KR100682849B1

KR100682849B1 - 디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100682849B1
Application number: KR1020040089860A
Authority: KR
Inventors: 백성민; 이춘영; 이인호; 김현빈
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2007-02-15
Also published as: US20060098014A1; KR20060040315A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은, 디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture) 및 상기 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계를 저장하고 있다가, 외부로부터의 요청에 따라 상기 저장한 키 자세 및 키 자세 간의 연결 관계를 이용하여 다수의 캐릭터를 자동으로 생성하고 상기 생성한 캐릭터의 경로 및 동작을 환경과 특성에 맞게 제어함으로써, 다양하고 사실적인 애니메이션, 특히 다양하고 사실적인 군중장면을 생성할 수 있도록 하기 위한, 디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결 방법의 요지

본 발명은, 디지털 캐릭터 생성 장치에 있어서, 외부로부터 입력받은 동작 데이터로부터 키 자세(Key Posture)를 추출하여 저장하고, 상기 추출한 키 자세 간의 연결 관계를 계산하여 저장하기 위한 자세 저장 수단; 외부로부터 입력받은 파라미터를 기반으로 가상 캐릭터를 생성하기 위한 캐릭터 생성 수단; 충돌 회피에 필요한 주변 캐릭터 또는 장애물에 대한 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 캐릭터의 이동 방향 및 속도를 기설정된 충돌 회피 규칙(Rule)에 따라 조절하면서 시뮬레이션을 수행하고, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 각 캐릭터의 동작을 제어하기 위한 행동 양식 파라미터를 생성하기 위한 시뮬레이션 수단; 상기 시뮬레이션 수단으로부터 전달받은 행동 양식 파라미터에 따라 상기 자세 저장 수단으로부터 상응하는 자세를 검색하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하기 위한 키 프레임 생성 수단; 및 상기 키 프레임 생성 수단에서 생성한 키 프레임을 보간하여 모션 파일을 생성하기 위한 모션 파일 생성 수단을 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 3차원 게임, 애니메이션 등에 이용됨.

군중장면, 디지털 캐릭터 생성, 키 자세(Key Posture), 보간, 충돌 회피

Description

디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법{Apparatus and its method for generating digital character}

도 1은 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치의 일실시예 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치 중 동작 시뮬레이션부의 일실시예 상세 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치 중 동작 제어부의 일실시예 상세 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치 중 자세 저장부의 일실시예 상세 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치에서 다수의 키 자세를 보간하여 새로운 하나의 자세를 생성하는 과정에 대한 일실시예 설명도,

도 6은 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

100 : 캐릭터 생성부 200 : 동작 시뮬레이션부

210 : 규칙 기반 처리부 220 : 지식 기반 처리부

230 : 행동 기반 처리부 300 : 동작 제어부

310 : 정보 분석부 320 : 자세 선택부

330 : 자세 합성부 340 : 자세 위치부

400 : 자세 저장부 410 : 키 자세 추출부

420 : 자세 데이터베이스 500 : 모션 파일 생성부

본 발명은, 디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture) 및 상기 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계를 저장하고 있다가, 외부로부터의 요청에 따라 상기 저장한 키 자세 및 키 자세 간의 연결 관계를 이용하여 다수의 캐릭터를 자동으로 생성하고 상기 생성한 캐릭터의 경로 및 동작을 환경과 특성에 맞게 제어함으로써, 다양하고 사실적인 애니메이션, 특히 다양하고 사실적인 군중장면을 생성할 수 있도록 하기 위한, 디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

애니메이션, 영화, 게임 등에서 대규모 군중장면이 늘어나면서, 컴퓨터 그래픽을 이용하여 3차원 캐릭터를 생성하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래에 3차원 캐릭터에 대한 연구는 주로 단일 캐릭터에 대한 다양한 편집을 하거나 자연스러운 움직임을 제어하는 방법에 중점을 두고 이루어졌다. 또한, 다중 객체에 대한 기술로서 파티클 시스템 또는 간단한 객체를 사용하여 충돌을 회피하는 방법 등이 제시되고 있으나 인간의 움직임에 적용하기에는 어려움이 있다.

또한, 최근 발표되는 논문에서 행동 양식에 따라 다수의 인간형 캐릭터를 생성하고 제어하는 방법들도 제시되고 있지만 현재 상태에 따라 행동 양식이 어떻게 적용되어야 하는지에 대한 연구로서, 자연스러운 동작에 대한 부분은 아직 미흡하다고 할 수 있다.

특히, 극장용 애니메이션, 영화 등에 나타나는 다수의 3차원 캐릭터들은 자연스러운 장면을 연출하는데 필수적인 요소이며 3차원 캐릭터의 어색한 동작은 작품(컨텐츠)의 품질을 크게 떨어뜨리는 원인이 된다. 따라서, 군중장면 등에 사용되는 다수의 3차원 캐릭터를 생성하고, 생성한 캐릭터가 자연스럽고 지능적으로 움직이도록 제어할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.

본 발명은, 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture) 및 상기 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계를 저장하고 있다가, 외부로부터의 요청에 따라 상기 저장한 키 자세 및 키 자세 간의 연결 관계를 이용하여 다수의 캐릭터를 자동으로 생성하고 상기 생성한 캐릭터의 경로 및 동작을 환경과 특성에 맞게 제어함으 로써, 다양하고 사실적인 애니메이션, 특히 다양하고 사실적인 군중장면을 생성할 수 있도록 하기 위한, 디지털 캐릭터 생성 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 디지털 캐릭터 생성 장치에 있어서, 외부로부터 입력받은 동작 데이터로부터 키 자세(Key Posture)를 추출하여 저장하고, 상기 추출한 키 자세 간의 연결 관계를 계산하여 저장하기 위한 자세 저장 수단; 외부로부터 입력받은 파라미터를 기반으로 가상 캐릭터를 생성하기 위한 캐릭터 생성 수단; 충돌 회피에 필요한 주변 캐릭터 또는 장애물에 대한 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 캐릭터의 이동 방향 및 속도를 기설정된 충돌 회피 규칙(Rule)에 따라 조절하면서 시뮬레이션을 수행하고, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 각 캐릭터의 동작을 제어하기 위한 행동 양식 파라미터를 생성하기 위한 시뮬레이션 수단; 상기 시뮬레이션 수단으로부터 전달받은 행동 양식 파라미터에 따라 상기 자세 저장 수단으로부터 상응하는 자세를 검색하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하기 위한 키 프레임 생성 수단; 및 상기 키 프레임 생성 수단에서 생성한 키 프레임을 보간하여 모션 파일을 생성하기 위한 모션 파일 생성 수단을 포함한다.
한편, 본 발명의 방법은, 디지털 캐릭터 생성 방법에 있어서, 입력 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture)와 상기 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계를 저장하고 있는 저장 단계; 입력 파라미터에 따라 가상 캐릭터를 생성하는 캐릭터 생성 단계; 충돌 회피에 필요한 주변 캐릭터 또는 장애물에 대한 정보를 이용하여 상기 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 방향 및 속도를 기설정된 충돌 회피 규칙(Rule)에 따라 조절하면서 시뮬레이션을 수행하고, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 각 캐릭터의 동작을 제어하기 위한 행동 양식 파라미터를 생성하는 시뮬레이션 단계; 상기 생성한 행동 양식 파라미터에 따라 해당 키 자세를 검색하여 각 캐릭터의 자세를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하는 키 프레임 생성 단계; 및 상기 생성한 키 프레임과 키 프레임 사이의 중간 프레임을 보간(interpolation)하여 최종적인 모션 파일(애니메이션)을 생성하는 모션 파일 생성 단계를 포함한다.

삭제

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 캐릭터 생성 장치는, 외부로부터 입력받은 동작 데이터로부터 키 자세(Key Posture)를 추출하여 저장하고, 상기 추출한 키 자세 간의 연결 관계를 계산하여 저장하고 있는 자세 저장부(400), 사용자로부터 입력받은 파라미터를 기반으로 가상 캐릭터를 생성하기 위한 캐릭터 생성부(100), 상기 캐릭터 생성부(100)에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 그에 따른 행동 양식 파라미터를 생성하기 위한 동작 시뮬레이션부(200), 상기 동작 시뮬레이션부(200)로부터 전달받은 행동 양식 파라미터에 따라 상기 자세 저장부(400)로부터 상응하는 자세를 검색하여 상기 캐릭터 생성부(100)에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하기 위한 동작 제어부(300), 및 상기 동작 제어부(300)에서 생성한 키 프레임을 보간하여 모션 파일을 생성하기 위한 모션 파일 생성부(500)를 포함한다.

상기 캐릭터 생성부(100)는 사용자로부터 입력받은 파라미터(캐릭터의 개수, 생성 위치, 방향, 정렬 상태, 힘, 체력(HP), 속해 있는 그룹, 적)를 기반으로 소정 개수(예를 들어 23개)의 관절을 갖는 가상 캐릭터를 생성한다. 이 때, 캐릭터의 초기 자세는 스킨 메쉬를 연결하기 쉽도록 'T'자형으로 구성하며, 각 캐릭터는 사용자가 지정한 영역에서 서로 충돌이 발생하지 않도록 위치를 결정한다. 이를 위하여 각 캐릭터는 충돌을 회피하기 위한 두 개의 충돌 영역과 앞으로의 충돌을 예상하기 위한 충돌 예측 영역을 포함하고 있다. 상기 두 개의 충돌 영역은 캐릭터를 중심으로 하여 구형태로 넓은 범위의 바깥 영역과 그 보다 좁은 안쪽 영역이다.

상기 동작 시뮬레이션부(200)는 상기 캐릭터 생성부(100)에서 생성한 캐릭터 가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 그 결과로 생성된 현재 프레임에서의 행동 양식 파라미터를 동작 제어부(300)로 전달한다. 상기 행동 양식 파라미터는 각 캐릭터의 동작을 제어하는데 이용된다.

이 때, 상기 동작 시뮬레이션부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 규칙 기반 처리부(210), 지식 기반 처리부(220), 및 행동 기반 처리부(230)를 포함한다.

먼저, 상기 지식 기반 처리부(220)는 충돌을 효과적으로 회피하기 위하여 필요한 주변 캐릭터의 위치, 방향, 장애물 등에 대한 환경 정보를 관리한다. 그 상세한 정보를 "지식(Knowledge)"이라고 한다. 본 발명에서 지식은 전체 경로를 결정하기 위한 글로벌 정보(Global information)와 충돌 없는 궤도를 만들기 위한 로컬 정보(Local information)를 포함한다.

즉, 글로벌 정보(Global information)는 환경 내에서의 초기 위치, 최종 위치, 그리고 고정된 물체에 대한 정보를 포함하며, 로컬 정보(Local information)는 경로 상에 존재하는 고정된 물체 또는 움직이는 물체에 대한 정보를 포함한다.

한편, 규칙 기반 처리부(210)는 상기 지식 기반 처리부(220)에서 관리하는 환경 정보를 이용하여 현재의 방향 및 속도로 진행하면 앞으로 충돌이 발생할 것인지 여부를 예측한다. 그리고, 충돌이 발생하지 않으면 계속 진행하고, 충돌이 발생할 것으로 예상되면 방향 및 속도를 미리 정해진 규칙(rule)(충돌 회피 규칙)에 따라 조절한다.

규칙 기반 처리부(210)의 충돌을 회피하기 위한 규칙(rule)(충돌 회피 규칙)은 다음과 같은 경우 등에 대하여 정의한다.

1. 두 캐릭터가 서로 마주보고 움직이는 경우에는 충돌이 예상되는 지점보다 훨씬 앞쪽에서 충돌을 회피하기 위한 행동이 발생한다. 즉, 안전한 공간을 찾은 후에는 오른쪽 또는 왼쪽으로 방향을 조절하여 충돌을 회피하고, 안전한 공간을 찾지 못하면 상체를 움직이는 동작으로 충돌을 회피할 수 있는지를 체크한다.

2. 다른 캐릭터를 추월할 때에는 먼저 안전한 공간을 선택하여 추월하되, 몸 전체의 방향을 조절하여야 하는지 아닌지를 체크한다.

3. 다른 방향에서 움직이는 물체와 충돌이 예상되는 경우에는 속도를 높이거나 또는 줄이거나 또는 다른 물체가 먼저 지나치도록 기다리거나 또는 보다 능동적으로 방향을 조절한다.

이처럼 상기 규칙 기반 처리부(210)는 상기 지식 기반 처리부(220)의 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성부(100)에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 방향 및 속도를 미리 정해진 규칙(rule)에 따라 조절한다.

이 때, 방향 및 속도를 조절할 때에는 상대방 또는 장애물의 위치, 방향, 및 속도에 의하여 결정한다. 주변 공간이 매우 넓은 상황에서는 바깥 영역이나 안쪽 영역을 고려하지 않고 방향 또는 속도를 조절하여 충돌을 회피하고, 주변 공간이 보통인 상황에서는 바깥쪽의 큰 영역을 사용하여 충돌을 회피하며, 주변 공간이 협소한 상황에서는 안쪽 영역을 사용하여 충돌을 회피한다. 그리고, 안쪽 영역으로 충돌을 회피할 수 없을만큼 주변 공간이 협소한 경우에는 관절 부위를 조절(자세를 바꿈, 예를 들어 상체를 오른쪽 또는 왼쪽으로 트는 동작)하여 충돌을 회피한다.

결과적으로, 상기 규칙 기반 처리부(210)는 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움 직일 수 있도록 시뮬레이션하여 위치, 방향, 속도를 조절하거나, 또는 관절 부위를 조절한다. 그리고, 그 조절 결과에 따라 행동 양식 파라미터를 변경하도록 행동 기반 처리부(230)로 요청한다.

행동 기반 처리부(230)는 상기 규칙 기반 처리부(210)의 제어에 따라 행동 양식 파라미터를 설정하여 군중 속에서 그룹(그룹을 이루는 다수의 캐릭터) 또는 개인(각각의 캐릭터)의 특성을 제어하며, 상체를 옮기거나 전체 위치를 변경함으로써 충돌을 회피하는 것을 결정한다.

행동 양식 파라미터는 아래과 같은 형태로 구현될 수 있다.

- 속도 제어(Velocity Control)

Fast_Group

Normal_Group

Slow_Group

- 충돌 회피(Collision Avoidance)

Collision_Level_All

Collision_Level_UpperBody

> Left_Turn

> Right_Turn

...

상기 동작 제어부(300)는 상기 동작 시뮬레이션부(200)로부터 전달받은 행동 양식 파라미터에 따라 자세 저장부(400)로부터 상응하는 자세를 검색하여 상기 캐 릭터 생성부(100)에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성한다.

이를 위하여 상기 동작 제어부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 동작 시뮬레이션부(200)로부터 전달받은 행동 양식 파라미터를 분석하기 위한 정보 분석부(310), 상기 정보 분석부(310)의 분석 결과에 따라 자세 저장부(400)로부터 해당 키 자세를 선택하기 위한 자세 선택부(320), 상기 자세 선택부(320)에서 선택한 다수의 키 자세를 보간하여 새로운 하나의 멀티 레이어 자세로 변환시키기 위한 자세 합성부(330), 상기 자세 선택부(320)에서 선택한 키 자세 또는 상기 자세 합성부(330)에서 생성한 멀티 레이어 자세를 이용하여 상기 캐릭터 생성부(100)에서 생성한 캐릭터를 변환한 후, 상기 정보 분석부(310)에서 분석한 행동 양식 파라미터(시뮬레이션 경로)에 따라 화면 내의 해당 위치에 위치시키기 위한 자세 위치부(340)를 포함한다.

멀티 레이어 자세(Multi Layered Posture)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 자세 선택부(320)에서 선택한 다수의 키 자세를 보간하여 새로운 하나의 자세를 만들어낸 것이다. 예를 들어 걷고 있는 자세(51)와 한쪽 손을 드는 자세(52)를 선택하여 합성함으로써 걸으면서 한쪽 손을 드는 자세(53)를 생성한다.

또한, 상기 자세 위치부(340)가 상기 자세 선택부(320)에서 선택한 키 자세 또는 상기 자세 합성부(330)에서 생성한 멀티 레이어 자세를 이용하여 변환한 캐릭터를 시뮬레이션 경로에 따라 위치시킬 때에는 각 자세의 질량 중심 및 발 제약조건을 이용하여 지면에 닿는 발의 위치를 일치시킨다. 그리고, 자세의 방향은 경로 의 탄젠트 방향과 일치시킨다.

한편, 상기 자세 저장부(400)는 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture)를 저장하고 있으며, 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계를 계산하여 저장하고 있다.

즉, 상기 자세 저장부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 외부로부터 입력받은 동작 데이터로부터 키 자세(Key Posture)를 추출하고, 추출한 키 자세 간의 연결 관계를 계산하기 위한 키 자세 추출부(410)와 상기 키 자세 추출부(410)의 제어에 따라 키 자세(Key Posture) 및 각 키 자세 간의 연결 관계를 저장하기 위한 자세 데이터베이스(Posture Database)(420)를 포함한다.

이 때, 동작 데이터란 사람의 움직임을 직접 캡처한 데이터로서, 그 움직임이 사람과 유사하나 사이즈가 크고 연결 관계를 찾기 위한 전처리 단계가 오래 걸린다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 동작 데이터를 하기의 [표1]과 같이 기본 동작에 따라 분류한 후 중요한 키가 되는 자세를 추출한다.

기본 동작	상위 단계 추출	하위 단계 추출
동작 데이터	걷기	두발 모두 지면에 있는 자세(왼발이 뒤)
		왼발이 오른발을 지나는 순간의 자세
		두발 모두 지면에 있는 자세(왼발이 앞)
		오른발이 왼발을 지나는 순간의 자세
		...
	손 흔들기	초기 자세
		손을 중간쯤 들어올린 자세
		손을 최대한 올린 자세
	점프	도약 단계 1
		...
		발이 지면에서 떨어지는 순간의 자세
		최고점에 도달하는 자세
		지면에 착지하는 자세
	...	...

이처럼, 상기 키 자세 추출부(410)는 동작 데이터로부터 키 자세(Key Posture)를 추출할 뿐만 아니라, 속도, 동작 상태, 발 제약 조건과 같은 파라미터 를 함께 추출한다.

한편, 동작 데이터로부터 추출한 키 자세(Key Posture)는 서로의 연결 관계에 따라 원래의 동작으로 재구성할 수 있어야 한다. 연결 관계란 동작 데이터로부터 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 관계를 계산하는 것으로서, 현재 자세에서 어떤 자세로 연결하여야 자연스럽게 동작이 생성되는지를 결정하는 중요한 요소이다. 연결 관계를 계산하는 방법은 하기의 [수학식 1]과 같다.

여기서, 중요한 파라미터는 발의 위치, 방향, 그리고 속도이다. 다음 자세를 연결하기 위하여 현재 땅에 닿아 있는 발이 동일하여야 하며, 움직이고 있는 발이 이동할 것이라고 예상되는 범위의 중심에서 가까울수록 1에 가까운 값을 가지며, 중심에서 바깥으로 멀어질수록 0에 가까운 값을 가진다.

상기에서 설명한 바와 같이 자세 저장부(400)에서 키 자세를 추출하여 저장하고, 키 자세들 간의 연결 관계를 계산하여 저장하는 과정은 군중장면을 생성하기 이전에 미리 처리되어지며, 한번 저장시킨 키 자세 및 연결 관계는 계속해서 재사용하게 된다. 이후, 동작 제어부(300)에서는 모든 프레임에서 각 캐릭터의 동작을 비교하는 것이 아니라 자세를 비교하므로 기존에 비하여 처리 속도가 빠른 장점이 있다.

상기 모션 파일 생성부(500)는 각 프레임에 대하여 각 캐릭터의 자세를 보간(interpolation)하여, 즉 상기 생성한 키 프레임과 키 프레임 사이의 중간 프레임을 보간(interpolation)하여 최종적인 모션 파일(애니메이션)을 생성한다. 이 때, 키 자세(Key Posture)는 동작 데이터로 재구성할 수 있는 수준이므로 보간(interpolation)에 의하여 생성된 애니메이션의 품질은 동작 데이터의 수준과 유사하다고 볼 수 있다. 이 때, 각 키 자세를 보간할 때에는 스플라인 쿼터니언 보간법을 이용한다.

또한, 상기 모션 파일 생성부(500)는 상기 생성한 모션 파일(애니메이션)에 대하여 각 캐릭터의 발끝이 미끄러지거나 발이 지면 아래로 내려가지 않도록 리타게팅(retargeting) 기법을 이용하여 미세 조정한다.

도 6을 참조하여 본 발명의 전체적인 동작 과정을 다시 한번 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명이 실행되기 위하여서는 자세 데이터베이스에 사용자로부터 입력받은 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture)와 상기 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계가 저장되어 있어야 한다.

이후, 사용자로부터 캐릭터의 개수, 생성 위치, 방향, 정렬 상태, 힘 등의 파라미터를 입력받아 디지털 캐릭터 생성을 요청받는다(601).

그러면, 상기 사용자로부터 입력받은 파라미터(캐릭터의 개수, 생성 위치, 방향, 정렬 상태, 힘 등)에 따라 소정 개수(예를 들어 23개)의 관절을 갖는 가상 캐릭터를 생성한다(602). 그리고, 상기 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 각 캐릭터의 동작을 제어하기 위한 행동 양식 파라미터를 생성한다(603).

이후, 상기 생성한 행동 양식 파라미터에 따라 상기 자세 데이터베이스로부터 해당 자세를 검색하여 각 캐릭터의 자세를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성한다(604). 그리고, 상기 생성한 키 프레임과 키 프레임 사이의 중간 프레임을 보간(interpolation)하여 최종적인 모션 파일(애니메이션)을 생성한다(605).

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같이 본 발명은, 사용자가 설정한 영역에 원하는 수의 캐릭터를 쉽게 생성할 수 있으며, 캐릭터의 경로 및 동작을 환경과 특성에 맞게 생성해 줌으로써 다양하고 사실적인 애니메이션, 특히 다양하고 사실적인 군중장면을 만들 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 다수의 캐릭터를 다양하고 사실적으로 생성할 수 있으므로, 전체 컨텐츠(영화, 애니메이션, 게임 등) 제작의 편의성과 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

디지털 캐릭터 생성 장치에 있어서,

외부로부터 입력받은 동작 데이터로부터 키 자세(Key Posture)를 추출하여 저장하고, 상기 추출한 키 자세 간의 연결 관계를 계산하여 저장하기 위한 자세 저장 수단;

외부로부터 입력받은 파라미터를 기반으로 가상 캐릭터를 생성하기 위한 캐릭터 생성 수단;

충돌 회피에 필요한 주변 캐릭터 또는 장애물에 대한 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 캐릭터의 이동 방향 및 속도를 기설정된 충돌 회피 규칙(Rule)에 따라 조절하면서 시뮬레이션을 수행하고, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 각 캐릭터의 동작을 제어하기 위한 행동 양식 파라미터를 생성하기 위한 시뮬레이션 수단;

상기 시뮬레이션 수단으로부터 전달받은 행동 양식 파라미터에 따라 상기 자세 저장 수단으로부터 상응하는 자세를 검색하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하기 위한 키 프레임 생성 수단; 및

상기 키 프레임 생성 수단에서 생성한 키 프레임을 보간하여 모션 파일을 생성하기 위한 모션 파일 생성 수단

을 포함하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 자세 저장 수단이 키 자세를 추출하는 과정은,

외부로부터 입력받은 동작 데이터를 기본 동작에 따라 분류한 후 중요한 키가 되는 자세를 추출하되, 속도, 동작 상태, 발 제약 조건과 같은 파라미터를 함께 추출하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 자세 저장 수단이 추출한 키 자세는,

서로의 연결 관계에 따라 원래의 동작으로 재구성할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐릭터 생성 수단은,

외부로부터 입력받은 파라미터를 기반으로 소정 개수의 관절을 갖는 가상 캐릭터를 생성하되, 초기 자세는 스킨 메쉬를 연결하기 쉽도록 'T'자형으로 구성하고, 각 캐릭터는 사용자가 지정한 영역에 서로 충돌이 발생하지 않도록 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 캐릭터 생성 수단이 외부로부터 입력받은 파라미터는,

캐릭터의 개수, 생성 위치, 방향, 정렬 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 각 캐릭터는,

충돌을 회피하기 위하여 캐릭터를 중심으로 하여 구형태로 넓은 범위의 바깥 영역과 그 보다 좁은 안쪽 영역의 두 개의 충돌 영역과 앞으로의 충돌을 예상하기 위한 충돌 예측 영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 시뮬레이션 수단은,

충돌을 효과적으로 회피하기 위하여 필요한 주변 캐릭터의 위치, 방향, 장애물에 대한 정보를 관리하기 위한 지식 기반 처리 수단;

상기 지식 기반 처리 수단의 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 방향 및 속도를 미리 정해진 충돌 회피 규칙(rule)에 따라 조절하기 위한 규칙 기반 처리 수단; 및

상기 규칙 기반 처리 수단의 제어에 따라 행동 양식 파라미터를 생성하여 군중 속에서 그룹(그룹을 이루는 다수의 캐릭터) 또는 개인(각각의 캐릭터)의 특성을 제어하고, 캐릭터간 충돌을 회피하도록 제어하기 위한 행동 기반 처리 수단

을 포함하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 규칙 기반 처리 수단은,

상기 지식 기반 처리 수단의 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 위치, 방향, 속도, 또는 관절 부위를 미리 정해진 충돌 회피 규칙(rule)에 따라 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 규칙 기반 처리 수단이 위치, 방향, 속도 또는 관절 부위를 조절하는 과정은,

상대방 또는 장애물의 위치, 방향, 및 속도에 의하여 결정하되, 주변 공간에 따라 방향 또는 속도를 조절하여 충돌을 회피하고, 주변 공간이 협소한 경우에는 관절 부위를 조절하여 충돌을 회피하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 키 프레임 생성 수단은,

상기 시뮬레이션 수단으로부터 전달받은 행동 양식 파라미터를 분석하기 위한 분석 수단;

상기 분석 수단의 분석 결과에 따라 상기 자세 저장 수단으로부터 해당 키 자세를 선택하기 위한 자세 선택 수단; 및

상기 자세 선택 수단에서 선택한 키 자세를 이용하여 상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 상기 분석한 행동 양식 파라미터에 따라 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하기 위한 자세 위치 수단

을 포함하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 키 프레임 생성 수단은,

상기 자세 선택 수단에서 선택한 다수의 키 자세를 보간하여 새로운 하나의 멀티 레이어 자세로 변환시키기 위한 자세 합성 수단

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 자세 위치 수단은,

상기 캐릭터 생성 수단에서 생성한 캐릭터를 변형한 후 상기 분석한 행동 양식 파라미터에 따라 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하되, 질량 중심 및 발 제약 조건에 따라 지면에 닿는 발의 위치를 일치시키고, 자세의 방향을 경로의 탄젠트 방향과 일치시키는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모션 파일 생성 수단은,

상기 키 프레임 생성 수단에서 생성한 각 키 프레임에 포함된 각 캐릭터의 자세를 보간하되, 스플라인 쿼터니언 보간법에 따라 보간(interpolation)하여 모션 파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 모션 파일 생성 수단은,

상기 생성한 모션 파일(애니메이션)에 대하여 각 캐릭터의 발끝이 미끄러지거나 발이 지면 아래로 내려가지 않도록 리타게팅(retargeting) 기법을 이용하여 미세 조정하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 장치.
디지털 캐릭터 생성 방법에 있어서,

입력 동작 데이터(Motion Capture Data)로부터 추출한 키 자세(Key Posture)와 상기 추출한 키 자세(Key Posture) 간의 연결 관계를 저장하고 있는 저장 단계;

입력 파라미터에 따라 가상 캐릭터를 생성하는 캐릭터 생성 단계;

충돌 회피에 필요한 주변 캐릭터 또는 장애물에 대한 정보를 이용하여 상기 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 방향 및 속도를 기설정된 충돌 회피 규칙(Rule)에 따라 조절하면서 시뮬레이션을 수행하고, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 각 캐릭터의 동작을 제어하기 위한 행동 양식 파라미터를 생성하는 시뮬레이션 단계;

상기 생성한 행동 양식 파라미터에 따라 해당 키 자세를 검색하여 각 캐릭터의 자세를 변형한 후 화면의 해당 위치에 위치시켜 키 프레임을 생성하는 키 프레임 생성 단계; 및

상기 생성한 키 프레임과 키 프레임 사이의 중간 프레임을 보간(interpolation)하여 최종적인 모션 파일(애니메이션)을 생성하는 모션 파일 생성 단계

를 포함하는 디지털 캐릭터 생성 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 시뮬레이션 단계는,

충돌을 효과적으로 회피하기 위하여 필요한 주변 캐릭터의 위치, 방향, 장애물에 대한 정보를 관리하는 지식 기반 처리 단계;

상기 지식 기반 처리 단계에서 관리되는 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 단계에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 방향 및 속도를 미리 정해진 충돌 회피 규칙(rule)에 따라 조절하는 규칙 기반 처리 단계; 및

상기 규칙 기반 처리 단계에서의 제어에 따라 행동 양식 파라미터를 생성하여 군중 속에서 그룹(그룹을 이루는 다수의 캐릭터) 또는 개인(각각의 캐릭터)의 특성을 제어하고, 캐릭터간 충돌을 회피하도록 제어하는 행동 기반 처리 단계

를 포함하는 디지털 캐릭터 생성 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 규칙 기반 처리 단계는,

상기 지식 기반 처리 단계에서 관리되는 정보를 이용하여 상기 캐릭터 생성 단계에서 생성한 캐릭터가 서로 충돌하지 않고 움직일 수 있도록 시뮬레이션하여 위치, 방향, 속도, 또는 관절 부위를 미리 정해진 충돌 회피 규칙(rule)에 따라 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 규칙 기반 처리 단계에서의 위치, 방향, 속도 또는 관절 부위 조절 과정은,

상대방 또는 장애물의 위치, 방향, 및 속도에 의하여 결정하되, 주변 공간에 따라 방향 또는 속도를 조절하여 충돌을 회피하고, 주변 공간이 협소한 경우에는 관절 부위를 조절하여 충돌을 회피하는 것을 특징으로 하는 디지털 캐릭터 생성 방법.