대화식 스켈레톤 기반 시뮬레이션

인터랙티브 스켈레톤 구동 시뮬레이션(또는 인터랙티브 스켈레톤 구동 동적 변형)은 실시간으로 동적 신체의 현실적인 물리적 변형을 근사하게 하기 위해 사용되는 과학적인 컴퓨터 시뮬레이션 기법이다.그것은 운동과 힘과의 상호작용 중 신체 형상을 결정하기 위해 탄성 역학 및 수학적 최적화를 사용하는 것을 포함한다.의료, 3D 컴퓨터 애니메이션, 가상현실을 위한 현실적 시뮬레이션 내에서 다양한 어플리케이션을 가지고 있다.

배경

동적 본체의 형상 변화 등 변형을 시뮬레이션하는 방법에는 집중적인 계산이 수반되며, 여러 모델이 개발되었다.이들 중 일부는 자유형 변형, 골격 유도 변형, 동적 변형 및 해부학적 모델링으로 알려져 있다.골격 애니메이션은 컴퓨터 애니메이션과 3D 캐릭터 시뮬레이션에서 잘 알려져 있다.시뮬레이션의 계산 불감증 때문에 실제로 실시간으로 동적 본체를 시뮬레이션할 수 있는 인터랙티브 시스템은 거의 없다.그러한 현실적인 3D 모델과 상호작용할 수 있다는 것은 사용자 인터페이스를 통해 수용할 수 있는 프레임률의 제약조건 내에서 계산이 수행되어야 한다는 것을 의미한다.

최근의 연구는 충분히 효율적이고 현실적인 시뮬레이션을 제공하기 위해 이전에 개발된 모델과 방법을 토대로 할 수 있었다.이 기술에 대한 약속은 실시간 또는 다른 세포 유기체에서 인간 배우를 시뮬레이션하는 지각에 대한 인간의 얼굴 표정을 흉내 내는 것만큼 널리 퍼질 수 있다.골격의 제약조건과 매개변수화된 힘을 사용하여 기형을 계산하는 것 또한 하나의 세포가 어떻게 형상화된 골격을 가지고 있는지 뿐만 아니라, 더 큰 생물체가 척추뼈와 같은 내부 뼈 골격을 가질 수 있는지를 일치시키는 이점이 있다.일반화된 외부 신체력 시뮬레이션은 탄력성 계산을 더 효율적으로 만들고 실시간 상호작용이 가능하다는 것을 의미한다.

기본 이론

이러한 시뮬레이션 시스템에는 다음과 같은 몇 가지 요소가 있다.

모델의 체형을 정의하는 폴리곤 망사
모델에 대한 완전한 통합을 보장하기 위해 유한 요소 방법을 사용한 거친 부피 메쉬
내부 골격에 해당하고 모델에 따라 계측된 선 구속조건
상호작용 속도를 달성하기 위한 운동 방정식의 선형화
골격 선과 연관된 망사의 계층적 영역
지역 선형화된 시뮬레이션의 혼합
모델을 감싸고 감싸는 방식으로 모델을 장착하는 구획을 통한 제어 격자
각 격자의 변형에 대한 값을 제공하는 기능을 포함하는 계층적 기반

게으른 물결표와 유사한 계층적 함수의 계산을 가진 도메인

흔히 그렇듯이 골격에 물체를 맞추기보다는 골격을 이용해 변형을 위한 구속조건을 설정한다.또한 계층적 기반은 상세 수준이 필요할 때 도입되거나 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어 거리 또는 숨겨진 표면에서 관찰할 수 있다.

사전 계산된 자세는 모양 사이를 보간할 수 있고 동작 전반에 걸쳐 현실적인 변형을 달성할 수 있는 데 사용된다.이것은 전통적인 키프레임을 피한다는 것을 의미한다.

이 기법과 절차적 생성, 파장 및 데이터 압축 방법 사이에는 성능 조정 유사성이 있다.

알고리즘 고려사항

상호작용성을 달성하기 위해 구현별 몇 가지 최적화가 필요하다.

애니메이션을 만들 개체를 집합으로 정의(즉, 모든 점을 정의 $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ : $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ Ω $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ → R $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ : $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ ( $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ , $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ ) $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ ↦ $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ ( $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ , t ) ${\displaystyle p:$ $\Oomega \times \mathb {R} \rightarrow \mathb {R} ^3}:(x,t)\mapsto p(x,t)}$ $p:\Omega \times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}:(x,t)\mapsto p(x,t)$ .

그럼 처리해 $p_{S}:S\times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}$ : $p_{S}:S\times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}$ $p_{S}:S\times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}$ → $p_{S}:S\times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}$ $p_{S}:S\times \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} ^{3}$ ${\$ $S\time \mathb {R} \rightarrow \mathb {R} ^{3}}$

그런 다음 개체의 나머지 상태(비워블 포인트): r $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ( $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ) $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ = r $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ a $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ( $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ) = $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ( x ) = r $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ( $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ x ) $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ = $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ( $r(x)=\sum _{a}r_{a}\emptyset ^{a}(x)=r_{a}\emptyset ^{a}(x)=x$ ) = $\displaysty r(x)=\sum _{a}r_{a}\empteset$ ^{a}= $r_{a}={a}(x)=x}$

프로젝트

이 기법을 더욱 발전시키고 세부사항을 참고하여 SIGGRAPH에 결과를 제시하기 위한 프로젝트가 진행되고 있다.Alias Systems Corporation(Maya 렌더링 소프트웨어 제조업체), Intel 및 Electronic Arts와 같은 학술 기관과 상업 기업들도 이 연구의 알려진 지지자들 중 하나이다.기법을 보여주는 영상도 제공되며 편집자들은 실시간으로 상호작용성을 보여주며 현실적인 결과를 보여준다.컴퓨터 게임 스포어 역시 비슷한 기술을 선보였다.

참고 항목

참조

동적 탄성 시뮬레이션을 이용한 인터랙티브 캐릭터 애니메이션, 2004, Steve Capell 박사 논문.
인터랙티브 스켈레톤 구동 동적 변형, 2002 SIGRAPH작가: 스티브 카펠, 세스 그린, 브라이언 커리스, 톰 뒤샹, 조란 포포비치.
동적변형을 위한 다중화 프레임워크, 2002 SIGRAPH작가: 스티브 카펠, 세스 그린, 브라이언 커리스, 톰 뒤샹, 조란 포포비치.
변형 가능한 문자에 대한 물리 기반 연결, 2005 SIGRAPH작가: 스티브 카펠, 매튜 버크하트, 브라이언 커리스, 톰 뒤샹, 조란 포포비치.
스켈레톤-구동 변형 - 물리 기반 모델링, 시뮬레이션 및 애니메이션, 2005, Ming C에 대한 강의. 린, 미국 노스캐롤라이나 대학교

외부 링크

대화형 골격 및 모델 편집자의 비디오와 기본 이론, 미국 워싱턴 대학교의 소개.
미국 워싱턴 대학의 변형 가능한 사물 및 캐릭터 프로젝트. 이 기술의 예시 비디오를 가지고 있다.
미국 워싱턴 대학의 캐릭터 애니메이션 프로젝트를 위한 모션 라이브러리(Motion Libraries for Character Animation, Motion Libraries for Character Animation)는 이 기술의 예시 비디오를 가지고

Search