가상인간

Virtual human
관련 개념은 가상 인간(동음이의)을 참조하십시오.
가상 충돌 테스트 더미

가상 인간(또는 디지털 인간)[1]은 소프트웨어로 표현된 실제 또는 가상의 인물을 표현한 것입니다.가상 인간은 시뮬레이션, 비디오 게임, 영화 제작, 인간 요소 및 다양한 산업(항공우주, 자동차, 기계, 가구 등), 의류 산업, 통신(아바타), 의학 등에서 도구 및 인공적인 동반자로 창조되었습니다.이러한 애플리케이션들은 도메인 의존적인 시뮬레이션 충실도를 필요로 합니다.의료용 응용 프로그램은 특정 내부 장기의 정확한 시뮬레이션을 필요로 할 수 있습니다. 영화 산업은 최고 수준의 미적 기준, 자연스러운 움직임 및 얼굴 표정을 필요로 합니다. 인체공학적 연구는 특정 인구 구간에 대한 충실한 신체 비율 및 제약 조건을 가진 현실적인 운동 등을 필요로 합니다.

메타휴먼을 통한 언리얼 엔진, W ē타 FX를 인수하여 유니티와 같은 게임 엔진은 물리적 기반 렌더링을 이용하여 디지털 인간과의 실시간 상호작용을 가능하게 했습니다.

조사.

우리는 가상 인간을 유용한 인공물 이상으로 봅니다.우리는 그것을 우리 자신을 이해하기 위한 도구로 봅니다.가상 세계에서 가상 인간이 실제 인간과 구별되지 않는 방식으로 행동하는 것을 시뮬레이션 할 수 있다면, 우리는 인간이라는 것이 무엇을 의미하는지 포착했다고 주장합니다.

— Perceiving Systems, Max Planck Institute for Intelligent Systems

가상 인간에 대한 연구는 기계 학습, 게임 개발 및 인공 신경 과학과 같은 활동의 학제 간 협업을 포함합니다.

모션캡처
  • 신체 표면의 애니메이션 및 변형 또는 스키닝, 기본 골격 구조의 움직임에 대한 가시적인 신체 표면의 변형을 시뮬레이션합니다.[10]
  • 얼굴 애니메이션, 인간의 소통에 필수적인 역할을 하고 있습니다.두 가지 주류 얼굴 애니메이션 연구가 존재합니다: 매개 변수화된 모델과 근육 모델.
  • 주어진 궤적과 속도에 기초하여 자연스럽게 보이는 보행 동작을 생성해야 하는 보행 또는 보행 생성.
  • 장애물 회피, 장애물 회피 중 보행에 최적의 궤적을 찾기 위해 비교차 또는 비충돌 위치 제약을 받는 일부 제어 목표를 만족시키는 과제
  • 잡기, 물체를 잡기 위한 최상의 팔과 손 동작을 만들어 냅니다.손을 잡는 것은 머리와 몸통 조절, 시선 조절에 크게 의존하는 도달보다 선행되는 경우가 많습니다.
  • 행동,[11] 애니메이션에 더 많은 캐릭터와 개성을 부여하기 위해 노력함으로써 메카닉 기반의 애니메이션보다 더 자연스럽고 개인화된 것처럼 보이게 합니다.예를 들어, 음성 제스처 생성입니다.[12]

종류들

가상 인간에는 크게 두 가지 부류가 있습니다.[according to whom?]

  • 아바타: 아바타(컴퓨팅)는 사용자의 그래픽 표현입니다.아바타는 The Palace, Second Life, Active Worlds, IMWU, Zepeto 등과 같은 온라인 세계에 의해 대중화되었습니다.
  • 자율 가상 인간(autonomous virtual human): 자율 가상 인간(autonomous virtual human)은 구현 또는 구현된 에이전트를 갖는 자율 에이전트입니다.

버추얼 휴먼의 특별한 경우는 버추얼 액터(Virtual Actor)인데, 버추얼 액터(Virtual Human, 아바타 또는 자율형)는 기존의 성격을 나타내며 영화나 시리즈에서 연기합니다.

역사

초기모델

인체공학적 분석은 인간의 형상과 움직임을 모델링하기 위한 컴퓨터 그래픽의 초기 응용 프로그램 중 일부를 제공했습니다.20세기 초 보잉사의 미술감독인 윌리엄 페터는 컴퓨터를 이용해 사람의 모습을 처음으로 그린 사람입니다.이 모습은 "보잉 맨"이라고 알려져 있습니다.보잉 747의 계기판을 연구하기 위해 사용된 7개의 연결된 "퍼스트 맨"은 인물의 골반, 목, 어깨, 팔꿈치를 조음하여 많은 조종 동작을 보여줄 수 있게 했습니다."퍼스트 맨"에 12개의 추가 관절이 추가되면서 "세컨드 맨"이 탄생했습니다.이 그림은 Eadweard Muybridge가 제작한 일련의 사진을 바탕으로 일련의 애니메이션 영화 시퀀스를 생성하는 데 사용되었습니다.

그 후 여러 회사에서 여러 모델을 개발했습니다. 사이버맨(Cybernetic man-model)은 Crysler Corporation이 자동차 안과 주변의 인간 활동을 모델링하기 위해 개발했습니다.[13]15개의 관절을 기반으로 하며 관찰자의 위치는 미리 정의되어 있습니다.콤비만(Combiman, Computerized Biomechanical Man-model)은 사람이 조종석의 물체에 얼마나 쉽게 접근할 수 있는지를 테스트하기 위해 특별히 설계되었습니다.[14] 35개의 내부 링크 골격 시스템을 사용하여 정의되었습니다.Boeman은 1969년 Boeing Corporation에 의해 설계되었습니다.[15]그것은 50백분위수의 3차원 인간 모델을 기반으로 합니다.그는 바구니와 같은 물체에 손을 뻗을 수 있고, 충돌이 감지되며, 시각적 간섭이 식별됩니다.Boeman은 링크 길이가 가변적인 23개의 관절 피규어로 제작되었습니다.새미(Sammie)는 1972년 노팅엄 대학교에서 일반적인 에르고노메트릭 설계 및 분석을 위해 설계되었습니다.[16]이 모델은 지금까지 가장 잘 매개변수화된 인간 모델이었고, 날씬, 지방, 근육 등 다양한 유형의 신체적 유형을 보여줍니다.시각 시스템은 매우 발달되어 있었고 복잡한 물체는 17개의 관절이 있는 21개의 단단한 링크를 기반으로 새미에 의해 조작되었습니다.또 다른 흥미로운 가상 인간 뷰포드(Buford)는 록웰 인터내셔널(Rockwell International)에서 운영자가 배치한 모델 주변의 도달 범위와 클리어런스 영역을 찾기 위해 개발되었습니다.[17]이 수치는 50번째 백분위수의 인간 모델을 나타내며 CAD에서 생성된 다각형으로 구성되었습니다.Buford는 15개의 독립적인 링크로 구성되어 있으며, 이 링크들은 수정할 때마다 다시 정의되어야 합니다.

Parke는 얼굴 모델링에서 유타 대학교에서 머리와 얼굴을 표현했고, 3년 후에 더 사실적인 얼굴을 만들기 위해 파라메트릭 모델을 제안했습니다.[18]

일부 연구자들은 기본적인 부피를 사용하여 포터와 윌머트가 만든 원통이나 허비슨-에반스가 만든 타원체와 같은 가상 인간 모델을 만들기도 했습니다.[20]Badler and Smoliar는 Bubbleman을 다수의 구 또는 기포로 구성된 3차원 인간 형상으로 제안했습니다.이 모델은 구체의 중첩을 기반으로 하였고, 구체의 강도와 크기는 관측자와의 거리에 따라 다릅니다.

1980년대 초, 사이먼 프레이저 대학의 운동학과 컴퓨터 공학 교수인 톰 캘버트는 몸에 전위차계를 부착하고 그 출력을 안무 연구와 움직임의 이상에 대한 임상적 평가를 위해 컴퓨터 애니메이션 인물을 움직이는 데 사용했습니다.캘버트의 애니메이션 시스템은 캐릭터 모션을 완전히 구체화하기 위해 모션 캡처 장치를 Labanotation 및 키네마틱 사양과 함께 사용했습니다.[22]

동시에, Jack 소프트웨어 패키지는 펜실베니아 대학의 인간 모델링 및 시뮬레이션 센터에서 개발되었으며, Tecnomatix에서 상용화되었으며, Jack은 관절형 도형을 제어하기 위한 3D 대화형 환경을 제공했습니다.상세한 인간 모델이 특징이며 현실적인 행동 제어, 인체측정학적 스케일링, 작업 애니메이션 및 평가 시스템, 뷰 분석, 자동 도달 및 파악, 충돌 감지 및 회피 및 기타 다양한 응용 분야에 유용한 도구가 포함되어 있습니다."

필름 및 데모 제작

80년대 초반에 몇몇 회사들과 연구 단체들은 가상인간과 관련된 단편 영화와 데모를 제작했습니다.특히, 흔히 트리플 I 또는 III라고 불리는 Information International Inc.는 Peter Fonda의 머리를 3D 스캔하고 궁극적인 데모인 "Adam Powers, the Jugler"를 제작함으로써 컴퓨터 그래픽이 놀라운 일을 할 수 있는 가능성을 보여주었습니다.

1982년, 필립 버거론, 나디아 마그네나트 탈만, 다니엘 탈만은 파리에서 뉴욕까지 대서양을 통해 운송되는 사람(구조형 인간)을 묘사한 영화인 드림 플라이트를 제작했습니다.이 영화는 그래픽 추상 데이터 유형에 기반한 파스칼 언어의 확장인 MIRA 그래픽 언어를 사용하여 완전히 프로그래밍되었습니다.이 영화는 여러 상을 받았으며, SIGGRAPH '83 필름 쇼에서 상영되었습니다.또 다른 영화는 1985년에 돌파구가 되었는데, "토니 드 펠트리"는 처음으로 얼굴 애니메이션 기법을 사용하여 이야기를 풀어냈습니다.같은 해, 믹 재거의 노래를 위한 하드 우먼 비디오가 디지털 프로덕션에 의해 개발되어 스타일화된 여성의 멋진 애니메이션을 보여주었습니다.이와 함께 'The Making Of Brilliance'는 로버트 아벨 앤 어소시에이츠가 TV 광고로 제작해 당분간 놀라운 모션과 렌더링을 선보였습니다.L987년, 캐나다 공과대학교는 창립 100주년을 기념했습니다.벨 캐나다(Bell Canada)와 노던 텔레콤(Northern Telecom)이 후원하는 주요 행사가 몬트리올(Montreal)의 플레이스 데 아트(Place des Arts)에서 열렸습니다.이 행사를 위해 나디아 마그네나트 탈만과 다니엘 탈만은 몬트리올 구시가지의 한 카페에서 마릴린 먼로와 험프리 보가트가 만나는 모습을 시뮬레이션했습니다.몬트리올의 랑데부는 3D 전설적인 스타들을 모델로 한 최초의 영화입니다.이 영화는 실제 인간의 3D 복제 측면과 행동 모델링에 대한 광범위한 연구의 결과입니다.[23]

1988년에 컴퓨터로 만든 영화로는 처음으로 최우수 단편 애니메이션 영화상을 수상했습니다.깡통 1인 밴드 장난감이 어리숙한 아기 빌리에게서 탈출을 시도하는 이야기입니다.같은 해, deGraf/Wahrman은 새로운 4D 기계의 실시간 기능을 보여주기 위해 Silicon Graphics용 "Mike the Talking Head"를 개발했습니다.마이크는 한 명의 인형사가 입, 눈, 표정, 머리 위치 등 캐릭터 얼굴의 많은 변수를 처리할 수 있도록 특별히 제작된 컨트롤러에 의해 구동되었습니다.Silicon Graphics 하드웨어는 연주자가 제어하는 대로 얼굴 표정과 머리 형상 사이에 실시간 보간을 제공했습니다.마이크는 그 해 SIGGRAPH 영화와 비디오 쇼에서 생방송으로 공연되었습니다.

1989년, Kleiser-Walczak는 뮤직 비디오를 위해 노래를 부르면서 마이크 앞에서 춤을 추는 한 여성의 컴퓨터 애니메이션인 Dozo를 제작했습니다.그들은 여러 대의 카메라가 달린 모션 분석(Motion Analysis)의 광학 기반 솔루션을 사용하여 몸 위에 놓인 작은 반사 테이프 조각의 이미지를 삼각측량했습니다.결과 출력은 공간 내 각 반사경의 3차원 궤적입니다.

1989년, 영화 "어비스"에서, 특정한 순서는 물에 잠긴 가짜 동물이 사람의 얼굴을 획득하는 것을 보여줍니다.이것은 한 형태를 다른 사람의 얼굴로 변형시키는 것이 가능했기 때문에 미래의 합성 캐릭터를 위한 중요한 단계를 나타냈습니다.1989년, "작은 죽음"과 "사실상 당신의 것"의 여배우 로타 데이어는 진보된 얼굴 애니메이션과 첫 컴퓨터 애니메이션 키스를 시연했습니다.그 후 터미네이터2는 1991년 실제 인물과 데코가 뒤섞인 가상인간 애니메이션의 한 획을 그었습니다.

90년대에 몇몇 단편 영화들이 제작되었는데, 가장 잘 알려진 것은 애니메이션 단편 영화로 아카데미 상을 받은 픽사의 "게리의 게임"입니다.

보다 최근의 연구

행동 애니메이션은 크레이그 레이놀즈에 의해 소개되고 개발되었습니다.[24]그는 집단 직관과 움직임을 연구하기 위한 목적으로 물고기 떼와 함께 새 떼를 모의 실험했습니다.이후 Musse와 Thalmann은 가상세계에 다수의 가상인간을 통합하여 가상세계에 거주하도록 함으로써 크라우드 시뮬레이션 분야를 시작했습니다.

90년대를 기점으로 연구자들은 실시간 애니메이션과 가상 세계와의 상호작용으로 전환했습니다.Virtual Reality, Human Animation, Video Analysis 기법의 결합으로 가상현실에서의 Virtual Human in Virtual Reality, 이러한 Virtual Human과의 상호작용, 클론 또는 아바타 또는 Virtual World의 참여자로서의 자기표현이 통합되었습니다.가상 환경과의 상호 작용은 다양한 수준의 사용자 구성으로 계획되었습니다.하이엔드 구성은 사용자가 음성, 제스처 및 생리학적 신호를 가상 인간과 상호 작용하여 로컬 및 웹을 통해 디지털 데이터 환경을 탐색하는 데 도움이 되는 몰입형 환경을 포함할 수 있습니다.이를 위해 가상인간은 사용자의 제스처, 말투, 표정을 인식하고 말과 애니메이션으로 답할 수 있게 되었습니다.[25]이 개발의 궁극적인 목적은 적응, 인식 및 기억력을 갖춘 현실적이고 믿을 수 있는 가상 인간을 만드는 것입니다.이 가상인간들은 감정을 시뮬레이션하면서 자유롭게 행동할 수 있는 가상인간을 만들기 위한 연구의 길을 열었습니다.이상적으로, 목표는 그들이 환경에 대해 인식하고 예측할 수 없도록 하는 것입니다.

적용들

  • 시뮬레이션 기반 학습 및 훈련(교통, 토목 등), 기술 개발, 팀 조정 및 의사 결정을 위한 가상 인력.
  • 작업 환경 및 차량의 인체공학적 분석을 위한 가상 사용자
  • TV와 웹의 가상 발표자입니다.
  • 가상 개인과 군중들이 비상 상황에 대비해 시뮬레이션과 훈련을 합니다.
  • 의류 산업을 위한 가상 마네킹.
  • 영화의 가상 배우.
  • 정형외과, 성형외과, 보형물과 재활치료를 위한 가상 환자.
  • 사회 불안 장애 및 공포증 및 가상 심리 치료를 위한 가상 인물.
  • 건물, 경관, 조명 등을 갖춘 가상 도시 및 건축 시뮬레이션을 위한 가상 거주자
  • 컴퓨터 게임 및 루나파크/카지노용 가상 캐릭터.
  • 스포츠 시뮬레이션과 교육을 위한 가상의 운동선수.
  • 전장 시뮬레이션, 팀 훈련, 평화 유지 작전과 같은 군사적 응용을 위한 가상 군인.
  • 인터랙티브 드라마용 가상 캐릭터
  • 산업 또는 기타 작업장 환경에서의 인간 활동 시뮬레이션을 위한 가상 작업자.[26]
  • 거주하는 문화유산을 위한 가상의 고대인.
  • 전송 대역폭 요구사항을 줄이기 위한 가상 컨퍼런스 참가자의 가상 표현.
  • 장비의 설계 및 유지보수를 위한 가상 직원: 접근성, 수리 용이성, 안전성, 툴 클리어런스, 가시성 등을 위한 설계
  • 인적 요인 분석을 위한 가상 인물.
  • 가상 인플루언서 - 연구 결과에 따르면 가상 인간의 인간과 유사한 외모가 광고 맥락에서 애니메이션과 유사한 가상 인간보다 더 높은 메시지 신뢰도를 보여줍니다.[27]

추가열람

가상인간에 관한 책들

  • Nadia Magnenat-Thalmann (편집자), Daniel Thalmann (편집자), 가상인간 핸드북, ISBN 978-0-470-02316-7, 468페이지, Wiley, 2004년 8월 (ACM Digital Library)
  • Peter M. Plantec, Virtual Humans: 소프트웨어 및 단계별 지침을 포함한 Build-It-Yourself Kit, Amacom, 2003
  • 데이비드 버든, Maggi Savin-Baden, Virtual Humans Today and Tomorrow, 2020, 채프먼 앤 홀/CRC

가상인간에 관한 내용이 포함된 책들

  • Wayne E. Carlson, Computer Graphics and Computer Animation: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License로 라이선스된 회고적 개요
  • 로봇과 가상 인간과의 커뮤니케이션 모델링, 제2회 Ziff 연구단 2005/2006 인간과 기계에서의 구체화 커뮤니케이션 국제 워크숍, 독일 빌레펠트, 2006년 4월 5일-8일, 선정논문 수정

참고문헌

  1. ^ Magnenat-Thalmann, Nadia; Thalmann, Daniel (2005-11-24). "Virtual humans: thirty years of research, what next?". The Visual Computer. 21 (12): 997–1015. doi:10.1007/s00371-005-0363-6. ISSN 0178-2789. S2CID 10935963.
  2. ^ https://www.unrealengine.com/en-US/metahuman
  3. ^ https://unity.com/solutions/unity-weta-tools
  4. ^ https://arxiv.org/abs/1806.07467
  5. ^ https://github.com/clach/Realtime-Vulkan-Hair
  6. ^ https://vulkan-tutorial.com/Compute_Shader
  7. ^ https://registry.khronos.org/vulkan/specs/1.3-khr-extensions/html/chap22.html
  8. ^ https://docs.unrealengine.com/5.2/en-US/animation-blueprints-in-unreal-engine/
  9. ^ https://theorangeduck.com/page/phase-functioned-neural-networks-character-control
  10. ^ "Data-Driven Physics for Human Soft Tissue Animation". ps.is.mpg.de. Retrieved September 10, 2023.
  11. ^ "Behavioral Animation". www.red3d.com. Retrieved 2021-07-05.
  12. ^ https://www.ea.com/technology/news/genea-challenge-2022
  13. ^ 다나 워터맨과 클린턴 T.Washburn (1978) 사이버맨 — 인적 요인 설계 도구, SAE Transactions, Vol. 87, 섹션 2: 780230–780458 (1978), pp. 1295-1306
  14. ^ Evans SM (1976) Combiman 프로그램 사용 설명서, 보고서 AMRLTR-76-117, University of Dayton, 오하이오
  15. ^ Dooley M (1982) 인체측정 모델링 프로그램 – 설문조사, IEEE 컴퓨터 그래픽 및 응용, IEEE 컴퓨터 학회, vol 2(9), pp.17-25
  16. ^ Bonney, M., Case, K., Hughes, B., Kennedy, D. et al., SAMMIE를 사용하여 컴퓨터 지원 작업 공간 및 작업 설계, SAE 기술 문서 740270, 1974
  17. ^ W. A. 페터.컴퓨터 그래픽으로 시뮬레이션 된 인간 형상의 진행.IEEE Comput.그래프.출원, 2(9):9-13, 1982
  18. ^ 파크 FI (1972) 컴퓨터 생성 얼굴 애니메이션ACM 연차총회 진행
  19. ^ Poter TE, Willmert KD (1975) 3차원 인간 디스플레이 모델, 컴퓨터 그래픽스, Vol.9, No1, pp.102-110
  20. ^ Herbison-Evans D (1986) 인간 형상의 애니메이션, 기술 보고서 CS-86-50, Waterloo 대학 컴퓨터 과학부, 11월
  21. ^ Badler NI, Smoliar SW (1979) 인간 운동의 디지털 표현, 컴퓨팅 서베이, Vol.11, No.1, pp.19-38
  22. ^ Calvert TW, A. Patla A (1982) 인간 움직임의 운동학적 시뮬레이션의 측면, IEEE 컴퓨터 그래픽스 및 응용, Vol.2, No.9, pp.41-50
  23. ^ N. 마그네나트 탈만, D.Thalmann, 몬트리올 랑데부 영화에서의 합성 배우의 연출, IEEE 컴퓨터 그래픽스와 응용, Vol.7, No 12, 1987, pp.9-19
  24. ^ C. 레이놀즈 (1987)양떼, 소떼 그리고 학당: 분산된 행동 모델.ACM SIGGRAPH 87의 절차.1987년 7월 25-34쪽
  25. ^ Thomas, Daniel J. (August 2021). "Artificially intelligent virtual humans for improving the outcome of complex surgery". International Journal of Surgery (London, England). 92: 106022. doi:10.1016/j.ijsu.2021.106022. ISSN 1743-9159. PMID 34265470. S2CID 235960454.
  26. ^ Allen, A. and Jones, C., 가상 노동자가 학교 아이들에게 먹이를 주는 방법, Supply Management, 2022년 7월 ~ 9월, 2023년 2월 8일 액세스
  27. ^ Kim, EA., D. Kim, Z.E., H.쇼엔버거, 소셜미디어 광고의 다음 광고: 가상 인플루언서의 브랜드 배서효과 분석심리학 프론티어즈, 2023. 14:1089051

추가열람

가상인간에 관한 책

  • Nadia Magnenat-Thalmann (편집자), Daniel Thalmann (편집자), 가상인간 핸드북, ISBN 978-0-470-02316-7, 468페이지, Wiley, 2004년 8월 (ACM Digital Library)
  • Peter M. Plantec, Virtual Humans: 소프트웨어 및 단계별 지침을 포함한 Build-It-Yourself Kit, Amacom, 2003
  • 데이비드 버든, Maggi Savin-Baden, Virtual Humans Today and Tomorrow, 2020, 채프먼 앤 홀/CRC

가상인간에 관한 내용이 포함된 책들

  • Wayne E. Carlson, Computer Graphics and Computer Animation: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License로 라이선스된 회고적 개요
  • 로봇과 가상 인간과의 커뮤니케이션 모델링, 제2회 Ziff 연구단 2005/2006 인간과 기계에서의 구체화 커뮤니케이션 국제 워크숍, 독일 빌레펠트, 2006년 4월 5일-8일, 선정논문 수정