KR100856219B1 - 애니메이션 생성 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 매체 - Google Patents

Abstract

보다 단순하고 평이한 조작으로, 복수의 링크를 갖는 구조체의 자세를 결정할 수 있는 애니메이션 생성 프로그램을 제공한다. 본 발명의 애니메이션 생성 프로그램은, 복수의 링크를 갖는 구조체에서의 하나의 링크의 이동에 수반하여, 구조체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록, 구조체의 다른 링크의 공간 위치를 자동적으로 결정한다. 본 발명의 애니메이션 생성 프로그램은, 예를 들면, 인간형 로봇(휴머노이드)의 제어를 위한 연산 방법으로서, '자코비안'이라 불리는 행렬과 그 '싱귤래러티-로버스트 인버스'(Singularity-Robust Inverse(SR-Inverse))라 불리는 역행렬에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산을 이용한다. 이 연산 방법을 애니메이션 생성 프로그램에 이용함으로써, 복수의 링크를 갖는 구조체의 애니메이션의 작성 시, 화면에 표시된 구조체의 하나의 링크를 움직였을 때에, 구조체 전체의 자세가 부자연스럽게 되지 않도록, 구조체의 다른 링크 위치를 자동적으로 결정할 수가 있어, 보다 단순하고 평이한 조작으로, 복수의 링크를 갖는 구조체의 애니메이션을 작성할 수 있게 된다.

인버스 키네마틱, 애니메이션, 프레임, 인간형 로봇(휴머노이드), 컴퓨터 그래픽

Description

애니메이션 생성 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 매체{COMPUTER READABLE MEDIUM STORING AN ANIMATION CREATION PROGRAM}

본 발명은 3차원 컴퓨터 그래픽스를 이용한 애니메이션 생성 프로그램에 관한 것으로, 특히, 3차원 공간에 형성되는 복수의 링크를 갖는 구조체를 화면에 표시하고, 그 구조체의 애니메이션(동화상)을 생성하기 위한 애니메이션 생성 프로그램에 관한 것이다.

일반적으로, 2차원의 셀 애니메이션의 제작 현장에서는, 캐릭터의 동작 작성을,「원화상」과「동화상」으로 나누고 있다. 「원화상」은 동작 전체를 결정짓는 포즈를 그려낸 그림이고,「동화상」은「원화상」과「원화상」사이를 보간한 그림이다.

한편, 영상 표현의 다른 방법으로서, 3차원의 컴퓨터 그래픽스가 많이 사용되게 되었다. 3차원 컴퓨터 그래픽스의 영상에서는,「키 프레임」이라 불리는 데이터의 작성 후, 키 프레임 간의 데이터를 스플라인 보간 등에 의해 자동적으로 생성하고 있다. 이「키 프레임」을, 셀 애니메이션에서의「원화상」이라고 생각하면, 양자는 매우 유사한 작업 방법을 취한다고 할 수 있다.

그러나, 3차원 컴퓨터 그래픽스의 영상 표현은, 2차원 셀 애니메이션의 표현력에는 아직 이르지 못한 것이 현 상황이다. 그 이유는, 이하에 언급하는 제작 작 업에 요인이 있다고 할 수 있다.

예를 들면, 인간형 모델의 동작을 생성하는 경우, 3차원 컴퓨터 그래픽스에서는, 3차원에 의한 인간형 모델의 형상 작성은 진화하고 있지만, 인간형 모델의 손발이나 머리 등의 각 부위에 움직임을 부여하는 방법이, 현 상황에서는 크게 나누어 모션 캡쳐나 3축의 회전 데이터를 연산 처리하는 방법밖에 이용되고 있지 않다. 모션 캡쳐에서는, 실제의 인간의 움직임밖에 주어지지 않으므로, 애니메이션 작성자에 의한 자유로운 동작 표현을 제한하는 경우가 있다. 또한, 인간형 모델은 다수의 링크를 갖는 구조체로서, 복잡하며 또한 다량의 자유도를 갖는다. 링크는 회전 중심이 되는 관절 부분과 그곳으로부터 연장되는 길이 부분을 갖는 구조체의 단위이다. 또, 링크는 관절 부분만으로 구성되어도 된다.

도 19는 복수의 링크로 구성되는 간단한 인간형 모델의 예를 도시한다. 도 19에서, 각 링크(10)의 관절 부분(11)을 동그라미로 표시되고, 그곳으로부터 연장되는 길이 부분(12)을 선분으로 나타내고 있다. 이러한 인간형 모델의 동작을, 종래의 연산 처리 방법(예를 들면, 단순한 인버스 키네마틱 기법)으로 제어하는 것은 곤란하였다. 예를 들면, 종래의 인버스 키네마틱 기법을 이용한 애니메이션 생성 프로그램에서는, 하나의 링크를 동작시켰을 때, 인간형 모델이 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록, 다른 링크의 위치를 자동적으로 결정할 수 없다. 더욱 상세하게는, 종래의 애니메이션 생성 프로그램에서는, 모든 링크에 대하여 각각, 그 관절 부분이 가동인지, 고정인지를 사전에 설정해 둔다. 그리고, 임의의 하나의 링크를 선택하고, 그 링크의 위치를 이동(또는 회전)시킬 때, 다른 가동 링크의 위치는, 그 관절 부분의 회전 범위를 넘으면 이동하지만, 고정된 관절 부분의 위치는 이동하지 않기 때문에, 인간형 모델의 자세가 부자연스럽게 되거나, 다른 링크가 고정되어 있기 때문에, 선택된 링크를 원하는 위치로 이동할 수 없다는 불편함이 있었다. 이 경우, 애니메이션 작성자는, 일일이 관절 부분의 고정의 해제 조작을 행하여, 인간형 모델의 자세를 작성하기 위해 각 링크를 각각 이동시킴으로써 원하는 자세를 작성할 필요가 있었다. 이와 같이, 종래의 애니메이션 생성 프로그램은, 그 조작이 복잡하며 또한 비효율적이어서, 애니메이션 작성자에게 있어서, 사용하기 어려운 것이었다.

〈발명의 개시〉

따라서, 본 발명의 목적은, 보다 단순하고 평이한 조작으로, 복수의 링크를 갖는 구조체의 자세를 결정할 수 있는 애니메이션 생성 프로그램을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 임의의 링크의 이동에 수반하여, 복수의 링크를 갖는 구조체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록 하는 애니메이션 생성 프로그램을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 임의의 링크의 이동에 수반하여, 복수의 링크를 갖는 구조체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록, 구조체의 다른 링크의 위치를 결정하는 애니메이션 생성 프로그램을 제공한다.

예를 들면, 본 발명의 애니메이션 생성 프로그램은, 인간형 로봇(휴머노이드)의 제어를 위한 연산 방법으로서, '자코비안'(Jacobian)이라 불리는 행렬과 그 '싱귤래러티-로버스트 인버스'(Singularity-Robust Inverse(SR-Inverse))라 불리는 역행렬에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산을 이용한다. 이 연산 방법을 애니메이션 생성 프로그램에 이용함으로써, 복수의 링크를 갖는 구조체의 애니메이션의 작성 시, 화면에 표시된 구조체의 하나의 링크를 움직였을 때, 구조체 전체의 자세가 부자연스럽게 되지 않도록, 구조체의 다른 링크 위치를 자동적으로 결정할 수가 있어, 보다 단순하고 평이한 조작으로, 복수의 링크를 갖는 구조체의 애니메이션을 작성할 수 있게 된다.

도 1은 복수의 링크를 갖는 구조체를 표시하는 화면의 예.

도 2는 선택된 링크의 색의 변화를 설명하는 도면이다.

도 3은 본 실시예에서의 구조체의 자세 변화의 예를 설명하는 도면.

도 4는 본 실시예에서의 구조체의 자세 변화의 다른 예를 설명하는 도면.

도 5는 링크의 회전 범위가 표시된 화면의 예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에서의 타임 시트를 설명하는 도면.

도 7은 구조체의 고스트 표시를 설명하는 도면.

도 8은 구조체의 고스트 표시를 설명하는 도면.

도 9는 복수의 구조체가 고스트 표시된 화면의 예.

도 10은 구조체의 링크의 흡착 기능을 설명하는 도면.

도 11은 구조체의 링크의 흡착 기능을 설명하는 도면.

도 12는 구조체의 링크의 흡착 기능을 설명하는 도면.

도 13은 타임 시트 윈도우에 선택 영역이 표시된 화면의 예를 도시한 도면.

도 14는 구조체의 일부인 그룹의 애니메이션 작성에 대하여 설명하는 도면.

도 15는 구조체의 일부인 그룹의 애니메이션 작성에 대하여 설명하는 도면.

도 16은 구조체의 일부인 그룹의 애니메이션 작성에 대하여 설명하는 도면.

도 17은 구조체의 일부인 그룹의 애니메이션 작성에 대하여 설명하는 도면.

도 18은 구조체의 일부인 그룹의 애니메이션 작성에 대하여 설명하는 도면.

도 19는 복수의 링크로 구성되는 인간형 모델의 예를 도시한 도면.

〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위가, 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 복수의 링크를 갖는 구조체를 표시하는 화면의 예이다. 도 1의 화면은, 예를 들면, 본 발명의 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램을 실행하는 컴퓨터 장치의 화면이다. 화면에는, 소정의 3차원 공간에 형성되는 복수의 링크를 갖는 인간형 구조체가 표시되어 있다. 링크(10)는, 도시한 바와 같이, 관절 부분(동그라미 부분)(11)과 그곳으로부터 연장되는 길이 부분(선분)(12)으로 구성된다. 또, 선분은(도면에서는 생략되어 있지만) 소정 폭을 갖는다. 또한, 링크(10)는 관절 부분(11)만으로 구성되어도 된다. 관절 부분은, 인간이나 동물의 관절에 대응하는 회전 중심이다. 또한, 관절 부분의 회전 범위(각도)는, 사용자에 의해 사전에 설정 또는 변경 가능하다. 또, 도 1의 구조체는 인간형 모델이지만, 구조체는 복수의 링크를 갖는 물체(동물, 파워셔블 등)이어도 된다. 이 인간형에 한정되지 않고, 사용자는, 마우스 등을 조작하여, 표시되어 있는 구조체의 링크에, 커서(지시 수단)(20)를 맞춤으로써, 임의의 링크를 선택할 수 있다. 본 실시예에서는, 특히, 마우스를 조작하여 커서를 원하는 링크에 맞추고 나서, 좌측 클릭 조작이나, 우측 클릭 조작에 의해 메뉴를 표시시키고, 그 메뉴 중의「선택」을 지정하는 조작 등의 소정의 링크 선택 조작을 하지 않고, 커서를 맞추는 것만으로, 링크를 선택할 수 있다. 따라서, 사용자는 보다 간단히 링크를 선택할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서는 임의의 링크에 커서를 맞추면, 그 링크의 색이 변화한다. 이에 따라, 사용자는 선택된 링크를 인식할 수 있다.

도 2는 선택된 링크의 색의 변화를 설명하는 도면이다. 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 커서를 이동시켜, 커서를 임의의 링크에 맞추면, 그 링크의 색이 변화한다.

사용자는, 선택한 링크의 관절 부분의 공간 위치의 가동 또는 고정을 설정할 수 있다. 예를 들면, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 커서를 임의의 링크에 맞추고, 그 링크가 선택된 후, 우측 클릭함으로써 표시되는 메뉴에 포함되는「고정」을 선택함으로써, 선택한 링크의 관절 부분의 고정이 설정된다. 또, 초기 설정은 가동이며, 설정을 고정으로부터 가동으로 변경하고자 하는 경우에는,「고정 해제」를 선택하면 된다. 바람직하게는, 관절 부분의 설정이 고정인지 가동인지를 식별하기위해, 설정에 따라서 관절 부분의 표시색을 다르게 하는 것이 바람직하다.

사용자는, 선택한 링크를 마우스로 드래그함으로써, 화면 상에서 링크를 이동 및 회전시켜서, 구조체의 자세를 조작한다. 이 때, 가동으로 설정되어 있는 링 크의 관절 부분은 드래그되어 있는 링크의 이동에 수반하여 이동 가능하며, 고정으로 설정되어 있는 링크의 관절 부분은 드래그되어 있는 링크의 이동 및 회전에 수반하여, 구조체의 자세가 부자연스럽게 되지 않는 범위에서 이동하지 않는다.

또한, 선택한 링크의 이동에 수반하여, 다른 링크는, 구조체 전체가 자연스러운 자세를 유지하는 범위에서, 회전 범위를 넘어 회전하지 않는다.

이와 같이, 본 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램은, 드래그되어 있는 링크의 이동 및 회전에 수반하여, 구조체의 자세가 될 수 있는 한 자연스럽게 되도록 다른 링크의 위치를 결정한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램은, 일례로서, 자코비안이라 불리는 행렬과 그 싱귤래러티-로버스트 인버스(SR-Inverse)라 불리는 역행렬에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산(이하,「자코비안과 그 SR-Inverse에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산」이라 함)을 이용한다. 자코비안과 그 SR-Inverse에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산은, 인간형 로봇(휴머노이드)을 제어하기 위해 개발된 연산 방법으로서, 이 연산 방법을 애니메이션 생성 프로그램에 이용함으로써, 화면에 표시된 구조체의 하나의 링크를 움직였을 때, 구조체 전체의 자세가 부자연스럽게 되지 않도록, 구조체의 다른 링크 위치를 결정할 수 있다.

자코비안과 그 SR-Inverse에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산에서, 사용자가 임의의 링크를 선택하고, 그 선택된 링크를 이동시켜 구조체의 자세를 변경하고자 하는 경우에 구조체의 자세 결정 시에 고려되는 조건은, 이하 3가지가 있다.

(1) 선택된 링크 이외의 다른 링크가 고정으로 설정되어 있는 경우, 해당하 는 다른 링크의 위치를 고정한 상태에서, 구조체의 자세를 변경한다. 또, 고정하는 링크의 수, 배치는 임의이다.

(2) 각 링크는, 사전에 설정된 회전 범위(각도)를 넘어 회전하지 않는다.

(3) 각 링크의 각도가 각각 목표값(이상값)에 되도록 근접하도록 자세를 결정한다.

상기한 조건은, 서로 간섭하는 경우가 있으며, 연산법에 따라서는 해가 얻어지지 않거나, 발산되는 것이 있지만, 본 실시예에서의 상기 연산법을 이용하여, 구조체의 자세를 이상 상태를 향하여 제어함으로써, 상기 조건에 대해서도 항상 안정적인 해를 얻을 수 있게 된다. 본 실시예에서 이용하는 상기 연산법에서는, 각 조건의 온/오프나 중요도의 설정을 링크마다 행할 수 있어, 모순된 조건이 부과되어도 중요도에 따라서 자동적으로 실현 정도를 조정하여, 구조체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세로 되도록 한 안정적인 해가 구해진다. 이에 따라, 고정된 관절 부분이 이동하거나, 링크가 회전 범위를 넘어 회전하는 경우가 있을 수 있다.

이러한 연산 방법을 애니메이션 생성 방법에 이용함으로써, 임의의 하나의 링크를 움직이게 하는 사용자의 1회의 조작에 의해, 그 링크가 지정된 위치에 배치되도록, 구조체 전체가 자연스러운 자세를 결정할 수 있기 때문에, 각 링크를 일일이 움직이면서, 구조체 전체의 자세를 결정하는 종래의 조작에 비하여, 매우 간단하면서도 직감적으로 구조체의 자세를 조작할 수 있게 된다.

자코비안과 SR-Inverse에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산의 상세한 방법에 대해서는, 예를 들면, 이하의 논문,

· Nakamura,Y. and Hanafusa,H.: Inverse Kinematics Solutions with Singularity Robustness for Robot Manipulator Control, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol.108, pp.163-171(1986).

· Nagasaka, Inaba, Inoue: 동력학적 동작 변환 필터군을 이용한 인간형 로봇의 전신 행동 설계, 제17회 일본 로봇 학회 학술 강연회 예비 요약 원고집, vol. 3, pp. 1207-1208 (1999),

· DasGupta,A. and Nakamura,Y.: Making Feasible Walking Motion of Humanoid Robots from Human Motion Captured Data, Proceedings of International Conference on Robotics and Automation, pp.1044-1049(1999),

· Popovic, Z: Editing Dynamic properties of Captured Human Motion, Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 670-675(2000),

· Nakamura, Yamane, Nagashima: 구조 변화를 수반하는 링크계의 동력학 계산법과 휴먼 피켜의 운동 계산, 일본 로봇 학회지, vol.16, no.8, pp.124-131 (1998),

· Nakamura, Yamane, Nagashima: 구속 조건이 불연속으로 변화하는 링크계의 동력학-환경계와 접촉하면서 운동하는 휴먼 피겨에의 응용-, 일본 로봇 학회지, vol.18, no.3, pp.435-443 (2000) 등에 상세히 기술되어 있다.

도 3은 본 실시예에서의 구조체의 자세 변화의 예를 설명하는 도면이다. 도 3의 예에서는, 인간형 구조체를 구성하는 복수의 링크 중, 각 선단 부분(머리, 손 발)을 구성하는 링크 A, B, C, D, E가 고정되어 있는 것으로 한다. 또한, 도 3에서는, 허리의 부분에 대응하는 링크 F도 고정되어 있는 것으로 한다. 본 발명의 실시예에서는, 링크가 고정으로 설정되어 있더라도, 그 고정되어 있는 링크를 선택함으로써, 링크를 드래그하여 움직일 수 있다.

이에 따라, 종래와 같이, 드래그하고자 하는(움직이고자 하는) 링크가 고정으로 설정되어 있는 경우, 일단, 그 링크를 가동으로 설정 변경하는 조작을 행하지 않고, 고정된 링크를 드래그할 수 있게 되어, 보다 간단히 조작할 수 있다. 또, 고정으로 설정된 링크는, 드래그 후에도, 설정은 고정 상태이고, 다른 링크가 드래그되는 경우에는, 고정된 링크로서 취급된다. 물론, 고정되어 있지 않은 링크 (가동으로 설정된 링크)도, 링크를 선택함으로써, 자유롭게 드래그할 수 있다.

도 3의 (a)에서, 예를 들면, 인간형 구조체의 허리의 부분의 링크 F가 선택되고, 그 관절 부분을, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 화면(윈도우 테두리의 도시 생략)의 좌측 방향으로 드래그하면, 본 발명의 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램의 알고리즘에 의해, 구조체 전체의 자세를 될 수 있는 한 자연스럽게 유지하도록, 각 링크의 위치가 결정된다. 예를 들면, 화면 상에서는, 손발의 링크 B, C, D, E의 관절 부분의 위치는 변하지 않고, 이동하지 않지만, 머리의 링크 A의 위치는, 고정으로 설정되어 있는데도 불구하고 이동한다.

또한, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 화면의 우측 방향으로 드래그하는 경우에도, 도 3의 (b)의 경우와 마찬가지로, 손발의 링크 B, C, D, E의 관절 부분의 위치는 변하지 않고, 이동하지 않지만, 머리의 링크 A의 위치는, 고정으로 설정되 어 있는데도 불구하고 이동한다.

이와 같이, 본 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램은, 선택된 링크의 이동에 수반하여, 그 이외의 링크가 고정되어 있는 경우에도, 그 위치를 이동시켜 표시하는 경우가 있다.

도 4는 본 실시예에서의 구조체의 자세 변화의 다른 예를 설명하는 도면이다. 도 4의 예에서는, 허리의 링크 F를 드래그함으로써, 도 4의 (a), (b), (c)의 순서로, 고정되어 있는 다른 링크 A, B, C, D, E를 포함한 모든 링크의 위치가 이동해 간다.

또한, 본 실시예에서는, 커서를 임의의 링크에 맞추어, 그 링크가 선택된 후, 우측 클릭함으로써 표시되는 메뉴에 포함되는「회전 범위 표시」(도 2의 (c) 참조)를 선택함으로써, 선택한 링크의 회전 범위를 표시시킬 수 있다.

도 5는 링크의 회전 범위가 표시된 화면의 예를 도시한 도면이다. 도 5의 (a)는 하나의 링크의 회전 범위가 표시된 예이다. 이 회전 범위는, 사용자의 조작에 의해 그 범위를 변경할 수 있다. 예를 들면, 링크를 선택한 후에, 우측 클릭 메뉴로부터「회전 범위 변경」(도 2의 (c) 참조)을 선택하고, 회전 범위를 나타내는 부채형(또는 원추) 부분을 드래그함으로써, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 회전 범위를 좁히거나, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 회전 범위를 넓힐 수 있다.

또한, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램에서는, 링크는, 사전에 설정된 회전 범위를 넘어도 된다. 즉, 본 실시예에서의 애니메이션 생성 프로그램은, 선택된 링크가 드래그되었을 때, 구조체 전체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록, 다른 링크의 위치가 결정되기 때문에, 사전에 설정된 회전 범위를 넘어 회전하도록 표시하는 경우가 있다.

또한, 링크가 회전 범위를 넘는 경우 등, 링크를 드래그하여 회전시키고, 링크가 그 회전 범위의 한도, 또는 그 한도 내외의 근방에 위치하면, 회전 범위의 색이 변하도록 하여도 된다.

또한, 도 5의 (e)에 도시한 바와 같이, 회전 범위를 표시하는 링크는, 하나로 한정되지 않고, 임의의 복수의 링크의 회전 범위를 동시에 표시시켜도 된다.

화면에는, 상술한 바와 같은 구조체를 표시하는 윈도우 외에, 애니메이션의 타임 시트 윈도우가 표시된다.

도 6은 본 발명의 실시예에서의 타임 시트를 설명하는 도면이다. 도 6의 (a)는 도 1에 도시한 바와 같은 구조체를 표시하는 윈도우 화면의 인접하여 표시되는 타임 시트의 윈도우 화면의 개략도이며, 도 6의 (b)는 그 확대도이다. 본 실시예에서는, 타임 시트는 시간 축이 세로 방향이 되도록 표시된다. 따라서, 프레임 바에서의 시간에 대응하는 각 프레임의 위치나, 타임 바에서의 애니메이션 전체의 경과 시간 등도 세로 방향으로 표시된다. 더욱 바람직하게는, 키 프레임의 위치나, 현재 화면에 표시되어 있는 프레임의 위치 등을 표시하여도 된다.

그리고, 구조체의 애니메이션은 이하의 조작에 의해 생성된다. 먼저, 현재 화면의 프레임에서, 예를 들면, 도 3의 (a)의 구조체의 자세를 작성하고, 그것을 제1 키 프레임으로 설정한다. 그 후, 소정 프레임수 후의 프레임을 현재 화면으로서 선택하고, 그 화면에서, 도 3의 (b)의 구조체의 자세를 작성하여, 그것을 제2 키 프레임으로 설정한다. 다시, 소정 프레임수 후의 프레임을 현재 화면으로서 선택하고, 그 화면에서, 재차 도 3의 (a)의 구조체의 자세를 작성하여, 제3 키 프레임으로 설정한다. 또 다시, 소정 프레임수 후의 프레임을 현재 화면으로서 선택하고, 그 화면에서, 도 3의 (c)의 구조체의 자세를 작성하여, 제4 키 프레임으로 설정한다. 이와 같이, 키 프레임을 작성한 후, 소정의 보간 처리 조작을 행함으로써, 각 키 프레임 간의 프레임 화상이 생성된다. 이와 같이 하여, 구조체가 좌우로 허리를 이동시키는 완만한 동작의 애니메이션을 작성할 수 있다.

이 타임 시트는, 종래의 애니메이션 생성 프로그램에서는, 그 시간 축이 가로 방향이 되도록 표시되어 있었다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는, 타임 시트를 세로 형태로 배치한다. 이에 따라, 종래의 영화 등에서 필름이 세로 방향으로 보내지고 있던 것과 동일하게 컷트가 흘러 가는 것을 이미지할 수가 있어, 종래의 2차원의 셀 애니메이션의 제작자에도 알기 쉬운 인터페이스를 제공할 수 있다.

본 발명의 애니메이션 생성 프로그램은, 상기 실시예에서 설명한 자코비안과 그 SR-Inverse에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산을 이용한 애니메이션 생성 프로그램에 한정되지 않고, 구조체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록, 구조체의 링크 위치를 자동적으로 결정할 수 있는 연산 방법(알고리즘)을 갖는 프로그램이면 된다.

[추가 실시예]

또한, 본 발명의 추가 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램은, 현재 시각의 키 프레임에 대응하는 구조체를 표시하고 있는 윈도 우 화면에, 다른 시각의 프레임에 대응하는 구조체를 고스트 표시시키는 기능을 갖는다. 다른 시각의 구조체는, 고스트 표시에 의해 현재 시각의 구조체보다, 색채적으로 얇게 및/또는 높은 투명도로 표시된다.

도 7 및 도 8은 구조체의 고스트 표시를 설명하는 도면이다. 도 7의 화면 예에는 구조체를 표시하는 조작 윈도우(1)와, 타임 시트를 표시하는 타임 시트 윈도우(2)가 도시된다. 조작 윈도우(1)에는, 타임 시트 윈도우(2)의 타임 시트에서의 현재 시각의 키 프레임 K1에 대응하는 구조체 M1가 표시되어 있다. 여기서, 사용자는, 타임 시트 윈도우(2)의 메뉴에서의 표시를 클릭하고, 그것에 따라 표시되는 풀 다운 메뉴 중의, 예를 들면 "이전 키의 고스트를 표시"를 선택하면, 도 8의 화면 예에 도시한 바와 같이, 키 프레임 K1보다 하나 전의 키 프레임 K2에 대응하는 구조체 M2가 고스트 표시된다.

고스트 표시되는 구조체는 하나로 한정되지 않고, 복수 표시되어도 된다. 또한, 고스트 표시되는 구조체는, 현재 시각보다 하나 전의 키 프레임의 구조체에 한정되지 않고, 또 하나 전의 키 프레임, 또는, 현재 시각보다 앞선 다음의 키 프레임, 더 앞선 키 프레임의 구조체가 선택되어도 된다. 또한, 풀 다운 메뉴에 표시되어 있는 바와 같이, 키 프레임에 한정하지 않고, 키 프레임 간의 프레임(풀 다운 메뉴에는, "장면"으로 표시)의 구조체가 고스트 표시되어도 된다.

또한, 다른 시각의 구조체는, 고스트 표시에 한정되지 않고, 조작 윈도우(1) 내에서, 현재 시각의 구조체와 식별 가능하게 표시되면 된다. 예를 들면, 다른 색으로 표시되어도 된다.

도 9는 복수의 구조체가 고스트 표시된 화면의 예이다. 도 9의 타임 시트 윈도우(2)에서의 키 프레임 K5이 현재 시각의 키 프레임으로서, 키 프레임 K5에 대응하는 구조체 M5 외에, 그 전후 2개씩의 키 프레임 K3, K4, K6, K7에 대응하는 구조체 M3, M4, M6, M7가 고스트 표시되어 있다. 또, 복수의 구조체를 고스트 표시하는 경우에는, 도 9에는 도시되어 있지 않지만, 고스트 표시하는 프레임을 복수 선택할 수 있는 메뉴가 마련된다.

이와 같이, 현재 시각의 키 프레임의 구조체를 표시하는 윈도우에, 다른 키 프레임의 구조체를 고스트 표시함으로써, 사용자는, 다른 시각의 키 프레임의 구조체의 자세나 위치를 확인하면서, 현재 시각의 키 프레임의 구조체를 작성할 수 있기 때문에, 효율적인 작업이 가능하게 된다.

바람직하게는, 조작 윈도우(1)에 고스트 표시되어 있는 구조체에 커서를 맞춰, 마우스를 클릭함으로써, 고스트 표시되어 있는 구조체를 선택하면, 현재 시각의 키 프레임이, 선택된 구조체에 대응하는 키 프레임으로 이행하도록 하여도 된다. 예를 들면, 도 8에서, 구조체 M2를 선택하면, 타임 시트 윈도우(2)에서, 현재 시각의 키 프레임이 키 프레임 K1으로부터 키 프레임 K2으로 변경한다. 따라서, 조작 윈도우(1)에서, 구조체 M2는, 고스트 표시로부터 통상 표시로 된다. 또, 이 경우, 키 프레임 K2보다 더 하나 전인 키 프레임의 구조체가 고스트 표시된다.

또한, 본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램은, 현재 시각의 키 프레임의 구조체의 링크를, 고스트 표시되어 있는 구조체의 대응하는 링크에 흡착할 수 있는 기능을 갖고 있어도 된다. 이 흡착 기능은, 사용자가, 서로 다른 키 프레임 간에 서, 구조체의 링크의 위치를 일치시키고자 하는 경우에 편리한 기능이다.

도 10, 도 11 및 도 12는, 구조체의 링크의 흡착 기능을 설명하는 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 사용자가 현재 시각의 구조체 M1의 임의의 링크 L1(점선으로 둘러싸인 링크)를 선택하여, 드래그하고, 도 11에 도시한 바와 같이, 그 선택된 링크 L1가, 고스트 표시되어 있는 구조체 M2의 대응하는 링크 L2(점선으로 둘러싸인 링크)에 다가 가고, 화면 상에서, 링크 L1와 링크 L2와의 거리가 소정 거리 이내로 되면, 도 12에 도시한 바와 같이, 링크 L1는 자동적으로 그 선택된 링크를 고스트 표시되어 있는 대응 링크 L2의 위치로 이동시킨다. 이에 따라, 링크 L1와 링크 L2는 중첩되어 표시된다. 즉, 윈도우 화면에서, 링크 L1의 소정 개소(3차원)의 좌표와 링크 L2의 대응하는 개소의 좌표가 비교되고, 2개 좌표 사이의 거리가 소정 거리 이내로 되면, 링크 L1의 좌표가 링크 L2의 좌표로 되도록, 링크 1를 이동시킨다. 이 때, 구조체 M1의 다른 링크의 위치 및 자세는, 자코비안과 SR-Inverse에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산에 기초하여, 구조체 M1가 자연스러운 자세를 유지하도록 결정된다.

본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램에서는, 2차원 화면에 3차원의 구조체가 표시되므로, 이 흡착 기능이 없는 경우에, 사용자가 눈으로 확인하면서 링크 L1와 링크 L2를 중첩시키고자 하여도, 화면에서는, 외관상, 2개의 링크가 중첩되어 있는 것처럼 보여도, 화면의 깊이 방향에서 일치하지 않는 경우가 있다. 이 경우, 시점을 바꾸어, 구조체를 표시한 경우에, 2개의 링크가 중첩되지 않아, 다시, 링크 1와 링크 2가 중첩되도록, 링크 1를 드래그하는 작업이 필요하게 되어 비효율적이 다. 이와 같이, 3차원의 구조체를 작성하는 본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램에 있어서는, 상기 흡착 기능은 특히 유효하며, 사용자에 의한 애니메이션 작성의 작업 효율 향상에 크게 공헌한다.

또한, 본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램은, 타임 시트에 대하여, 소정의 선택 조작을 행함으로써, 적어도 하나의 프레임(키 프레임을 포함함)을 선택할 수 있다. 이 때, 타임 시트에는, 선택된 프레임의 영역(선택 영역)이 표시된다.

도 13은, 타임 시트 윈도우에 선택 영역이 표시된 화면의 예를 도시한 도면이다. 도 13에서, 세로 방향의 프레임 바를 따라, 선택된 프레임의 옆에 선택 영역 S가 표시된다. 도 13에서는, 프레임 번호 1∼13이 선택되어 있다. 선택 영역 S의 옆에 표시되는 재생 버튼(▲(역방향 재생) 또는 ▼(순방향 재생))을 클릭함으로써, 선택 영역 S의 프레임을 재생할 수 있다. 또한, 재생 버튼 ▲과 ▼과의 사이에 표시되는 ■ 버튼은 재생 정지 버튼이다.

또한, 본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램에서는, 선택 영역 S의 프레임을, 다른 시간의 프레임에 복사할 수 있다. 먼저, (1) 도 13에는 도시하지 않았지만, 커서를 선택 영역 S에 맞춰, 우측 클릭함으로써, 메뉴가 표시되고, 그 메뉴에 포함되는「복사」를 선택함으로써, 선택 영역 S의 프레임의 전부가 복사된다. 그리고, (2) 소정의 프레임을 선택하고(도 10에서는, 프레임 번호 16이 선택되어 있음), (3) 우측 클릭함으로써 표시되는 메뉴에 포함되는「붙여넣기」를 선택함으로써, 선택된 프레임을 개시 위치로서, 복사된 프레임이 붙여 넣어진다. 즉, 도 13에서, 번호 16∼28의 프레임에, 번호 1∼12의 프레임이 붙여 넣어진다. 이에 따 라, 반복 동작의 애니메이션을 용이하게 작성할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예의 애니메이션 생성 프로그램에서는, 구조체를 구성하는 복수의 링크의 모든 동작을 작성하기 위한 프레임군과는 별도로, 일부(적어도 하나)의 링크의 동작을 작성하기 위한 그룹(프레임군)을 작성할 수 있다. 즉, 구조체 전체에 대한 프레임 바 외에, 일부의 링크를 위한 그룹에 대한 프레임 바를 별도로 설정할 수 있다. 이에 따라, 그 일부의 링크만의 동작을, 구조체 전체의 동작으로부터 분리하여 작성할 수 있다. 또한, 일부의 링크만의 동작을, 구조체 전체의 동작에 합성하는 것도 가능하다. 본 기능에 의해, 구조체의 일부만을 추출하여, 그 일부분만의 동작을 작성할 수 있게 된다.

도 14 내지 도 18은, 구조체의 일부인 그룹의 애니메이션 작성에 대하여 설명하는 도면이다. 도 14의 타임 시트 윈도우(2)에는, 구조체 전체의 프레임 바가 표시되어 있고, 선택된 프레임에 대응하는 구조체가, 조작 윈도우(1)에 표시되어 있다. 도 14의 화면에서는, 사용자는, 소정의 키 프레임을 선택하여, 구조체 전체의 동작을 작성할 수 있다. 또, 도 14에서는,「그룹」은 아직 작성되어 있지 않다.

도 15에서, 그룹을 작성하기 위해, 사용자는, 먼저, 그룹을 구성하는 링크를 선택한다. 도 15에서는, 구조체의 상반신을 구성하는 복수의 링크(점선 내의 링크)가 선택된다(선택된 링크색은, 선택되어 있지 않은 링크와 다른 색으로 변화한다). 예를 들면, 키보드에서의「shift」키를 누르면서, 링크를 선택함으로써, 복수의 링크를 선택 가능하다. 링크의 선택이 종료하고, 타임 시트 윈도우의「작성 」버튼을 선택(클릭)함으로써, 그룹명「그룹 1」의 그룹이 작성된다.

도 16은, 그룹 작성 후의 화면의 예로서, 타임 시트 윈도우(2)에는, 구조체「전체」와「그룹 1」이라는 전환 버튼이 표시되고,「그룹 1」이 선택되면, 조작 윈도우(1)에는, 그룹 1에 대응하는 일부의 링크(상반신을 구성하는 링크)가 통상 표시되며, 그 이외의 링크는, 그룹 1의 링크가 아니기 때문에, 다른 표시 방법(예를 들면, 도시한 바와 같은 투명 표시)으로 표시된다.

사용자는, 그룹 1을 표시하는 화면에서, 구조체 전체에 대하여 작성된 동작과는 별도로, 그룹 1만의 동작을 작성할 수 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 그룹 1에 대한 키 프레임의 위치는, 구조체 전체에서의 키 프레임의 위치와 다르더라도 상관없고, 구조체 전체의 동작과 무관하게 그룹 1의 동작을 작성할 수 있다.

또한, 그룹 1에 대하여 작성된 프레임과 구조체 전체의 프레임을 합성하는 것이 가능하다. 도 18은 합성 화면의 예이다. 도 18의 타임 시트 윈도우에서는, 구조체 전체에 대하여 키 프레임과 그룹 1에 대한 키 프레임이 모두 키 프레임으로서 등록되고, 구조체 전체의 동작은 이들을 합성한 동작으로 된다. 즉, 상기한 예에서는, 구조체의 상반신은 그룹 1로 작성된 프레임에 대응한 동작으로 되고, 구조체의 하반신은 구조체에 대하여 프레임의 동작 그대로로 된다. 프레임 합성은, 예를 들면, 도 17의 타임 시트 윈도우(2)의「그룹 1」에 대응하는「삭제」버튼을 선택(클릭)함으로써, 자동적으로 행해져도 된다. 즉, 그룹 1을 삭제함으로써, 그룹 1에 대하여 작성된 프레임이, 구조체 전체의 프레임과 합성된다.

또한, 본 실시예의 애니메이션 프로그램에서는, 조작 윈도우의 소정 위치에 기록 버튼(도 7의 조작 윈도우 1 내의 ●(실제는 적색 동그라미)표시)이 표시되고, 사용자는, 이것을 선택(클릭)함으로써, 사용자에 의한 작업 조작, 즉 구조체의 링크의 선택 조작 및 드래그 조작, 시점 전환 조작 등의 모든 조작, 및 그에 대응하는 화상이, 컴퓨터 장치의 기억 장치(예를 들면 하드디스크 장치)에 기록되도록 하여도 된다. 이에 따라, 사용자의 작업 이력을 그대로 보존할 수 있다. 또, 기록 버튼 ●의 옆에 표시되는 ■ 버튼은 기록 정지 버튼이다.

본 발명의 보호 범위는, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등물에 미치는 것이다.

이상, 본 발명에 따르면, 복수의 링크를 갖는 구조체가 될 수 있는 한 자연스러운 자세를 유지하도록, 구조체의 각 링크 위치를 자동적으로 결정할 수 있는 애니메이션 생성 프로그램이 제공된다. 이에 따라, 화면에 표시된 구조체의 하나의 링크를 움직였을 때, 구조체 전체의 자세가 부자연스럽게 되지 않도록, 구조체의 다른 링크 위치를 결정할 수가 있어, 보다 단순하고 평이한 조작으로, 복수의 링크를 갖는 구조체의 자세를 결정할 수 있게 된다.

Claims (18)

1. 컴퓨터의 화면에, 상기 컴퓨터에 의해 3차원 공간에 형성되는 복수의 링크를 포함하는 구조체를 표시하고, 상기 컴퓨터에 의해 상기 구조체의 애니메이션을 생성하기 위한 애니메이션 생성 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 매체로서,

   각 링크는 회전 중심이 되는 관절 부분을 적어도 포함하며,

   상기 애니메이션 생성 프로그램은,

   상기 컴퓨터의 지시 수단을 이용한 사용자의 조작에 따라 링크를 선택하는 제1 단계;

   상기 지시 수단을 이용한 상기 사용자의 조작에 따라 상기 선택된 링크의 상기 관절 부분의 공간 위치를 가동(movable) 또는 고정으로 설정하는 제2 단계;

   상기 구조체의 자세(posture)를, 자코비안(Jacobian) 매트릭스와 그의 싱귤래러티-로버스트 인버스(SR-Inverse) 매트릭스에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산(inverse kinematics computation)을 이용하여 결정하고, 상기 지시 수단을 이용한 상기 사용자의 조작에 응답하여 상기 화면에 표시되는 상기 구조체의 링크를 이동시키는 제3 단계;

   상기 제3 단계에서 자세가 결정된 구조체를 상기 화면에 표시하기 위한 데이터를 생성하는 제4 단계; 및

   상기 제4 단계에서 생성된 데이터에 기초하여 상기 화면에 상기 구조체를 표시하는 제5 단계

   를 포함하고,

   상기 제3 단계에서,

   상기 이동한 링크 이외에, 관절 부분들이 가동 또는 고정으로 설정되어 있는 조건 하에서 연산되는 해(solution)를 찾을 수 있으면, 상기 구조체의 상기 자세는 상기 발견된 해에 기초하여 결정되고,

   상기 해를 찾을 수 없으면, 관절 부분이 고정으로 설정되어 있는 링크가 상기 관절 부분을 가동으로 설정하지 않고 이동되어 해를 찾을 수 있고, 상기 구조체의 상기 자세는 고정된 관절 부분을 갖는 링크를 이동시킨 후에 찾을 수 있는 해에 기초하여 결정되는 컴퓨터 판독가능한 매체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 해를 찾을 수 있도록 이동되는 상기 링크의 관절 부분의 설정은 상기 링크가 이동된 후에 고정으로 유지되는 컴퓨터 판독가능한 매체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제3 단계에서 상기 사용자의 조작에 의해 이동되는 상기 링크의 관절 부분이 고정으로 설정되더라도, 상기 관절 부분은 상기 관절 부분을 가동으로 설정하지 않고 이동되는 컴퓨터 판독가능한 매체.
4. 컴퓨터의 화면에, 상기 컴퓨터에 의해 3차원 공간에 형성되는 복수의 링크를 포함하는 구조체를 표시하고, 상기 컴퓨터에 의해 상기 구조체의 애니메이션을 생성하기 위한 애니메이션 생성 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 매체로서,

   각 링크는 회전 중심이 되는 관절 부분을 적어도 포함하며,

   상기 애니메이션 생성 프로그램은,

   상기 컴퓨터의 지시 수단을 이용한 사용자의 조작에 따라 링크를 선택하는 제1 단계;

   상기 지시 수단을 이용한 상기 사용자의 조작에 따라 상기 선택된 링크의 상기 관절 부분의 회전 범위를 설정하는 제2 단계;

   상기 구조체의 자세를, 자코비안(Jacobian) 매트릭스와 그의 싱귤래러티-로버스트 인버스(SR-Inverse) 매트릭스에 기초를 둔 인버스 키네마틱 연산을 이용하여 결정하고, 상기 지시 수단을 이용한 상기 사용자의 조작에 응답하여 상기 화면에 표시되는 상기 구조체의 링크를 이동시키는 제3 단계;

   상기 제3 단계에서 자세가 결정된 구조체를 상기 화면에 표시하기 위한 데이터를 생성하는 제4 단계; 및

   상기 제4 단계에서 생성된 데이터에 기초하여 상기 화면에 상기 구조체를 표시하는 제5 단계

   를 포함하고,

   상기 제3 단계에서,

   이동된 링크 이외에, 설정된 회전 범위를 초과하도록 상기 링크의 상기 관절 부분들을 회전시키지 않는 조건 하에서 연산되는 해를 찾을 수 있으면, 상기 구조체의 상기 자세는 상기 발견된 해에 기초하여 결정되고,

   상기 해를 찾을 수 없으면, 회전이 상기 설정된 회전 범위를 초과하지 않는 관절 부분이 상기 설정된 회전 범위를 초과하여 회전됨으로써 해를 찾을 수 있고, 상기 구조체의 상기 자세는 상기 관절 부분의 회전 후에 찾을 수 있는 해에 기초하여 결정되는 컴퓨터 판독가능한 매체.
5. 제4항에 있어서,

   각 링크의 회전 범위를 상기 화면의 표시 위치에 표시하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
6. 제5항에 있어서,

   각 링크의 회전 위치가 각각의 회전 범위의 한도 또는 그 한도 내외의 근방에 있는 경우, 상기 화면에 표시된 상기 회전 범위의 표시색을 변경하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   각 링크의 상기 회전 범위는 상기 지시 수단을 이용한 상기 사용자의 조작에 따라 가변인 컴퓨터 판독가능한 매체.
8. 제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 화면 상에 표시되는 지시 수단을 상기 화면 상에서 상기 링크와 정렬되도록 이동시켜서 상기 링크가 선택되는 컴퓨터 판독가능한 매체.
9. 제8항에 있어서,

   상기 링크가 선택되면, 상기 링크의 상기 화면 상의 표시색을 변경하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
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