Animation 2D esquissée assistée par ordinateur

Computer-assisted rough 2D animation

• Auteur / Autrice : Melvin Even
• Direction : Pascal Barla, Pierre Benard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 20/12/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Marie-Paule Cani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joëlle Thollot, Boris Dalstein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Paule Cani, Daniel Sykora

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images -- Techniques numériques

Animation par ordinateur

Infographie

Mots clés libres

Informatique graphique

Animation 2D

Traitement d'image vectorielle

Computer graphics

2D animation

Vector graphics

Résumé

L’animation 2D traditionnelle est un processus exigeant à la fois en temps et en expertise, étant donné que les animateurs doivent dessiner à la main des milliers d’images afin de créer une séquence d’animation complète. Avec l’avènement de l’animation par ordinateur, les artistes ont désormais la possibilité d’utiliser l’animation 3D et des techniques de type marionnettes en 2D, qui éliminent la nécessité de dessiner manuellement chaque image, mais sacrifient souvent les pratiques artistiques uniques et le style caractéristique de l’animation 2D traditionnelle. D’autre part, les outils numériques qui émulent l’animation 2D traditionnelle sur papier facilite certaines tâches telles que le dessin et le coloriage, mais obligent toujours les animateurs à dessiner chaque image à la main. Dans le monde académique, de nombreuses méthodes assistées par ordinateur ont été mises au point pour automatiser la génération de dessins intermédiaires “propres” (i.e.,non esquissé), à partir d’images clés. Cependant, ces méthodes ont tendance à être limitées par des processus de création rigides et un contrôle artistique limité, en grande partie à cause des défis que représentent la mise en correspondance et l’interpolation des traits. Dans cette thèse, nous adoptons une nouvelle approche pour répondre à ces limitations en nous concentrant sur une étape antérieure de l’animation en utilisant des dessins esquissés (i.e., des croquis). Notre principale innovation consiste à reformuler les problèmes de mise en correspondance et d’interpolation en utilisant des “transient embeddings”, qui consistent en des groupes de traits qui existent temporairement entre les images clés. Ces structures transportent les traits des images clés par le biais d’une grille de contrôle 2D. Notre système génère des images intermédiaires esquissées en temps réel, permettant aux artistes de prévisualiser et d’éditer leur animation à l’aide d’outils offrant un contrôle précis sur la dynamique de l’animation. Cela garantit une continuité fluide du mouvement, même lorsque des changements topologiques complexes sont introduits, et permet l’exploration de mouvements de manière non linéaire. Nous démontrons ces capacités sur des exemples classiques d’animation 2D. Une autre tâche notoirement complexe est la représentation des mouvements 3D et de la profondeur à travers des dessins animés en 2D. Les artistes doivent accorder une attention particulière aux effets d’occultation et à leur évolution dans le temps, ce qui en fait un processus fastidieux. Les méthodes de génération d’images intermédiaires assistées par ordinateur, telles que les outils d’animation type marionnette, permettent de traiter ces effets d’occultation à l’avance à l’aide d’un “rig” 2D, au détriment de la flexibilité et de l’expression artistique. Dans cette thèse, nous abordons également les effets d’occultation sans sacrifier le contrôle non linéaire de l’animation. Notre contribution sur ce sujet est double : une méthode rapide pour calculer des masques 2D à partir de dessins esquissés, avec un système semi-automatique pour l’agencement dynamique des parties du dessin ; et une méthode intuitive pour l’artiste permettant de contrôler automatiquement ou manuellement la visibilité dynamique des traits pour les auto-occultations. Notre système aide les artistes à produire des animations 2D avec des effets de profondeur convaincants, y compris des tours de tête, des effets de raccourci, des rotations, des volumes qui se chevauchent et même de la transparence.

Traditional 2D animation is a time-intensive process requiring a high level of expertise, as animators must draw thousands of individual frames by hand to create a complete animation sequence. With the advent of computer animation, artists now have the option to use 3D animation or 2D puppet-style techniques, which eliminate the need to manually draw each frame but often sacrifice the unique workflows and artistic style characteristic of traditional 2D animation. Alternatively, digital tools that emulate traditional 2D animation streamline tasks like drawing and coloring, but still require animators to draw each frame by hand. In academia, many computer-assisted methods have been developed to automate the inbetweening of clean line drawings, in which intermediate frames are automatically generated from input key drawings. However, these methods tend to be constrained by rigid workflows and limited artistic control, largely due to the challenges of stroke matching and interpolation. In this thesis, we take a novel approach to address these limitations by focusing on an earlier stage of animation using rough drawings (i.e., sketches). Our key innovation is to recast the matching and interpolation problems using transient embeddings, which consist in groups of strokes that exist temporarily across keyframes. A transient embedding carries strokes between keyframes both forward and backward in time through a sequence of transformed lattices. Our system generates rough inbetweens in real-time allowing artists to preview and edit their animation using tools that offer precise artistic control over the dynamics of the animation. This ensures smooth continuity of motion, even when complex topological changes are introduced and enables non-linear exploration of movements. We demonstrate these capabilities on state-of-the-art 2D animation examples. Another notoriously difficult task is the representation 3D motion and depth through 2D animated drawings. Artists must pay particular attention to occlusions and how they evolve through time, a tedious process. Computer-assisted inbetweening methods such as cut-out animation tools allow for such occlusions to be handled beforehand using a 2D rig, at the expense of flexibility and artistic expression. We also address occlusion handling without sacrificing non-linear control. Our contribution in that matter is two-fold: a fast method to compute 2D masks from rough drawings with a semi-automatic dynamic layout system for occlusions between drawing parts; and an artist-friendly method to both automatically and manually control the dynamic visibility of strokes for self-occlusions. Our system helps artists produce convincing 3D-like 2D animations, including head turns, foreshortening effects, out-of-plane rotations, overlapping volumes and even transparency.