JPH10302085A - Cgモデルの動作記録システム - Google Patents

Cgモデルの動作記録システム

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JPH10302085A
JPH10302085A JP9112786A JP11278697A JPH10302085A JP H10302085 A JPH10302085 A JP H10302085A JP 9112786 A JP9112786 A JP 9112786A JP 11278697 A JP11278697 A JP 11278697A JP H10302085 A JPH10302085 A JP H10302085A
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JP9112786A
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Shigeki Kimura
繁樹 木村
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Yamaha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成の入力手段を使用してCGモデル
に複雑な動きを付与する。 【解決手段】 スケルトン構造を有するCG(コンピュ
ータ・グラフィックス)モデルの動作をモデルの複数の
関節角の時系列データによって定義することによりCG
モデルに一連の動きを付与する際に、記録バッファにモ
デルの各関節に対応する複数の独立した記録トラックを
設定し、各記録トラック毎に記録の可否を示す記録可否
情報を設定する。そして、入力された制御量に基づい
て、記録可と設定されている記録トラックにのみ時系列
データを記録することにより、記録すべき関節角の時系
列データを各関節毎に追加記録していくことを可能にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータグ
ラフィックス(以下、CGと呼ぶ)により生成されるス
ケルトン構造を有するCGモデルを様々なモーションで
動かすようにしたCGモデルの動作記録システムに関す
る。
【0002】
【従来の技術】人体や動物などのスケルトン構造を有す
るCGモデル(オブジェクト)に一連の動きを付与する
には、各パーツ(部分オブジェクト)間を結合する各関
節部の関節角の変化や関節の位置移動を指定する必要が
ある。従来、このような関節角の変化や関節の位置移動
の指定は、モーションキャプチャ装置を使用して行って
いる。この装置では、体にセンサを取り付け、そこから
得たデータをもとに、対応するCGモデルを制御する。
この方法では、多量のセンサを用いることにより、多数
の制御点を扱うことができるという利点がある。またセ
ンサの位置を、表示するオブジェクトに近い形に配置で
きれば、人体オブジェクトなどにかなりリアルな動きを
付与することが可能である。
【0003】しかし、モーションキャプチャ装置は、装
置自体が大掛かりであり、CGモデルを制御する際の作
業量も多いという欠点がある。そこで、簡易な入力手段
として、データグローブを使用して三次元CG(以下3
DCGと呼ぶ)によるアニメーションをリアルタイムに
編集するシステムも開発されている(「リアルタイムキ
ャラクタアニメーションシステムの開発と運用」,小
倉,NICOGRAPH論文集1993,pp131〜139)。このシステ
ムでは、データグローブの各指の関節に配置されたコン
トロール素子をオブジェクトの各パーツに割り付け、操
り人形を操るような操作で3DCGオブジェクトの動き
を制御する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のリアルタイムキャラクタアニメーションシステ
ムは、CGモデルを実写映像に重ねてリアルタイムで動
かすことを目的としたものであるため、データグローブ
の操作も極力単純な操作であることに主眼がおかれてお
り、モーションキャプチャのようなCGモデルの複雑な
動きを想定したものではない。このため、CGモデルの
動きも単純な動きに限定され、応用範囲が狭いという問
題がある。また、一度記録された動作の編集についても
考慮がなされていない。
【0005】この発明は、このような点に鑑みなされた
もので、簡易な構成の入力手段を使用してもCGモデル
に複雑な動きを付与することが可能で、しかも編集操作
が容易なCGモデルの動作記録システムを提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係るCGモデ
ルの動作記録システムは、スケルトン構造を有するCG
モデルの動作を前記モデルの複数の制御部位の状態値の
時系列データによって定義することにより前記CGモデ
ルに一連の動きを付与するようにしたCGモデルの動作
記録システムにおいて、前記モデルの各制御部位を制御
するための制御量を入力するための入力手段と、前記モ
デルの各制御部位に対応する複数の独立した記録トラッ
クを有する記憶手段と、この記憶手段の各記録トラック
毎に記録の可否を示す記録可否情報を設定するための記
録可否設定手段と、前記入力手段によって入力された制
御量に基づいて、前記記録可否設定手段で設定された記
録可否情報によって記録可と設定されている前記記憶手
段の記録トラックにのみ前記制御量及び/又は状態値の
時系列データを記録する記録手段とを備えたことを特徴
とする。
【0007】この発明に係るCGモデルの動作記録プロ
グラムを記憶した媒体は、スケルトン構造を有するCG
モデルの動作を前記モデルの複数の制御部位の状態値の
時系列データによって定義することにより前記CGモデ
ルに一連の動きを付与するに当たり、前記モデルの各制
御部位を制御するための制御量を入力するための入力処
理と、前記モデルの各制御部位に対応する複数の独立し
た記録トラックを形成する記憶領域を設定する処理と、
前記記憶領域の各記録トラック毎に記録の可否を示す記
録可否情報を設定するための記録可否設定処理と、前記
入力処理によって入力された制御量に基づいて、前記記
録可否設定処理で設定された記録可否情報によって記録
可と設定されている前記記憶領域の記録トラックにのみ
前記制御量及び/又は状態値の時系列データを記録する
記録処理とを実行するものである。
【0008】この発明によれば、記憶手段にモデルの各
制御部位に対応する複数の独立した記録トラックを設定
し、各記録トラック毎に記録の可否を示す記録可否情報
を設定すると共に、入力された制御量に基づいて、記録
可と設定されている記録トラックにのみ時系列データを
記録するようにしているので、制御すべき記録部位の数
が多くても、そのうちの一部ずつを順番に追加記録して
いくことができ、少ない制御量でも多くの制御部位の制
御が可能になる。従って、この発明によれば、簡易な入
力手段を使用してもCGモデルに複雑な動きを付与する
ことができる。
【0009】既に記憶された時系列データに基づいて、
描画手段によってCGモデルをリアルタイムに描画し、
このCGモデルの描画と並行して記録可の記録トラック
に時系列データをリアルタイムで追加記録したり、記録
可の記録トラックに既に記録されている時系列データを
リアルタイムで書き換えるようにすれば、既に記録され
たCGモデルの動きを見ながら、更に細かい動きを追加
していったり、部分的な動きを修正することが可能にな
り、記録・編集作業が容易になる。
【0010】また、記録・編集手段に、時系列データの
書き換えられた箇所の前後の不連続部分を補間処理によ
って連続させる機能を持たせることにより、CGモデル
の滑らかな動きを損なわずに編集作業が行える。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の好ましい実施の形態について説明する。図1は、この
発明を実施するCGモデルの動作制御システムの構成を
示す図である。このシステムは、3DCGモデルを作成
・編集するための処理を実行するコンピュータ1と、C
Gモデルの一連の動きを指定する入力手段としてのデー
タグローブ2と、このデータグローブ2とコンピュータ
1とを接続するためのインタフェース3とを備えて構成
されている。コンピュータ1は、データグローブ2から
与えられる制御量に基づいてCGモデルに動きを付与す
るための一連の処理を実行するソフトウェアを含むコン
ピュータ本体1aと、CGモデルの動作制御に必要な割
付情報や制御パラメータなどを指定するためのキーボー
ド1b及びマウス1cと、生成されたCGモデルを表示
するディスプレイ1dとを備えて構成されている。
【0012】このようなシステムで作成される3DCG
モデルの一例を図2に示す。図示の例は、CGモデル2
1が人体モデルの例であり、顔、胴、腕のような複数の
パーツ22が図中黒点で示す制御部位としての関節23
によって結合されたスケルトン構造を有する。このCG
モデル21は、モデルデータによって3D仮想空間上に
構築される。モデルデータは、図3に示すように、形状
データとリンクデータとから構成される。形状データ
は、同図(a)に示すように、顔、胴などの各パーツの
形状を定義したファイルで、パーツを構成する複数のポ
リゴンのそれぞれについて、その頂点列、面リスト、表
面のテクスチャなどを定義したものである。また、リン
クデータは、同図(b)に示すように、各パーツのリン
ク関係を定義したファイルである。例えば、人体モデル
の場合、胴を親のパーツとし、それに結合される顔、右
腕1、左腕1、腰、…を子のパーツ、更に右腕1に結合
される右腕2を孫のパーツというようにリンク構造を定
義している。また、各パーツ間を結合する首、右肩、左
肩等の関節も同時に定義される。各関節については、三
次元の角度が定義される。関節角は、図2に示すよう
に、上位のパーツをローカル座標系とし、このローカル
座標系を基準とする下位のパーツの方向として定義され
る。このようなリンク構造を定義すれば、親となる胴の
仮想空間上の三次元位置が与えられるだけで、各パーツ
の位置が求められる。
【0013】図4に示すように、各関節の関節角を状態
値として時系列で変化させると、CGモデルに一連の動
きを付与することができる。このような一連の動きを定
義したデータをここではモーションデータと呼ぶ。この
モーションデータは、例えば図5に示すように、各時刻
について各関節の角度を定義したファイルである。ま
た、各時刻についての親の三次元座標値も同時に定義さ
れる。各時刻における関節角列のデータをフレームデー
タと呼ぶ。また、状態値としては、各関節のローカル座
標系における位置等を用いても良い。
【0014】上記のモーションデータを作成するため、
このシステムは、図6に示すような構成を有する。デー
タグローブ2は、各指の関節の位置に対応させて配置さ
れた複数の外部コントロール素子20,21,…,2n-1
を備えて構成されている。これら外部コントロール素子
0〜2n-1は、オペレータの指の曲げ角度を抵抗変化や
光量変化(光ファイバを使用した場合)等で検出し、そ
の検出量に応じた信号を制御量C0,C1,…,Cn-1
して出力する。これらの制御量C0〜Cn-1は、インタフ
ェース3を介してコンピュータ本体1aに入力される。
【0015】コンピュータ本体1aでは、まず、制御量
0〜Cn-1をデータ変換部11で3DCGのモデルデー
タにあった形式のデータ、即ち角度データに変換する。
割付指定部12では、各外部コントロール素子20〜2
n-1が、CGモデルのどの関節に割り付けられるかを指
定する割付情報に基づいて各制御量C0〜Cn-1を各関節
に割り付ける。制御パラメータ指定部13では、各関節
に割り付けられた制御量を各関節の変化率、変化の方
向、オフセット値等の制御パラメータに基づいて変換し
て各関節の状態値、即ち関節角を算出する。得られた関
節角に基づいて描画処理部14がCGモデルを画像メモ
リ15に描画する。このときCGモデルを定義するモデ
ルデータはファイル記憶部16から読み出される。CG
モデルの動きを記録する場合には、記録・編集部17の
制御のもと制御量(角度データ)が、割付情報及び曲げ
方向、変化率、オフセット値等の制御パラメータと共に
時系列データとしてバッファ18に記録される。バッフ
ァ18に記録された時系列データを再度描画する場合に
は、バッファに記憶された制御量を制御パラメータによ
り各関節の角度に変換する。バッファ18に記録された
データは、記録・編集部17によって適宜編集すること
ができる。この場合、編集後のデータも再度バッファ1
8に記録される。記録されたこれらの時系列データはモ
ーションデータとしてファイル記憶部16に適宜保存さ
れる。
【0016】図7に、各外部コントロール素子20〜2
n-1とCGモデル(人体モデル)の各関節との割付状態
及び各関節に対応した制御パラメータの一例を示す。外
部コントロール素子20,21は、どちらも人体モデルの
首に多対1で割り付けられており、それぞれの変化率R
0,R1を正と負に設定すると、制御量C0,C1が単調増
加しかしない場合でも、2本の指で首を前後又は左右に
振るという操作が可能になる。外部コントロール素子2
2は、右肘関節に1対1で割り付けられている。また、
外部コントロール素子23は、右足の付け根関節、膝関
節、足首に1対多で割り付けられており、変化率R30
31,R32及びオフセット値A30,A31,A32を適当に
設定することにより、右足全体を折り曲げたり、伸ばし
たりする動作を1つの指の関節の動きで操作することが
できる。
【0017】このような割付情報及び制御パラメータ
は、ディスプレイ1dに表示された例えば図8に示すよ
うな関節アサインダイアログボックスを使用して設定す
ることができる。ダイアログボックスには、割付情報及
び制御パラメータを保存するファイル名、記録の可否、
データグローブ2の関節、モデルの関節、X,Y,Z方
向の変化率、X,Y,Z方向のオフセット値等を指定す
る入力窓が設けられている。
【0018】制御パラメータ指定部13では、このよう
にして設定された割付情報及び制御パラメータから次の
ように各関節角を算出する。即ち、モデルの各関節のX
軸回りの回転角をそれぞれX0,X1,…,Xm-1、変化
率をR00,R01,…,Rm-1n- 1、オフセット値をA0
1,…,Am-1、制御量をC0,C1,…,Cn-1とする
と、各関節のX軸回りの関節角は、次のように求めるこ
とができる。
【0019】
【数1】
【0020】Y軸回り及びZ軸回りも同様に求めること
ができる。従来のようにコントロール素子と関節とが1
対1にしか対応しないものは、Rの対角成分だけが存在
し、オフセットAも含めてその他の値が全て0である行
列を用いていたが、このシステムでは、Rの列成分が0
以外の値を複数持つ場合には、コントロール素子と関節
とが1対多で対応し、Rの行成分が0以外の値を複数持
つ場合には、コントロール素子と関節とが多対1で対応
することになる。
【0021】データグローブ2で指示する指が不自然な
状態においてCGモデルがデフォルト状態になると、オ
ペレータの疲労度は増す。このため、オフセット値A
は、オペレータが最も力を抜いた自然な指の角度で得ら
れる外部コントロール素子20〜2n-1からの制御量C0
〜Cn-1によって、CGモデルがデフォルト状態となる
ように調整するうえで極めて有効である。また、制御パ
ラメータとしては、この他に関節角の最大値、最小値等
を与えることができる。更に、複数のコントロール素子
を含む入力手段としては、上述したデータグローブの他
に、フェーダなどを用いることもできる。
【0022】図9は、以上のような操作で生成されるモ
ーションデータの編集手順を説明するための図である。
このシステムでは、CGモデルの各関節のデータは、バ
ッファ18に各記録トラック毎に記録され、記録トラッ
ク毎に記録の可否を指定できるようになっている。この
記録可否情報は、図8に示すダイアログボックスの記録
可否のチェックボックス等により指定され、記録・編集
部17に記録される。記録・編集部17では、記録可否
情報に基づいて記録可能なトラックのデータのみを記録
していく。例えば、図9(a)の例では、左肩、右股、
左股、右膝、左膝の関節角を記録するトラックのみを記
録可能とし、他のトラックは記録不可と設定している。
これにより、例えば歩きながら左肩を挙げる動作を記録
する。
【0023】ここで、もし操作ミスによって左肩を挙げ
る動作の前段部分に不要な動作が入ってしまったような
場合には、左肩の関節角を記録するトラックのみ記録可
能にして、データを再生しながらデータの削除を行う。
このとき削除した部分とその前後のデータは不連続にな
るため、記録・編集部17は、不連続な部分の補間処理
を施す。これにより、左肩の動きの部分のみが変更され
る。次に、これまで記録した動作に首と右肘の動きを追
加したい場合、首と右肘の関節についてのみ記録可能に
して、その部分のデータを追加記録する。
【0024】このような記録・編集方法によれば、大ま
かな動作に細かい動作を追加していったり、一度記録し
たモーションデータの一部分のみを削除、編集すること
が可能になり、アニメーション作成・編集作業を非常に
効率的に行うことができる。また、モデルの関節をいく
つかのグループに分け、その動きをグループ毎に順次記
録していくことにより、限られたコントロール素子の数
で、より多くの関節の動きを付与することが可能にな
る。
【0025】ところで、このようにスケルトン構造を有
するCGモデルでは、親のパーツの座標値と各関節角又
は関節の位置が与えられれば、各パーツの位置及び姿勢
等が求められるが、親の座標値は、通常、腰や骨盤の位
置に設定されることが多いので、膝を曲げたような場合
に、親の座標値に何らの処理も加えられないと、足先が
中に浮いた不自然な動きが発生する。これを防止するた
め、記録・編集部17は、図10(a)に示すように、
足先と床面との距離YL又はYRが小さい方の足を軸足
と決定し、軸足の先が常に床面に接するようにモデルの
垂直方向の位置を補正する。また、同図(b)に示すよ
うに、床に接している軸足が水平方向に移動した場合に
は、軸足が移動しないようにモデルの水平方向の位置を
補正する。
【0026】図11は、記録・編集部17におけるモデ
ルの重心位置の補正処理を示すフローチャートである。
まず、足先の座標値を求める(S1)。右足のY座標
(但し、Y座標は高さ方向)と左足のY座標とを比較し
(S2)、右足Y座標が左足Y座標よりも小さい場合に
は、軸足が右であると決定し、重心座標を下記数2のよ
うに補正する(S3)。
【0027】
【数2】重心Y座標=重心Y座標−右足Y座標 重心X座標=重心X座標−(右足X座標−保存右足X座
標) 重心Z座標=重心Z座標−(右足Z座標−保存右足Z座
標)
【0028】数2において、軸足が床に接していない場
合には、軸足が床に接するY方向距離だけ重心のY座標
が移動し、同時にXZ軸方向については、現フレームと
前フレームとで軸足のXZ座標が変化した分だけ重心位
置が移動する。これにより、軸足自体は1点に固定され
た状態で重心位置が移動する。軸足が床に接している場
合には、軸足のY座標は0となるので、重心のY座標は
変わらないが、この場合でも軸足の水平方向への移動の
可能性があるので、重心のXZ座標を求めている。軸足
のXZ座標が現フレームと前フレームとで変化がない場
合には、水平方向への移動はないので、重心のXZ座標
は変化しない。同様に、右足のY座標が左足のY座標以
上である場合には、軸足が左であると決定し、重心座標
を下記数3のように補正する(S4)。
【0029】
【数3】重心Y座標=重心Y座標−左足Y座標 重心X座標=重心X座標−(左足X座標−保存左足X座
標) 重心Z座標=重心Z座標−(左足Z座標−保存左足Z座
標)
【0030】そして、右足、左足のXZ座標を次のフレ
ームの計算のために保存して処理を終了する(S5)。
この処理を、制御量の各サンプリングタイミング毎に起
動すると、リアルタイムで座標値を修正することがで
き、修正されたCGモデルの動きを確認しながらモーシ
ョンデータを作成することができる。また、一旦記録さ
れたデータに対して上記の処理を起動して一括的な修正
処理を行うようにしてもよい。特に、この処理は、各フ
レーム毎に重心座標を移動させるだけの簡単な処理であ
るため、リアルタイムでの処理に適しており、違和感の
ないCGモデルの動作制御が可能になる。なお、このよ
うな一連のCGモデルの動作制御処理は、例えばCGモ
デル動作制御プログラムにより実現され、そのプログラ
ムは記録媒体に記録して提供される。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
記憶手段にモデルの各制御部位に対応する複数の独立し
た記録トラックを設定し、各記録トラック毎に記録の可
否を示す記録可否情報を設定すると共に、入力された制
御量に基づいて、記録可と設定されている記録トラック
にのみ時系列データを記録するようにしているので、制
御すべき記録部位の数が多くても、そのうちの一部ずつ
を順番に追加記録していくことが可能になり、少ない制
御量の簡易な入力手段を使用してもCGモデルに複雑な
動きを付与することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明を実施するCGモデルの動作制御シ
ステムの構成を示す図である。
【図2】 同システムで表示されるCGモデルの一例を
示す図である。
【図3】 同CGモデルの形状を定義するモデルデータ
の構成を示す図である。
【図4】 同CGモデルの動きを説明するための図であ
る。
【図5】 同CGモデルの動きを定義するモーションデ
ータの内容を示す図である。
【図6】 同システムにおけるコンピュータ本体の構成
を示すブロック図である。
【図7】 同システムにおける各コントロール素子とモ
デルの関節との割付情報及び制御パラメータを示す図で
ある。
【図8】 同システムにおける割付情報及び制御パラメ
ータの設定用ダイアログボックスを示す図である。
【図9】 同システムにおけるモーションデータの記録
・編集処理を説明するための図である。
【図10】 同システムにおけるモデル重心位置の補正
処理を説明するための図である。
【図11】 同補正処理のフローチャートである。
【符号の説明】
1…コンピュータ、2…データグローブ、20〜2n-1
外部コントロール素子、3…インタフェース、11…デ
ータ変換部、12…割付指定部、13…制御パラメータ
指定部、14…描画処理部、15…画像メモリ、16…
ファイル記憶部、17…記録・編集部、18…バッフ
ァ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スケルトン構造を有するCG(コンピュ
    ータ・グラフィックス)モデルの動作を前記モデルの複
    数の制御部位の状態値の時系列データによって定義する
    ことにより前記CGモデルに一連の動きを付与するよう
    にしたCGモデルの動作記録システムにおいて、 前記モデルの各制御部位を制御するための制御量を入力
    するための入力手段と、 前記モデルの各制御部位に対応する複数の独立した記録
    トラックを有する記憶手段と、 この記憶手段の各記録トラック毎に記録の可否を示す記
    録可否情報を設定するための記録可否設定手段と、 前記入力手段によって入力された制御量に基づいて、前
    記記録可否設定手段で設定された記録可否情報によって
    記録可と設定されている前記記憶手段の記録トラックに
    のみ前記制御量及び/又は状態値の時系列データを記録
    する記録手段とを備えたことを特徴とするCGモデルの
    動作記録システム。
  2. 【請求項2】 前記記憶手段に記憶された制御量及び/
    又は状態値の時系列データに基づいて前記CGモデルを
    リアルタイムに描画する描画手段を更に備え、 前記記録手段は、前記描画手段によるCGモデルの描画
    と並行して前記記憶手段の記録可の記録トラックに前記
    制御量及び/又は状態値の時系列データをリアルタイム
    で記録するものであることを特徴とする請求項1記載の
    CGモデルの動作記録システム。
  3. 【請求項3】 前記描画手段によるCGモデルの描画と
    並行して前記記憶手段の記録可の記録トラックに既に記
    録されている前記制御量及び/又は状態値の時系列デー
    タをリアルタイムで書き換える編集手段を更に備えたこ
    とを特徴とする請求項2記載のCGモデルの動作記録シ
    ステム。
  4. 【請求項4】 前記編集手段は、前記時系列データの書
    き換えられた箇所の前後の不連続部分を補間処理によっ
    て連続させる機能を有するものであることを特徴とする
    請求項3記載のCGモデルの動作記録システム。
  5. 【請求項5】 スケルトン構造を有するCGモデルの動
    作を前記モデルの複数の制御部位の状態値の時系列デー
    タによって定義することにより前記CGモデルに一連の
    動きを付与するに当たり、 前記モデルの各制御部位を制御するための制御量を入力
    するための入力処理と、 前記モデルの各制御部位に対応する複数の独立した記録
    トラックを形成する記憶領域を設定する処理と、 前記記憶領域の各記録トラック毎に記録の可否を示す記
    録可否情報を設定するための記録可否設定処理と、 前記入力処理によって入力された制御量に基づいて、前
    記記録可否設定処理で設定された記録可否情報によって
    記録可と設定されている前記記憶領域の記録トラックに
    のみ前記制御量及び/又は状態値の時系列データを記録
    する記録処理とを実行するCGモデルの動作記録プログ
    ラムを記憶した媒体。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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