JP2002319035A

JP2002319035A - アニメーション生成方式

Info

Publication number: JP2002319035A
Application number: JP2001120661A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Aoyanagi; 範宏青柳
Original assignee: Taito Corp
Current assignee: Taito Corp
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JP3669939B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モデルをアニメーションさせるためのスケル
トンを、その動作の目的別に管理し、少ないアニメーシ
ョンデータから、形状の異なるスケルトンを自然にアニ
メーションさせることができるアニメーション生成方式
を提供する。【解決手段】モデル作成部５ａは、操作部７より入力
されるデータに基づき手，足，胴体，頭などの部品単位
でモデルを構築する。スケルトンデータ作成部５ｂは、
作成された部品に対応するスケルトンデータを操作部７
からの部品のデータに基づき構築する。分類管理部５ｃ
は、スケルトンの各ボーンを、動きの目的ごとに分類し
て管理する。アニメーションデータ加工部５ｄは、各ボ
ーンのパーツに元のアニメーションデータを加工して貼
り合わせる。アニメーション実行部５ｅは、加工したア
ニメーションデータから、各分類ごとに決められた法則
にしたがってボーン計算を行い、アニメーションを実行
するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ上で
表現される、モデルのアニメーションを生成するアニメ
ーション生成方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ上で表現されるモデ
ルをリアルタイムにアニメーションさせる場合、予めモ
デルデータおよびモデルをアニメーションさせるスケル
トンデータを、静的なデータとして用意しておく必要が
あった。一般的には、モデル内にスケルトン階層を構築
し、スケルトンを構築する各ボーンごとに、回転、移動
値のアニメーションデータを用意し、そのデータを用い
てアニメーションさせる。しかし、この方法では、例え
ば各ボーンの長さが違うモデルの場合、適切なアニメー
ションを行うことができない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図８Ａは、従来のアニ
メーションの動作を説明するための図で、モデルが正し
く歩行している状態を示している。モデルの足のボーン
５２は地面５１に対し平行に移動している。図８Ｂは、
従来のアニメーションの動作を説明するための図で、図
８Ａの動きに対し、不自然な場合を示している。（ａ）
はモデルが歩行するアニメーションの初期角度が異なる
場合，（ｂ）はモデルサイズが大きすぎる場合、（ｃ）
はモデルサイズが小さすぎる場合である。

【０００４】（ａ）ではモデルの歩行の初期角度が異な
るため足のボーン５４の軌跡５５は地面５３に対し交差
する。（ｂ）ではモデルサイズが大きすぎるため地面５
６より足のボーン５７が下側位置になり、地面５６に対
し平行であるが、地面５６の中を歩くような形になる。
（ｃ）ではモデルサイズが小さすぎるため地面５９より
足のボーン６０が浮き上がり、地面５９に対し平行であ
るが、空中を歩くような形となる。従来のアニメーショ
ンではこのように足を構成するボーンの長さが違えば、
地面を踏みしめる歩きの表現で不可欠な要素は完全に欠
落してしまう。また、構成するボーンの一本でも角度が
違えば、元の表現したい動きとは程遠いものになってし
まう。

【０００５】したがって従来のアニメーション作成で
は、例えばコンピュータゲーム上で、ユーザがモデルを
作成し動的に生成されたモデル（スケルトン）を動かす
というようなことは不可能である。本発明は上記問題を
解決するもので、その目的は、モデルをアニメーション
させるためのスケルトンを、その動作の目的別に管理
し、少ないアニメーションデータから、形状の異なるス
ケルトンを自然にアニメーションさせることができるア
ニメーション生成方式を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明によるアニメーション生成方式は、入力される
データに基づき部品単位でモデルを構築するモデル作成
手段と、前記モデル作成手段で作成した部品が何である
かの情報を入力する入力手段と、前記モデル作成手段で
作成したモデルに対し、入力された情報からスケルトン
データを構築するスケルトンデータ作成手段と、前記ス
ケルトンデータ作成手段で作成した各ボがってボーン計
算を行い、アニメーションを実行するアニメーション実
行手段とを備えて構成されている。また、本発明におけ
る前記スケルトンデータ作成手段は、動的に生成された
スケルトンを、入力手段からの情報に基づき手，足，胴
体等の種類ごとに適切なデータ構造に作成するように構
成されている。さらに本発明におけるアニメーションデ
ータ加工手段は、手足のボーンの場合、アニメーション
スケール値およびアニメーションオフセット値を求め、
前記アニメーションスケール値で求めたアニメーション
データのスケーリングを行い、前記アニメーションオフ
セット値でオフセットを行い、その後、インバースキネ
マティックで計算するように構成されている。

【０００７】

【作用】前記構成によれば、ユーザが作るモデルからス
ケルトンを自動生成し、多少のモデル構造に差異があっ
ても自然なアニメーション動作をさせることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明をさ
らに詳しく説明する。図１は、本発明によるアニメーシ
ョン生成方式を適用したゲーム装置の回路の実施の形態
を示すブロック図である。この例はゲーム装置を示すも
ので、本発明に直接関係する回路のみを記載してある。
操作部７を操作することによりゲーム処理部２がゲーム
全体の制御を行い、ゲームを進行させることができる。
ゲーム開始により画像がディスプレイ１１に表示される
とともにバックグランド音がサウンド処理部８を介して
スピーカ９より出力される。記憶部１０はグラフィック
メモリ１０ａ，オーディオメモリ１０ｂを有している。
この他に所定メモリ領域にゲームプログラム，ジオメト
リプログラム，描画プログラムなどを格納している。

【０００９】画像処理部３はジオメトリ処理部４および
描画処理部５の機能を有している。ジオメトリ処理部４
は、ポリゴンの３次元座標データを高速に処理する制御
部で、ゲーム処理部から送られてくるポリゴンの座標デ
ータにモデルの移動，回転等に対する処理を行い、クリ
ッピング，視野変換等の処理を行う。描画処理部５は、
ポリゴンモデルのレンダリングを高速に処理する制御部
で、ポリゴンデータに対してレンダリング処理を行い、
陰面処理およびシェーディング処理等を行う。レンダリ
ング部５で処理されたモデルのデータは、１画面毎にグ
ラフィックメモリ１０ａに格納され、このデータは図示
しないＤ／Ａコンバータで映像信号に変換され、ディス
プレイ１１に表示される。ゲーム処理部２，ジオメトリ
処理部４および描画処理部５の各機能は、記憶部１０に
格納されているゲームプログラム，ジオメトリプログラ
ム，描画プログラムを図示しないＣＰＵで処理すること
により実現される。

【００１０】描画処理部５は、モデル作成部５ａ，スケ
ルトンデータ作成部５ｂ，分類管理部５ｃ，アニメーシ
ョンデータ加工部５ｄおよびアニメーション実行部５ｅ
の機能を有している。モデル作成部５ａは、操作部７よ
り入力される形状データに基づき部品単位（手，足，胴
体，頭など）でモデルを構築する。操作部７は手書き入
力可能なアナログスティックを含み、該アナログスティ
ックでモデルの形状を入力可能であり、また、ボタンや
カーソル操作により作成した部品が何であるかの情報を
入力することができる。スケルトンデータ作成部５ｂ
は、モデル作成部で作成された部品のモデルが入力情報
から何であるかを知り、例えば足であれば、足の情報か
ら足ボーンのスケルトンデータを構築する。

【００１１】分類管理部５ｃは、スケルトンデータ作成
部５ｂで作成した各ボーンを、動きの目的ごとに分類し
て管理する。アニメーションデータ加工部５ｄは、各ボ
ーンのパーツに元のアニメーションデータを加工して貼
り合わせる制御を行う。アニメーション実行部５ｅは、
加工したアニメーションデータから、各分類（手，足，
胴など）ごとに決められた法則にしたがってボーン計算
を行い、アニメーションを実行する。

【００１２】図２は腕，足のスケルトンを構築する実施
の形態を示す図である。スケルトンデータ作成部５ｂは
以下に示すような修正を行って足，腕のスケルトンデー
タを作成する。図２（ａ）において、腕，足の根元に近
いノードから各関節をＡＢＣおよびＤとする。各関節は
足であれば、Ａは付け根１４，Ｂは膝１５，Ｃは接地部
１６，Ｄはつま先１７に対応する。

【００１３】腕、足のアニメーションは、ＡＢＣをイン
バースキネマティックスを用いてコントロールすること
で実現する。ＡＢ，ＢＣ，ＣＤの長さをそれぞれＬ１，
Ｌ２，Ｌ３としたとき、インバースキネマティックスの
性質上、Ｌ１，Ｌ２の長さのバランスが好ましくない場
合は思ったような動きをさせることができない。これ
は、Ｌ１，Ｌ２の差が大きい場合、Ｃの到達可能範囲が
挟まるため、アニメーションの再現率が悪くなるからで
ある。よって、ユーザが入力した形の特徴を残しつつ、
インバースキネマティックスを計算する上で都合の良い
ようにノード位置をコントロールする必要がある。

【００１４】スケルトンの理想的な形とは以下のような
ものである。（１）Ｌ１とＬ２の差が少ないこと。この場合、Ｃの到達範囲が最大になる。（２）Ｌ３が十分に小さいこと。Ｌ３が大きい場合、足の動きのメインとなるＣの動きよ
りもＤの動きが大きくなってしまうため、好ましくな
い。（３）ユーザの入力データの特徴が尊重されているこ
と。

【００１５】図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）および
（ｆ）に示すようなバランスの悪いボーン形状である場
合、上記の条件を満たすように以下のような修正を加え
る。図２（ｂ）はＬ３が、Ｌ１＋Ｌ２より大きい場合で
ある。この場合はＢをＣの位置へ移動させる。そしてＣ
は、ＢとＤの間に移動させ、ＡＢ＝ＢＣを満たす位置に
配置する。図２（ｃ）はＬ１が、Ｌ２＋Ｌ３より大きい
場合である。この場合はＣをＢの位置へ移動させる。そ
してＤをＣの位置に移動させ、ＢはＡとＣの中間に移動
させる。図２（ｄ）はＡＢＣがほぼ一直線上に存在する
場合である。この場合はＢをＡとＣの中間に配置する。
図２（ｅ）は、ＢＣＤがほぼ一直線上に存在する場合で
ある。ＣをＤの近くまで移動させる。そしてＢをＡとＣ
の中間に配置する。図２（ｆ）は、ＡＢＣＤがほぼ一直
線上に存在する場合である。ＣをＤの近くまで移動させ
る。そしてＢをＡとＣの中間に配置する。

【００１６】図３は、重心のアニメーション方法を説明
するための図である。動的に作られたモデルの重心は以
下のように決定する。重心を決定するのに必要な要素
は、胴体と足である。そして重心の位置（腰の部分）
は、すべての足の付け根位置の平均の位置に設定する。
階層構造は図３に示すようになる。重心２０と胴体２１
があり、その下に足２２，足２３，足２３ａが存在す
る。多数の足を記載したのは、足の長さの平均をとるた
めである。アニメーションデータ加工部５ｄは重心アニ
メーションの加工を以下のように行う。重心のアニメー
ションは、回転、移動のデータを用いる。回転はそのま
ま利用できるが、移動値は、スケーリングが必要とな
る。動的に作られたモデルのすべての足の長さの平均
を、仮のモデルデータのすべての足の長さの平均で割っ
たものがスケール値になる。アニメーション実行部５ｅ
は、このスケーリングされた値を用いて重心の移動値を
アニメーションさせる。

【００１７】図４は、胴体のアニメーション方法を説明
するための図である。一般的に胴体のアニメーションは
全体の骨の動きの方向が重要視される。また、一般的な
スケルトンの回転は各ボーンのローカル座標系で行われ
る。静的なモデルを動かす場合は、ローカル座標は事前
に決定されるため、それを考慮してアニメーションデー
タを作成できる。しかし、動的にスケルトンを生成させ
る場合は、ローカル座標がどのような方向になるか予測
できない。したがって、全体の骨の動きの方向を重視す
るため、本システムの胴体アニメーションはモデル空間
座標軸で回転させるようにしている。。

【００１８】図４（ａ）（ｃ）および（ｅ）において、
３つのボーン部２５，２６および２７で背骨が構成さ
れ、アニメーションデータでそれぞれのボーン部に回
転，移動を与えることにより背骨を構成する各ボーン部
２５，２６および２７は（ａ）では２８の位置に、
（ｂ）では２９の位置に、（ｃ）では３０の位置にそれ
ぞれ変化している状態を示している。同じボーンの構成
ならば、図４（ｂ）の背骨の動きは（ａ）と同じ回転方
向となり通常のローカル座標系の回転でよい。しかし、
ローカル座標系の異なるボーンを同じアニメーションで
回転させると、図４（ｃ）の背骨の動きは（ｄ）に示す
ようになり、胴体アニメーションで重要な全体の動きの
方向が反対方向に変わってしまう。そこで本発明ではモ
デル空間座標軸で回転させることにより、図４（ｅ）の
背骨とは異なる形状の図４（ｆ）のボーンであっても、
全体の動きの方向を一致させることができる。

【００１９】図５は、手足のアニメーション方法を説明
するための図である。ユーザの作成するモデルは動的に
生成されるため、腕、足は長さ、付け根の位置等が特定
できない。よって、それらに依存しないアニメーション
システムが必要となる。下記の処理はアニメーションデ
ータ加工部５ｄまたはアニメーション実行部５ｅが行
う。（１）アニメーションスケール値を求める図５（ａ）で示すような各手足のボーン３６，３１の長
さを求め、アニメーションスケール値とする。これは、
根元から先端までの、各ボーンの長さの合計である。求
めた足の長さを、対応する元データの足の長さで割った
ものがスケール値になる。

【００２０】（２）アニメーションオフセット値を求め
る足の場合は、図５（ｂ）の左側に示すように足３２の付
け根からの垂線３３と、高さ０の平面３４との交点を求
め、その交点の原点３５からの位置ベクトルがオフセッ
ト値となる。ただし、腕の場合（図５（ｂ）の右側）
は、腕の付け根位置はリアルタイムに変化するので、オ
フセット値は時間ごとに再計算する必要がある。（３）アニメーションデータのスケーリングアニメーション時には、まず、アニメーションデータか
ら現在時間の値を求め（この値は原点からの位置ベクト
ル）、（１）で求めたスケール値で、スケーリングす
る。図５（ｃ）の３７はアニメーションデータを模型化
したものであり、図５（ｃ）の左下側および右下側に示
すボーン３８，３９はスケール値でスケーリングした状
態であり、右下側のアニメーションデータは左下側のそ
れより小さくなっている。

【００２１】（４）オフセットする（２）で求めたオフセット値で、アニメーションデータ
をオフセットする。図５（ｄ）の左側と右側に示すボー
ン４０，４１はそれぞれの方向にオフセット、すなわち
平行移動し、アニメーションデータを統一する。（５）インバースキネマティック求めた位置に、手足の先端部の位置を一致させる。一致
させるにはインバースキネマティックで、根元から先端
部の各関節の回転値を計算する。図５（ｅ）のボーン４
２の先端４２ａは移動，回転させられて位置４３に一致
する。

【００２２】図６は、本発明によるアニメーション生成
の具体例を示す図、図７Ａおよび図７Ｂは、図６で作成
したアニメーションの動作を説明するための図である。
ユーザの形状入力により図６〜)に示すように胴
体，左足，右足，左手，右手が加えられてアニメーショ
ンのモデルが完成する。そして、図７Ａおよび図７Ｂ
〜)に示すようにアニメーション画像は自然な状態で
アニメ動作を行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は入力され
るデータに基づき部品単位でモデルを構築するモデル作
成手段と、モデル作成手段で作成した部品が何であるか
の情報を入力する入力手段と、モデル作成手段で作成し
たモデルに対し、入力された情報からスケルトンデータ
を構築するスケルトンデータ作成手段と、スケルトンデ
ータ作成手段で作成した各ボーンを動きの目的ごとに分
類、管理する分類管理手段と、各ボーンのパーツに元の
アニメーションデータを加工してタッチするアニメーシ
ョンデータ加工手段と、加工したアニメーションデータ
から、各分類ごとに決められた法則にしたがってボーン
計算を行い、アニメーションを実行するアニメーション
実行手段とを備えたものである。したがって、スケルト
ンの長さ、角度、位置に依存せず、かつ一様のアニメー
ションを行うことができる。実際アニメーションデータ
を作成する際には、モデルの差異はこのシステムで吸収
するため、最小限のアニメーションデータで、より多く
の種類のモデルをアニメーションさせることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアニメーション生成方式を適用し
た装置の回路の実施の形態を示すブロック図である。

【図２】腕，足のスケルトンを構築する実施の形態を示
す図である。

【図３】重心のアニメーション方法を説明するための図
である。

【図４】胴体のアニメーション方法を説明するための図
である。

【図５】手足のアニメーション方法を説明するための図
である。

【図６】アニメーション構築の具体例を示す図である。

【図７Ａ】図６で作成したアニメーションの動作を説明
するための図で、前半部分を示している。

【図７Ｂ】図６で作成したアニメーションの動作を説明
するための図で、後半部分を示している。

【図８Ａ】従来のアニメーションの動作を説明するため
の図で、あるモデルが正しく歩行している状態を示して
いる。

【図８Ｂ】従来のアニメーションの動作を説明するため
の図で、（ａ）はあるモデルが歩行するアニメーション
であって、初期角度が異なる場合，（ｂ）はモデルサイ
ズが大きすぎる場合、（ｃ）はモデルサイズが小さすぎ
る場合をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１処理部２ゲーム処理部３画像処理部４ジオメトリ処理部５描画処理部（レンダリング部）６バス７操作部８サウンド処理部９スピーカ１０記憶部１１ディスプレイ１４付け根（関節）１５膝（関節）１６接地部１７つま先１８足のボーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されるデータに基づき部品単位でモ
デルを構築するモデル作成手段と、前記モデル作成手段で作成した部品が何であるかの情報
を入力する入力手段と、前記モデル作成手段で作成したモデルに対し、入力され
た情報からスケルトンデータを構築するスケルトンデー
タ作成手段と、前記スケルトンデータ作成手段で作成した各ボーンを動
きの目的ごとに分類、管理する分類管理手段と、各ボーンのパーツに元のアニメーションデータを加工し
てタッチするアニメーションデータ加工手段と、前記加工したアニメーションデータから、各分類ごとに
決められた法則にしたがってボーン計算を行い、アニメ
ーションを実行するアニメーション実行手段とを備えた
ことを特徴とするアニメーション生成方式。
【請求項２】前記スケトルンデータ作成手段は、動的
に生成されたスケルトンを、入力手段からの情報に基づ
き手，足，胴体等の種類ごとに適切なデータ構造に作成
することを特徴とする請求項１記載のアニメーション生
成方式。
【請求項３】アニメーションデータ加工手段は、手足
のボーンの場合、アニメーションスケール値およびアニ
メーションオフセット値を求め、前記アニメーションス
ケール値で求めたアニメーションデータのスケーリング
を行い、前記アニメーションオフセット値でオフセット
を行い、その後、インバースキネマティックで計算する
ように構成したことを特徴とする請求項１または２記載
のアニメーション生成方式。