JPH11250284A - 人物ｃｇ制作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタジオセット等の高価な設備を必要とする
ことなく、人物ＣＧアニメーションを容易且つ迅速に制
作する。 【解決手段】 予め作成してある人物体勢データベース
を検索して、例えば２人組の所望の人物体勢を指定し
（ステップ１）、人物１及び２に対して順不同に、パー
ツ別ポーズデータベースＢを検索して、所望のポーズを
それぞれ指定し（ステップ２、３）、その後、全体の総
合的な調整を行うことにより、キーフレーム１を決定
し、そのキーフレーム１をベースにいずれかのパーツの
ポーズを変更し、キーフレーム２を作成し、順次同様の
操作を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、医療行為（救急処
置、外科手術、マッサージ、介護等）、ダンス・体操
等、主として人が対人的に行う各種演技・手技の習得
や、マニュアル類を持ち込めない実践の場、例えば教育
現場等で、身体で覚える実技の習得に、あるいは多くの
図面を要する設備類のメンテナンス作業等を支援するマ
ニュアル映像等を３次元ＣＧで制作する際に適用して好
適な、人物ＣＧ制作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】人物ＣＧ（コンピュータグラフィック
ス）制作システムを用いて、人物を中心とする３次元の
ＣＧアニメーション映像を制作する際、一般に図１７に
示した手順に従って行うことができる。

【０００３】まず、映像の制作に必要な人物、備品、道
具をモデリングし（ステップ１０１）、次いで洋服の柄
等のテクスチャをスキャナ等で入力し、そのテクスチャ
を作成された各モデルに貼り込むアサインを行う（ステ
ップ１０２）。

【０００４】次いで、アニメーションの単位映像となる
順次動作が変化するフレーム映像を作成することになる
が、これには次の２つの方法がある。

【０００５】１つは、特徴ある大まかな動き（ポーズ）
をキーフレームとして作成し、細かい動きはキーフレー
ム間の数学的な補間により作成する方法である。この方
法では、必要な数のキーフレーム別のポーズ入力が行わ
れる。他の１つは、後述するモーションキャプチャであ
る。

【０００６】上記いずれかの方法で各フレームの人体ポ
ーズが決定された後、光源とカメラ位置を指定し、フレ
ーム単位レンダリング処理を行い、レンダリング後の画
像データをビデオ編集し、各フレームの画像をＪＰＥＧ
等で圧縮形態にエンコードし、その圧縮データをフレー
ムディスクレコーダに書き込む。

【０００７】上述した人物ＣＧ制作作業において、作業
者の負荷が大きい工程の１つは、最初に行う人物等のモ
デリングである。

【０００８】ところが、例えば教育用途において３次元
ＣＧで人物に関する映像を制作する場合は、人物に関す
る頭や腕等のパーツの幾何モデリング作業は、近年ライ
ブラリー化が進んでいる既存のデータを流用すれば不要
となり、又、レンダリング工程ではリアルな質感等がそ
れほど求められない。

【０００９】従って、上記図１７の流れの中で作業負荷
が大きい工程は、ステップ１０３のポーズと動きの指定
（ポーズ入力）に集中し、この部分ではリアリティと自
然さが要求される。

【００１０】近年、人物に関するコンピュータグラフィ
ックス技術の目覚ましい発展があり、設備を整えれば人
物モデルにリアルな動きを持たせることが可能となり、
このような要求に答えることが可能になっている。この
ような要求に答えることができるＣＧ技術としては、
（１）インバースキネマティックスと、（２）モーショ
ンキャプチャを挙げることができる。

【００１１】（１）インバースキネマティックス これは、関節の動きを連動させる技術であり、例えば足
を上下に動かすと、それに連動して膝や太腿の付根が自
然に動くようにできる機能である。この機能は、安価な
パソコン用ＣＧソフトにも搭載されるようになってい
る。

【００１２】（２）モーションキャプチャ これは、演技者の各可動関節に位置センサやマーカーを
取り付け、実際にスタジオで演技をしてもらい、その空
間的配置情報をステレオカメラで読取り、実測値により
人物の動きを入力しようという方法である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）インバースキネマティックスには、コンピュータ
画面上で人物のポーズと動きを対話的に指示していくポ
ーズ入力作業は簡単ではなく、負荷が大きいという問題
がある。

【００１４】又、前記（２）モーションキャプチャに
は、ポーズ入力のような作業負荷はないが、反面スタジ
オセットの設備が非常に高価であり、しかもワイヤだら
けになった演技者になるべく自然に演技をしてもらう必
要があるため、演技者にとって負担が大きいという問題
がある。

【００１５】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、スタジオセット等の高価な設備を必
要とすることなく、人物を中心とするＣＧアニメーショ
ンを容易且つ迅速に制作することができる、人物ＣＧ制
作方法を提供することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、人物に関する
パーツ別のＣＧ幾何モデルとパーツ別の空間的配置情
報、及び人物全体の空間的配置情報に関して、前記空間
的配置情報で記述された人物全体の１つを初期位置とし
て、該人物全体に含まれる単一パーツだけを、初期位置
から変化させたフレームからなるＣＧアニメーションを
予めデータベース化しておき、前記ＣＧアニメーション
から所望のフレームを逐次選定することにより、制作対
象映像の全パーツの空間的配置情報を決定し、それらの
情報と前記パーツ別ＣＧ幾何モデル、及び付随するテク
スチャ情報をもとにＣＧ映像制作を行うことにより、前
記課題を解決したものである。

【００１７】即ち、本発明においては、１又は２以上の
人物の体勢（人物全体のポーズ）と、各人物の体勢に空
間的に対応付けられた人体パーツの複数のポーズとをデ
ータベース化しておき、そのデータベースを検索して目
標とするポーズに近い人物体勢と、人体パーツのポーズ
とを選定し、該人物体勢を初期位置として、その初期の
ポーズを選定したポーズに変更して、アニメーションの
単位となるキーフレームを作成できるようにしたので、
容易にＣＧアニメーションを制作することができる。

【００１８】なお、インバースキネマティックス機能が
搭載されているパソコンＣＧソフトを活用し、作業負荷
を軽減する方法として、データの再利用が挙げられる。
このようなＣＧソフトでは、一度制作した情報を補間し
て流用することが可能であるが、通常過去のデータをそ
のまま流用する用途は少なく、仮にあったとしても、そ
の後の修正負荷が初期状態から入力する場合と大差ない
ことが多いことから、有効な手段にはなり難い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００２０】本実施形態は、人体の特定のパーツだけを
動かしたバリエーションを用意し、データベース化して
おくことにより、該データベースに対して所望のポーズ
になるように、人体パーツ別に適宜検索してモンタージ
ュ法により、所望のポーズに誘導することにより、大ま
かなモデリング作業を完了できるようにしたものであ
る。

【００２１】（１）パーツのバリエーションは無限に存
在するが、用途を限定すればそれほど多くはない。又、
キーフレームアニメーションの手法を適用し、主要なポ
ーズだけを登録しておくことにより、中間パターンは後
述するように補間で生成することができる。

【００２２】（２）データベース検索のとき、ワイヤフ
レーム像ではイメージし難いので、テクスチャを張り付
けてレンダリングした画像を提示させるようにする。そ
して、検索した画像のレンダリングに使用されたポーズ
情報を利用するようにする。

【００２３】図１は、本発明に係る一実施形態の人物Ｃ
Ｇ制作方法に用いられるポーズ・データベース（ＤＢ）
と、該データベースを検索しながら行うＣＧアニメーシ
ョン制作の手順とを概念的に示した説明図である。本実
施形態では、以下の作業に、Ｆractal Ｄesign 社製の
人物ＣＧ制作ツール“Ｐoser２”を使用している。

【００２４】上記ポーズ・データベースには、人物体勢
データベースＡと、人物に関するパーツ別データベース
Ｂとがある。そして、人物体勢データベースＡには、１
人と２人（必要に応じて３人以上であってもよい）の組
合せの体勢（ポーズ）があり、図２の（１）２人組のポ
ーズ（Ａ）〜Ｇ）は、２人の体勢の一例を示したもので
ある。なお、この図２には、各フレームの映像がそのま
ま表現されているが、データベースには、各フレーム毎
に映像と、その作成に用いるＣＧ幾何学モデルと空間的
配置情報等からなるパラメータ情報とが対になって格納
されている。このデータ構成は、以下に説明するパーツ
別データベースＢの場合も同様である。

【００２５】上記パーツ別データベースＢには、頭、腕
・手、胸・腹、腰及び脚・足の各ポーズのデータベース
があり、図３、図４、図５、図６及び図７は、それぞれ
の一例をイメージ映像で示したものである。

【００２６】なお、図２の２人組の体勢も、又、図３〜
図７の各パーツ別のポーズも、図４（Ａ）に相当する左
右に両手を広げた人物の体勢を基準（初期位置）にして
作成されており、特にパーツ別の場合は対象のパーツの
ポーズが異なるだけで、それ以外の人体部分のポーズは
同一、即ち、同一の空間的配置情報に基づいて作成され
ている。そこで、便宜上、図３の頭のポーズだけは、そ
の向きが分かり難いので、頭部を拡大して示してある。

【００２７】本実施形態では、上述したデータベースを
検索しながら、図１に大まかに示した手順に従って、ア
ニメーションのキーフレーム１を決定する。図８は、そ
の決定方法の一例を映像を使って具体的に示したもので
ある。

【００２８】ここでは、救急医療支援用の映像マニュア
ルを作成することを前提にしている。まず、人物体勢を
指定する（ステップ１）。最終的に図８（７）のフレー
ムとして示した心臓マッサージの１場面を作成するため
に、同図（１）に示したように、前記図２（Ｆ）に示し
た２人組のポーズを指定する。

【００２９】次いで、人物（人体）１についてパーツ
（部品）別ポーズ指定を行い、図８（２）、（３）の状
態にする（ステップ２）。図８（２）は、同図（１）の
段階では、人体１は前述したように腕を広げた状態にな
っているので、腕を下げた図４（Ｅ）のポーズを指定す
ることにあたる。又、図８（３）は、同図（２）に対し
て前記図３（Ｆ）のポーズを指定し、人体１の頭の位置
を後方（図中下方）に曲げた状態に変更したことにあた
る。

【００３０】なお、腕と手のように、互いに包含関係に
あるパーツのデータベースには、腕全体と手がそれぞれ
パーツ別にポーズが入っている。そこで、腕全体を動か
すと、結果的に手も動くことになるが、最初に腕全体に
対して変更を指示し、その後、手だけを更新することに
より、スムーズに手が上書きできるようになっている。

【００３１】その後、図８（４）、（５）、（６）の順
に人物２の部品別ポーズ指定を行う（ステップ３）。即
ち、図８（３）の映像に対して前記図４（Ｃ）に示した
身体の前方に突き出された腕のポーズを指定し、図８
（４）の状態にし、次いで、図７（Ｂ）を指定して図８
（５）の状態にし、そのポーズのまま人体２を紙面に垂
直なＸ軸方向を中心に回転させ、図８（６）の状態にす
る。

【００３２】その後、ステップ４の総合調整で、人体
１、２の間の位置関係が微調整された図８（７）の状態
にし、仰向けに寝ている患者の胸の上に施術者の手が載
っている映像のキーフレーム１を決定する。なお、上記
総合調整では、必要に応じて設備や道具のモデルを追加
することができるが、これについては後に具体例を挙げ
て説明する。

【００３３】このように、キーフレーム１が決定された
ならば、それに続くキーフレーム２も作成する。このキ
ーフレーム２は、決定された前記キーフレーム１のいず
れかのポーズを変更することにより作成される。

【００３４】例えば、心臓をマッサージするフレームと
するために、図８（７）の状態から施術者が手を押し下
げた状態にポーズを変更し、キーフレーム２とする。そ
の際、手を押し下げる動作に伴って、他の身体の部分も
動くことになるので、その調整も行う。その際、施術者
が患者の胸を押したときの胸の凹み等の僅かな変更は、
前記図１のステップ４に示したスケーリングの機能によ
り、パラメータを指定して行うことができる。

【００３５】このようにして、キーフレーム２が決定さ
れたならば、同様にこのクレームを変更してキーフレー
ム３を作成し、更に同様にキーフレーム４、５・・・を
作成する。なお、先の説明では、図１のステップ２の人
物１の指定を先に実行するようにしたが、逆にしてもよ
い。又、図８に示した処理手順も、基本的には順不同で
あり、例えば（４）、（５）、（６）の順を、（４）、
（６）、（５）のようにして、脚のポーズ指定の前にＸ
軸回転を行うようにしてもよい。

【００３６】本実施形態では、上述した方法でキーフレ
ームを順次作成した後、前記図１７に示した従来の手順
のステップ１０５〜１０７と同様の処理を行うことによ
り、例えば、図９に示した正面から見た心臓マッサージ
の一場面に当るキーフレームの映像を作成することがで
きる。又、本実施形態では、図１０に示したように上記
図９に示した患者をスケルトン（骸骨）で表示た映像
も、同様にデータベースを検索して作成することができ
る。

【００３７】以上のようにして、アニメーションの要に
なるキーフレームは、前記データベースを検索し、必要
なポーズを指定することにより作成する。

【００３８】ところが、このようなキーフレームだけで
は、滑らかな動きのアニメーション映像を表現できない
ことも多く、中間のキーフレームを挿入する必要が生じ
る。ところが、与えられたポーズパターンだけでは、そ
のような中間のキーフレームのポーズを実現できないこ
とが多い。そこで、本実施形態に適用する人物ＣＧ制作
システムには、図１１に操作画面を概念的に示したよう
な、ポーズの補間演算機能が実現されている。ここで、
図１１のパーツ別ポーズキーフレームは、これまで述べ
てきたキーフレームではなく、前記図１に示したデータ
ベースに登録されている代表的ポーズフレームを指す。

【００３９】その機能を用いて人物のポーズを指定する
操作を、図１２のフローチャートに従って説明する。

【００４０】まず、前記図８の場合と同様に、人物が２
人であるとすると、編集対象の人物１又は２を選定し
（ステップ１１）、図１１の画面上の編集パーツの中か
ら対象とするパーツを選定し（ステップ１２）、画面最
上段のパーツ別ポーズキーフレーム表示部に、対象パー
ツに関するポーズパターンをキーフレームとして表示す
る（ステップ１３）。この図１０のパーツ別ポーズキー
フレーム表示部には、前記のようにデータベースに登録
されているポーズパターンに関するフレーム映像が表示
される。

【００４１】今、上記キーフレーム表示部で、映像の特
徴のイメージを上向きと右向きの矢印でそれぞれ示した
左から４番目と５番目の間のポーズパターンが要望され
ているため、その間に補間映像を作成するとして、この
２画面のキーフレームを選定すると（ステップ１４）、
この両フレーム間を補間演算により作成した複数の映像
が、上記キーフレーム表示部の下のパーツ別ポーズアニ
メーション表示部に自動的に表示される（ステップ１
５）。このアニメーション表示部で左端と右端のフレー
ムが上記４番目と５番目のキーフレームに当る。

【００４２】そこで、これらポーズアニメーションの中
から必要なフレームを選定し、確定のコマンドを入力す
ると（ステップ１６）、編集対象としているパーツの空
間的配置情報が更新され（ステップ１７）、更新された
映像が制作ワーク画面に表示される。なお、上記４番目
又は５番目のポーズ自体が要望される場合を考慮し、ス
テップ１６のフレームの確定は、キーフレームから直接
行うこともできる。

【００４３】ステップ１７の更新が終了した段階では、
映像がワイヤフレーム像で表示されているため、正確な
状態を見たいときには、コマンド入力でレンダリングを
指示し、その後、制作ワーク画面を更新し（ステップ１
８）、その確認ができた後に、必要に応じて前記ステッ
プ１１に戻り、他のパーツの編集を行う。

【００４４】本実施形態の人物ＣＧ制作システムでは、
上述した機能を実現するために、図１３に示すようなパ
ーツ別空間的配置情報のデータベースが構築されてい
る。この図の下側に示した各ディスク（ファイル）Ｄに
は、頭等のパーツの位置や角度等の空間的な配置がパラ
メータ情報でそれぞれ記録可能になっており、そのパラ
メータ情報とそれに基づいてレンダリングされたフレー
ム画像とが、矢印で対応関係を示したように対をなすよ
うに、上記データベースに格納されるようになってい
る。従って、上記図１２のステップ１８で制作ワーク画
面を更新すると、そのフレームの画像とその空間的配置
情報とがセットで上記データベースに格納されることに
なる。

【００４５】このようにして、データベース化されてい
る上記ＣＧアニメーションは、各フレームを構成する全
ての空間的配置情報と、前記空間的配置情報と前記パー
ツ別幾何モデルにテクスチャ情報等を加味してレンダリ
ング処理された画像情報から構成されているため、本実
施形態では後者の画像情報をブラウジング（閲覧）する
ことにより、前者の該当するフレームの空間的配置情報
を検索することができるようになっている。

【００４６】又、図１４には、上記人物ＣＧ制作システ
ムのファイル構成を概念的に示した。

【００４７】（１）のパーツ別ＣＧ幾何モデルのファイ
ルは、人物に関するパーツ（頭、腕等）が、平面のポリ
ゴン（多角形）と曲面のＮＵＲＢＳ形状を用いて幾何学
的に記述されたデータとして記録されている。

【００４８】これらのパーツを人物として空間的に統合
して割り付ける指示は、（３）のファイルにある人物全
体の組立を管理するための全体空間的配置情報に基づい
て行われる。

【００４９】更に、（１）のパーツ別ＣＧ幾何モデルに
は、次に述べる（２）のモデル付属テクスチャ情報を参
照するためのアドレス情報も書かれている。具体的に
は、図１５のように、（１）のファイルの幾何モデルを
構成するポリゴン、例えば四角形であるとすると、その
各頂点にテクスチャの２次元アドレス情報（ｕ，ｖ）が
書かれている。図１５は、上記ポリゴンに当るワイヤフ
レーム像で表わされた（ｘ，ｙ，ｚ）座標系のＣＧモデ
ルと（ｕ，ｖ）座標系のテクスチャ情報の対応関係を、
前記図９のフレームの場合を例にイメージで示したもの
である。

【００５０】（２）のモデル付属テクスチャ情報のファ
イルは、例えば図１５の下半分に示されているような、
洋服等のテクスチャの絵の画像が入っている。本実施形
態では（ｕ，ｖ）で与えられる各座標にはＲＧＢで与え
られる色情報が格納されているが、周知のバンプマッピ
ングを行うために、凹凸情報が同時に格納される等、
（ｕ，ｖ）配列で格納される情報内容は色に限定される
ものではない。

【００５１】（４）のパーツ別空間的配置情報は、前記
図１３に示したパーツ別空間的配置情報データベースに
当る。本実施形態では（３）の全体空間的配置情報に基
づく管理の範囲を逸脱しない範囲で、前述したようにキ
ーフレーム１、２を決定し、このファイルの内容を更新
することにより、各キーフレームの映像を作成し、又、
両フレーム間の補間したＮフレーム目の画像が必要な場
合には、更新ファイル１、２を用いて、同フレームの補
間ファイルを作成していることになる。

【００５２】（５）の備品・道具モデルは、フレーム画
像を作成する際、その場面に追加する材料を意味し、備
品としては救急医療行為に使用する包帯等を挙げること
ができる。又、道具としては、心臓マッサージの映像を
作成する際、前記図１０に示したように患者をスケルト
ン表示することもできるように、対応するスケルトン画
像も必要に応じて作成するが、このような画像に対して
追加する、例えば心臓等の内臓がある。便宜上、このよ
うな内臓のことをここではＣＧ画像作成のための道具と
呼んでいる。

【００５３】図１５は、上記スケルトンを表わすＣＧ画
像に、道具として心臓Ｃを追加する様子をイメージで示
したものであり、下のスケルトンの肋骨の内側には、こ
の心臓が追加されている。

【００５４】（６）の光源・カメラパラメータは、作成
された各フレームをレンダリングする際のパラメータ情
報である。

【００５５】以上詳述した如く、本実施形態によれば、
ＣＧアニメーションを作成する際に最も作業負荷のかか
るポーズ・動作指定がデータベース検索操作を基調とし
て、迅速に行うことができ、トータルのＣＧ制作負荷を
大幅に低減することができる。又、演技者や大掛かりな
設備が不要であるため、制作コストが安価で、場合によ
っては実写より安価にすることができる。更に、演技者
の技量では演技できない動作や、一定の動作を長時間強
いる映像等、実写では無理な動作も容易に制作できる。

【００５６】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００５７】例えば、前記実施形態では、救急医療支援
用の映像を作成する場合を例に説明したが、これに限定
されない。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
スタジオセット等の高価な設備を必要とすることなく、
人物を中心とするＣＧアニメーションを容易且つ迅速に
制作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態の人物ＣＧ制作方法を
概念的に示す説明図

【図２】人物体勢のデータベースの一例を示すイメージ
図

【図３】頭のポーズのデータベースの一例を示すイメー
ジ図

【図４】腕・手のポーズのデータベースの一例を示すイ
メージ図

【図５】胸・腹のポーズのデータベースの一例を示すイ
メージ図

【図６】腰のポーズのデータベースの一例を示すイメー
ジ図

【図７】脚・足のポーズのデータベースの一例を示すイ
メージ図

【図８】人体ＣＧ映像の制作手順を示すイメージ図

【図９】制作されたフレーム画像の一例を示すイメージ
図

【図１０】図９の一部をスケルトン映像にしたイメージ
図

【図１１】人物ＣＧ制作システムの操作画面の一例を示
す説明図

【図１２】人物ポーズの指定手順を示すフローチャート

【図１３】パーツ別空間的配置情報のデータベースの構
成を概念的に示す説明図

【図１４】人物ＣＧ制作システムのファイル構成を示す
説明図

【図１５】ワイヤフレーム像とテクスチャの対応関係を
示す説明図

【図１６】ＣＧ画像における道具の追加例を示すイメー
ジ図

【図１７】従来の人物ＣＧの作成手順を示すフローチャ
ート

【符号の説明】

Ａ…人物体勢データベース Ｂ…パーツ別データベース Ｃ…心臓

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人物に関するパーツ別のＣＧ幾何モデルと
   パーツ別の空間的配置情報、及び人物全体の空間的配置
   情報に関して、前記空間的配置情報で記述された人物全
   体の１つを初期位置として、該人物全体に含まれる単一
   パーツだけを、初期位置から変化させたフレームからな
   るＣＧアニメーションを予めデータベース化しておき、
   前記ＣＧアニメーションから所望のフレームを逐次選
   定することにより、制作対象映像の全パーツの空間的配
   置情報を決定し、それらの情報と前記パーツ別ＣＧ幾何
   モデル、及び付随するテクスチャ情報をもとにＣＧ映像
   制作を行うことを特徴とする人物ＣＧ制作方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記パーツには、一方のポーズを変更すると他方のポー
   ズが必然的に変化する、互いに包含関係にあるものを含
   み、これらの関係にある一方のパーツに対して、前記デ
   ータベース検索を実施した場合、他方のパーツの空間的
   配置情報を上書きできるようにしたことを特徴とする人
   物ＣＧ制作方法。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記人物全体の空間的配置情報には２人以上の空間的配
   置情報も含まれ、前記データベース検索におけるパーツ
   別の空間的配置情報の指定は、１人ずつ個別に行われる
   ことを特徴とする人物ＣＧ制作方法。
4. 【請求項４】請求項１において、 前記データベース化されるＣＧアニメーションは、各フ
   レームを構成する全ての空間的配置情報と、前記空間的
   配置情報と前記パーツ別幾何モデルにテクスチャ情報等
   を加味してレンダリング処理された画像情報から構成さ
   れ、後者の画像情報をブラウジングすることにより、前
   者の該当するフレームの空間的配置情報を検索できるよ
   うにしたことを特徴とする人物ＣＧ制作方法。