com estas partes modeladas com um esqueleto no
qual existam ossos associados a estas pequenas partes. Por exemplo, se existir um osso
especıfico para a regiao da mandıbula, poderiam ser criadas tabelas de dimensoes para
geometrias com papadas. Mas esta nao e a forma usual de ser modelado um personagem
virtual.
Caso for necessario criar estas pequenas variacoes na geometria, isto pode ser feito
posteriormente, editando um modelo geometrico gerado por este trabalho e alterando a
sua geometria para criacao do detalhe pretendido.
81
6.1.3 Personagens distintos
Quando se tem uma multidao de pessoas, e possıvel existir personagens com alguns
detalhes diferentes do resto da populacao, alem da forma e textura. O modelo apresentado
cria personagens de variadas formas, sem nenhuma particularidade diferente entre os
personagens e os templates de entrada. Nao e possıvel, por exemplo a partir de templates
de modelos femininos normais, criar uma geometria de mulher gravida. Para isto, deve
ser criado um template para mulheres gravidas. Tambem nao sao criadas deformacoes
na geometria como uma corcunda, outra proeminencia ou um defeito fısico qualquer
em alguma parte do corpo. Caso o usuario queira criar uma populacao com bastante
diversidade, poderia ser interessante criar automaticamente estas particularidades em
alguns dos modelos gerados.
Nosso modelo nao se propoe a criar personagens com este tipo de detalhe diferente,
pois o objetivo e a criacao de personagens secundarios para producao de jogos, simulacoes
e filmes. Partimos da hipotese que quando se deseja um personagem diferente, com
algum detalhe especıfico, provavelmente nao sera baseado em templates. Para obter um
personagem com uma caracterıstica especıfica, pode-se pegar um dos modelos gerados
automaticamente e alterar a sua geometria para adicionar o detalhe desejado.
6.2 Trabalhos futuros
Para facilitar a criacao dos arquivos de definicao de templates (secao 4.2), seria
interessante a criacao de uma interface, principalmente para gerar as tabelas de dimensoes
dos somatotipos dominantes. Poderia ser criada uma ferramenta onde as dimensoes fos-
sem informadas enquanto o usuario visualiza a alteracao da forma do modelo geometrico
base. Desta forma, mesmo que o criador do template nao tenha as dimensoes exatas das
formas de corpos de somatotipos dominantes, o usuario pode criar facilmente as tabelas
de dimensoes atraves de fotos de pessoas e seus respectivos somatotipos, como as fotos
apresentadas na secao 5.1 obtidas de (HEATH; CARTER, 1990).
82
Para aumentar a diversidade de formas geradas pelo modelo, podem ser criadas
diferentes tabelas de dimensoes para cada somatotipo dominante. Se for criada uma
maneira de serem criadas novas tabelas automaticamente, a diversidade de corpos gerados
sera maior. Para criar novas tabelas de medidas, e possıvel utilizar somatotipos e medidas
criadas pelo proprio modelo para definir novas tabelas de dimensoes. Por exemplo, se o
template tiver apenas tabelas de dimensoes de uma pessoa com barriga grande e outra
para uma pessoa de quadril largo, apos sucessivas criacoes de novas tabelas de dimensoes,
poderia ser gerada uma nova tabela para definir o corpo de uma pessoa uniformemente
engorda.
Outra maneira de aumentar a diversidade de formas poderia ser atraves da com-
binacao das tabelas de dimensoes existentes para o mesmo somatotipo dominante. Ao
inves de ser escolhida aleatoriamente uma tabela para cada somatotipo dominante, seria
realizada uma interpolacao destas tabelas de dimensoes gerando uma nova forma (nova
tabela de dimensoes). Por exemplo: se o template definir uma tabela de dimensoes para
pessoas com barriga grande e outra para aquelas que tem quadris largos, uma interpolacao
possıvel e a criacao de valores de somatotipo e dimensoes que definem a forma do corpo
de uma pessoa com um pouco de barriga e quadril.
Alem disto, para aumentar ainda mais a diversidade criada, poderiam ser utilizadas
partes separadas de geometrias diferentes (por exemplo cabecas) para compor o perso-
nagem a ser criado, como utilizado no trabalho de Modesto et al (MODESTO; GIBBS;
RANGARAJU, 2001). Como a malha pode ser definida por arquivos separados, poderiam
ser definidos conjuntos de arquivos para as partes que podem ser substituıdos. Assim,
quando o modelo for utilizar a geometria do template para deformar e criar o novo perso-
nagem, sera escolhido um dos arquivos do conjunto de geometrias, como acontece com a
textura. Isto e mais util para arquivos de alta resolucao, onde a feicao do modelo e defi-
nida na geometria. Para modelos de baixa resolucao, normalmente as feicoes sao definidas
como textura, como pode ser observado na secao 5.1. Alem disto, os projetistas devem
criar, para cada um dos modelos geometricos base, varias geometrias que possam ser uti-
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lizadas em conjunto, dificultando a criacao dos templates. Como o objetivo do trabalho
foi propor um metodo para geracao de diversidade populacional utilizando somatotipo, e
nao apenas a implementacao de uma ferramenta para criacao de personagens, este metodo
nao foi implementado devido a dificuldade de criacao dos modelos geometricos e para nao
interferir no resultado do modelo proposto neste trabalho.
O modelo de classificacao corporal atraves do somatotipo e bastante utilizado para
definir a aptidao de um indivıduo para uma determinada atividade fısica. De acordo com
estudos de (HEATH; CARTER, 1990), jogadores de volei normalmente possuem classi-
ficacao somatotipologica central (os tres componentes iguais, proximo a 312-31
2-31
2) e judo-
cas normalmente sao classificados como endomesomorfos. Para criar grupo de pessoas com
valores de somatotipos proximos, gerando atletas de uma mesma categoria por exemplo,
pode-se criar uma interface para gerar corpos de formas semelhantes. Uma maneira de
fazer isto, e mostrando uma representacao 3D do espaco de somatotipos, permitindo que
o usuario selecione uma regiao deste espaco definindo os valores de somatotipos possıveis.
Outra maneira, seria definindo uma regiao em um grafico 2D chamado somatocarta, que
representa uma projecao do espaco de somatotipo em duas dimensoes. Ou ainda, de
maneira mais simples, informando um valor de somatotipo e definindo um raio para deli-
mitar a regiao dos valores possıveis para criacao dos somatotipos dos personagens a serem
gerados.
O uso de modelos de humanos virtuais em aplicacoes de computacao grafica tem
sido cada vez mais comum na atualidade. Normalmente, formas de pessoas com aspectos
realistas sao criadas atraves de um processo exaustivo e difıcil, devido a complexidade do
corpo humano. A criacao automatica de humanos virtuais nao e uma aplicacao nova, mas
e crescente o numero de pesquisas para geracao automatica de modelos geometricos de
humanos virtuais, buscando uma maneira de automatizar esta tarefa. Muitos dos traba-
lhos desenvolvidos nesta area exigem do usuario um amplo conhecimento sobre anatomia
humana ou exigem muita intervencao do usuario.
84
Este trabalho apresentou um modelo capaz de criar uma diversidade populacional
de forma simples e rapida, gerando personagens visualmente aceitaveis com uma mınima
intervencao do usuario. Mais ainda, os modelos geometricos gerados sao considerados
em associacao com os esqueletos e podem ser automaticamente animados. A principal
aplicacao deste modelo e a geracao de personagens secundarios para jogos, simulacoes e
filmes, onde os projetistas podem criar e animar o maior numero de personagens o mais
rapido possıvel.
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