DE20121798U1 - Method for real-time control of a jointed object in which an object is controlled via use of a virtual object in a computer program representing a real object - Google Patents

Method for real-time control of a jointed object in which an object is controlled via use of a virtual object in a computer program representing a real object

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DE20121798U1
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Abstract

Method has the following steps: definition of a moving pattern and its parameters (106) for the object, definition of a similar object surface pattern (108), input of parameter control signals (116) using a 3-D input device, calculation of skeleton alteration data based on the control signal and the moving pattern, calculation of the surface of a the object based on the skeleton alterations and the surface pattern and repetition of the preceding steps as required. Independent claims are made for a computer software product and a system for real time movement control of real and virtual hinged or articulated objects.

Description

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Claims (27)

1. System zur Echtzeit-Bewegungssteuerung eines Gelenk-Ob­ jekts, aufweisend:
  • a) Mittel zur Definition von wenigstens einem parametrisier­ ten Bewegungsmuster (106) für das Gelenk-Objekt,
  • b) Mittel zur Definition von wenigstens einem parametrisier­ ten Oberflächenmuster (108) für das Gelenk-Objekt,
  • c) Mittel zur Eingabe von parametrisierten Ansteuersignalen (116) mittels eines 3D-Eingabegeräts (104),
  • d) Mittel zur Berechnung von Skelett-Änderungsdaten auf Grundlage der parametrisierten Ansteuersignale (116) sowie auf Grundlage von wenigstens einem parametrisierten Bewe­ gungsmuster (106), wobei die Skelett-Änderungsdaten trans­ latorische und/oder rotatorische Änderungen der Lage bzw. Orientierung der Gelenke des Gelenk-Objekts wiedergeben,
  • e) Mittel zur Berechnung der Oberfläche des Gelenk-Objekts auf Grundlage der Skelett-Änderungsdaten sowie auf Grundla­ ge von wenigstens einem Oberflächenmuster (108),
wobei die Mittel c), d) und e) zyklisch aktivierbar sind, um eine Echtzeit-Bewegungssteuerung des Gelenk-Objekts abhängig von den Ansteuersignalen (116) zu erhalten.1. A system for real-time motion control of an articulated object, comprising:
  • a) means for defining at least one parameterized movement pattern ( 106 ) for the joint object,
  • b) means for defining at least one parameterized surface pattern ( 108 ) for the joint object,
  • c) means for entering parameterized control signals ( 116 ) by means of a 3D input device ( 104 ),
  • d) means for calculating skeleton change data on the basis of the parameterized control signals ( 116 ) and on the basis of at least one parameterized movement pattern ( 106 ), the skeleton change data being translational and / or rotational changes in the position or orientation of the joints of the Play joint object,
  • e) means for calculating the surface of the joint object on the basis of the skeleton change data and on the basis of at least one surface pattern ( 108 ),
wherein the means c), d) and e) can be activated cyclically in order to obtain real-time motion control of the articulated object as a function of the control signals ( 116 ). 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin Mittel zur Erzeugung von Klangsignalen (224) durch Verknüpfung gespeicherter digitaler, parametrisierter Klangmuster (110) mit parametrisierten Ansteuersignalen (116) vorgesehen sind.2. System according to claim 1, characterized in that further means are provided for generating sound signals ( 224 ) by linking stored digital, parameterized sound patterns ( 110 ) with parameterized control signals ( 116 ). 3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitliche Ableitungen der parametrisierten Ansteuersi­ gnale (116) ermittelbar und verarbeitbar sind. 3. System according to one of the preceding claims, characterized in that time derivatives of the parameterized control signals ( 116 ) can be determined and processed. 4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der parametrisierten Ansteuersignale (116) bzw. ihrer Ableitungen zu den Bewegungsmustern (106), Ober­ flächenmustern (108) bzw. Klangmustern (110) frei spezifi­ zierbar ist.4. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the assignment of the parameterized control signals ( 116 ) or their derivatives to the movement patterns ( 106 ), surface patterns ( 108 ) or sound patterns ( 110 ) can be freely specified. 5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin parametrisierte Beleuchtungsmuster (112) hin­ terlegbar sind, die zur Erzeugung von Beleuchtungseffekten mittels entsprechender Verknüpfungen mit parametrisierten An­ steuersignalen (116) verwendbar sinb.5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that further parameterized lighting patterns ( 112 ) can be stored, which can be used to generate lighting effects by means of corresponding links with parameterized control signals ( 116 ). 6. System zur frei spezifizierbaren Echtzeit-Steuerung von animierten Grafiken, Video- und/oder Audiosequenzen, aufweisend
  • - Mittel zur Erzeugung von Bewegungs-, Oberflächen- und/oder Klangdaten auf Grundlage wenigstens eines vordefinierten parametrisiertes Bewegungsmusters (106), Oberflächenmusters (108) und/oder Klangmusters (110),
  • - Mittel zur Auswertung parametrisierter Ansteuersignale (116) verschiedener Freiheitsgrade von einem 3D- Eingabegerät (104) und zur Erzeugung von Bewegungsdaten (310), Oberflächendaten (312) und/oder Klangdaten (314) mit Hilfe der hinterlegten Bewegungsmuster (106), Oberflächen­ muster (108) und/oder Klangmuster (110), und
  • - Mittel zur frei spezifizerbaren Zuordnung von parametri­ sierten Ansteuersignalen (116) jeweils eines Freiheitsgrads zu einem bestimmten Bewegungsmuster (106), Oberflächenmu­ ster (108) und/oder Klangmuster (110).
6. System for freely specifiable real-time control of animated graphics, video and / or audio sequences
  • - means for generating movement, surface and / or sound data based on at least one predefined parameterized movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ) and / or sound pattern ( 110 ),
  • - Means for evaluating parameterized control signals ( 116 ) of various degrees of freedom from a 3D input device ( 104 ) and for generating movement data ( 310 ), surface data ( 312 ) and / or sound data ( 314 ) using the stored movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ) and / or sound pattern ( 110 ), and
  • - Means for freely specifiable assignment of parametrized control signals ( 116 ) each have a degree of freedom to a specific movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ) and / or sound pattern ( 110 ).
7. System nach Anspruch 6, weiterhin aufweisend Mittel zur Zuordnung von zeitlichen Ab­ leitungen der parametrisierten Ansteuersignale (116) zu einem bestimmten Bewegungsmuster (106), Oberflächenmuster (108) und/oder Klangmuster (110).7. The system of claim 6, further comprising means for assigning time derivatives from the parameterized control signals ( 116 ) to a specific movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ) and / or sound pattern ( 110 ). 8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kopplungsparameter der Zuordnung von parametrisierten Ansteuersignalen (116), wie zum Beispiel Dämpfung und Ver­ stärkung, frei spezifizierbar sind.8. System according to claim 6 or 7, characterized in that coupling parameters of the assignment of parameterized control signals ( 116 ), such as damping and amplification, can be freely specified. 9. System zur Echtzeit-Bewegungssteuerung von virtuellen oder realen Gelenk-Objekten, wobei das System über einen Speicher verfügt, in dem wenigstens ein parametrisiertes Bewegungsmu­ ster (106) und wenigstens ein parametrisiertes Oberflächenmu­ ster (108) von einem Gelenk-Objekt abgelegt sind, und das System weiterhin aufweist:
  • - ein 3D-Eingabegerät (104) zur Eingabe von parametrisierten Ansteuersignalen (116) für die Echtzeit-Bewegungssteuerung,
  • - einen Bewegungsgenerator (204) zur Berechnung von Skelett- Änderungsdaten auf Grundlage der parametrisierten Ansteuer­ signale (116) und auf Grundlage von wenigstens einem para­ metrisierten Bewegungsmuster (106), wobei die Skelett-Ände­ rungsdaten translatorische und/oder rotatorische Änderungen der Lage bzw. Orientierung der Gelenke des Gelenk-Objekts wiedergeben, sowie
  • - einen Oberflächengenerator (206) zur Berechnung der Ober­ fläche des Gelenk-Objekts auf Grundlage der Skelett- Änderungsdaten und des parametrisierten Oberflächenmusters (108).
9. System for real-time motion control of virtual or real joint objects, the system having a memory in which at least one parameterized movement pattern ( 106 ) and at least one parameterized surface pattern ( 108 ) of a joint object are stored, and the system still has:
  • a 3D input device ( 104 ) for entering parameterized control signals ( 116 ) for real-time motion control,
  • - A motion generator ( 204 ) for calculating skeleton change data on the basis of the parameterized control signals ( 116 ) and on the basis of at least one parameterized motion pattern ( 106 ), the skeleton change data translational and / or rotational changes in the position or Represent the orientation of the joints of the joint object, as well
  • - A surface generator ( 206 ) for calculating the surface of the joint object on the basis of the skeleton change data and the parameterized surface pattern ( 108 ).
10. System nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Klanggenerator (210) zur Erzeugung von Klangsignalen durch Verknüpfung von wenigstens einem digitalen parametri­ sierten Klangmuster (110) mit parametrisierten Ansteuersigna­ len (116). 10. System according to claim 9, characterized by a sound generator ( 210 ) for generating sound signals by linking at least one digital parametrized sound pattern ( 110 ) with parametrized control signals ( 116 ). 11. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Freispezifizierungsmodul (202) zur Ermittlung und Verar­ beitung von zeitlichen Ableitungen der parametrisierten An­ steuersignale (116).11. System according to one of claims 9 or 10, characterized by a free specification module ( 202 ) for determining and processing of time derivatives of the parameterized control signals ( 116 ). 12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch ein Freispezifizierungsmodul (202) zur wahlfreien Zuordnung der parametrisierten Ansteuersignale (116) bzw. ihrer Ablei­ tungen für die Bewegungsdaten (310), Oberflächendaten (312) und/oder Klangdaten (314).12. System according to one of claims 9 to 11, characterized by a free specification module ( 202 ) for optional assignment of the parameterized control signals ( 116 ) or their derivatives for the movement data ( 310 ), surface data ( 312 ) and / or sound data ( 314 ) , 13. System zur frei spezifizierbaren Echtzeit-Steuerung für animierte Grafiken, Video- und/oder Audiosequenzen, aufweisend
  • - einen Speicher, in dem für die Erzeugung von Bewegungsdaten (310), Oberflächendaten (312), Klangdaten (314) und/oder Beleuchtungsdaten (316) wenigstens ein vordefiniertes para­ metrisiertes Bewegungsmuster (106), Oberflächenmuster (108), Klangmuster (110) und/oder Beleuchtungsmuster (112) hinterlegt ist, sowie
  • - eine Recheneinheit zur Auswertung von parametrisierten An­ steuersignalen (116) verschiedener Freiheitsgrade von einem 3D-Eingabegerät (104) zur Erzeugung von Bewegungsdaten (310), Oberflächendaten (312), Klangdaten (314) und/oder Beleuchtungsdaten (316) mit Hilfe der hinterlegten Bewe­ gungsmuster (106), Oberflächenmuster (108), Klangmuster (110) und/oder Beleuchtungsmuster (112),
weiterhin aufweisend ein Freispezifizierungsmodul (202) zur frei spezifizierbaren Zuordnung von parametrisierten Ansteu­ ersignalen (116) jeweils eines Freiheitsgrads zu einem be­ stimmten Bewegungsmuster (106), Oberflächenmuster (108), Klangmuster (110) und/oder Beleuchtungsmuster (112). 13. System for freely specifiable real-time control for animated graphics, video and / or audio sequences
  • - A memory in which at least one predefined parameterized movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ), sound pattern ( 110 ) for the generation of movement data ( 310 ), surface data ( 312 ), sound data ( 314 ) and / or lighting data ( 316 ) and / or lighting pattern ( 112 ) is stored, and
  • - A computing unit for evaluating parameterized control signals ( 116 ) of different degrees of freedom from a 3D input device ( 104 ) for generating movement data ( 310 ), surface data ( 312 ), sound data ( 314 ) and / or lighting data ( 316 ) with the help of the stored Movement patterns ( 106 ), surface patterns ( 108 ), sound patterns ( 110 ) and / or lighting patterns ( 112 ),
further comprising a free specification module ( 202 ) for the freely specifiable assignment of parameterized control signals ( 116 ) in each case a degree of freedom to a specific movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ), sound pattern ( 110 ) and / or lighting pattern ( 112 ). 14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Freispezifizierungsmodul (202) weiterhin die Zuord­ nung von zeitlichen Ableitungen der parametrisierten Ansteu­ ersignale (116) zu einem bestimmten Bewegungsmuster (106), Oberflächenmuster (108), Klangmuster (110) und/oder Beleuch­ tungsmuster (112) ermöglicht.14. System according to claim 13, characterized in that the free specification module ( 202 ) further the assignment of time derivatives of the parameterized control signals ( 116 ) to a specific movement pattern ( 106 ), surface pattern ( 108 ), sound pattern ( 110 ) and / or Illumination pattern ( 112 ) enables. 15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Freispezifizierungsmodul (202) eine frei spezifi­ zierbare Einstellung von Kopplungsparametern der Zuordnung von parametrisierten Ansteuersignalen (116), wie zum Beispiel Dämpfung und Verstärkung, ermöglicht.15. System according to claim 13 or 14, characterized in that the free specification module ( 202 ) enables a freely specifiable setting of coupling parameters of the assignment of parameterized control signals ( 116 ), such as damping and amplification. 16. System zur Echtzeit-Steuerung von akustischen Parametern digitalisierter Klangmuster (410), aufweisend:
  • - einen Computer, dessen Steuereinheit (401) mit mindestens einem elektronischen Musikinstrument (402) über eine MIDI- Schnittstelle (404a + b) leitend verbunden ist und
  • - ein 3D-Eingabegerät (104) zur Eingabe von parametrisierten Ansteuersignalen (116)
wobei die digitalisierten Klangmuster (410)
  • - im Speicher mindestens eines elektronischen Musikinstru­ ments (402) digital gespeichert sind und
  • - auf mindestens einem elektronischen Musikinstrument (402) generiert und abgespielt werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder mehrere akustische Parameter der digital gespeicherten Klangmuster (410) mittels durch ein Bewegen des 3D-Eingabegeräts (104) in Echtzeit erzeugt bzw. beeinflusst werden können. 16. A system for real-time control of acoustic parameters of digitized sound patterns ( 410 ), comprising:
  • - A computer, whose control unit ( 401 ) is conductively connected to at least one electronic musical instrument ( 402 ) via a MIDI interface (404a + b) and
  • - A 3D input device ( 104 ) for entering parameterized control signals ( 116 )
the digitized sound patterns ( 410 )
  • - Digitally stored in the memory of at least one electronic musical instrument ( 402 ) and
  • - Can be generated and played on at least one electronic musical instrument ( 402 ),
characterized in that individual or more acoustic parameters of the digitally stored sound patterns ( 410 ) can be generated or influenced in real time by moving the 3D input device ( 104 ). 17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung bzw. Beeinflussung einzelner oder mehrerer akustischer Parameter der digital gespeicherten Klangmuster (410) Steuerelemente, Tasten, Schalter, Drehknöpfe und/oder Schieberegler eines virtuellen Mischpults vorgesehen sind.17. The system according to claim 16, characterized in that control elements, buttons, switches, rotary knobs and / or sliders of a virtual mixer are provided for generating or influencing individual or more acoustic parameters of the digitally stored sound pattern ( 410 ). 18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den gesteuerten akustischen Parametern eines bestimmten digitalisierten Klangmusters (410) um Tonhöhen, Noten- bzw. Pausenwerte, Lautstärken, Tempi, Artikulationsan­ weisungen, Klangfarben, Pedal-, Vibrato-, Chorus-, Hall-, Oberton- und/oder andere Spezialeffekte handelt.18. System according to claim 17, characterized in that it is in the controlled acoustic parameters of a certain digitized sound pattern ( 410 ) to pitches, note or pause values, volumes, tempos, articulation instructions, timbres, pedal, vibrato, chorus -, Hall, overtone and / or other special effects. 19. System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zeitliche Ableitungen der parametrisierten Ansteuersi­ gnale (116) ermittelt und verarbeitet werden können.19. System according to one of claims 16 to 18, characterized in that time derivatives of the parameterized control signals ( 116 ) can be determined and processed. 20. System nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung von parametrisierten Ansteuersignalen (116) jeweils eines Freiheitsgrads zu einem oder mehreren Pa­ rametern eines bestimmten digitalisierten Klangmusters (410) frei spezifizierbar ist.20. System according to one of claims 16 to 19, characterized in that the assignment of parameterized control signals ( 116 ) in each case one degree of freedom to one or more parameters of a specific digitized sound pattern ( 410 ) can be freely specified. 21. System zur Echtzeit-Steuerung von akustischen Parametern digitalisierter Klangmuster (512), aufweisend:
  • - einen Computer, dessen Steuereinheit (501) mit mindestens einer Sound-Karte (510) sowie mit mindestens einem Tongene­ rator (502) verbunden ist und
  • - ein 3D-Eingabegerät (104) zur Eingabe von parametrisierten Ansteuersignalen (116) für die Echtzeit-Bewegungssteuerung von Objekten,
wobei die digitalisierten Klangmuster (512)
  • - im Speicher mindestens einer Sound-Karte (510) des Compu­ ters digital gespeichert sind und
  • - auf mindestens einem Tongenerator (502) desselben Computers generiert und abgespielt werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder mehrere akustische Parameter der digital gespeicherten Klangmuster (512) durch ein Bewegen des 3D- Eingabegeräts (104) in Echtzeit erzeugt bzw. beeinflusst wer­ den können.21. A system for real-time control of acoustic parameters of digitized sound patterns ( 512 ), comprising:
  • - A computer, the control unit ( 501 ) with at least one sound card ( 510 ) and at least one sound generator ( 502 ) is connected and
  • a 3D input device ( 104 ) for entering parameterized control signals ( 116 ) for real-time motion control of objects,
the digitized sound patterns ( 512 )
  • - Are stored digitally in the memory of at least one sound card ( 510 ) of the computer and
  • - Can be generated and played on at least one tone generator ( 502 ) of the same computer,
characterized in that one or more acoustic parameters of the digitally stored sound patterns ( 512 ) can be generated or influenced by moving the 3D input device ( 104 ) in real time. 22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin zeitliche Ableitungen der parametrisierten An­ steuersignale (116) einem oder mehreren Parametern eines be­ stimmten digitalisierten Klangmusters (512) zugeordnet werden können.22. System according to claim 21, characterized in that time derivatives of the parameterized control signals ( 116 ) can also be assigned to one or more parameters of a certain digitized sound pattern ( 512 ). 23. System nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass Kopplungsparameter der Zuordnung von parametrisierten Ansteuersignalen (116) frei spezifizierbar sind.23. System according to one of claims 21 or 22, characterized in that coupling parameters of the assignment of parameterized control signals ( 116 ) can be freely specified. 24. System zur Echtzeit-Steuerung von akustischen Parametern digital aufgezeichneter Klangmuster (410 bzw. 512), die
  • - im Speicher mindestens einer Sound-Karte (510) eines Compu­ ters und/oder mindestens eines elektronischen Musikinstru­ ments (402) nach dem MIDI-Standard digital gespeichert sind und
wobei die Steuereinheit (401 bzw. 501) des Computers
  • - mit mindestens einer Sound-Karte (510) und mindestens einem Tongenerator (502) bzw. mit mindestens einem elektronischen Musikinstrument (402) über eine MIDI-Schnittstelle (404a + b bzw. 504a + b) leitend verbunden ist und
  • - mit einem 3D-Eingabegerät (104) zur Eingabe von parametri­ sierten Ansteuersignalen (116) zur Echtzeit-Bewegungssteue­ rung virtueller Objekte leitend verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder mehrere akustische Parameter der digital gespeicherten Klangmuster (410 bzw. 512) mittels Steuerung der virtuellen Objekte durch ein Bewegen des 3D-Eingabegeräts (104) in Echtzeit erzeugbar bzw. änderbarsind.24. System for real-time control of acoustic parameters of digitally recorded sound patterns ( 410 or 512 ), the
  • - In the memory of at least one sound card ( 510 ) of a computer and / or at least one electronic musical instrument ( 402 ) are digitally stored according to the MIDI standard and
the control unit ( 401 or 501 ) of the computer
  • - is conductively connected to at least one sound card ( 510 ) and at least one tone generator ( 502 ) or to at least one electronic musical instrument ( 402 ) via a MIDI interface (404a + b or 504a + b) and
  • - is connected to a 3D input device ( 104 ) for entering parameterized control signals ( 116 ) for real-time motion control of virtual objects,
characterized in that one or more acoustic parameters of the digitally stored sound patterns ( 410 or 512 ) can be generated or changed in real time by controlling the virtual objects by moving the 3D input device ( 104 ). 25. System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den virtuellen Objekten, die zur Erzeugung bzw. Beeinflussung einzelner oder mehrerer akustischer Para­ meter der digital gespeicherten Klangmuster (410 bzw. 512) bewegt werden, um die Steuerelemente, Tasten, Schalter, Dreh­ knöpfe und/oder Schieberegler eines virtuellen Mischpults handelt.25. System according to claim 24, characterized in that the virtual objects that are used to generate or influence individual or more acoustic parameters of the digitally stored sound patterns ( 410 or 512 ) are moved to the control elements, buttons, switches , Knobs and / or sliders of a virtual mixer. 26. System nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den gesteuerten akustischen Parametern eines bestimmten digitalisierten Klangmusters (410 bzw. 512) um Tonhöhen, Noten- bzw. Pausenwerte, Lautstärken, Tempi, Arti­ kulationsanweisungen, Klangfarben, Pedal-, Vibrato-, Chorus-, Hall-, Oberton- und/oder andere Spezialeffekte handelt.26. System according to one of claims 24 or 25, characterized in that the controlled acoustic parameters of a specific digitized sound pattern ( 410 or 512 ) are pitches, note or pause values, volumes, tempos, articulation instructions, timbres, Pedal, vibrato, chorus, reverb, overtone and / or other special effects. 27. System nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Kopplungsparameter der Zuordnung von parametrisierten Ansteuersignalen (116) frei spezifizierbar sind.27. System according to one of claims 24 to 26, characterized in that coupling parameters of the assignment of parameterized control signals ( 116 ) can be freely specified.
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