JPH09237351A - Processing method for generating walking operation - Google Patents

Processing method for generating walking operation

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JPH09237351A
JPH09237351A JP8042407A JP4240796A JPH09237351A JP H09237351 A JPH09237351 A JP H09237351A JP 8042407 A JP8042407 A JP 8042407A JP 4240796 A JP4240796 A JP 4240796A JP H09237351 A JPH09237351 A JP H09237351A
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JP
Japan
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point
motion
walking
generating
foot
Prior art date
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Pending
Application number
JP8042407A
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Japanese (ja)
Inventor
Ken Tsutsuguchi
けん 筒口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09237351A publication Critical patent/JPH09237351A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a numerized walking operation model considering also right and left asymmetricity by synthesizing a method for generating straight walking operation from a certain position to another position on a straight line and a method for generating rotating operation around a certain axis. SOLUTION: An initial/final condition calculating means calculates an initial condition and a final condition such as a position on a human body model and a joint angle so that foot parts can be landed on walking points set on a curved route. When a supporting foot is put on a point A and a free foot is moved from P to B in the case of turning a direction from the point A to a the point B, a straight walking operation generating means moves the free foot to a point B' separated from the point A by a distance equal to a segment AB and having the same walking direction, a rotational operation generating means generates rotation so that the free foot arrives at the point B during the generation of walking operation to the point B' by the straight walking operation generating means and an operation synthesizing means synthesizes both the operation. Consequently forward walking operation fixing the supporting foot on the point A and moving the free foot from the point P to the point B while turning its direction is generated.

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、例えば計算機を用
いてコンピュータ・グラフィックスでアニメーションを
作成したり、CAD等における室内の人物像歩行シミュ
レーション等を実現するなどの、歩行動作生成処理方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a walking motion generation processing method for creating an animation by computer graphics using a computer, for example, and for simulating walking of a human figure in a room such as CAD. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】人体を多関節構造体としてモデル化し、
計算機等を用いて人物像の歩行動作を生成する場合、鉛
直面内のみで数式化をはかった直線歩行動作がほとんど
であった。
2. Description of the Related Art Modeling the human body as an articulated structure,
When a walking motion of a human figure is generated using a computer or the like, most of the straight walking motions are mathematical expressions only within the vertical plane.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】左右への方向転換を自
動的に生成することによる曲線経路(直線経路を含む)
に沿った歩行動作の自動生成が困難であるという問題点
があった。
A curved path (including a straight path) by automatically generating a turn to the left or right.
There is a problem that it is difficult to automatically generate walking motions along the line.

【0004】本発明は、人体を剛体及び質点で構成され
た多関節構造体として表現し、曲線経路に対する人物像
の歩行動作を自動的に生成する際に、自動的に左右への
方向転換を実現するために、左右の非対称性も考慮した
歩行動作の数式化モデルを実現することを目的としてい
る。
According to the present invention, a human body is represented as a multi-joint structure composed of a rigid body and mass points, and when a walking motion of a human figure on a curved path is automatically generated, the direction is automatically changed to the left or right. In order to realize it, the purpose is to realize a mathematical model of walking motion that also considers left-right asymmetry.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、歩行動作に対
するモデルを、ある点から他の点までの直進歩行動作部
分と鉛直軸の回りを回転する回転動作部分とに分離して
それぞれを独立に計算し、計算後に両者の動作を合成す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention separates a model for walking motion into a straight-ahead moving motion part from one point to another and a rotary motion part rotating about a vertical axis, each of which is independent. Then, after the calculation, both actions are combined.

【0006】また、回転動作部分に対するモデルを、人
体モデルがある回転軸の回りを回転する物体であるもの
と近似し、ある片方の足が着地した時刻tA における人
体モデルの前面が向く水平面内での方向と、引続き着地
する別の足が着地する時刻t B における人体モデルの前
面が向く水平面内での方向とのなす角度をαとした場合
に、一歩の歩行時間tstep(=tB −tA )が経過する
時間に必要とされる回転角度αだけ人体モデルを回転さ
せる。
In addition, the model for the rotary motion part is
A body model that is an object that rotates around a rotation axis
And the time t when one foot landsAPeople in
The direction in the horizontal plane that the front of the body model faces, and the subsequent landing
Time t when another foot to land BBefore the human body model in
When the angle between the plane and the direction in the horizontal plane is α
And the walking time t of one stepstep(= TB-TA) Passes
Rotate the human body model by the rotation angle α required for time.
Let

【0007】更に、回転に物理法則を用いる場合に、人
体モデルに回転の運動方程式を適用し、一歩の歩行時間
step(=tB −tA )が経過する時間に必要とされる
回転角度αだけ人体モデルを回転させるように回転のト
ルクを加える。
Furthermore, when the physical law is used for rotation, the equation of motion of rotation is applied to the human body model, and the rotation angle required at the time when the walking time t step (= t B −t A ) of one step elapses. Rotation torque is applied to rotate the human body model by α.

【0008】本発明においては、初期・終期条件計算手
段と歩行動作生成手段とを有する。以下、一歩の歩行動
作(片足着地から他の足の着地まで)を“ステップ”と
称することにし、ステップに要する時間、即ち片足着地
時刻tA から、引き続き着地される他の足の着地時刻t
B までの所要時間をtstepとする。また、時刻tAにお
ける人体モデルの前面が向く水平面内における方向
The present invention has an initial / end condition calculating means and a walking motion generating means. Hereinafter, a one-step walking motion (from landing of one foot to landing of another foot) is referred to as “step”, and the time required for the step, that is, the landing time t A of one foot from the landing time t A of another foot to be landed subsequently.
The time required to reach B is t step . In addition, the direction in the horizontal plane where the front surface of the human body model faces at time t A

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】と、時刻tB における人体モデルの前面が
向く水平面内における方向
And the direction in the horizontal plane at which the front surface of the human body model faces at time t B

【0011】[0011]

【数2】 [Equation 2]

【0012】とのなす角度をαとし、時刻t(tA ≦t
≦tB )における人体モデルの前面が向く水平面内にお
ける方向
Let α be the angle formed by and t (t A ≤t
Direction in the horizontal plane where the front surface of the human body model faces ≦ t B ).

【0013】[0013]

【数3】 (Equation 3)

【0014】が[0014]

【0015】[0015]

【数4】 (Equation 4)

【0016】となす角度を全回転角度Θ(t)で表す。
人体モデルの構造、直進歩行動作の表示に必要なパラメ
ータF(t)及びF(t)の各成分に対する拘束条件μ
(F(t))=0、回転動作の表示に必要なパラメータ
G(t)及びG(t)の各成分に対する拘束条件ν(G
(t))=0は既知であるものとし、曲線経路の線分近
似、一歩ごとの持続時間などは前処理的に計算されてい
るものとする。
The angle between and is represented by the total rotation angle Θ (t).
Constraint condition μ for each component of parameters F (t) and F (t) necessary for displaying the structure of the human body model, straight forward motion
(F (t)) = 0, the constraint condition ν (G for each component of the parameters G (t) and G (t) necessary for displaying the rotational movement
It is assumed that (t)) = 0 is known, and the line segment approximation of the curved path, the duration of each step, and the like have been preprocessed.

【0017】図1は曲線経路と線分近似された歩行点の
例(水平面図)、なおS0 →S1 →S2 →S3 …の順
に、左右交互に着地するものとし、αi は線分Si-1
i と線分Si i+1 とのなす角を表している。図2はス
テップ分解図、また点Aに支持足があり、遊脚はP→B
へ移動するものとし、αは方向
[0017] Figure 1 is an example of a curved path and the line segment approximated gait point (horizontal view), Note that S 0 → S 1 → S 2 → S 3 ... order, shall land on the right and left alternately, alpha i is Line segment S i-1 S
The angle between i and the line segment S i S i + 1 is shown. Fig. 2 is an exploded view of the step, and there is a supporting leg at point A, and the free leg is P → B.
, And α is the direction

【0018】[0018]

【数5】 (Equation 5)

【0019】と方向And direction

【0020】[0020]

【数6】 (Equation 6)

【0021】とのなす角を表している。図3は本発明の
構成図と処理の流れとを表している。 A.初期・終期条件計算手段1 初期・終期条件計算手段1においては、図1に示すよう
な、与えられた曲線経路上に設定された歩行点に足部を
着地できるように、人体モデルの位置や関節角度などの
初期条件と終期条件とを計算する。
It represents the angle between and. FIG. 3 shows a block diagram of the present invention and a processing flow. A. Initial / Terminal Condition Calculation Means 1 In the initial / terminal condition calculation means 1, as shown in FIG. 1, the position of the human body model and the position of the human body model are set so that the foot can be landed on a walking point set on a given curved path. Compute initial and final conditions such as joint angles.

【0022】その際、歩行動作を直進歩行動作と回転動
作からなるものとし、直進歩行動作に対する拘束条件と
回転動作に対する拘束条件とをそれぞれ計算する。ただ
し、回転動作に対する拘束条件は、曲線経路を図1に示
すような水平面へ投影した図から計算するものとする。
At this time, it is assumed that the walking motion is composed of a straight-ahead driving motion and a rotating motion, and a constraint condition for the straight-ahead driving motion and a constraint condition for the rotating motion are calculated respectively. However, the constraint condition for the rotation operation is calculated from the diagram in which the curved path is projected on the horizontal plane as shown in FIG.

【0023】なお、図1では着地点を点Si で近似して
いるが、人体モデルの左右の足の間隔に応じて適宜調整
して拘束条件を計算してもよい。以下の処理においても
同様である。
Although the landing point is approximated by the point S i in FIG. 1, the constraint condition may be calculated by appropriately adjusting it according to the distance between the left and right legs of the human body model. The same applies to the following processing.

【0024】B.歩行動作生成手段2 なお、直進歩行動作生成と、回転動作生成との順序はい
ずれが先でも良いし、両者を並列に実行させても良い。
B. Walking motion generating means 2 It should be noted that the order of straight-ahead movement motion generation and rotation motion generation may be either first, or both may be executed in parallel.

【0025】歩行動作生成手段2は、直進歩行動作生成
手段3及び回転動作生成手段4及び動作合成手段5から
構成される。即ち、図2に示すように、例えば点Aから
点Bへと方向転換するようなステップの場合、支持足が
点Aにあり、遊脚がP→Bへ移動するものとすると、あ
たかも点Aから線分ABと等距離にあり、かつ歩行の方
向が変化しない点B’へと移動せしめる直進歩行動作生
成手段3と、直進歩行動作生成手段3が点B’への歩行
動作を生成する間に、遊脚が点Bに到着するよう回転を
生ぜしめる回転動作生成手段4と、両者の動作を合成す
ることにより、支持足が点Aにあり、遊脚がP→Bへ移
動する方向転換を為しながらの前進歩行動作を生成する
動作合成手段5とから成ると考えてよい。
The walking motion generating means 2 is composed of a straight-ahead movement motion generating means 3, a rotating motion generating means 4 and a motion synthesizing means 5. That is, as shown in FIG. 2, for example, in the case of a step of changing the direction from point A to point B, if the supporting foot is at point A and the free leg moves from P to B, it is as if point A From the straight line movement AB to the point B ′ that is equidistant from the line segment AB and the walking direction does not change, and while the straight line movement generation unit 3 generates the walking movement to the point B ′. Then, by synthesizing the motion of both of the rotation motion generating means 4 that causes the free leg to reach the point B, the supporting foot is at the point A, and the free leg moves from P to B. It may be considered to be composed of the motion synthesizing means 5 for generating the forward walking motion while performing the above.

【0026】直進歩行動作生成手段3に関しては、ある
与えられた足着地点Aから次の足着地点B’への一歩の
歩行動作を生成せしめ、時刻t(tA ≦t≦tB )にお
ける関節角度や位置などの時系列データF(t)を生成
するものであればその手法を問わない。また、地形が上
下方向へ変化するような場合も直進歩行動作生成手段3
で対応するものとし、その手段を問わない。例えば文献
〔1〕(筒口 けん、“歩行動作生成処理方法”、特開
平6−251122号)あるいは文献〔2〕(筒口
拳、境野 英朋、渡部 保日児、“地形適応型歩行動作
生成手法を用いた人物の歩行アニメーション”、信学論
D-II, Vol.J77, No.8, pp.1663-1670, 1994.)に示され
たような手段を用いても良い。
With respect to the straight-ahead movement motion generating means 3, a stepping motion from one given foot landing point A to the next foot landing point B'is generated, and at time t (t A ≤t≤t B ). Any method can be used as long as it generates time-series data F (t) such as a joint angle and a position. Further, even when the terrain changes in the vertical direction, the straight ahead movement generation means 3
The method does not matter. For example, reference [1] (Ken Kouguchi, “Walking motion generation processing method”, JP-A-6-251122) or Document [2] (Cylinder mouth
Ken, Sakaino Hidetomo, Watanabe Yasuko, "Human Walking Animation Using Terrain Adaptive Walking Motion Generation Method", Theological Theory
D-II, Vol.J77, No.8, pp.1663-1670, 1994.) may be used.

【0027】回転動作生成手段4は、直進歩行動作生成
手段3によって点Aから点B’への直進歩行動作が生成
された際に、点Aあるいはその近傍点の回りに人体モデ
ルを回転させることにより、点B’ではなく点Bへ移動
する効果を生ぜしめる。回転する必要のない直線歩行の
場合は回転動作生成手段4をスキップしてもよい。
The rotating motion generating means 4 rotates the human body model around the point A or a point in the vicinity thereof when the straight traveling motion generating means 3 generates the straight traveling motion from the point A to the point B ′. Produces an effect of moving to point B instead of point B '. In the case of straight walking that does not require rotation, the rotation motion generation means 4 may be skipped.

【0028】拘束条件計算手段によって計算された回転
角度がαで与えられる場合、時間t stepで丁度αの回転
角度が得られるように例えば着地足の中心点から鉛直上
向きにとった回転軸の回りに人体モデルを回転させる。
この回転軸が、回転の途中で傾いたり移動する場合も本
手段に含む。また、回転軸自体が移動する場合も本手段
に含む。
Rotation calculated by the constraint condition calculation means
If the angle is given by α, the time t stepJust α rotation
Vertically from the center point of the landing foot so that the angle can be obtained
Rotate the human body model around the axis of rotation that is oriented.
Even if this rotation axis tilts or moves during rotation,
Included in the means. In addition, even if the rotating shaft itself moves, this means
Included.

【0029】他の回転動作の生成方法は、時刻t(tA
≦t≦tB )における回転角Θ(t)の生成手段が Θ(t)=g(t),g(tA )=0,g(tB )=α, (1) を満足する関数g(t)を用い、時刻t(tA ≦t≦t
B )における関節角度や位置などの時系列データG
(t)を生成するものであれば何でも良く、例えば一定
の角速度で回転するものでも、左右への方向転換をなす
動作の生成に物理法則を適用する場合に、人体を質点と
剛体から成る多関節構造体で近似し、関節角度を変数と
した左右への回転に対する運動方程式を立て、左右への
方向転換角度と一致させるように力を与えることにより
左右への方向転換歩行動作を自動的に生成するようにし
てもよい。
Another method of generating a rotary motion is to generate a time t (t A
The function for generating the rotation angle Θ (t) in ≦ t ≦ t B ) is such that Θ (t) = g (t), g (t A ) = 0, g (t B ) = α, Using g (t), time t (t A ≦ t ≦ t
Time series data G such as joint angle and position in B )
Any object can be used as long as it can generate (t). For example, even if it rotates at a constant angular velocity, when applying the physical law to the generation of a motion that changes the direction to the left or right, the human body is composed of a mass and a rigid body. Approximately with a joint structure, set up a motion equation for left and right rotation with the joint angle as a variable, and apply force so that it matches the left and right direction change angle. It may be generated.

【0030】回転の生成手段において、当該運動方程式
を立てる場合では、回転軸回りの人体モデルの慣性モー
メントをI(t)、回転のトルクをT(t)としたとき
の運動方程式を
In the case of establishing the equation of motion in the rotation generation means, the equation of motion when the moment of inertia of the human body model around the axis of rotation is I (t) and the torque of rotation is T (t) is given.

【0031】[0031]

【数7】 (Equation 7)

【0032】で表し、Θ(tB )=αを満足するように
T(t)を計算することにより、回転動作を生成する。
動作合成手段5は、直進歩行動作生成手段3により生成
された人体モデルの位置や関節角度の時系列データF
(t)、並びに回転動作生成手段4により生成された人
体モデルの位置や関節角度の時系列データG(t)を合
成することにより、新たに人体モデルの位置や関節角度
の時系列データH(t)を計算し、与えられた曲線経路
に対する歩行動作を生成する。F(t),G(t)の合
成方法は、時刻tA 及び時刻tB における拘束条件を満
足するものであれば何でも良く、例えば、 H(t)=h(F(t),G(t)),tA ≦t≦tB (2) で表される。
The rotational motion is generated by calculating T (t) so that Θ (t B ) = α is satisfied.
The motion synthesizing means 5 is time-series data F of the position and joint angle of the human body model generated by the straight ahead movement motion generating means 3.
(T) and the time-series data G (t) of the position and joint angle of the human body model generated by the rotational motion generating means 4 are combined to newly generate the time-series data H (of the position and joint angle of the human body model. Calculate t) and generate a walking motion for a given curved path. Any combination of F (t) and G (t) may be used as long as it satisfies the constraint condition at the time t A and the time t B. For example, H (t) = h (F (t), G ( t)), t A ≦ t ≦ t B (2)

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施例1〕図4は本発明の第1の実施例(実施例1)
である。また図5は実施例1における人体モデル及び回
転のモデルを表している。
[First Embodiment] FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention (first embodiment).
It is. Further, FIG. 5 shows a human body model and a rotation model in the first embodiment.

【0034】ステップS1 人体モデルを図5のような
剛体棒で構成された多関節構造体で近似されたものとす
る。ステップS2 一歩の所要時間をtstepとし、本発
明が最終的にΔt毎の関節角度の時系列データH
(ti ),(i=0,1,2,…,N)を生成するもの
とする。ただし、N=tstep/Δt,t0 =tA ,tN
=tB とし、Δtは、例えばコンピュータ・グラフィッ
クスにおける再描画に要する時間などである。
Step S1 Let us assume that the human body model is approximated by a multi-joint structure composed of rigid rods as shown in FIG. In step S2, the time required for one step is t step , and the present invention finally determines the time series data H of the joint angle for each Δt.
Let (t i ), (i = 0, 1, 2, ..., N) be generated. However, N = t step / Δt, t 0 = t A , t N
= T B, and Δt is, for example, the time required for redrawing in computer graphics.

【0035】ステップS3 例えば文献〔1〕、文献
〔2〕により実現された直進歩行動作生成手段3によっ
て生成された歩行動作により、点Pから点B’への歩行
が生成され、人体モデルの関節角度や位置などの時系列
データF(ti ),(i=0,1,2,…,N)を生成
したものとする。
Step S3 For example, a walking motion from the point P to the point B'is generated by the walking motion generated by the straight-ahead driving motion generation means 3 realized by the documents [1] and [2], and the joint of the human body model is generated. It is assumed that time-series data F (t i ) such as angle and position (i = 0, 1, 2, ..., N) has been generated.

【0036】ステップS4 その後、あるいは同時に、
各時刻ti (i=0,1,2,…,N)における回転動
作に対する関節角度や位置などの時系列データG
(ti )(i=0,1,2,…,N)を計算する。
After step S4, or at the same time,
Time-series data G such as the joint angle and the position with respect to the rotational movement at each time t i (i = 0, 1, 2, ..., N)
Calculate (t i ) (i = 0, 1, 2, ..., N).

【0037】G(ti )がM個の回転角θj (t),
(j=1,2,…,M)の組から構成され、 G(t)=(θ1 (t),θ2 (t),…,θM (t)), (3) などと表されるような場合、全回転角Θ(t)を
G (t i ) is M rotation angles θ j (t),
(J = 1, 2, ..., M), G (t) = (θ 1 (t), θ 2 (t), ..., θ M (t)), (3) In this case, the total rotation angle Θ (t)

【0038】[0038]

【数8】 (Equation 8)

【0039】と表し、全回転角Θ(t)を Θ(t)=g(t,α),g(t0 ,α)=0,g(tN ,α)=α, (5) となるような関数g(t,α)を用いて表し、その後、
(4)式及び(θ1 (t),θ2 (t),…,θ
M (t))に対する拘束条件ν(θ1 (t),θ
2 (t),…,θM (t))=0により、回転動作パラ
メータG(ti )=(θ1 (t i ),θ2 (ti ),
…,θM (ti ))(i=0,1,2,…,N)を求め
る。
The total rotation angle Θ (t) is represented by Θ (t) = g (t, α), g (t0, Α) = 0, g (tN, Α) = α, expressed by a function g (t, α) such that (5), and then
Equation (4) and (θ1(T), θTwo(T), ..., θ
M(T)) constraint condition ν (θ1(T), θ
Two(T), ..., θM(T)) = 0, the rotation motion parameter
Meter G (ti) = (Θ1(T i), ΘTwo(Ti),
…, ΘM(Ti)) (I = 0, 1, 2, ..., N)
You.

【0040】例えば、G(ti )が図5に示されている
着地足(A)から鉛直方向上向きの回転軸まわりの回転
角θ1 (t)と、腰部分(H)から鉛直方向上向きの回
転軸まわりの回転角θ2 (t)とから構成され、 G(ti )=(θ1 (ti ),θ2 (ti)), i=0,1,2,…,N,(6) などと表されるような場合、
For example, G (t i ) is a rotation angle θ 1 (t) about a rotation axis that is vertically upward from the landing foot (A) shown in FIG. 5, and vertically upward from the waist portion (H). And the rotation angle θ 2 (t) about the rotation axis of G, and G (t i ) = (θ 1 (t i ), θ 2 (t i )), i = 0,1,2, ..., N , (6), etc.,

【0041】[0041]

【数9】 [Equation 9]

【0042】などとし、(θ1 (t),θ2 (t))に
対する拘束条件が θ1 (t)=θ2 (t), (8) などと表される場合、(7)式、(8)式からパラメー
タ(θ1 (ti ),θ2(ti ))を求めることができ
る。
When the constraint condition for (θ 1 (t), θ 2 (t)) is expressed as θ 1 (t) = θ 2 (t), (8), etc., equation (7), The parameters (θ 1 (t i ), θ 2 (t i )) can be obtained from the equation (8).

【0043】本実施例の場合、左右いずれの足が支持足
で、また左右いずれの方向へ転換する場合でも処理は基
本的に同じである。ステップS5 その後、動作合成手
段5により、直進歩行動作生成手段3によって生成され
た人体モデルの関節角度や位置などの時系列データF
(ti ),(i=0,1,2,…,N)と、回転動作生
成手段4によって生成された回転を表す時系列データG
(ti ),(i=0,1,2,…,N)とを合成して、
人物像モデルの全関節角度や位置などを表す時系列デー
タH(ti ),(i=0,1,2,…,N)を計算す
る。
In the case of the present embodiment, the processing is basically the same regardless of which of the left and right feet is the supporting foot and when the foot is turned in either of the left and right directions. Step S5 After that, the time-series data F such as the joint angle and the position of the human body model generated by the straight ahead behavior generating means 3 by the behavior synthesizing means 5
(T i ), (i = 0, 1, 2, ..., N) and time series data G representing the rotation generated by the rotation motion generation means 4.
(T i ), (i = 0, 1, 2, ..., N) are combined,
Time series data H (t i ), (i = 0, 1, 2, ..., N) representing all joint angles and positions of the human figure model are calculated.

【0044】合成の方法は、時刻tA 及び時刻tN にお
ける拘束条件を満足するものであれば何でも良く、 H(ti )=h(F(ti ),G(ti )), i=1,2,…,N, (9) で表される。例えばF(t)とG(t)とに何の依存関
係もない場合には、単純に両者の和を取る方法などがあ
る。
Any synthesis method may be used as long as it satisfies the constraint condition at the time t A and the time t N. H (t i ) = h (F (t i ), G (t i )), i = 1,2, ..., N, which is represented by (9). For example, when F (t) and G (t) have no dependency, there is a method of simply adding the two.

【0045】なお、本実施例では左手系で回転角度を表
しているが、右手系で表しても構わない。 〔実施例2〕図6は本発明の第二の実施例(実施例2)
である。また図7は実施例2における人体モデル及び回
転のモデルを表している。
Although the rotation angle is represented by the left-handed system in this embodiment, it may be represented by the right-handed system. [Second Embodiment] FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention (second embodiment).
It is. Further, FIG. 7 shows a human body model and a rotation model in the second embodiment.

【0046】本実施例において、人体モデルを図7のよ
うに近似するものとする。処理の流れはほぼ実施例1と
同様であるが、図4における、処理(a)の部分(ステ
ップS4の部分)のみ異なり、図6はその部分のみを示
している。
In this embodiment, the human body model is approximated as shown in FIG. The flow of processing is almost the same as that of the first embodiment, but only the part of the process (a) (part of step S4) in FIG. 4 is different, and FIG. 6 shows only that part.

【0047】回転動作生成手段4において、例えば、回
転を表す時系列データG(ti )がM個の回転角θ
j (t),(j=1,2,…,M)から構成され、 G(ti )=(θ1 (ti ),θ2 (ti ),…,θM (ti )),i =0, 1,2,…,N, (10) などと表され、時刻tA における進行方向の水平面内に
おける
In the rotational motion generating means 4, for example, the time-series data G (t i ) representing rotation has M rotational angles θ.
j (t), (j = 1, 2, ..., M), and G (t i ) = (θ 1 (t i ), θ 2 (t i ), ..., θ M (t i )) , I = 0, 1,2, ..., N, (10), etc., in the horizontal plane of the traveling direction at time t A.

【0048】[0048]

【数10】 (Equation 10)

【0049】と時刻tにおける進行方向の水平面内にお
ける
And in the horizontal plane of the traveling direction at time t

【0050】[0050]

【数11】 [Equation 11]

【0051】とのなす全回転角Θ(t)が各θj (j=
1,2,…,M)の関数として
The total rotation angle Θ (t) formed by and θ j (j =
1,2, ..., M) as a function

【0052】[0052]

【数12】 (Equation 12)

【0053】と表されるような場合、着地足から鉛直上
向きの回転軸まわりの人物像モデルの時刻tにおける慣
性モーメントをI(t)、トルクをT(t)として回転
の運動方程式を
In such a case, the moment of inertia of the human figure model around the axis of rotation vertically upward from the landing foot at time t is I (t), and the torque is T (t).

【0054】[0054]

【数13】 (Equation 13)

【0055】で表す。I(t)はステップの持続期間
中、一定値Iを取るものとして計算しても良いし、時間
変化をするものとしてti 毎に計算しても良い。その
際、T(t)は例えば着地足における床反力を反映した
関数でも良いし、一定値でも良いが、通常の数値計算で
用いられる反復法などを用いて時刻tN においてΘ(t
N )=αとなるようにする。
It is represented by. I (t) may be calculated as a constant value I during the duration of the step, or may be calculated every time t i as a value that changes with time. At that time, T (t) may be, for example, a function reflecting the floor reaction force at the landing foot or may be a constant value, but Θ (t at time t N by using an iterative method used in ordinary numerical calculation.
N ) = α.

【0056】即ち、ある形状関数rおよび実数mを用い
て、 T(t)=mr(t), (13) と表し、図6に示された処理を繰り返す。時刻tN にお
いて全回転角Θ(t)がΘ(tB )=αとなる時は処理
を打ち切って次のステップへ進み、Θ(tB )≠αとな
る時はmの値をΔmだけ増加あるいは減少させてi=1
から繰り返す。
That is, T (t) = mr (t), (13) is expressed by using a certain shape function r and a real number m, and the processing shown in FIG. 6 is repeated. When the total rotation angle Θ (t) becomes Θ (t B ) = α at time t N , the process is terminated and the process proceeds to the next step. When Θ (t B ) ≠ α, the value of m is changed by Δm. Increase or decrease i = 1
Repeat from

【0057】時刻ti (i=0,1,2,…,N)にお
ける各θj (ti )(j=1,2,…,M)の値は、解
析的計算が可能であれば(11)式及び拘束条件式 ν(θ1 (t),θ2 (t),…,θM (t)), (14) から計算し、可能でない場合はθ1 (ti )=θ2 (t
i )=…=θM (ti )といった近似計算を用いても良
い。
The value of each θ j (t i ) (j = 1, 2, ..., M) at the time t i (i = 0, 1, 2, ..., N) is determined as long as analytical calculation is possible. Formula (11) and constraint condition formulas ν (θ 1 (t), θ 2 (t), ..., θ M (t)), (14). If not possible, θ 1 (t i ) = θ 2 (t
An approximate calculation such as i ) = ... = θ M (t i ) may be used.

【0058】その後、動作合成手段5により、直進歩行
動作生成手段3によって生成された人体モデルの関節角
度や位置などの時系列データF(ti ),(i=0,
1,2,…,N)と、回転動作生成手段4によって生成
された回転を表す時系列データG(ti ),(i=0,
1,2,…,N)とを合成して、人物像モデルの全関節
角度や位置などを表す時系列データH(ti ),(i=
0,1,2,…,N)を計算する。
After that, the motion synthesizing means 5 generates time series data F (t i ), (i = 0, such as joint angles and positions of the human body model generated by the straight ahead movement generating means 3).
1, 2, ..., N) and time series data G (t i ), (i = 0, representing the rotation generated by the rotation motion generating means 4).
, 1, ..., N), and time-series data H (t i ), (i = representing all joint angles and positions of the human figure model).
0, 1, 2, ..., N) are calculated.

【0059】合成の方法は、時刻tA 及び時刻tN にお
ける拘束条件を満足するものであれば何でも良く、 H(ti )=h(F(ti ),G(ti )),i =1,2,…,N,(15) で表される。例えばF(t)とG(t)とに何の依存関
係もない場合には、単純に両者の和を取る方法などがあ
る。
Any synthesizing method may be used as long as it satisfies the constraint condition at time t A and time t N , and H (t i ) = h (F (t i ), G (t i )), i = 1,2, ..., N, (15) For example, when F (t) and G (t) have no dependency, there is a method of simply adding the two.

【0060】なお、本実施例では左手系で回転角度を表
しているが、右手系で表しても構わない。
In this embodiment, the rotation angle is represented by the left-handed system, but it may be represented by the right-handed system.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実施例1、実施例2に示されるように、自動的に左右へ
の方向転換を実現するための数式モデルの導入により、
曲線経路に対する人物像の歩行動作を自動的に生成する
際に、(直線歩行を含む)曲線経路に対する歩行動作を
自動的に生成できる、といった効果がある。
As described above, according to the present invention,
As shown in the first and second embodiments, the introduction of the mathematical model for automatically realizing the direction change to the left and right,
When automatically generating the walking motion of the person image on the curved path, there is an effect that the walking motion on the curved path (including straight line walking) can be automatically generated.

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

【図1】曲線経路と線分近似された歩行点の例(水平面
図)を示す。
FIG. 1 shows an example (horizontal plan view) of a walking point that is approximated to a curved path and a line segment.

【図2】ステップ分解図(水平面図)を示す。FIG. 2 shows a step exploded view (horizontal plan view).

【図3】本発明の構成図及び処理の流れを示す。FIG. 3 shows a configuration diagram and a processing flow of the present invention.

【図4】実施例1の処理の流れを示す。FIG. 4 shows a processing flow of the first embodiment.

【図5】実施例1における人体モデル及び回転のモデル
を示す。
FIG. 5 shows a human body model and a rotation model according to the first embodiment.

【図6】実施例2の処理の流れ(処理(a)のみ)を示
す。
FIG. 6 shows a processing flow of the second embodiment (only processing (a)).

【図7】実施例2における人体モデル及び回転のモデル
を示す。
FIG. 7 shows a human body model and a rotation model in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 初期・終期条件計算手段 2 歩行動作生成手段 3 回転動作生成手段 4 動作合成手段 5 動作合成手段 1 Initial / Terminal Condition Calculation Means 2 Walking Motion Generation Means 3 Rotational Motion Generation Means 4 Motion Synthesis Means 5 Motion Synthesis Means

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 計算機を用いて人物像の歩行運動を生成
する歩行動作生成処理方法において、 対象物体が、直線経路を含む曲線経路上に設定された歩
行点に沿って歩行する際に、ある地点から直線上の別の
地点への直線歩行動作を生成する方法と、ある軸回りの
回転動作を生成する方法とを合成することによって、前
記曲線経路上での対象物体の歩行動作を自動的に生成す
ることを特徴とする歩行動作生成処理方法。
1. A walking motion generation processing method for generating a walking motion of a human image using a computer, wherein when a target object walks along a walking point set on a curved path including a straight path, By combining the method of generating a linear walking motion from a point to another point on a straight line and the method of generating a rotational motion around a certain axis, the walking motion of the target object on the curved path is automatically performed. A walking motion generation processing method, which is characterized in that:
【請求項2】 前記回転動作を生成する方法は、 人物像の一歩の歩行動作の生成において、左右への方向
転換をなす際に、一歩の歩行動作時間内に左右への方向
転換角度と該人物像の関節角度を一致させるように変化
させることによって、左右への方向転換歩行動作を自動
的に生成する方法であることを特徴とする請求項1に記
載の歩行動作生成処理方法。
2. The method for generating the rotation motion, wherein in the generation of a one-step walking motion of a person image, when a direction change to the left and right is performed, a direction change angle to the left and right within a walking motion time of one step and 2. The walking motion generation processing method according to claim 1, wherein the walking motion generation processing method is a method of automatically generating a direction-changing walking motion to the left and right by changing the joint angles of the person image so as to match.
【請求項3】 前記回転動作を生成する方法は、 人物像の左右への方向転換動作の生成に物理法則を適用
する場合において、人体を質点と剛体から成る多関節構
造体で近似し、関節角度を変数とした左右への回転に対
する運動方程式を立て、左右への方向転換角度と一致さ
せるように力を加えることによって、左右への方向転換
歩行動作を自動的に生成する方法であることを特徴とす
る請求項1に記載の歩行動作生成処理方法。
3. The method of generating the rotation motion, wherein when applying a physical law to the generation of the direction change motion of the human image to the left and right, the human body is approximated by a multi-joint structure composed of a mass point and a rigid body, It is a method to automatically generate a turning motion to the left and right by establishing a motion equation for left and right rotation with an angle as a variable and applying a force so as to match the turning angle to the left and right. The walking motion generation processing method according to claim 1.
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