JPH04304574A - Device for generating animation - Google Patents

Device for generating animation

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JPH04304574A
JPH04304574A JP3093392A JP9339291A JPH04304574A JP H04304574 A JPH04304574 A JP H04304574A JP 3093392 A JP3093392 A JP 3093392A JP 9339291 A JP9339291 A JP 9339291A JP H04304574 A JPH04304574 A JP H04304574A
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JP
Japan
Prior art keywords
animation
flag
mass point
equation
point
Prior art date
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Application number
JP3093392A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Oka
正昭 岡
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain an animation video which does specially converge to a specified shape and has a large sense of realilty. CONSTITUTION:A body to be a display object is expressed by a model formed by the aggregation of particles, activating force decided based on the curvature of the position is given to the particle concerned so as to permit the position of the particle to successively change by activating force concerned so that the animation work of an animator is more simplified and, at the same time, the animation video which has the more large sense of reality is easily generated.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【目次】以下の順序で本発明を説明する。産業上の利用
分野従来の技術(図9)発明が解決しようとする課題(
図10、図11)課題を解決するための手段(図8)作
用(図8)実施例(図1〜図8)発明の効果
[Table of Contents] The present invention will be explained in the following order. Industrial field of application Conventional technology (Figure 9) Problems to be solved by the invention (
Figures 10 and 11) Means for solving the problem (Figure 8) Effects (Figure 8) Examples (Figures 1 to 8) Effects of the invention

【0002
0002
]

【産業上の利用分野】本発明はアニメーシヨン作成装置
に関し、特に放送用3次元特殊効果装置などにおいて、
例えば「布」のような柔らかい物体が重力、風、障害物
などの環境の中で動く様子をコンピユータの演算機能を
利用してアニメーシヨン映像として描くようにしたアニ
メーシヨン作成装置に適用して好適なものである。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to an animation creation device, and particularly to a three-dimensional special effects device for broadcasting.
For example, it is suitable for application to an animation creation device that uses a computer's calculation function to draw an animation image of how a soft object such as cloth moves in an environment such as gravity, wind, and obstacles. It is something.

【0003】0003

【従来の技術】従来、アニメーシヨン作成装置を利用し
てアニメーシヨン映像を作成する場合、一連のアニメー
シヨン映像を構成する各こまについて、アニメータが1
こまずつ絵を描いたり、図形の形及びその変化を画面上
に定義したりする図形入力手法が採用されている。 「旗」のアニメーシヨンを作る場合について図9に示す
ように、アニメーシヨン作成装置1は画像変換装置2を
有する。
2. Description of the Related Art Conventionally, when creating an animation video using an animation creation device, an animator has to
A graphic input method is used that involves drawing small pictures or defining the shape of a graphic and its changes on the screen. When creating an animation of a "flag" As shown in FIG. 9, the animation creation device 1 includes an image conversion device 2.

【0004】画像変換装置2はテレビジヨン画像を曲面
上にマツピングして表示するもので、原画像メモリ3か
ら得られるアニメーシヨン映像として作成すべき原画像
データPC1(この場合「旗」の模様となる画像データ
)を、アニメーシヨンデータメモリ4から得られるアニ
メーシヨンデータD1に基づいて変形した後、「旗」の
画像を変形してなる出力画像データPC2を出力画像メ
モリ5に送出する。
The image conversion device 2 maps and displays television images on a curved surface, and uses the original image data PC1 (in this case, a "flag" pattern and After deforming the image data (image data) based on the animation data D1 obtained from the animation data memory 4, output image data PC2 obtained by deforming the image of the "flag" is sent to the output image memory 5.

【0005】アニメーシヨンデータD1はある瞬間の「
旗」の形を表す座標値であり、必要に応じて1つ又は複
数のフレームデータを含む。このアニメーシヨンデータ
は予めアニメータが手で作り、又は簡単な関数を組み合
わせて計算により発生させる。
[0005] Animation data D1 is "
It is a coordinate value representing the shape of a flag, and includes one or more frame data as necessary. This animation data is created in advance by hand by an animator, or generated by calculation by combining simple functions.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが図9の従来の
手法によつてアニメーシヨン映像を作成しようとする場
合、各こまの絵柄を入力したり、図形の形の定義式を決
定したりするために熟練したアニメータが煩雑な図形入
力作業をしなければならない問題がある。
[Problem to be Solved by the Invention] However, when trying to create an animation video using the conventional method shown in FIG. There is a problem in that experienced animators have to perform complicated graphic input work.

【0007】特に、自然現象のように人為的ではない図
形の動きをアニメーシヨンにしようとする場合には、図
形入力作業に多大な時間及び労力が必要になり、生産性
が悪かつた。
Particularly, when attempting to animate the movement of figures that are not artificial, such as natural phenomena, a great deal of time and effort is required to input the figures, resulting in poor productivity.

【0008】この問題を解決する1つの方法として、簡
単な関数を組み合わせることにより自然現象を真似た動
きを模型的に定義する方法が提案されているが、「規則
的すぎて不自然である」、「環境の変化に対応できない
」という欠点があつた。この問題を解決する1つの方法
として従来、「布」のように柔らかくかつ2次元的な拡
がりをもつ物体が、風のような流体の力によつてはため
いているところをアニメーシヨン映像として表現する場
合に、次のような計算手法を用いて表示画面上の表示位
置を求めるようなものが提案されている。
[0008] As one method to solve this problem, a method has been proposed in which movements that imitate natural phenomena are defined in a model by combining simple functions, but this method is ``too regular and unnatural.'' The drawback was that it was unable to respond to changes in the environment. One way to solve this problem has traditionally been to create an animated video in which a soft, two-dimensional object like cloth is flapping around due to the force of a fluid like wind. In this case, the following calculation method has been proposed to determine the display position on the display screen.

【0009】第1に、表示対象である「布」の曲面を微
小な四辺形の集合と考え、第2に流体が当該微小な四辺
形に及ぼす力を、流体の向きを表すベクトルと、微小な
四辺形の形や向きとによつて求め、第3にかくして全て
の微小な四辺形に働く流体の力を足し合わせたものが、
「布」全体を動かす力として「布」に加わると考える。
Firstly, the curved surface of the "cloth" to be displayed is considered as a collection of minute quadrilaterals, and secondly, the force exerted by the fluid on the minute quadrilaterals is expressed as a vector representing the direction of the fluid and a minute Thirdly, the sum of the fluid forces acting on all the tiny quadrilaterals is:
Think of it as adding to the "cloth" as a force that moves the entire "cloth".

【0010】しかし実際上このような力は、物体の形や
位置などに対して連続的に変化するため、流体の速さや
向きが時間的、空間的に一様な場合には、所定の時間が
経過すると一定の位置や形状に収束する欠点がある。ま
た流体の速さや向きを時間的、空間的に変化させても物
体の形状の変化はゆつくりであり不自然であつた。例え
ば図10(A)に示すように、「旗」のように左上端及
び左下端の2点を竿に固定された「布」状の物体を、速
度や向きが一様な風などの流体の中に置いたときの物体
の動作を表現したアニメーシヨン映像を考える。
However, in reality, such force changes continuously depending on the shape and position of the object, so if the speed and direction of the fluid are uniform in time and space, It has the disadvantage that it converges to a certain position or shape as time passes. Furthermore, even if the speed and direction of the fluid were changed temporally and spatially, the shape of the object changed slowly and unnaturally. For example, as shown in Figure 10(A), a "cloth"-like object fixed to a pole at two points, the upper left end and the lower left end, like a "flag," is Consider an animation video that expresses the behavior of an object when placed inside.

【0011】図10(A)は「旗」の初期状態を示し、
この場合風は「旗」に対して平行な方向(左側)から吹
いている。
FIG. 10(A) shows the initial state of the "flag",
In this case, the wind is blowing from a direction parallel to the flag (to the left).

【0012】図10(A)の状態において「旗」を構成
する各微小な四辺形について局所的に、流体すなわち風
の向きを表すベクトルと、当該微小な四辺形の形や向き
とによつて当該微小な四辺形に及ぼす力が計算され、各
微小な四辺形に及ぼす力によつて「旗」の各部の移動方
向及び移動量に変化が与えられる。その結果アニメーシ
ヨンの「旗」の各微小な四辺形にそれぞれ局所的な条件
に基づく各別な力が求められ、この各別な力よつて対応
する微小な四辺形が各別な位置に移動することにより、
変換後の「旗」のアニメーシヨン映像は図10(B)〜
図10(D)に示すように、はためくような変化をする
In the state shown in FIG. 10(A), for each minute quadrilateral constituting the "flag," the vector representing the direction of the fluid, that is, the wind, and the shape and orientation of the minute quadrilateral are used. The force exerted on each minute quadrilateral is calculated, and the direction and amount of movement of each part of the "flag" is changed by the force exerted on each minute quadrilateral. As a result, each tiny quadrilateral of the animation's "flag" has a different force based on local conditions, and each of these different forces moves the corresponding tiny quadrilateral to a different position. By doing so,
The animation video of the “flag” after conversion is shown in Figure 10 (B) ~
As shown in FIG. 10(D), it changes in a fluttering manner.

【0013】ところがかかる微小な四辺形に及ぼす力を
時間の経過に従つて計算して行くと、各微小な四辺形に
対する環境、この場合風の向き並びに四辺形の形及び向
きの関係の変化には比較的小さい限界があるため、「旗
」の変形演算結果を繰り返すうちに「旗」の変化形状に
収束が生ずる。
However, when we calculate the force exerted on such minute quadrilaterals over time, we find that the environment for each minute quadrilateral, in this case, changes in the direction of the wind and the relationship between the shapes and orientations of the quadrilaterals. Since there is a relatively small limit to the shape of the flag, as the result of the transformation calculation of the flag is repeated, the shape of the flag converges.

【0014】例えば図10(A)に示す状態から図10
(B)〜図10(D)に示すような変形演算を繰り返し
て行くと、やがて「旗」は図10(E)に示すように少
し垂れ下つた状態から余り目立つた変化をしないような
収束状態になる。実際上この収束状態は、「旗」の重力
及び風による浮力がつり合うと、その後はあまり大きな
変化をしなくなる。
For example, from the state shown in FIG.
As the transformation operations shown in (B) to Figure 10 (D) are repeated, the "flag" eventually converges without any noticeable change from the slightly drooping state shown in Figure 10 (E). become a state. In reality, this state of convergence does not change much after the gravity of the flag and the buoyancy of the wind are balanced.

【0015】次に図10(E)の収束状態において、風
の向きを45°回転させてみると、風の向きが変つたこ
とにより変換後の「旗」の形状は図10(E)の状態か
ら動き始めて順次図11(A)、(B)、(C)及び(
D)の状態を経て図11(E)の状態に変化する。この
ように変換後の「旗」のたなびき方は風の向きが45°
回転したことによりこれに応動して変化して行くが、実
際上変化速度が遅いため現実感が十分ではない問題があ
る。
Next, in the convergence state shown in FIG. 10(E), when the direction of the wind is rotated by 45 degrees, the shape of the "flag" after conversion is as shown in FIG. 10(E) due to the change in the direction of the wind. It starts moving from the state and sequentially moves to Figs. 11 (A), (B), (C) and (
The state changes to the state shown in FIG. 11(E) through the state D). In this way, the way the "flag" flutters after conversion is that the wind direction is 45 degrees.
It changes in response to the rotation, but the speed of change is actually slow, so there is a problem that the sense of reality is not sufficient.

【0016】そしてかかる変化後の「旗」の形状は再び
収束状態になつて大きな変化をしなくなる。このように
、従来の方法では、一定の流体の中では物体の映像は平
衡状態に収束し、流体の速さや向きを時間的、空間的に
変化させても物体の形状の変化はゆつくりであり不自然
になる問題がある。
After such a change, the shape of the "flag" becomes converged again and does not change significantly. In this way, with conventional methods, the image of an object converges to an equilibrium state in a constant fluid, and the shape of the object does not change slowly even if the speed or direction of the fluid changes temporally or spatially. There is a problem that it becomes unnatural.

【0017】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来のように流体の速度及び物体の局所的な方向に
基づいて連続的に決まる力だけではなく、物体の曲率に
よつて決まる力を働かせることにより、平衡状態に陥ら
ないアニメーシヨンを作成できるようにしたアニメーシ
ヨン作成装置を提案しようとするものである。
The present invention has been made in consideration of the above points, and is based not only on the conventional force that is determined continuously based on the velocity of the fluid and the local direction of the object, but also on the curvature of the object. This paper attempts to propose an animation creation device that can create animations that do not fall into an equilibrium state by applying a determined force.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、アニメーシヨン表示対象FLG
となる図形上に多数の質点MPを設定することにより変
換対象モデルを形成し、質点MP間を結ぶ方向のベクト
ルh0〜h3に基づいて質点MPに対応する曲率K0、
K1を求め、曲率K0、K1に基づいて質点MPに作用
する作用力F0、F1を求め、この作用力F0、F1を
質点MPに作用させることにより当該質点MPの変換ア
ニメーシヨン図形上の表示位置を変更するようにする。
[Means for Solving the Problem] In order to solve this problem, the present invention provides an animation display target FLG.
A conversion target model is formed by setting a large number of material points MP on the figure, and the curvature K0 corresponding to the material point MP is calculated based on vectors h0 to h3 in the direction connecting the material points MP.
Find K1, find the acting forces F0 and F1 that act on the mass point MP based on the curvatures K0 and K1, and apply these acting forces F0 and F1 to the mass point MP to change the display position of the mass point MP on the conversion animation figure. to change.

【0019】[0019]

【作用】質点MP間を結ぶ方向のベクトルh0及びh2
、h1及びh3を用いて当該質点MPの位置に対応する
曲率K0、K1を求め、この曲率K0、K1によつて当
該質点MPに作用する作用力F0、F1を求め、この作
用力F0、F1によつて当該質点MPの位置を変更する
。その結果変換後の質点位置は連続的に変化することに
より、アニメーシヨン映像を収束させることなくかつア
ニメーシヨン映像の変化速度を一段と速めることができ
る。
[Operation] Vectors h0 and h2 in the direction connecting the mass points MP
, h1 and h3 to find the curvatures K0 and K1 corresponding to the position of the mass point MP, use these curvatures K0 and K1 to find the acting forces F0 and F1 acting on the mass point MP, and calculate the acting forces F0 and F1. The position of the mass point MP is changed by . As a result, the position of the material point after conversion changes continuously, thereby making it possible to further accelerate the rate of change of the animation image without causing the animation image to converge.

【0020】[0020]

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0021】本発明によるアニメーシヨン作成装置11
は図9との対応部分に同一符号を付して図1に示すよう
に、アニメーシヨンデータ作成装置12において作成し
た作成アニメーシヨンデータD2をアニメーシヨンデー
タメモリ4にアニメーシヨンデータD1として供給する
Animation creation device 11 according to the present invention
As shown in FIG. 1 with the same reference numerals assigned to corresponding parts to those in FIG. 9, created animation data D2 created in the animation data creation device 12 is supplied to the animation data memory 4 as animation data D1.

【0022】アニメーシヨンデータ作成装置12はアニ
メーシヨン映像として作成すべき「旗」の順次続く時刻
に「旗」がどのような形になつているかを表す3次元座
標値データを作成アニメーシヨンデータD2として発生
する。アニメーシヨンデータ作成装置12は、図2及び
図3に示すように、アニメーシヨン表示対象FLGにつ
いて「重力の強さ」、「風の強さ」、「障害物の形や位
置」などのようにこれから動かそうとしている「旗」が
どのような環境の中に置かれているかを示すデータでな
る環境データD11を環境データメモリ21から運動方
程式演算装置22に与える。
The animation data creation device 12 creates three-dimensional coordinate value data representing the shape of the "flag" at successive times of the "flag" to be created as an animation video.Animation data D2 occurs as. As shown in FIGS. 2 and 3, the animation data creation device 12 determines information such as "strength of gravity,""strength of wind,""shape and position of obstacles," etc. for the animation display target FLG. Environmental data D11 consisting of data indicating what kind of environment the "flag" that is about to be moved is placed is provided from the environmental data memory 21 to the equation of motion calculation device 22.

【0023】運動方程式演算装置22は「旗」を表すモ
デルに対して環境データD11に対応する運動方程式を
たててこれを解くような演算を実行し、当該演算結果を
3次元座標配列データD12としてフオーマツト変換装
置23に与える。
The equation of motion calculation device 22 executes calculations such as creating and solving equations of motion corresponding to the environmental data D11 for the model representing the "flag", and converts the calculation results into three-dimensional coordinate array data D12. It is given to the format conversion device 23 as a file format.

【0024】フオーマツト変換装置23は3次元座標を
、画像変換装置2(図1)が使用できるフオーマツトの
アニメーシヨンデータに変換し、これを作成アニメーシ
ヨンデータD2としてアニメーシヨンデータメモリ4に
供給する。
The format conversion device 23 converts the three-dimensional coordinates into animation data in a format that can be used by the image conversion device 2 (FIG. 1), and supplies this to the animation data memory 4 as created animation data D2.

【0025】運動方程式演算装置22は、図2に示すよ
うに、「旗」の表面上の各点の位置を、質点MPを立体
的に格子状にばねSPによつて結合して表す3次元モデ
ルによつて表現する。
As shown in FIG. 2, the equation of motion calculation device 22 calculates the position of each point on the surface of the "flag" using a three-dimensional system that represents the position of each point on the surface of the "flag" by connecting mass points MP three-dimensionally in a lattice shape by means of springs SP. Expressed by a model.

【0026】すなわち各格子点(白丸)は質点MPを表
していると共に、格子点間の線分はすべてばねSPを表
している。従つてこの3次元モデルの場合、立体的物体
は1つの質点MPに対して最大6本のばねSPが接続す
ることができる。これに対して「旗」のように平面的な
物体の場合は、一般的に図3に示すように、1つの質点
MPに対して4本のばねSPを接続することによつて「
旗」のモデルを表現することができると共に、コーナや
端の質点MPには4本未満のばねSPを接続することに
よつて表現できる。
That is, each grid point (white circle) represents a mass point MP, and all line segments between the grid points represent springs SP. Therefore, in the case of this three-dimensional model, a maximum of six springs SP can be connected to one mass point MP of the three-dimensional object. On the other hand, in the case of a flat object such as a "flag", as shown in FIG. 3, four springs SP are connected to one mass point MP.
It is possible to express a model of a "flag", and it can also be expressed by connecting less than four springs SP to the mass points MP at the corners and ends.

【0027】図3の3次元モデルにおいて、質点MPは
質量が1点に集まつたもので、ニユートンの運動方程式
に従つて運動する。ばねSPは自然状態での長さをもつ
ており、フツクの法則に従つて変位に応じた力を出す。 この他に、隣り合うばね相互間には弾力性をもつたヒン
ジがあり、隣り合うばね同士を90°の角度に保とうと
する。かくして対角線上のヒンジ相互間には当該ばね同
士を180°に保とうとする力が働く。
In the three-dimensional model shown in FIG. 3, mass point MP is a collection of masses at one point, and moves according to Newton's equation of motion. The spring SP has a length in its natural state and generates a force according to the displacement according to Hook's law. In addition, there is a resilient hinge between adjacent springs that attempts to maintain the adjacent springs at a 90° angle. Thus, a force acts between the diagonal hinges to keep the springs at 180 degrees.

【0028】図4の3次元モデルにおいて、各質点MP
は次の運動方程式に従つて運動する。
In the three-dimensional model of FIG. 4, each mass point MP
moves according to the following equation of motion.

【数1】[Math 1]

【0029】ここで、Mは質点MPの質量、Гは減衰係
数、xは質点MPの3次元座標、tは時間、Fは質点M
Pに働く作用力である。(1)式において、質量Mは定
数であり、減衰係数Гは運動が収束するように付加され
たもので定数であり、質点MPに働く作用力Fは時間と
共に変化する量で質点MP全体の配置や環境によつて決
まる。
Here, M is the mass of the mass point MP, Г is the attenuation coefficient, x is the three-dimensional coordinate of the mass point MP, t is time, and F is the mass point M
This is the acting force acting on P. In equation (1), the mass M is a constant, the damping coefficient Γ is added to converge the motion and is a constant, and the acting force F acting on the mass point MP is a quantity that changes with time and is a constant for the entire mass point MP. Determined by placement and environment.

【0030】(1)式によつて表される微分方程式は、
図2の運動方程式演算装置22において時間tによつて
量子化することにより、次式
The differential equation expressed by equation (1) is:
By quantizing by time t in the equation of motion calculation device 22 of FIG. 2, the following equation

【数2】 のような差分方程式に変換された後、x(t+dt)に
ついて解くような演算をすることにより、次式
After being converted into a difference equation as shown in [Equation 2], by performing calculations to solve for x(t+dt), the following equation is obtained.

【数3】 を得る。[Math 3] get.

【0031】(2)式及び(3)式において、x(t)
は現在の座標、x(t−dt)は単位処理時間だけ前の
座標、x(t+dt)は単位処理時間だけ後の座標であ
る。かくして運動方程式演算装置22は、現在の状態で
質点が受ける力Fを求めることにより(3)式から質点
MPが次の処理時間だけ後の時点において移動する位置
を求めることができる。
In equations (2) and (3), x(t)
is the current coordinate, x(t-dt) is the coordinate before the unit processing time, and x(t+dt) is the coordinate after the unit processing time. In this way, the equation of motion calculation device 22 can determine the position to which the mass point MP will move at the time point after the next processing time from equation (3) by determining the force F that the mass point receives in the current state.

【0032】ところで質点MPが受ける作用力Fは次式
By the way, the acting force F that mass point MP receives is expressed by the following formula:

【数4】 によつて表される。[Math 4] Represented by

【0033】(4)式において、Kは質点MPの位置に
おける曲率、Wは流体の速度ベクトル、Aは流体の粘性
、nは質点MPの位置における法線ベクトル、(,)は
内積、fは曲率による力の変化を表す変換関数であり、
これにより質点MPの作用力Fを質点MPの位置の物体
の曲率に基づいて求めることができる。また(4)式に
おいて、(|W|−|(W,n)|)は風の向きと曲面
の向きによつて決まる値であり、風と曲面が平行になる
ほど大きな値になる。
In equation (4), K is the curvature at the position of the mass point MP, W is the velocity vector of the fluid, A is the viscosity of the fluid, n is the normal vector at the position of the mass point MP, (,) is the inner product, and f is the is a conversion function that represents the change in force due to curvature,
Thereby, the acting force F of the mass point MP can be determined based on the curvature of the object at the position of the mass point MP. In equation (4), (|W|−|(W, n)|) is a value determined by the direction of the wind and the direction of the curved surface, and becomes larger as the wind and the curved surface become parallel.

【0034】この質点MPにおいて(4)式によつて表
される作用力Fは簡易的に以下のようにして求めること
ができる。先ず、図4に示すように、質点MPから隣り
合う質点MPに向かう単位ベクトルをh0、h1、h2
及びh3とすると、2組の向かい合うばねSPの方向に
ついて、向かい合う単位ベクトルの和を正規化した単位
ベクトルn0及びn1は次式
The acting force F expressed by equation (4) at this mass point MP can be simply determined as follows. First, as shown in FIG. 4, unit vectors directed from a mass point MP to an adjacent mass point MP are h0, h1, h2
and h3, unit vectors n0 and n1, which are normalized sums of opposing unit vectors, are expressed by the following equations in the directions of the two sets of opposing springs SP.

【数5】[Math 5]

【数6】 のように表すことができるのに対して、向かい合う単位
ベクトルの差を正規化した単位ベクトルd0及びd1は
次式
[Equation 6] On the other hand, the unit vectors d0 and d1, which are the normalized differences between opposing unit vectors, are expressed as follows:

【数7】[Math 7]

【数8】 のように表すことができる。[Math. 8] It can be expressed as

【0035】次に、1組の向かい合う単位ベクトル、例
えばh0及びh2について、その和のベクトルh0+h
2及び差のベクトルh0−h2は図5に示すように、簡
易的に質点MPの近傍位置において、ほぼ直交する方向
に向く2つのベクトルを求めることができることを意味
する。他の1組の向かい合う単位ベクトルh1及びh3
についても同様である。そこで単位ベクトルの和h0+
h2の方向並びに単位ベクトルの和h1+h3の方向は
互いに交差する方向とをもつと共に、その曲率K0及び
K1は次式
Next, for a pair of opposing unit vectors, for example h0 and h2, the sum vector h0+h
2 and the difference vector h0-h2, as shown in FIG. 5, means that two vectors oriented in substantially orthogonal directions can be easily obtained at a position near the mass point MP. Another pair of opposing unit vectors h1 and h3
The same applies to Therefore, the sum of unit vectors h0+
The direction of h2 and the direction of the sum of unit vectors h1+h3 have directions that intersect with each other, and their curvatures K0 and K1 are expressed by the following formula

【数9】[Math. 9]

【数10】 によつて求めることができる。そして(4)式について
上述したと同様にして当該曲率K0及びK1を用いて次
It can be determined by the following equation. Then, in the same manner as described above for equation (4), using the curvatures K0 and K1, the following equation

【数11】[Math. 11]

【数12】 によつて単位ベクトルの和h0+h2及びh1+h3の
方向(互いに交差する方向)について、質点MPに作用
する2つの作用力F0及びF1を求めることができる。
Two acting forces F0 and F1 acting on the mass point MP can be found in the directions of the unit vector sums h0+h2 and h1+h3 (directions that intersect with each other) using Equation 12.

【0036】かくして質点MPに作用する作用力Fはこ
れら2つの作用力の和として、
Thus, the acting force F acting on the mass point MP is the sum of these two acting forces,

【数13】 となる。[Math. 13] becomes.

【0037】(11)式及び(12)式において、変換
関数fとして図6に示すような関数を用いる。すなわち
変換関数f(K0)及びf(K1)は曲率K0及びK1
が0のとき0であり、曲率K0及びK1が増加するに従
つて増加し、所定の曲率になると減少し始めるような関
数に選定されている。この実施例の場合曲率K0及びK
1は(9)式及び(10)式に基づいて求めるようにな
されているので、その変化範囲は0から2までであり、
K0、K1=1のとき、すなわち単位ベクトルh0及び
h2、h1及びh3が互いに直交するとき、これを境に
減少を始める。
In equations (11) and (12), a function as shown in FIG. 6 is used as the conversion function f. That is, the transformation functions f(K0) and f(K1) are the curvatures K0 and K1
The function is selected such that it is 0 when 0, increases as the curvatures K0 and K1 increase, and begins to decrease when a predetermined curvature is reached. In this example, the curvatures K0 and K
Since 1 is calculated based on equations (9) and (10), its variation range is from 0 to 2,
When K0, K1=1, that is, when unit vectors h0 and h2, h1 and h3 are orthogonal to each other, the decrease starts from this point.

【0038】かくして、曲率K0、K1がK0、K1=
0〜1の範囲にあり、従つて単位ベクトルh0及びh2
、h1及びh2が反対方向に向いた状態から直交する方
向に折れ曲がつて行くとき、当該質点に与えられる作用
力Fは大きくなつて行く。また曲率K0、K1がK0、
K1=1〜2の範囲にあり、従つて単位ベクトルh0及
びh2、h1及びh2が直交する方向に折れ曲がつた状
態からさらに大きく折れ曲がつて行くとき、当該質点に
与えられる作用力Fは小さくなつて行く。
[0038] Thus, the curvatures K0 and K1 are K0, K1=
in the range 0 to 1, so the unit vectors h0 and h2
, h1 and h2 are bent in orthogonal directions from a state where they face in opposite directions, the acting force F applied to the mass point increases. Also, the curvature K0, K1 is K0,
K1 is in the range of 1 to 2, therefore, when the unit vectors h0 and h2, h1 and h2 bend further from the perpendicular direction, the acting force F applied to the mass point is It's getting smaller.

【0039】以上のようにして求められた作用力Fを各
質点MPに働かせると、画像変換装置2から得られる出
力画像データPC2は表示対象FLG(図3)を図7(
A)〜(E)に示すように連続的にはためかせるような
アニメーシヨン映像を表すことができる。
When the acting force F determined as described above is applied to each mass point MP, the output image data PC2 obtained from the image conversion device 2 converts the display target FLG (FIG. 3) into the image shown in FIG.
As shown in A) to (E), continuous fluttering animation images can be displayed.

【0040】この「旗」のアニメーシヨン映像は風の強
さ、方向が一定な場合であつても、「旗」の各部を構成
する質点MPに対して当該位置における曲率の変化に応
じて変化する作用力Fを作用させたと同様の位置的な移
動を生じさせることができることにより、結局「旗」全
体として自然なはためきを連続して生じさせることがで
きる。ここで変換関数fを調節できるようにすれば、は
ためきの激しさを調節できる。
[0040] Even if the wind strength and direction are constant, the animation image of this "flag" changes according to the change in curvature at the relevant position with respect to the material point MP that constitutes each part of the "flag". By being able to cause the same positional movement as when the acting force F is applied, it is possible to cause the flag as a whole to fluttering naturally in a continuous manner. If the conversion function f can be adjusted here, the intensity of the fluttering can be adjusted.

【0041】運動方程式演算装置22は1単位処理時間
の間に繰り返し図8に示す質点位置変換処理手順を実行
することにより、「旗」上のすべての質点MP(図3)
について環境データD1に基づく変換位置の演算を実行
し、その結果として柔らかい物体である「旗」が重力、
風力などの環境条件に応じて柔らかく動くアニメーシヨ
ン映像を作成する。
The equation of motion calculation device 22 repeatedly executes the mass point position conversion processing procedure shown in FIG. 8 during one unit processing time, thereby calculating all the mass points MP on the "flag" (FIG. 3).
As a result, the "flag", which is a soft object, is affected by gravity,
Create animation videos that move softly in response to environmental conditions such as wind power.

【0042】すなわち運動方程式演算装置22は、図8
のステツプSP0において当該質点位置変換処理手順の
処理を開始した後、ステツプSP1において原画像上の
「旗」図形上の1つのサンプル点を選択し、続くステツ
プSP2において当該サンプル点の質点MPに隣り合う
質点に向かう単位ベクトルh0、h1、h2及びh3を
求め、続くステツプSP3において(5)式及び(6)
式に基づいて向かい合う単位ベクトルh0及びh2、h
1及びh3の和を正規化してなる単位ベクトルn0、n
1を求めた後、ステツプSP4において(7)式及び(
8)式に基づいて向かい合う単位ベクトルh0及びh2
、h1及びh3の差を正規化してなる単位ベクトルd0
、d1を求める。
In other words, the equation of motion calculation device 22 is shown in FIG.
After starting the processing of the material point position conversion processing procedure in step SP0, one sample point on the "flag" shape on the original image is selected in step SP1, and the sample point adjacent to the material point MP is selected in step SP2. The unit vectors h0, h1, h2, and h3 directed toward the matching mass points are found, and in the subsequent step SP3, equations (5) and (6) are calculated.
Opposing unit vectors h0 and h2, h based on the formula
Unit vectors n0, n formed by normalizing the sum of 1 and h3
1, in step SP4, equation (7) and (
8) Opposing unit vectors h0 and h2 based on formula
, unit vector d0 obtained by normalizing the difference between h1 and h3
, d1 is determined.

【0043】以下順次運動方程式演算装置22は、ステ
ツプSP5において(9)式及び(10)式に基づいて
簡易な演算式によつて当該質点MPの曲率K0及びK1
を求め、ステツプSP6において(11)式及び(12
)式に基づいて曲率K0及びK1について当該質点MP
に作用する作用力F0及びF1を求め、ステツプSP7
において(13)式に基づいて当該質点に作用する和の
作用力Fを求めてこれを他の作用力に加え、トータル作
用力を用いて(3)式に基づく当該サンプル点の変換後
の新しい座標を求める。
In step SP5, the equation of motion calculation device 22 calculates the curvatures K0 and K1 of the mass point MP using simple calculation formulas based on formulas (9) and (10).
is calculated, and in step SP6, equations (11) and (12) are calculated.
) Based on the formula, the mass point MP for the curvatures K0 and K1 is
Find the acting forces F0 and F1 acting on the
Then, calculate the total acting force F acting on the mass point based on equation (13), add this to other acting forces, and use the total acting force to calculate the new value after conversion of the sample point based on equation (3). Find the coordinates.

【0044】かくして運動方程式演算装置22は当該サ
ンプル点についての変換後の座標位置の演算を終了し、
その演算結果を作成アニメーシヨンデータD2としてア
ニメーシヨンデータメモリ4に記憶させる。その後運動
方程式演算装置22はステツプSP8においてすべての
サンプル点の処理が終了したか否かの判断をし、否定結
果が得られたとき上述のステツプSP1に戻つて新たな
サンプル点についての座標位置の演算に入る。
In this way, the equation of motion calculation device 22 completes calculation of the coordinate position after transformation for the sample point, and
The calculation result is stored in the animation data memory 4 as created animation data D2. Thereafter, the equation of motion calculation device 22 determines whether processing of all sample points has been completed in step SP8, and when a negative result is obtained, returns to step SP1 described above to determine the coordinate position of a new sample point. Enter calculation.

【0045】以下同様にして原画像上の「旗」図形上の
すべてのサンプル点についての変換後の座標位置の演算
を終了すると、運動方程式演算装置22はステツプSP
8において肯定結果が得られることによりステツプSP
9に移つて当該質点位置変換処理手順を終了する。
After completing the calculation of the coordinate positions after transformation for all the sample points on the "flag" figure on the original image in the same manner, the equation of motion calculation device 22 proceeds to step SP.
If a positive result is obtained in step 8, step SP
9, the mass point position conversion processing procedure ends.

【0046】このようにして運動方程式演算装置22は
1単位処理時間の間に1枚分の「旗」の変換処理を終了
し、以後同様の変換処理を新たな1単位処理時間が開始
するごとに繰り返す。その結果図7(A)、(B)、(
C)、(D)及び(E)に示すように、順次続く処理時
間において「旗」の各質点の位置が重力、風力などの環
境条件に加えて、各質点の位置における「旗」の曲率の
変化に基づいて変化することにより柔らかい「旗」が連
続的に風にはためき、しかも風の方向が変わつた場合に
直ちに変化が生ずるように図形が動くアニメーシヨン映
像を実現できる。
In this way, the equation of motion calculation device 22 completes the conversion process for one "flag" during one unit of processing time, and thereafter performs the same conversion process every time a new unit of processing time starts. Repeat. As a result, Fig. 7 (A), (B), (
As shown in C), (D), and (E), the position of each mass point of the "flag" changes depending on environmental conditions such as gravity and wind power as well as the curvature of the "flag" at the position of each mass point during the sequential processing time. By changing based on changes in the wind, it is possible to realize an animation image in which a soft "flag" continuously flutters in the wind, and the figure moves so that the change occurs immediately when the direction of the wind changes.

【0047】上述の構成によれば、図形のアニメーシヨ
ンを作成するとき、例えば質点MP及びばねSPを組み
合わせたモデルによつて物体を表現し、物体上の各点の
位置を「重力」、「風力」などの環境に対する質点MP
の運動を物理法則に従つて計算して決めるようにしよう
とする場合に、物体上の曲率の変化に基づいて各点に作
用する作用力を加えるようにしたことにより、アニメー
シヨン図形を所定の形状に収束させることなくいつまで
も連続的に変化し続けることができることにより、一段
と現実感のあるアニメーシヨンを作成することができる
According to the above configuration, when creating an animation of a figure, the object is represented by a model that combines mass points MP and springs SP, and the position of each point on the object is determined by "gravity", " Mass point MP for environment such as “wind wind”
When trying to determine the motion of an object by calculating it according to the laws of physics, by adding an acting force that acts on each point based on the change in curvature on the object, it is possible to control the animation figure to a predetermined shape. By being able to continuously change the shape without converging, it is possible to create even more realistic animations.

【0048】かくするにつき、第1に、簡単な計算で求
められる力を付加することにより現実感のある動きを表
現できる。第2に、流体の時間的、空間的な変化を入力
しなくて良い。第3に、カタストロフイツクな力と連続
的な力の中間の力を使うことにより動きのダイナミツク
さをコントロールできる。その結果、アニメーシヨン作
成作業をする際に、アニメータが手で絵を描いたり、図
形の形を決めたりせずに自動的に映像を作る際に、不自
然なアニメーシヨン映像の収束を生じさせないようにで
きる。
First, by adding a force determined by simple calculation, realistic motion can be expressed. Second, there is no need to input temporal and spatial changes in the fluid. Third, the dynamics of movement can be controlled by using a force intermediate between catastrophic force and continuous force. As a result, when creating an animation, when the animator automatically creates the video without manually drawing or determining the shape of the figure, unnatural convergence of the animation video does not occur. You can do it like this.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、表示対象
となる物体を質点の集合としたモデルによつて表現し、
当該質点が重力、風力、障害物などの環境条件の下に物
理法則に従つて運動する際の位置を計算することによつ
てアニメーシヨン変換図形を作成する際に、当該質点の
位置又はその近傍の曲率に基づいて簡単な演算によつて
求めた作用力を加えるようにしたことにより、たとえ流
体による力が時間的、空間的に一様であつてもアニメー
シヨン映像の不自然な収束や、応動動作の遅れを生じさ
せることがなくその分現実感が大きいアニメーシヨン映
像を容易に作成することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, an object to be displayed is represented by a model consisting of a set of mass points,
When creating an animation transformation figure by calculating the position of the mass point when it moves according to the laws of physics under environmental conditions such as gravity, wind power, and obstacles, the position of the mass point or its vicinity By applying the acting force determined by simple calculations based on the curvature of To easily create an animation video with a greater sense of reality without causing a delay in response action.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明によるアニメーシヨンデータ作成装置の
一実施例を示すブロツク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an animation data creation device according to the present invention.

【図2】図1のアニメーシヨンデータ作成装置の詳細構
成を示すブロツク図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the animation data creation device shown in FIG. 1;

【図3】表示対象のモデルを示す略線図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a model to be displayed.

【図4】質点間の単位ベクトルを示す略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing unit vectors between mass points.

【図5】単位ベクトルの和及び差を示す略線図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the sum and difference of unit vectors.

【図6】曲率に対する作用力の変換関数を示す曲線図で
ある。
FIG. 6 is a curve diagram showing a conversion function of acting force to curvature.

【図7】アニメーシヨン映像の連続的変化を示す略線図
である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing continuous changes in an animation video.

【図8】質点位置変換処理手順を示すフローチヤートで
ある。
FIG. 8 is a flowchart showing a mass point position conversion processing procedure.

【図9】従来のアニメーシヨン作成装置を示すブロツク
図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a conventional animation creation device.

【図10】従来のアニメーシヨン映像を示す略線図であ
る。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a conventional animation video.

【図11】従来のアニメーシヨン映像を示す略線図であ
る。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional animation video.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11……アニメーシヨン作成装置、2……画像変換
装置、3……原画像メモリ、4……アニメーシヨンデー
タメモリ、12……アニメーシヨンデータ作成装置、2
1……環境データメモリ、22……運動方程式演算装置
、23……フオーマツト変換装置。
1, 11...Animation creation device, 2...Image conversion device, 3...Original image memory, 4...Animation data memory, 12...Animation data creation device, 2
1...Environmental data memory, 22...Equation of motion calculation device, 23...Format conversion device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アニメーシヨン表示対象となる図形上に多
数の質点を設定することにより変換対象モデルを形成し
、上記質点間を結ぶ方向のベクトルに基づいて上記質点
に対応する曲率を求め、上記曲率に基づいて上記質点に
作用する作用力を求め、上記作用力を上記質点に作用さ
せることにより当該質点の変換アニメーシヨン図形上の
表示位置を変更することを特徴とするアニメーシヨン作
成装置。
Claim 1: Forming a conversion target model by setting a large number of material points on a figure to be displayed as an animation, and determining the curvature corresponding to the material point based on a vector in a direction connecting the material points, An animation creation device characterized in that the acting force acting on the mass point is determined based on the curvature, and the display position of the mass point on the converted animation figure is changed by applying the acting force to the mass point.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6014151A (en) * 1997-11-05 2000-01-11 Animation Science Method for allowing a particle to follow a path
JP2010515995A (en) * 2007-05-29 2010-05-13 エフエックスギア インコーポレイテッド Real-time close simulation system and method
CN107689071A (en) * 2016-08-04 2018-02-13 创盛视联数码科技(北京)有限公司 The method of word animation producing

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