JPH08329272A - Animation generator method - Google Patents

Animation generator method

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JPH08329272A
JPH08329272A JP35483995A JP35483995A JPH08329272A JP H08329272 A JPH08329272 A JP H08329272A JP 35483995 A JP35483995 A JP 35483995A JP 35483995 A JP35483995 A JP 35483995A JP H08329272 A JPH08329272 A JP H08329272A
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JP
Japan
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human body
operation
joint
motion
body
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Application number
JP35483995A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Kunii
Ritsunei Son
利泰 国井
立寧 孫
Original Assignee
Kongouzen Souhonzan Shiyourinji
宗教法人金剛禅総本山少林寺
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide the computer animation generation method for easy work.
CONSTITUTION: Human fundamental motions are analyzed to input forces or torques acting on joints to a data base, and dynamical equations are applied to calculate respective parts of the body in distinction from the other parts, and restrictive conductions including mutual coupling relations of respective parts of the body and ranges of motions of respective joints are checked, and inverse dynamics are applied to calculate the motions and forces checked by these restrictive conditions, and dynamical equations are applied to calculate respective parts of the body in distinction from the other parts for the purpose of generating the animation, and restrictive conditions including mutual coupling relations of respective parts of the body and ranges of motions of respective joints are checked, and inverse dynamics are applied to calculate the motions and forces checked by these restrictive conditions, and the result of these motions and forces or the like is displayed.
COPYRIGHT: (C)1996,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュ−タを用いて人間の動きを画面上に再現するアニメーション作成方法に関するものである。 The present invention relates to the computer - relates animation creating method of reproducing a human motion on the screen using data.

【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION

【0002】コンピュータによるアニメーションはウィリアムス,アイザックス,フォーセィ及びセルビィが対象物の物理的特性および対象を支配する物理的法則を考慮に入れるようにしたことにより、近年ますますリアルに、また美しくなってきている。 [0002] animation by computer Williams, Isaacs, by Fosi and Serubyi has to take into account the physical laws that govern the physical characteristics and the target of an object, in recent years more and more real, also becoming beautifully ing. ナイジェル及びカルバートがアニメーションにおいて用いた対象物の動きを表す方法は運動学(キネマテックス)と呼ばれる。 Nigel and culverts a method of representing the motion of the object using the animation is called kinematics (kinematics). この方法は力やトルクを無視して、位置,速度,加速度のみを用いて動きを表現するものであるが、この運動学を適用したアニメーションにおいては、アニメータが動きの設計を明確に行わなければならない。 The method ignores the force or torque, position, velocity, and is representative of a motion by using the acceleration only in the animation of applying the kinematics, if the animator clearly perform motion design not not.

【0003】しかし、対象物の動きはそれ自体の性質や環境との相互作用により決定されるので、運動学を適用したアニメーションにおいてリアルな動きを生成するために必要な現象について計量を行うのは容易ではない。 However, since the movement of the object is determined by the interaction of its own nature and the environment, the phenomenon required to generate a realistic movement in animation according to the kinematics perform weighing It's not easy.

【0004】これに対して、物体の運動を力との関係で論じる動力学(ダイナミックス)として知られている方法があり、この方法をアニメーション作成に適用すれば少ない操作で複雑な動きを作成することができる。 [0004] On the contrary, there is a method known as dynamic discussing the motion of an object in relation to the force (dynamics), creating a complex motion in them if few operations apply this method to the animation can do. また、この動力学を適用したアニメーション作成方法によれば、もう一つの大きな長所すなわち運動学を適用したアニメーション作成における動きの設計の限界を避けることができる。 Further, according to the animation creating method of applying this dynamic, it is possible to avoid the limitations of movement of the design in animation according to the another big advantage That kinematics. なお、以下の説明において逆動力学(インバースダイナミックス)なる用語が使用されているが、これは一般に、動力学が力を与えて動き(例えば、 Although the following inverse dynamics in the description (Inverse Dynamics) the term is used, this is generally the movement dynamics empowered (e.g.,
加速度)を計算するものであるのに対し、その逆計算すなわち動きから力を計算するもので、用語は異なるが同一の手法である。 While it is intended to calculate the acceleration), it intended to calculate the force from the reverse calculation That motion, terms are different but the same technique.

【0005】しかし、動力学を適用したアニメーション作成方法においては、計量が困難な慣性モーメント,重心,関節の摩擦,筋肉/靭帯の弾性等の動的パラメータのデータが必要であり、これらのデータがないと運動学を適用したアニメーション作成方法の場合と同様に非現実的な動きになってしまう。 However, in the animation creating method according to the kinetics, the metering difficult moments of inertia, center of gravity, joint friction, requires data of the dynamic parameters such as elasticity of muscle / ligament, these data and without become unrealistic motion as in the case of animation creation method according to the kinematics. また、比較的手間のかかる動力学方程式を解く必要があり、関節を有し自由度が2 Further, it is necessary to solve the dynamic equation consuming relatively troublesome, freedom has a joint 2
00もある人体においては、600もの微分方程式を同時に解かなければならない。 00 In also the human body, must be solved 600 things differential equations at the same time.

【0006】そのため、これまでに提案された動力学を適用したアニメーション作成方法は実際の動きを再現するのに適しているとは言えず、人体や動物体の完全な動きを再現する動力学を適用して動きの力を考慮したアニメーション作成方法はなかった。 [0006] Therefore, this animation creating method of applying the proposed dynamics before can not be said to be suitable to reproduce the actual movement, the dynamics to reproduce the full movement of the human body and the animal body I applied there was no animation creation method that takes into account the power of the movement.

【0007】今までにも、アニメータの知識と技術を得るためにツェルツァー等により人工知能(AI)やエキスパートシステムに基づいた研究は行われていた。 [0007] Also in the past, a study based on artificial intelligence (AI) and expert systems have been carried out by Tsuerutsua or the like in order to obtain the knowledge and skills of the animators. また、バドラーは自身の動力学を適用したアニメーションを制約条件に基づいた方法を用い、ドリュウェリーとツォツォスは目標指向アニメーションのためにフレームに基づく方法の研究を行った。 Further, Badora uses a method based on the animation of applying its kinetics constraints Doryuweri and Tsuotsuosu made a study of methods based on the frame for goal-directed animation.

【0008】これらの研究における知識には、大きさ、 [0008] The knowledge in these studies, size,
慣性のモーメントなどの人体や動物体の動きの基本的データ及びそれぞれの関節の動きの範囲を規定する制約条件が含まれるが、これらの知識はアニメータの直観により得られるものである。 Including but constraints that define the basic data and the scope of each of the joints of the motion of the motion of the human body or animal body, such as a moment of inertia, these knowledge is obtained by intuition animator.

【0009】従来の動力学を適用したアニメーション作成方法は、人体の場合を例に挙げると 1. [0009] The animation creating method of applying the traditional dynamics, and cited the case of the human body in Example 1. 人体モデルを作成 2. Create a human body model 2. 人間の実際の動作を入力 3. Enter the human actual operation 3. 入力された動作を解析 4. It analyzes the input operation 4. 新規な動作を作成 5. Create a new operation 5. 動作を画面に表示 の5つの段階からなっている。 It is made up of five stages of the display on the screen operation.

【0010】第1段階の「人体モデルを作成」では、人体を動きの最小単位となる部分に分解し、これら各々の部分固有の性質、相互の関係及び関節の動きの範囲等の制約条件に基づき人体モデルを作成し、適宜のコンピュータ言語で作成したデータとしてコンピュータのデータベースに入力しておく。 [0010] In "Create human body model" of the first stage, it is decomposed into parts comprising the body and the minimum unit of movement, part specific nature of these each constraint conditions such as the range of mutual relations and joint motion create a human body model based, previously entered as data created by an appropriate computer language to a computer database.

【0011】第2段階の「人間の実際の動作を入力」では、計算の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位あるいはフィルム画像のコマ単位で上記第1段階と同様にしてコンピュータのデータベースに入力する。 [0011] In the "Input Human actual operation" in the second step, enter the subject to operation calculated in units of frames of the frame unit or film images of the video image in the same manner as in the first stage in a database of the computer to. この場合、複数の方向から同時に撮影した画像を用いれば、次の段階の計算をより具体的に行うことができる。 In this case, the use of the images photographed at the same time from a plurality of directions, it is possible to calculate the next phase in more detail.

【0012】第3段階の「入力された動作を解析」では、第2段階で入力された動作について各部分の重心および全体の重心を計算し前記の逆動力学を用いて各関節に働く力及びトルク、全体の重心に働く力及びトルクを解析する。 [0012] In the "analyzing the input operation" in the third step, the force on operation input in the second step to calculate the center of gravity and the overall center of gravity of each portion acting on each joint by using the inverse dynamics of the and torque analyzes the forces and torques acting on the whole of the center of gravity.

【0013】各部分の動作を計算するため、この動作解析においては重心の線加速度を求めるのにニュートンの方程式を用い、重心の角加速度を求めるのにオイラーの方程式を用い、線加速度及び角加速度が得られたら、これらを積分して速度を求め、さらに積分して位置を求める。 [0013] To calculate the operation of each part, using the equations of Newton to determine the linear acceleration of the center of gravity in this operation analysis, using the equation of Euler to determine the angular acceleration of the center of gravity, linear acceleration and angular acceleration When is obtained, determine the speed by integrating them, obtaining the further integrating the position.

【0014】この新規な動きを作成する第4段階においては、ギブズの式を用いて動力学方程式を精密に解くウィルヘルムスが提案した方法が優れている。 [0014] In the fourth step of generating the new movement, how precisely solve Wilhelmus dynamics equation using the Gibbs equation proposed is better. しかし、ウィルヘルムスの方法は概念が複雑であるうえに、nをアニメーションにおいて動きの最小単位になる人体を構成する部分の数とした場合の計算量O(f(n))がn However, on top method Wilhelmus concept is complicated, the calculation amount in the case where the number of parts that constitute the human body comprising a minimum unit of motion n in animation O (f (n)) is n 4
の関数O(n )であり計算量が多いため、コンピュータによる計算が高くつくという理由で実際のアニメーションには用いられていない。 For many functions O (n 4) a and calculation amount, calculated by the computer has not been in use in the actual animation because it expensive.

【0015】一方、アームストロングは計算量O(f [0015] On the other hand, Armstrong is the amount of calculation O (f
(n))がnの関数O(n)である計算を用いたアニメーション作成方法を提案した。 (N)) proposed an animation creation method using a calculation is a function O (n) for n. このアームストロングの方法は、関節の線加速度と角加速度の間に一定の関係が存在するという考えに基づいているが、この関係は軸の回りの回転について無視することができる時にのみ成立する。 This method of Armstrong is based on the idea that a fixed relationship between the lines and angular acceleration of the joint is present, this relationship is established only when the negligible for rotation about the axis. したがって、画面上に表示することができるのは人体を構成する部分を線で表す線画(ライン・ピクチャ)のみであり、軸の回りの回転について無視することができない場合には、アームストロングの方法を用いることはできない。 Therefore, can be displayed on the screen is only line drawings (line picture) represented by the line portions constituting the human body, if that can not be ignored for rotation about the axis, the method of Armstrong can not be used. したがって、アームストロングの方法によっては人体を立体的に肉付けしてリアルに表示することはできない。 Therefore, it can not be displayed in real sterically flesh out the human body by the method of Armstrong.

【0016】このように、実際のアニメーション作業においては使いやすい対話形式によりリアルタイムに応答する方法が必要であるにもかかわらず、これまでのアニメーション作業は試行錯誤により行われ対話形式によるリアルタイムに応答するものではなかった。 [0016] In this way, even though there is a need for a method to respond to real-time by the interactive format easy to use in the actual animation work, animation work so far to respond to real-time by carried out interactively by trial and error It was not.

【0017】第5段階の「動作を画面に表示」においては設計の途中あるいは設計が終了した新しい動きを画面に表示するが、その際に表示された人体の動作と力の関係に逆動力学を適用してラグランジェの方程式を用いて計算し、重心の位置、体の各関節に発生している力の方向を人体に合成して表示する。 [0017] While in the "Display operation on the screen" in the fifth step to display the new movement has been completed in the middle or design of the design on the screen, inverse dynamics to the relationship between the motion and force of the human body that is displayed when the the applied calculated using the equation of Lagrange, the position of the center of gravity, and displays the synthesized force occurring in the joints of the body to the human body.

【0018】 [0018]

【発明が解決しようとする課題】動力学を適用したアニメーション作成方法において上記の複雑な計算が必要になるということと、対話形式による使いやすい方法がないということと間には人間の動きに関する知識が欠けているという共通の問題が存在する。 And that require complex calculations of the in animation creating method according to the kinetics [0005], relates to human motion between the fact that there is no easy-to-use method Interactive there is a common problem that knowledge is lacking. そこで、本発明においては動力学を適用した新しいアニメーション作成方法を提案し、実際の人間の動きを解析して得られた人間の動きについての知識を用いて新規な人体の動きの完全な作成を行う。 Therefore, in the present invention proposes a new animation creation method according to the kinetics, the full creation of a new human body motion using knowledge about the movement of the resulting human by analyzing actual human movement do.

【0019】すなわち、本発明は試行錯誤あるいはアニメータの直感によることなく、コンピュータを用いて対話形式により線画ではない肉付けされ立体的な人体や動物体の動きの作成を実現することができるアニメーション作成方法を提供することを課題とするものである。 [0019] Namely, the present invention is not by intuition trial and error or animator, animation creating method capable of realizing the creation of movement of flesh by steric human or animal body are not a line drawing by interactively using a computer it is an object to provide a.

【0020】 [0020]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明の動力学を適用したアニメーション作成方法においては最初に、人間や動物の基本的な動きを解析し、人体や動物体のそれぞれの関節に発生する力及びトルクを含む動的パラメータのデータを基本的な動きに関する知識としてデータベースに入力する。 Means for Solving the Problems] To solve the above problems, first in animation creating method according to the dynamics of the present invention, analyzing the basic movements of a human or animal, each of the human or animal body inputting into the database as knowledge of basic movement data of the dynamic parameters including forces and torques generated in the joint.

【0021】次に、アニメータはデータベースにアクセスし、得られたデータを加工するが、コンピュータは制約条件制約された動きの形で、 前記逆動力学の計算結<br/>果を力の形でリアルタイムでアニメータにフィードバックし、満足の行く結果が得られるまでこの過程を繰り返すことにより、動きを対話形式により設計する。 Next, animator access the database, but to process the obtained data, the computer in the form of a motion that is constrained in the constraint, the inverse dynamics calculation binding <br/> results the power of feedback to the animator in the form in real time, by repeating this process until the result is obtained satisfactory, designed by interactive motion.

【0022】この動力学を適用したアニメーション作成方法の計算量はnの関数O(n)であり、ウィルヘルムスの方法に存在したコンピュータによる計算が高くつくという問題を解決している。 The computational complexity of the animation creating method of applying this dynamic is a function of n O (n), solves the problem of calculation by a computer which exists in the way of Wilhelmus expensive. また、試行錯誤あるいはアニメータの直感によることなく、対話形式により線画ではないなめらかに肉付けされた立体的でリアルな人体や動物体の動きの作成を実現することができるアニメーション作成方法を提供することができる。 Also, it is possible to provide an animation creation method capable of realizing the creation of trial and error or without by intuition animators, sterically was smoothly flesh not a line drawing by interactively realistic human or animal body movements it can.

【0023】 [0023]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本願発明の実施例について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 図1に本発明のフローチャートを示すが、このフローチャートは 1. It shows a flow chart of the present invention in FIG. 1, this flowchart 1. 人体モデルを作成 2. Create a human body model 2. 人間の実際の動作を入力 3. Enter the human actual operation 3. 入力された動作を解析 4. It analyzes the input operation 4. 動作の設計 5. Design of action 5. 動力学 6. Dynamics 6. 制約条件を適用 7. Apply the constraints 7. 逆動力学を適用 8. Applying an inverse dynamics 8. 結果を画面に表示 の各段階から構成されている。 The results and a respective stage of the display on the screen.

【0024】第1段階の「人体モデルを作成」では、人体を動きの最小単位となる部分(すなわち、関節で分離される部分)に分解し、これら各々の部分固有の性質、 [0024] In "Create human body model" of the first stage, is decomposed into parts comprising the body and the minimum unit of motion (i.e., the portion that is separated by the joint), part specific nature of these each
相互の関係及び関節の動きの範囲等の制約条件に基づいて人体モデルを作成し、適宜のコンピュータ言語で記述したデータとしてコンピュータのデータベースに入力しておく。 Create a human body model based on constraints such as range of mutual relations and joint motion, previously entered as data written in an appropriate computer language to a computer database.

【0025】第2段階の「人間の実際の動作を入力」では、計算の対象となる動作をビデオ画像のフレーム単位あるいはフィルム画像のコマ単位で上記第1段階と同様にコンピュータのデータベースに入力する。 [0025] In the second stage "type the human actual operation", it is entered into the database of the first stage as well as computer frame unit of frame or film images of operating a video image to be calculated . この場合複数の方向から同時に撮影した画像を用いれば、次の段階の計算をより具体的に行うことができる。 By using images taken at the same time in this case from a plurality of directions, it is possible to calculate the next phase in more detail.

【0026】第3段階の「入力された動作を解析」では、第2段階で入力された動きから逆動力学を用いて計算し、各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、全体の重心、重心に働く力及びトルクを解析する。 [0026] In the "analyzing the input operation" in the third step, the motion input in the second stage using inverse dynamics to calculate the center of gravity of each portion, the force and torque acting on each joint, overall center of gravity, to analyze the forces and torques acting on the center of gravity.

【0027】入力された動作の解析のみを行う場合は、 [0027] In the case of performing only the analysis of the input operation,
第3段階で得られた各部分の重心、各関節に働く力及びトルク、全体の動き及び重心、全体の重心に働く力及びトルクを矢印等により入力された実際の動作に重ねて画面上に表示する。 The center of gravity of each portion obtained in the third step, force and torque acting on each joint, the entire movement and the center of gravity, overlaid on the screen the actual operation of the force and torque inputted by an arrow or the like acting on the whole of the center of gravity indicate. このようにして、動作の解析が行われる。 In this way, the analysis of the operation is performed.

【0028】次に、上記の解析結果を利用して新しい動きを設計する場合について説明する。 [0028] Next, description will be given of a case of designing a new movement by using the above analysis results. 新しい動作を設計するためには、予め第1段階の人体モデルのデータ、第2段階で得られた人間の実際の動作のデータ及び第3段階で得られた解析結果のデータを上記と同様にデータベースに入力しておく。 New operation to design in advance the first stage of the human body model data, the data of the analysis result obtained in the data and the third stage of the actual operation of the resulting human in a second stage in the same manner as described above keep entered into the database.

【0029】第4段階の動作の設計においては、アニメータは最初にデータベースから基本的な動作を選択する。 [0029] In the design of the operation of the fourth stage, the animator initially selects the basic operation from the database. 図2に示すのは格闘技の一種である少林寺拳法における左肘の動きをデータベースに基いて作成した制御グラフであるが、この制御グラフにおいて横軸は時間を、 Although Figure 2 shows a control graph prepared on the basis of the movement of the left elbow in Shaolin is a kind of martial arts in the database, the horizontal axis represents time in this control graph,
縦軸は体のそれぞれの関節に発生する力をX,Y,Zの3軸について表している。 The vertical axis represents the force generated in each of the joints of the body X, Y, the three axes of Z. なお、当然のこととして同一の関節に発生する2つの力は、大きさが同じで方向が逆である。 Incidentally, two forces that occur in the same joint as a matter of course, the magnitude is the same direction is reversed.

【0030】また、複雑な動作は数個の制御グラフにより表される。 Further, complex operations are represented by several control graphs. 例えば人物がイスから立ち上がって歩くという動作を表す制御グラフは、連続した動作を合成して構成される。 For example, the control chart a person representing the operation of walk up from the chair is constructed by combining a continuous operation. なお、他の部分のそれぞれのグラフは例に挙げた左肘の場合と同じ方法で設計する。 Incidentally, each of the graphs of the other part designed in the same way as for the left elbow of the mentioned.

【0031】次に、力が発生するすべての人体の部分について、制御グラフの横軸および縦軸の拡大・縮小を含む物理的変数の変更を一括に行う全体的な変更及び体のある一部分に発生する力等の物理的変数を変更する部分的な変更を行う。 Next, for all the body parts that force is generated, a portion having the overall change and body changes the physical variables collectively comprising scaling the horizontal and vertical axes of the control graph for partial changes that alter the physical variables of the force or the like generated.

【0032】第5段階の「動力学を適用」においては、 [0032] In "apply the dynamics" of the fifth stage,
各部分の動作はアニメータにより指定された力及び各部分の動きを支配する動力学方程式に基づいて各部分の動きが計算される。 Operation of each part movement of each portion is calculated on the basis of the dynamic equation governing the movement of the designated force and each part by the animator. その場合、図3(a)に示すように本来体の各部分は相互に結合関係にあるのであるが、計算量を減らすため(b)に示すように体の各部分は他の部分と切り放され、人体の各部分の相互結合関係と関節の動作の範囲に関する制約条件も一時的に無視される(図3の(b)参照)。 In that case, each portion of the original body, as shown in FIG. 3 (a) although there the binding interrelated, each part of the body as shown in order to reduce the amount of computation (b) is cut with other portions is released, constraints on the range of operation of the mutual coupling relationship and joint of each part of the body condition is also temporarily ignored (see FIG. 3 (b)).

【0033】各部分の動作を計算するため、本発明の動作解析においては重心の線加速度を求めるのにニュートンの方程式を用い、重心の角加速度を求めるのにオイラーの方程式を用い、線加速度及び角加速度が得られたら、これらを積分して速度を求め、さらに積分して位置を求める。 [0033] To calculate the operation of each part in the operation analysis of the present invention using the equations of Newton to determine the linear acceleration of the center of gravity, using the equation of Euler to determine the angular acceleration of the center of gravity, linear acceleration and When the angular acceleration is obtained, determine the velocity by integrating them, obtaining the further integrating the position.

【0034】第6段階の「制約条件の適用」では、各部分の動作の計算結果について、人体の各部分の相互結合関係と関節の動きの範囲の2つの物理的制約条件がチェックされる。 [0034] In "Application of constraints" in the sixth step, the calculation result of the operation of each part, two physical constraints in the range of mutual coupling relationship and joint movement of each part of the human body is checked. この処理は、基本的な部分から始まり、その下位(例えば、人体の中心部から離れた部分)のそれぞれの部分の位置、配列方向が順次チェックされる。 This process begins with a basic moiety, the lower (e.g., a portion where apart from the body center) position of the respective portions of the arrangement direction are sequentially checked. ここでは下位の部分が上位の部分(例えば、人体の中心部に近い部分)に常に接続されているか否か及び個々の関節の動作が決められた範囲を越えているか否かの2つのチェックを行う。 Wherein the lower portion is higher portion (e.g., portion near the center of the body) is whether the two check always connected whether and operation of the individual joint exceeds the range determined do.

【0035】その結果、図4(a)に示すように下位の部分が上位の部分に接続されていない場合には、下位の部分が上位の部分に接続されるように下位の部分を平行移動させ、個々の関節の動きが一定の範囲を越えている場合には、回転させてその関節の動きが範囲内になるように調整し、図4(b)に示すような自然な姿勢に修正する。 [0035] As a result, parallel movement of the lower portion so that the lower portion as shown in FIG. 4 (a) when not connected to a portion of the upper, the lower portion is connected to a portion of the upper is, when the movement of individual joints exceeds the predetermined range, by rotating adjusting such that movement of the joint is within the range, modifications to the natural position as shown in FIG. 4 (b) to.

【0036】第7段階の「逆動力学の適用」においては、力と動作の関係を表現するラグランジュの方程式を用いて、動きのデータから体の各関節に起こる力を計算する。 [0036] In the "application of the inverse dynamics" of the seventh stage, using the equation of Lagrange representing the relationship between force and operation, to calculate the forces arising from the movement of data into each joint of the body.

【0037】新しい動作を設計する場合に、満足の行く結果が得られない場合には第5段階から第6段階までの過程を繰り返して、コンピュータ画面の表示との対話形式により新しい動作の設計を行う。 [0037] When designing a new operation, if satisfactory result is not obtained by repeating the process from the fifth stage to a sixth stage, the design of a new operation by interactively with the display of the computer screen do.

【0038】第8段階の「動作を画面に表示」においては設計の途中あるいは設計が終了した新しい動きを画面に表示する。 [0038] In the "Display the operation on the screen" in the eighth stage to display in the middle or a new movement that design has been completed of the design on the screen. その際に表示された人体の重心の位置、発生している力の方向を人体に合成して表示することができ、このようにすれば表示された動作をより具体的に表示することができる。 Position of the center of gravity of the human body that are displayed at that time, the direction of Occurring forces can be displayed by combining the human body, can be more specifically display thus the displayed operation if .

【0039】本発明においては、図1に示すように単純な線形回帰アルゴリズムによっているから、逆動力学の計算を行うための計算量はnの関数であるO(n)である。 [0039] In the present invention, since by the simple linear regression algorithm, as shown in FIG. 1, the amount of calculation for the calculation of inverse dynamics is O (n) is a function of n. これにより、n個の関節をもつ人体モデル全ての動作に適応でき、3次元関節モデルの各部分に時間tにおける前記X,Y,Zの値を与えることにより、物理的には現実世界と同じ動きがコンピュータ内部に再現できる。 Thus, it can be adapted to the human body model all operations with n joints, said at the time each part of the three-dimensional joint model t X, Y, by giving the value of Z, physical same as the real world in movement can be reproduced inside the computer.

【0040】このような、所謂逆動力学により、合理的で完全な力の組合せを得ることができる。 [0040] Such may be the so-called reverse kinetic obtain a combination of rational and full force. また、逆動力学によらなければアニメータが完全な力の設計を見つけることは不可能である。 Further, it is impossible to animators unless they are in inverse dynamics to find full force of the design. 本発明においては、体の部分の個々の配列方向はその関節の限界を越えると変化し、体の各部分の個々の位置は体の物理的な制約条件にあてはまるようにされる。 In the present invention, each array direction of a portion of the body is changed to exceed the limit of its joints, the individual positions of each part of the body is adapted true physical constraints of the body.

【0041】このようにして得られた人体の動きは人体の下位の部分が上位の部分に常に接続され、個々の関節の動作が決められた範囲を越えていていない自然なものであるから、そのまま肉付けして立体的にリアルに表示することができる。 [0041] Such human motion obtained in the lower part of the human body is constantly connected to a portion of the upper, since those natural not beyond the scope of operation is determined for each joint, it can be displayed in three-dimensional realistic and fleshed out as it is.

【0042】また、本発明は試行錯誤あるいはアニメータの直感によることなく、コンピュータを用いて対話形式により人体の動きを設計することができる。 Further, the present invention is not by intuition trial and error or animator, it is possible to design a body motion by interactively using a computer.

【0043】以上説明した実施例においては人体を対象とする場合に次いてのみ説明したが、この方法は動物体へも全く同様にして適用可能である。 [0043] In the embodiment described above has been described only about the case of interest of the human body, the method is applicable in the same manner also to animal body.

【0044】 [0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の動力学を適用したアニメーション作成方法は、実際の人間の基本的な動きの解析及び新しい動きを作成する2つの過程からなる。 As described above, according to the present invention, animation creating method according to the dynamics of the present invention consists of two processes for creating an analysis and new movement of the actual human basic movements. そして、人間の基本的な動きの解析は人体モデルの作成、実際の動作の入力、入力された動作の解析の3段階で進み、新しい動きの作成は動力学、制約条件、 Then, analysis of basic human movement is the creation of the human body model, the actual operation input, the process proceeds in three stages of analysis of the input operation, the creation of new movement dynamics, constraints,
逆動力学の3段階で進み。 Proceed in three stages of inverse dynamics. 動力学の段階では人体を関節によって分離された50個のそれぞれ独立した部分に分け、個々の部分の動きはニュートンの方程式とオイラーの方程式を用いて他の部分の動きとは切り放して計算される。 At the stage of the kinetics divided into 50 independent portions separated the body by joints, is computed The cleavage of the movement of the other portions by the motion of the individual parts using Equation Newton's equation and Euler . 制約条件の段階では体の部分の相互結合関係及び関節の動きの範囲がチェックされる。 In step constraints mutual coupling relationship and scope of joint movement of the body part is checked. 逆動力学の段階では、制約条件により修正された新しい動きを生む力を計算する。 In the inverse dynamics step, calculating the force that produces a new motion modified by the constraints. その場合の全体の計算量はO(n)となり、従来のO(n )と比較して大幅に計算量が低減される。 Total computational amount O (n) next to that case, the calculation amount considerably is reduced compared to conventional O (n 4).
したがって、本発明のアニメーション作成方法により、 Therefore, the animation creating process of the present invention,
これまでの動力学によるアニメーションにあった計算の問題を解決し、実際のアニメーション作業にうまく応用できるようにし、リアルタイムのフィードバックができるようになった。 Previous dynamics solves the problem of calculation that was in animation by, to be able to successfully applied to the actual animation work, it has enabled real-time feedback. そして、人体の各部分の動きを計算するため、重心の線加速度をニュートンの方程式を用いて、重心の角加速度をオイラーの方程式を用いて求めているから、体の部分の各々の重心の位置及びそれらの重心にかかる力を求めて表示することができ、同様に全体の重心の位置及びその重心にかかる力も求めて表示することができる。 Then, to calculate the motion of each part of the human body, the line acceleration of the center of gravity using equations Newton, because the angular acceleration of the center of gravity is determined using the equation of Euler, the position of each of the center of gravity of the part of the body and can be displayed asking the force applied to their center of gravity, it is possible to display such force also determined the position and the center of gravity of the center of gravity of the entire as well. また、線画ではないなめらかに肉付けされた立体的でリアルな人体の動きの作成を実現することができる。 Further, it is possible to realize the creation of smooth fleshed stereoscopic manner realistic human motion is not a line drawing. その上、アニメータはモデルの人体をディスプレイ画面上で様々な視点から見ることができ、コンピュータ画面との対話形式により体の部分を並行移動させたり、回転させたりすることができる。 Moreover, the animator of the human body model can be viewed from various viewpoints on a display screen, or by parallel movement of the parts of the body by interactive computer screen, or can be rotated. 従って、アニメータは絵とモデルの人体との間の対応関係を正確に把握することができる。 Thus, the animator can accurately grasp the correspondence relationship between the human body painting and model. 従来のアニメーション作成方法における知識には人体の動きの基本的データ及びそれぞれの関節の動きの範囲を規定する制約条件が含まれるが、この知識はアニメータの直観により得られるのに対して、 Whereas although the knowledge in the conventional animation creation method includes constraints that define the basic data and the scope of each of the joints of the motion of the human body in motion, this knowledge is obtained by intuition animator,
本発明のアニメーションにおける知識は人間の実際の動きを解析して得られた実際の動的パラメータを指している。 Knowledge in the animation of the invention refers to the actual dynamic parameters obtained by analyzing the actual movement of the human. したがって、この知識から作られた動きは科学的で信頼性があり、リアルな動きを作ることができる。 Thus, the motion that was made from this knowledge there is a scientific and reliable, it is possible to make a realistic movement. なお、最近オブジェクト指向のモデルが様々な分野で用いられており、オブジェクト指向の方法によるとユーザインターフェースは直接操作モデルになる。 Incidentally, recent object-oriented model has been used in various fields, the user interface will direct manipulation model according to the method of the object-oriented. この直接操作モデルは画面に表示された映像が対象物に反応するものであるから、本発明のアニメーション作成方法を用いれば対象物を対象物空間で直接扱ったり操作したりすることができる。 Since this direct manipulation model displayed on the screen image is one that responds to the object, it is possible to manipulate or treat directly the object in the object space by using the animation creating process of the present invention. また、本発明において示す動作解析方法及び動作設計方法は、アニメーション作成方法以外にロボットあるいは数値制御装置などの工業設備のプログラム作成、スポーツあるいは芸能等における動作の学習、動物の調教等の用途に適用すれば非常に有用である。 Further, operation analyzing method and operation designing method shown in the present invention, applied to a non-animated creating method of programming the industrial facility such as a robot or a numerical control apparatus, the learning operation in sports or entertainment, etc., for applications training such animals it is a very useful if.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】 アニメーション作成方法のフローチャート。 FIG. 1 is a flow chart of animation creation method.

【図2】 関節に働く力の例の制御グラフ。 [2] Control example graph of the force acting on the joint.

【図3】 動力学による計算の模式図。 Figure 3 is a schematic diagram of a calculation by the dynamics.

【図4】 逆動力学による計算の模式図。 Schematic diagram of a calculation according to [4] inverse dynamics.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】人体モデルの動きをコンピュータ画面上に再現するためのアニメーション作成方法において、 前記人体を関節で区分される動きの最小単位に分解して作成した部分からなる人体モデルの前記最小単位の固有の性質、相互の関係および関節の動きの範囲の制約条件を記述したデータをデータベースに入力する段階と、 前記人体の実際の動作をビデオ画像のフレーム単位あるいは画像のコマ単位の何れかに基づいて記述したデータをデータベースに入力する段階と、 前記動作入力段階で入力したデータに基づいて実際の人体の全体および前記人体モデルの最小単位に対応する各部分の重心、各関節に働く力、トルクを解析してデータベースに入力する段階と、 データベースから前記人体モデルの基本的な動作に対応する前記人体の 1. A animation creating method for reproducing the motion of the human body model on a computer screen, the smallest unit of a human body model as the human body from the portion created by decomposing the minimum unit of movement Segmented by joint inherent properties of the steps of inputting mutual relationship and joint data describing the constraints in the range of motion in the database, the actual operation of the human body either frame or frame units of the image of the video image the method comprising: inputting data describing based on the database, the center of gravity of each portion corresponding to the actual minimum unit of whole and the human body model of the human body on the basis of data input by the operation input step, the force acting on each joint, the steps of inputting into the database by analyzing the torque, of the human body corresponding to the basic operation of the human body model from the database 実際の動作の解析データをデータベースから選択し、実際の人体のモデルの最小単位に対応する各部分の重心、各関節に働く力、トルクから新しい動作を他の部分と切り離し、各部分の相互関係と関節の動きの範囲の物理的制約条件を無視して計算する段階と、 前記計算した新しい動作に対して前記各部分の相互関係と関節の動きの範囲の物理的制約条件を適用して前記新しい動作を修正する過程を繰り返す段階と、 からなることを特徴とするアニメーション作成方法。 Select the analysis data of the actual operation from the database, the center of gravity of each portion corresponding to the minimum unit of the actual human body model, the force acting on each joint, disconnect the new operation with other parts from the torque, the mutual relation of the parts and a step of calculating ignoring the physical constraints of a range of joint motion, the applying physical constraints in the range of interrelationships and joint movement of the respective parts for the new operation to the calculated animation creating wherein the method, in that it consists of repeating the process of correcting the new operation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008289866A (en) * 2007-03-15 2008-12-04 Xsens Technologies Bv System and method for motion tracking using calibration unit
JP2008546453A (en) * 2005-06-17 2008-12-25 本田技研工業株式会社 System and method for activation of an existing character movement-driven muscle deformation
KR100916706B1 (en) * 2008-01-09 2009-09-11 에스케이 텔레콤주식회사 Method and System for playing motion animation of virtal character

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