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Le Skinning

La peau sur les os

Dossier réalisé en partenariat avec :

E-tribart propose  des formations continues au Setup Rigging avec Fred Bonometti sur XSI et Maya, avec des cours préenregistrés et un suivi (1 à 2 fois par semaine) en cours en direct avec Frédéric Bonometti.
Tous les renseignements sont sur le site www.e-tribart.fr

Une bonne animation de personnage 3D passe obligatoirement par un bon skinning. Et ceci n'est en rien une opération évidente...

Dossier réalisé par Paul Schmitt et Wilhelm Kuhn

Le skinning, qu'est-ce ? Quand on lit la définition du dictionnaire, cela veut dire enlever la peau d'un animal...En 3D, c'est exactement le contraire ! Il s'agit bien de la méthode employée pour attacher la peau de notre personnage sur son squelette.

Il s'agit en fait d'une partie de ce qu'on appelle rigging, étape qui consiste à donner à un personnage tous les éléments nécessaires à son animation, et notamment à lui associer un squelette.
Sachez que cette étape reste l'un des deux grands cauchemars des infographistes 3D avec la mise au point des maps UV pour le dépliage des mappings de textures. En effet, ces deux étapes de la création 3D ont en commun de nécessiter un travail minutieux et le plus souvent manuel d'édition des sommets zone par zone, voire même un par un (placement dans l'espace pour le mapping, réglage des poids d'influence pour le skinning).

En général, le travail de skinning final consiste à associer finement des sommets à tel ou tel Bone, avec en plus un poids associé (par exemple, le sommet 205 peut avoir un poids de 0.4 accroché au Bone 13 et un poids de 0.6 pour le Bone 14). Les poids servent à attirer plus ou moins chaque sommet vers l'os qui se déplace. Et donc un sommet peut se déplacer en fonction de plusieurs os s'il a plusieurs poids qui lui sont affectés. Ce travail de skinning se fait le plus souvent à l'aide de tableaux dans vos logiciels (le Component Editor dans Maya par exemple).


Une étape cruciale
N'espérez pas réussir une bonne animation de personnage, si votre skinning n'est pas parfait : des défauts de déformations vont apparaître sur certains mouvements, et cela se verra !
Si les outils de skinning existent depuis longtemps dans les logiciels 3D (Character Studio pour 3ds Max fut longtemps le plus célèbre), sachez que de nouvelles méthodes apparaissent récemment pour améliorer le processus.
L'avancée la plus notable est celle proposée depuis 2007 par Ladislav Kavan, qui est le « Monsieur Skinning Mondial » (voir son site indiqué ci-dessous), et qui consiste à utiliser la méthode des Double Quaternions pour éviter les mauvaises torsions de la peau (maillage) du personnage.

Les nouvelles techniques de skinning proposées au Siggraph 2012 par Ladislav Kavan

Cette méthode des Quaternions est utilisée dans Blender depuis 2008 (il faut le savoir : pendant au moins 3 ans, Blender disposait seul de la meilleure fonction de skinning du monde de la 3D). Maya utilise également cette méthode depuis 2011.

Les Double Quaternions dans Maya 2011

Indissociable du rigging

Le rigging va au-delà du skinning, par l'ajout de nombreux contrôles sur un personnage. Toutefois, l'opération de skinning en fait partie, et est le plus souvent l'élément majeur du rigging. Ainsi, les méthodes d'Autorig (rigging automatique) proposent des fonctions de skinning originales et souvent performantes. Celle proposée par Baran et Popovic (nommée Pinocchio) reste l'une des plus spectaculaires et des plus efficaces. Elle apparaît également dans Blender dés 2008 (sous le nom de Bone Heat) et fonctionne vraiment très bien. Elle vient d'être adoptée dans Maya 2013 (sous le nom de Heat Map Skinning). Après avoir testé cette méthode, vous comprendrez vite qu'elle est nettement meilleure que toutes les autres (elle fonctionne sur le principe de l'équilibre de chaleur en thermodynamique !).

Le skinning standard ?

Il n'y a pas actuellement de méthode universelle de skinning. Toutefois, la force d'Autodesk leur permet d'imposer petit à petit, la norme HumanIK et le format de fichier FBX pour pouvoir transporter les personnages skinnés d'un environnement logiciel à un autre... HumanIK est une méthode qui vient de Motion Builder, destinée à faciliter la mise en place d'un squelette dans un personnage 3D.

Human IK, le standard pour le skinning de personnages 3D ?

Ces formats ne sont cependant pas encore exploitables partout, mais tendent à une uniformisation très appréciable. A suivre …

D'autres outils très réputés sont également présents : ainsi de CAT, qui a pris la suite de Character Studio dans l'environnement de 3ds Max, ou du tout récent Mixamo, disponible sur Internet, et qui propose une méthode originale, facile et très rapide pour associer un squelette à un maillage 3D.

Mixamo, une méthode originale et nouvelle pour des skinnings rapides

En conclusion, vous aurez remarqué qu'on n’a parlé ici que de peau et d'os. Ni de muscles, encore moins de système nerveux. Et cela nous laisse supposer que le skinning n'en n'est encore qu'à sa préhistoire...


Les bons conseils de la rédaction :

L'Homme de Vitruve de Léonard de Vinci

1 Pour bien skinner, bien modéliser !
2 Placez votre personnage les bras en croix et les jambes écartées (voir position de l'homme de Vitruve)
3 Utilisez un logiciel annexe si nécessaire pour obtenir facilement un bon skinning (style Mixamo)
4 Vérifiez votre skin rapidement avec quelques mouvements simples du personnage
5 Enlevez les accessoires non déformables de votre personnage pour l'étape de skinning (exemple un couteau accroché à la ceinture : il ne doit pas se déformer!)
6 Soyez patients et minutieux pour régler les détails sur les zones sensibles (aisselles, entre jambe)
7 Surveillez les sorties de nouveaux plug-ins : les techniques de skinning sont encore largement améliorables (voir les papers du Siggraph 2012 notamment).

De bonnes références :

Sur Wikipedia : en.wikipedia.org/wiki/Skeletal_animation
HumanIK : gameware.autodesk.com/humanIK
Mixamo : www.mixamo.com/c/auto-rigger
La méthode Pinnochio : www.mit.edu/~ibaran/autorig/
Application dans Blender : www.blender.org/development/release-logs/blender-246/skinning/
La méthode du Double Quaternions : isg.cs.tcd.ie/projects/DualQuaternions/
La page de Ladislav Kavan : www.jarmilakavanova.cz/ladislav/
Les dernières avancées (au Siggraph 2012) : igl.ethz.ch/projects/fast/
Une autre méthode révolutionnaire : www.cs.cmu.edu/~junggon/projects/fastsimuldbody/fastsimuldbody.htm

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