JPH05101161A - アニメーシヨン作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、アニメーシヨン作成装置において、
揺らぎをシミユレートし自然なアニメーシヨン映像を容
易に作成しようとするものである。 【構成】物理法則にしたがつて物体の動作や変形を求め
る際、その計算結果に微小量の乱数データを発生して付
加することにより、実際の変形や運動における揺らぎを
シミユレートして自然なアニメーシヨンを作成し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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９〜図１１） 課題を解決するための手段（図１〜図８） 作用（図１〜図８） 実施例（図１〜図８） 発明の効果

【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、例えば放送用３次元特殊効果装置において
「布」、「カーテン」等のように弾力性を有する物体が
揺らぐ様子を表すアニメーシヨン映像を作成する場合に
適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、アニメーシヨン作成装置を用いて
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
定義する図形入力方法が採用されている。

【０００４】すなわち図９に示すように、例えば布のア
ニメーシヨンを作る場合について、アニメーシヨン作成
装置１は画像変換装置２を有する。

【０００５】この画像変換装置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ようになされており、
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、「布」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、布の画像を変形してなる出力画像データＰＣ
２を出力画像メモリ５に送出する。

【０００６】このようなアニメーシヨンデータＤ１はあ
る瞬間の布の形を表す座標値でなり、必要に応じて１つ
又は複数のフレームデータを含んで構成されている。こ
のアニメーシヨンデータは予めアニメータが手で作成し
たり又は簡単な関数を組み合わせた計算によつて発生さ
せるようになされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような手
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。この問題は特に自然
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顕著になり、図形入力作業に
多大な時間及び労力が必要で生産性が悪かつた。

【０００８】このような問題を解決するため、物理モデ
ルを使つてコンピユータでシミユレーシヨンを行いアニ
メーシヨンを作成するアニメーシヨン作成装置がある。
このようなアニメーシヨン作成装置では、アニメーシヨ
ンで表現したい物体の物理的性質をなるべく忠実にモデ
ル化しコンピユータでシミユレーシヨンすることによ
り、その動きを求める方法で、人間が手で描いたアニメ
ーシヨンより本物らしくしかも簡単にそれを作ることが
できる（特願平3-89880 号、特願平3-93392 号、特願平
3-93601 号）。

【０００９】ところがこのように物理モデルを使つてコ
ンピユータでシミユレーシヨンを行うアニメーシヨン作
成装置では、人工的に作つた物体のモデルが人工的な環
境のなかで動く様子をシミユレートしアニメーシヨンを
作る場合、モデルの位置や形を表す座標値が特定の値を
とると不自然なアニメーシヨンになることがある。

【００１０】例えば地面に垂直に立つている布のような
物体に重力を下向きに働かせても永遠に倒れなかつた
り、カーテンを閉じてもしわができないというような不
自然さが存在する問題がある。

【００１１】すなわち図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、布Ｎ０
をある高さから床ＦＬの上に垂直に落としたところであ
り、風力が働いていないとすると環境から受ける力は重
力と床ＦＬからの反発力だけであるから、質点の受ける
力はいつまでも布Ｎ０の面上からはみでない。このため
布Ｎ０は倒れることなくいつまでも図１０（Ｄ）に示す
ような不自然な状態でいる。

【００１２】また図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、カー
テンＣ０が一方向に拘束を受け垂れ下がつているところ
であり、画面の奥のほうから円柱の障害物Ｓ０が動いて
くるところである。この場合拘束の方向と同じ方向に障
害物Ｓ０による力を受けたため、質点には面の外への力
が加わることがなく、３次元的に変形された自然なしわ
ができない。

【００１３】このような不自然さをさけるためには、例
えば重力の向きと完全に一致するようには布Ｎ０を置か
ないというように、特定の座標値を避けるようにプログ
ラムを作らねばならない。ところが実際上このようなプ
ログラミングは非常に面倒であるうえ、カーテンＣ０の
例ではそのような回避も難しく、解決策としては未だ不
十分であつた。

【００１４】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、揺らぎをシミユレートし自然なアニメーシヨン映像
を容易に作成し得る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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、物理法則の環境下での物体Ｎ１、
Ｃ１のアニメーシヨンを作成するアニメーシヨン作成装
置１１において、物理法則にしたがつて物体Ｎ１、Ｃ１
の動作や変形を求める際、その計算結果に微小量の乱数
データを発生して付加するようにした。

【００１６】

【作用】物理法則にしたがつて物体Ｎ１の動作や変形を
求める際、その計算結果に微小量の乱数データを付加す
ることにより、実際の変形や運動における揺らぎをシミ
ユレートして自然なアニメーシヨンを作成し得る。

【００１７】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１８】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。

【００１９】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物体として例えば布の
順次続く時刻に布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。

【００２０】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の布
Ｎ１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布Ｎ１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。

【００２１】運動方程式演算装置２２は布Ｎ１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
立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。

【００２２】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。

【００２３】運動方程式演算装置２２は、図２に示すよ
うに、布Ｎ１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。

【００２４】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。

【００２５】これに対して布Ｎ１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布Ｎ１
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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】この図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。

【数１】

【００２９】ここで、Ｍは質点ＭＰの質量、Гは減衰係
数、ｘは質点ＭＰの位置を表す３次元座標、ｔは時間、
Ｆは質点ＭＰに働く力である。 （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。

【００３０】ここでこの実施例の場合、図２の運動方程
式演算装置２２において（１）式を解いた結果得られる
質点ＭＰの位置座標ｘに、次式

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】 で与えられる微小な変位を付加して質点の新しい位置座
標ｘfとしている。

【００３１】この（２）〜（５）式において、 uniform
＿random(a,b）は、ａを平均として±ｂの範囲から選ば
れる乱数を発生する関数であり、ｄは任意の微小な数、
ｘfは最終的な質点の座標である。

【００３２】ここで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５に示すアニメーシヨン作成方
法を実行することにより、布Ｎ１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布Ｎ１
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。

【００３３】すなわち運動方程式演算装置２２は図５の
ステツプＳＰ０において当該アニメーシヨン作成方法の
処理を開始した後、ステツプＳＰ１において原画像上の
布Ｎ１の図形上の１つのサンプル点を選択し、続くステ
ツプＳＰ２において次式、

【数６】 の演算を実行することにより、物理法則に従つて当該サ
ンプル点の質点ＭＰに働く力Ｆを求める。

【００３４】続いて運動方程式演算装置２２は、続くス
テツプＳＰ３において、（１）式を実行することによ
り、当該サンプル点の質点ＭＰの新しい座標を求め、続
くステツプＳＰ４において、（２）式〜（５）式を実行
することにより、新しい座標に微少な乱数ベクトルを加
える。

【００３５】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。

【００３６】その後運動方程式演算装置２２はステツプ
ＳＰ５において、すべてのサンプル点の処理が終了した
か否か判断をし、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。

【００３７】以下同様にして原画像上の布Ｎ１の図形上
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Ｓ
Ｐ５において肯定結果が得られることによりステツプＳ
Ｐ６に移つて当該アニメーシヨン作成方法を終了する。

【００３８】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枚分の布Ｎ１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
するごとに上述の処理を繰り返す。

【００３９】その結果図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）につ
いて上述したと同様に、布Ｎ１をある高さから床ＦＬ上
に垂直に落とすアニメーシヨンは、風力が働いていない
として環境から受ける力が重力と床ＦＬからの反発力だ
けの場合にも、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、自然
と布Ｎ１が床ＦＬ上に倒れこむ様子を表すことができ
る。

【００４０】また図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）について
上述したと同様に、一方向に拘束を受け垂れ下がつてい
るカーテンＣ１に、画面の奥の方向から円柱の障害物Ｓ
０が動いてくるアニメーシヨンは、拘束の方向と同じ方
向に障害物Ｓ０による力を受け質点には面の外への力が
加わらない場合でも、カーテンＣ１に自然なしわが生じ
る様子を表すことができる。

【００４１】なお図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は図７（Ａ）
〜図７（Ｄ）のカーテンＣ１のアニメーシヨンをＸ軸方
向から見た様子を示し、この場合もカーテンＣ１に自然
なしわが生じる様子を表すことができる。

【００４２】以上の構成によれば、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求め、この結果得られる新た
な質点ＭＰの位置に、微少な乱数ベクトルを加えるよう
にしたことにより、揺らぎをシミユレートし自然なアニ
メーシヨン映像を容易に作成し得るアニメーシヨン作成
装置を実現できる。

【００４３】かくするにつき、複雑なプログラムを作る
ことなく不自然な状態を回避したり、自然にしわを生成
させたりすることができ、さらに微小な変位の取り方や
付加の仕方を変化させることにより、さまざまなバリエ
ーシヨンのアニメーシヨン映像を作成し得る。

【００４４】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。

【００４５】なお上述の実施例においては、微小な乱数
をすべての方向に加えた場合について述べたが、これに
代え乱数を加える方向を限定するようにしても良い。因
に２次元の布の場合なら、曲面の法線方向にだけ変位さ
せるほうが自然であり、また微小な変位を加えるか否か
局所的な変形の大きさで決めたり、変位の大きさを一定
にして向きにのみ偶然性を与える等種々の方法で、微少
な乱数を加えるようにしても上述の実施例と同様の効果
を実現できる。

【００４６】また上述の実施例においては、アニメーシ
ヨン表示対象として布やカーテン等、２次元的すなわち
平面的な物体を選定したが、これに限らず、３次元的す
なわち立体的な物体を選定した場合にも、上述の場合と
同様の効果を得ることができ、要は質点、ばね、ヒンジ
の配置を決めだけの作業をするだけで、必要に応じて任
意の形状の物体をアニメーシヨンで表すことができる。

【００４７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、物理法則
にしたがつて物体の動作や変形を求める際、その計算結
果に微小量の乱数データを付加することにより、実際の
変形や運動における揺らぎをシミユレートして自然なア
ニメーシヨンを作成し得るアニメーシヨン作成装置を実
現できる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアニメーシヨン作成装置の一実施
例を示すブロツク図である。

【図２】図１のアニメーシヨン作成装置の詳細構成を示
すブロツク図である。

【図３】表示対象のモデルを示す略線図である。

【図４】質点間の単位ベクトルを示す略線図である。

【図５】図１のアニメーシヨン作成装置が実行するアニ
メーシヨン作成方法を示すフローチヤートである。

【図６】実施例による布のアニメーシヨンを示す略線図
である。

【図７】実施例によるカーテンのアニメーシヨンを示す
略線図である。

【図８】図７のカーテンをＸ軸方向から見たアニメーシ
ヨンを示す略線図である。

【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。

【図１０】従来のアニメーシヨン映像を示す略線図であ
る。

【図１１】従来のアニメーシヨン映像を示す略線図であ
る。

【符号の説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物理法則の環境下での物体のアニメーシヨ
   ンを作成するアニメーシヨン作成装置において、 上記物理法則にしたがつて上記物体の動作や変形を求め
   る際、当該計算結果に微小量の乱数データを発生して付
   加するようにしたことを特徴とするアニメーシヨン作成
   装置。