Un interfaccia basata sul disegno a mano libera per l'animazione facciale in realtà virtuale immersiva = A free-hand, sketch-based interface for facial animation in immersive virtual reality

L'animazione facciale in computer grafica 3D, grazie alla quale a volti di personaggi con diversi livelli di realismo viene data vita per esprimere emozioni, gioca un ruolo cruciale nell'arricchire il mondo dell'intrattenimento, dell'educazione e della comunicazione. Nonostante i notevoli progressi nel campo dell'animazione, i tool ed i workflow tipicamente utilizzati dagli studios professionali per l'animazione di personaggi in 3D sono ancora molto complessi. Di conseguenza, produrre animazioni facciali di alta qualità risulta essere un task molto laborioso, che richiede sia buone competenze tecniche che artistiche. La tecnica ad oggi più popolare utilizzata per l'animazione facciale è quella basata sulla combinazione lineare di "blendshape", ovvero collezioni di pose chiave rappresentanti delle micro-espressioni. Gli animatori fanno uso di questa tecnica tramite una struttura di controllo chiamata "armatura", in cui controllano le blendshape tramite dei manipolatori. Realizzare l'armatura ed utilizzarla richiede grande abilità nell'uso delle interfacce complesse delle varie suite d'animazione, oltre che un grande sforzo manuale per ottenere risultati credibili. I ricercatori sperimentano continuamente paradigmi di interazione alternativi che potrebbero eventualmente facilitare le operazioni di cui sopra. Tra questi, lo "sketching" rappresenta una valida alternativa alle interfacce tradizionali poiché può rendere le interazioni più intuitive ed efficienti; tuttavia, sebbene la letteratura proponga molte soluzioni basate sullo sketching per risolvere diverse problematiche della computer grafica, generalmente queste non sono del tutto integrate nella pipeline della computer animation. Allo stesso tempo, la Realtà Virtuale si sta radicando sempre più in diversi ambiti, e recentemente ha iniziato ad essere riconosciuta come in grado di rendere più semplice il lavoro dell'animatore, migliorando la percezione dello spazio all'interno dell'ambiente di lavoro. Sulla base di quanto detto, questa tesi ha l'obiettivo di presentare un lavoro realizzato come add-on per una ben nota suite d'animazione che combina i vantaggi offerti da un'interfaccia di sketching e la Realtà Virtuale permettendo così di animare i volti di personaggi digitali in 3D. In particolare, grazie al sistema proposto, l'animatore può animare il volto di un modello dotato di blendshape tramite degli "stroke", i quali vengono utilizzati come traiettorie di interpolazione spaziale delle pose chiave, il tutto senza bisogno di armature complesse. Il metodo basato su blendshape non permette da solo il controllo dell'interpolazione delle pose chiave, ottenendo quasi esclusivamente movimenti traslatori. Con il sistema proposto, invece, si avrà non solo controllo sulla posa del volto, ma anche sull'animazione stessa, riuscendo a generare facilmente movimenti rotazionali in base alla curvatura dello stroke. Oltre al controllo spaziale, il sistema offre infatti la possibilità di controllare il "timing" di animazione, catturando il movimento della mano dell'animatore durante la fase di disegno. Nella curva di interpolazione temporale verrà così riprodotto non solo il tempo impiegato a tracciare lo stroke, ma anche le variazioni di velocità, fornendo così anche un controllo sul cosiddetto "easing" dell'animazione. In questo modo, l'animatore avrà la possibilità di ottenere animazioni complete con un solo gesto.