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SCAPE: Shape Completion  and Animation of People By Dragomir Anguelov, Praveen Srinivasan,  Daphne Koller, Sebastian Thrun, Jim  Rodgers, James Davis From SIGGRAPH 2005 Presentation for CS468 by Emilio Antúnez

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Motivation   



It is difficult to get high­resolution body  scans It is even harder at video rates By building up a human model, you  could synthesize a high­resolution  scan from sparse/incomplete data Accurate model is most easily created  by learning from sample scans 2

Pre­existing Work in  Deformable Human Models I 





Deformations described relative to a  template shape Pose deformations given relative to  local joints in an articulated model Body­shape deformations described  using displacement vectors from PCA 3

Pre­existing Work in  Deformable Human Models II 



Pose and shape deformations rarely  addressed together Most similar work by Sumner and  Popović – Retargets pose deformation to another  mesh – Does not learn a model

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Paper Contributions 





Learning an affine deformation model  for both pose and shape Shape completion for scan of an  arbitrary human target Body shape manipulation for motion  capture animation 5

Presentation Overview   

Data Acquisition Learning the Human Model Applications – Shape Completion – Motion Capture Animation



Limitations

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Data Format / Assumptions  

Each input model is a deformation of a  fixed­topology triangle mesh Models divided into three categories – One template model – Template subject in different poses – Different people in (roughly) same pose



Articulated skeleton assigned to each  mesh 7

Data Acquisition and  Processing

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Learning the Human Model 

 

Pose and shape deformations  described per­triangle using linear  transformations Pose transformations learned from  template subject in different poses Body shape transformations learned  by comparing different subjects to  template 9

Pose Deformation I 



Rigid (skeletal)  deformations are  represented separately  from non­rigid ones Transformations are  given in relative  coordinate system  where one of the  corners is fixed at the  origin 

final  triangle

Rl[k]

Qk

O template  triangle

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Pose Deformation II 



Triangle edges are not  forced to be consistent Final synthesized  mesh reduces the  least­squares error  between mesh points  and triangle  deformations

final  triangle

Rl[k]

Qk

O template  triangle

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Learning Pose Deformation  Model I  



Rigid rotation is known from skeleton Non­rigid transformation is  underdefined Q matrix is computed by requiring  adjacent triangles’ non­rigid  transformations to be similar 12

Learning Pose Deformation  Model II 

Non­rigid deformation modeled as an  affine function of adjacent joint angles



In practice, some of the degrees of  freedom are removed for constrained  joings 13

Pose Deformation Learning  Results

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Body­Shape Deformation 

Body shape is modeled as an additional  linear transform, S



S is underdetermined (like Q) Again, solved using a smoothness  constraint



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Learning the Shape  Deformation Model 



The matrix coefficients for all body  shape transformations are vectorized Principal component analysis is used  to parameterize the shape transform  vectors

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Shape Deformation  Learning Results

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Shape Completion I 

 





Assuming you know some of the node  positions, estimate the others Must estimate pose and body shape This optimization is highly nonlinear in the  pose Empirically found that optimizing over all  variables at once produces bad results Instead, SCAPE iterates solving  18

Shape Completion II  

Empirically found that optimizing over all  variables at once produces bad results Instead, SCAPE iterates, solving each of  these in order: – – –



Pose Mesh estimate Body shape

Results in a “completed” mesh and a  “predicted” mesh 19

Partial View Completion 



Skeletal and point­correspondences  may be off if too much data is missing Iterate between the shape completion  algorithm previously described and  remapping the point correspondences

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Partial View Completion  Results

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Motion Capture Animation   

Motion capture data provides the pose  data Body shape parameters can be set  arbitrarily Since markers are generally placed on  body surface (not in the bones), mesh  is constrained to lie in the space of  body shapes encoded by the model 22

Motion Capture Animation  Results

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Limitations 



Assumes that pose deformation and  body shape are mostly independent Models only pose deformations from  skeletal motion

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Conclusion 





SCAPE learns simple body model  which distinguishes pose and body  shape deformations Creates reasonable shape  completions, even when large features  are missing Allows for flexible reconstruction of  moving model from motion capture  data  25