KR20040008378A - Synchronization Method of Rhythmic Motion with Music based on Beat Analysis - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A motion rhythm analysis method, a motion transferring method in consideration of continuity, and a method of synchronizing a motion with music based on bit analysis using the methods are provided to effectively produce animation with music. CONSTITUTION: Example motions are analyzed to obtain bits corresponding to a moment when a sudden direction change is periodically generated in the motion of the human body as candidate bits. A bit of the most predominant periodic moment among the candidate bits is obtained as a reference bit. Actual motion bits are acquired from representatives of candidate bits distributed around the reference bit.

Description

율동의 리듬분석방법, 연속성을 고려한 동작전이방법 및 그를 이용한 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법 {Synchronization Method of Rhythmic Motion with Music based on Beat Analysis}Rhythm analysis method of rhythm, motion transition method considering continuity and method of synchronizing rhythm and music using beat analysis {Synchronization Method of Rhythmic Motion with Music based on Beat Analysis}

본 발명은 율동의 리듬분석방법, 연속성을 고려한 동작전이방법 및 그를 이용한 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주어진 율동을 분석하여 자동으로 동작비트를 얻고, 이를 기반으로 주어진 악곡에 동기화된 새로운 율동을 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rhythm analysis method of rhythm, an operation transition method considering continuity, and a method of synchronizing rhythm with music based on beat analysis using the same, and more specifically, to obtain a motion beat automatically by analyzing a given rhythm. The present invention relates to a method for generating a new rhythm synchronized with a given piece of music.

컴퓨터 애니메이션 및 영화, TV 선전 등에서 가상 캐릭터의 동작은 큰 감동을 주기 위해 사운드와 결합되어 사용된다.In computer animation, film and television propaganda, virtual character movements are used in combination with sound to impress.

특히, 악곡은 특유의 리듬과 멜로디를 통해 다양한 감정을 효과적으로 전달할 수 있어서 널리 사용된다.In particular, music is widely used because it can effectively convey various emotions through its unique rhythm and melody.

음악은 일반 음향 효과와는 달리 리듬과 멜로디를 갖기 때문에 동작과의 동기화를 위해 임의로 변형할 수는 없다.Since music has rhythms and melodies, unlike normal sound effects, it can't be arbitrarily modified to synchronize with the action.

따라서 캐릭터의 율동은 흔히 음악 트랙이 먼저 녹음된 후에 제작된다.Therefore, character movements are often produced after the music track is recorded first.

일반적으로, 춤이나 행진과 같이 리듬이 있는 동작 즉, 율동은 배경 음악에 맞추어 움직임으로써 형성되며, 배경 음악과 같은 리듬을 갖게 된다.In general, rhythmic movements such as dance or march, ie rhythms, are formed by moving to background music and have the same rhythm as background music.

한편, 사실적인 동작 클립들이 널리 사용됨에 따라 포착한 동작 클립들을 이용하여 새로운 동작을 만들고자 하는 연구가 진행되어 왔다.Meanwhile, as realistic motion clips are widely used, studies have been conducted to create new motions using captured motion clips.

본 발명과 관련된 연구는 크게 동작 편집, 동작전이 모델링, 사운드 렌더링, 입 동기화로 나눌 수 있다.Research related to the present invention can be broadly divided into motion editing, motion transition modeling, sound rendering, and mouth synchronization.

첫째 상기 동작 편집에 대해서는 포착된 동작의 편집을 위해 다수의 연구가 제안된 바 있다.First, a number of studies have been proposed for the editing of motions.

Bruderlin과 Willianms[A. Bruderlin and L. Williams. Motion Siganl Processing.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '95), 29:97-104, August 1995.]는 신호 처리 기술을 도입하여 동작의 세부적인 특성은 보존하면서 원하는 형태로 변형하였다.Bruderlin and Willianms [A. Bruderlin and L. Williams. Motion Siganl Processing. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '95) , 29: 97-104, August 1995.] introduced signal processing techniques and transformed them into desired forms while preserving the details of their operation.

Witkin과 Popovic(A. Witkin and Z. Popovic. Motion Warping.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '95), 29:105-108, August 1995.)는 같은 목적으로 동작 왜곡(warping) 기법을 제안하였다.Witkin and Popovic (A. Witkin and Z. Popovic. Motion Warping. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '95) , 29: 105-108, August 1995.) proposed a motion warping technique for the same purpose.

Rose 등(C. Rose, B. Guenter, B. Bodenheimer, and M. F. Cohen. Efficient Generation of Motion Transitions using Spacetime Constraints.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '96), 30:147-154, August 1996)은 시공간 제약조건을 이용하여 동작들 간의 부드러운 전이 동작을 생성하였다.Rose et al. (C. Rose, B. Guenter, B. Bodenheimer, and MF Cohen.Efficient Generation of Motion Transitions using Spacetime Constraints.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '96) , 30: 147-154, August 1996). Conditions were used to create a smooth transition between actions.

Gleicher(M. Gleicher. Motion Editing with Spacetime Constraints. InProceedings of Symp. Interactive 3D Graphics, pages 139-148, 1997.)(M. Gleicher. Retargetting Motion to New Characters.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '98), 32:33-42, July 1998.)는 동작 재적용 문제를 운동학적 제약 조건만을 갖는 간략화된 시공간 문제로 표현하여, 최적화 기법을 통해 해결하였다.Gleicher (M. Gleicher.Motion Editing with Spacetime Constraints.In Proceedings of Symp.Interactive 3D Graphics , pages 139-148, 1997.) (M. Gleicher.Retargetting Motion to New Characters.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '98) , 32: 33-42, July 1998.) solved the motion reapplied problem as a simplified spatiotemporal problem with kinematic constraints.

동작 재적용 문제를 효율적으로 해결하기 위해 Lee와 Shin(J. Lee and S. Y.Shin. A Hierarchical Approach to Interactive Motion Editing for Human-like Figures.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '99), 33:395-408, August 1999.)은 다층레벨 B-스플라인 근사에 기반을 둔 계층적 변위 매핑 기법과 Korein과 Badler( J. U. Korein and N. I. Badler. Techniques for Generating the Goal-directed Motion of Articulated Structures.IEEE Computer Graphics and Applications, pages 71-81, November 1982.)가 제안한 팔꿈치원(elbow circle)을 도입한 효율적인 역운동학 해법을 제안하였다.To efficiently solve the problem of motion reapply, Lee and Shin (J. Lee and SYShin.A Hierarchical Approach to Interactive Motion Editing for Human-like Figures.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '99) , 33: 395-408, August 1999.) and Korein and Badler (J. Kor Korin and NI Badler. Techniques for Generating the Goal-directed Motion of Articulated Structures.IEEE Computer Graphics and Applications , pages 71) -81, November 1982.) proposed an efficient inverse kinematics solution that introduces the elbow circle.

Shin 등(H. J. Shin, J. Lee, M. Gleicher, and S. Y. Shin. Computer Puppetry: An Importance-Based Approach.ACM Transactions On Graphics, 20, 2001.)은 실시간 퍼포먼스 애니메이션(performance animation)을 위한 온라인 동작 재적용 기법을 제안하였다.Shin et al. (HJ Shin, J. Lee, M. Gleicher, and SY Shin.Computer Puppetry: An Importance-Based Approach.ACM Transactions On Graphics , 20, 2001.) are online behaviors for real-time performance animation. An application technique is proposed.

상기 동작전이 모델링에 대해서 HMM(Hidden Markov Model)은 인체 동작을 표현하고 이로부터 사실적인 동작을 생성하기 위한 용도로 사용되어왔다.For the motion transition modeling, the Hidden Markov Model (HMM) has been used for expressing human motion and generating realistic motion from it.

둘째 동작전이 모델링에 있어서, HMM(Hidden Markov Model)은 인체 동작을 표현하고 이로부터 사실적인 동작을 생성하기 위한 용도로 사용되어 왔다.Second, in motion transition modeling, HMM (Hidden Markov Model) has been used for expressing human motion and generating realistic motion from it.

Galata 등(A. Galata, N. Johnson, and D. Hogg. Learning Variable-Length Markov Models of Behavior.Computer Vision and Image Understanding, 81)은 동작을 긴 메모리 의존성을 갖도록 확장된 Markov 모델로 표현하였다.Galata et al. (A. Galata, N. Johnson, and D. Hogg.Learning Variable-Length Markov Models of Behavior.Computer Vision and Image Understanding , 81) describe behavior as an extended Markov model with long memory dependencies.

Brand와 Herzmann(M. Brand and A. Hertzmann. Style Machines.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2000), 34:183-192, July 2000.)은 파라메터가스타일 변수에 의해 좌우되는 HMM인 SHMM(Stylistic HMM)을 이용하여 동작을 행동과 스타일로 분리한 뒤, 주어진 스타일 변수에 따라 새로운 동작을 생성하였다.Brand and Herzmann (M. Brand and A. Hertzmann. Style Machines.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2000) , 34: 183-192, July 2000.), SHMM (Stylistic HMM), where HMM is a parameter whose parameters depend on style variables. After separating the action into actions and styles, we create new actions according to the given style variables.

Tanco와 Hilton은 비슷한 자세(posture)들의 묶음을 상태(state)로 갖는 Markov 모델을 이용하여 동작을 표현하였다.Tanco and Hilton used the Markov model to represent motion with a group of similar postures.

동작의 스케치가 주어지면 Markov 모델에서의 상태 경로(state path)가 정해지고, 각 상태로부터 가장 적합한 동작을 얻음으로써 새로운 동작을 생성하였다.Given a sketch of the motion, the state path in the Markov model is determined, and a new motion is created by getting the most appropriate motion from each state.

Lee 등[J. Lee, J. Chai, P. S. A. Reitsma, J. K. Hodgins, and N. S. Pollard. Interactive Control of Avatars Animated with Human Motion Data.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2002) (to appear), 36, July 2002.)은 2계층 구조를 이용하여 가상 캐릭터를 제어하였다.Lee et al. [J. Lee, J. Chai, PSA Reitsma, JK Hodgins, and NS Pollard. Interactive Control of Avatars Animated with Human Motion Data. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2002) (to appear) , 36, July 2002.) used a two-layered structure to control virtual characters.

하위 계층은 예제 동작 데이터의 각 프레임 간의 전이를 나타내고, 상위 계층은 비슷한 프레임들의 묶음과 그들 간의 전이를 나타낸다.The lower layer represents the transition between each frame of the example motion data, and the upper layer represents the bundle of similar frames and the transition between them.

셋째 상기 사운드 렌더링에 대해서 주어진 동작에 동기화된 사운드트랙을 만들기 위한 다수의 연구가 있었다.Third, there have been a number of studies for creating soundtracks that are synchronized to a given action for the sound rendering.

사운드 렌더링이라는 용어를 처음으로 사용한 Takala와 Han( T. Takala and J. Hahn. Sound Rendering.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '92), 26:211-220, 1992.)은 각 개체에 사운드를 첨부한 사운드 장면(sound scene)을 생성함으로써 사운드와 영상을 동기화 시켰다.Takala and Han (T. Takala and J. Hahn.Sound Rendering.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '92) , 26: 211-220, 1992.) used the term sound rendering for the first time. By creating a sound scene, we synchronized the sound with the image.

O'Brien 등(J. F. O'Brien, P. R. Cook, and G. Essl. Synthesizing Sounds From Physically Based Motion.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH2001), 35:529-536, August 2001.)은 개체들의 움직임에 의해 발생한 음파(acoustic pressure waves)의 전이를 계산하여 음향 효과를 시뮬레이션 하는 기술을 제안하였다.O'Brien et al. (JF O'Brien, PR Cook, and G. Essl.Synthesizing Sounds From Physically Based Motion.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH2001) , 35: 529-536, August 2001.) A technique for simulating sound effects by calculating the transition of acoustic pressure waves is proposed.

van den Doel 등(K. van den Doel, P. G. Kry, and D. K. Phai. FOLEYAUTOMATIC: Physically-Based Sound Effects for Interactive Simulation and Animation.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2001), 35:537-544, August 2001.)은 강체 시뮬레이션에 의해 얻어지는 물리적 파라메터들을 이용하여 개체들 간의 접촉 소리를 자동으로 생성하였다.van den Doel et al. (K. van den Doel, PG Kry, and DK Phai.FOLEYAUTOMATIC: Physically-Based Sound Effects for Interactive Simulation and Animation.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2001) , 35: 537-544, August 2001.) Automatically generated contact sounds between objects using the physical parameters obtained by the rigid body simulation.

넷째 상기 입 동기화에 대해서 인간형 캐릭터의 애니메이션에 있어 얼굴 움직임이 차지하는 큰 비중으로 인해 입 움직임과 음성의 동기화에 관해서 상당한 연구가 진행되어 왔다.Fourth, about the mouth synchronization Due to the large proportion of face movements in the animation of humanoid characters, considerable research has been conducted on the synchronization of mouth movements and voices.

Bregler 등(C. Bregler, M. Covell, and M. Slaney. Video Rewrite: driving visual speech with audio.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '97), 31:353-360, August 1997.)은 예제 비디오에 나타난 입 움직임을 재조합하여 입력 받은 음성에 가장 적합한 입 움직임을 새로이 생성하였다.Bregler et al. (C. Bregler, M. Covell, and M. Slaney.Video Rewrite: driving visual speech with audio.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '97) , 31: 353-360, August 1997.) The mouth movement was recombined to generate a new mouth movement most suitable for the input voice.

Brand(M. Brand. Voice Puppetry.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '99), 33:21-28, August 1999.)는 예제 비디오로부터 얼굴의 움직임을 위한 제어 모델(control model)을 자동으로 습득하고, 입력 음성으로 제어 모델을 조작함으로써 새로운 애니메이션을 생성하였다.Brand (M. Brand. Voice Puppetry. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '99) , 33: 21-28, August 1999.) automatically acquires a control model for facial movement from the example video, A new animation was created by manipulating the control model with the input voice.

Cassel 등(J. Cassell, H. H. Vilhjlmsson, and T. Bickmore. BEAT: theBehavior Expression Animation Toolkit.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2001), 35:477-486, August 2001.)은 주어진 텍스트에 대해 입 움직임과 인체 동작을 동기화할 수 있는 애니메이션 도구를 제안하였다.Cassel et al. (J. Cassell, HH Vilhjlmsson, and T. Bickmore.BEAT: the Behavior Expression Animation Toolkit.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2001) , 35: 477-486, August 2001.) We proposed an animation tool that can synchronize motion.

그러나 종래의 동작 관련 기술들은 주로 운동학과 동력학 관련 시공간 제약 조건을 만족시키는 데에 초점을 맞추고 있으며 리듬을 다루는 데 있어서는 크게 비중을 두지 않았다.However, conventional motion-related technologies focus mainly on satisfying space-time constraints related to kinematics and dynamics, and do not place much emphasis on rhythm.

또한 주어진 동작과 사운드의 동기화를 위한 종래의 연구들이 주로 음향 효과 생성이나 입 움직임에 초점을 맞추고 있다.In addition, conventional studies for synchronizing a given motion and sound mainly focus on sound effect generation or mouth movement.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적을 미리 가지고 있는 예제 동작 클립들을 이용하여 주어진 음악에 동기화된 새로운 율동을 생성하는 기법을 제안하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and proposes a technique for generating a new rhythm synchronized to a given music using example motion clips having the object of the present invention in advance.

본 발명의 또 다른 목적은, 율동은 배경 음악의 리듬 패턴에 대응하는 단위동작들의 나열로 표현될 수 있고, 각 리듬 패턴은 일정한 시간 단위인 비트들로 이루어지며, 배경 음악의 비트에서는 캐릭터 움직임의 급격한 방향 변화가 일어난다고 알려져 있는 바, 이와 같은 관찰 결과에 근거하여 음악의 비트에 해당하는 동작비트라는 개념을 제안하는 데 있다.Another object of the present invention, the rhythm can be expressed as a sequence of unit operations corresponding to the rhythm pattern of the background music, each rhythm pattern is composed of bits of a certain time unit, in the beat of the background music It is known that a sudden change of direction occurs, and based on the observation result, the concept of an operation bit corresponding to a beat of music is proposed.

본 발명의 또 다른 목적은, 예제 동작들의 비트를 분석함으로써 이들을 단위동작들로 분리하고 단위동작들 간의 연결 가능 관계를 나타내는 동작전이 그래프를 구성하여, 새로운 악곡이 주어지면, 동작전이 그래프로부터 주어진 악곡에 동기화된 새로운 율동을 생성하는 데 있다.It is still another object of the present invention to divide an operation into bits by analyzing the bits of the example operations and to construct a motion transition graph representing a linkable relationship between the unit motions, and given a new music, the music given from the motion transition graph To create a new rhythm that is synchronized to.

본 발명은 또 다른 목적은, 캐릭터의 동작과 음악의 결합에 효과적으로 이용될 수 있으며, 안무가들이 새로운 율동을 효율적으로 구상할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a means by which a choreographer can efficiently design a new movement, which can be effectively used in the combination of a character's motion and music.

도 1은 본 발명에 따른 동기화방법의 전체 구조도이다.1 is an overall structural diagram of a synchronization method according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 단일 동작신호로부터의 참조비트 추정단계를 나타내는 도면이다.2 illustrates a reference bit estimation step from a single operation signal according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 다중 동작신호로부터의 참조비트 추정단계를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a reference bit estimating step from a multiple operation signal according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 후보비트들의 분포를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a distribution of candidate bits according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 동작전이 그래프이다.5 is an operation transition graph according to the present invention.

도 6은 단위동작들 간의 전이 가능성의 결정을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating determination of a transition possibility between unit operations.

도 7은 본 발명에 따른 비트분석의 정확도 그래프이다.7 is a graph of the accuracy of the bit analysis according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 동기화된 동작과 일반적으로 동기화되지 않은 동작의 비교도이다.8 is a comparison of synchronized and generally unsynchronized operations in accordance with the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 커플 동작합성 예제의 도면이다.9 is a diagram of an example couple operation synthesis according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 동작전이 그래프 상의 같은 경로로부터 다양한 동작으로부터 다양한 동작을 얻을 수 있음을 보여주는 도면이다.10 is a diagram showing that various operations can be obtained from various operations from the same path on the operation transition graph according to the present invention.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저 본 발명의 기술적 원리를 설명하면, 본 발명은 도 1과 같이 동작분석 단계(S100)와 동작합성 단계(S200)로 이루어진다.Referring first to the technical principle of the present invention, the present invention consists of a motion analysis step (S100) and operation synthesis step (S200) as shown in FIG.

동작분석 단계(S100)에서 예제 동작들을 분석하여(S110) 이들의 동작비트와 이들을 구성하는 단위동작들 간의 전이를 얻는다(S120).In the operation analysis step S100, the example operations are analyzed (S110) to obtain a transition between these operation bits and the unit operations constituting them (S120).

동작에서 급격한 방향 변화가 주기적으로 일어난다는 관찰 결과에 기반하여, 방향 변화가 심한 순간을 찾고 이들로부터 동작비트를 추정한다.Based on the observation that the sudden change of direction occurs periodically in operation, the moment of change of direction is found and the operation bit is estimated from them.

어떤 순간에서 급격한 방향 변화가 일어났다는 사실이 반드시 그 순간이 동작비트에 해당함을 의미하지는 않기 때문에 그 순간은 동작비트의 후보로 볼 수 있다.The fact that a sudden change of direction at a moment does not necessarily mean that the moment corresponds to an operation bit can be regarded as a candidate for the operation bit.

동작비트가 주기적이라는 사실을 이용하여, 후보비트들로부터 가장 우세한 주기적 패턴을 찾음으로써 동작비트라 기대할 수 있는 참조비트를 얻는다.Using the fact that the operation bits are periodic, the reference bits that can be expected as operation bits are obtained by finding the dominant periodic pattern from the candidate bits.

각 참조비트를 바탕으로 후보비트들로부터 대표들을 선택함으로써 동작비트의 추정치를 얻는다.An estimate of the operation bit is obtained by selecting representatives from the candidate bits based on each reference bit.

상기 동작비트를 바탕으로, 주어진 리듬 패턴의 길이에 맞게 예제 동작들을 단위동작들로 나눈다.Based on the operation bits, the example operations are divided into unit operations according to the length of a given rhythm pattern.

단위동작들의 효과적인 조합을 위해 에지(edge)가 단위동작이고 노드(node)가 단위동작들의 전이를 나타내는 동작전이 그래프를 구성한다.For an effective combination of unit operations, an edge transition is a unit motion and a node constructs a motion transition graph indicating transitions of unit operations.

동작전이 모델은 예제 동작에 나타난 단위동작들의 배열을 분석하여, 단위동작들의 연결이 자주 나타날수록 이 연결이 높은 가능성을 갖도록 한다.The motion transfer model analyzes the arrangement of the unit actions shown in the example action, so that the more frequent the connection of the unit actions is, the more likely this connection is.

상기 동작합성 단계(S200)에서 입력 악곡이 주어지면, 그에 맞는 새로운 율동을 동작전이 그래프로부터 생성한다(S210).When the input music is given in the operation synthesis step (S200), a new rhythm is generated from the motion transition graph corresponding thereto (S210).

예제 동작들로부터 얻은 단위동작들 간의 전이 가능성을 바탕으로 동작전이 그래프를 순회함으로써 실시간에 새로운 동작에 해당하는 경로를 얻을 수 있다.By traversing the motion transition graph based on the possibility of transition between unit motions obtained from the example motions, a path corresponding to a new motion can be obtained in real time.

또한, 동작전이 그래프 상에서 가장 최적의 확률을 갖는 경로를 찾음으로써 입력 악곡에 가장 적합한 동작을 얻을 수도 있다.In addition, by finding a path having the most optimal probability on the motion transition graph, an operation most suitable for the input music can be obtained.

동작전이 그래프 상의 경로를 이루는 각 에지에 해당하는 단위동작을 차례로 연결함으로써 새로운 동작을 생성할 수 있다.A new motion can be generated by connecting the unit motions corresponding to each edge of the path on the graph.

동작을 입력 악곡에 동기화시키기 위해, 시간 왜곡(time warping) 기법을 적용하여 동작비트들을 악곡의 비트들과 일치시킨다.In order to synchronize the operation with the input music, a time warping technique is applied to match the operation bits with the bits of the music.

생성된 동작은 타이밍 제어(timing control)을 이용하여 동작비트에서의 방향 변화 정도를 조절한다(S220).The generated operation adjusts the degree of change of direction in the operation bit using timing control (S220).

마지막으로, 생성된 동작은 다양한 캐릭터에 재적용된다(S230).Finally, the generated motion is reapplied to various characters (S230).

이하에서 상기 단계를 좀 더 자세히 설명하면,The above steps will be described in more detail below.

1. 동작비트 분석1. Operation bit analysis

인체 동작 데이터는 동작 신호의 다발로 구성되어 있으며, 각 동작 신호는 각 관절의 위치 또는 방향을 나타내는 값들의 나열로 표현된다.Human body motion data consists of a bundle of motion signals, each motion signal being represented by a sequence of values representing the position or direction of each joint.

인체의 계층 구조로 인해 동작에 있어서 각 관절의 움직임에 시간차가 생기며, 이로 인해 관절마다 비트가 조금씩 다르게 나타날 수 있다.Due to the hierarchical structure of the human body, there is a time difference in movement of each joint in motion, which may cause bits to appear slightly different for each joint.

동작으로부터 비트를 얻기 위해서는 이와 같은 관절 간의 차이를 상쇄시켜야 한다.To get a bit out of motion, we need to offset the difference between these joints.

본 발명에서는 먼저 각 동작 신호별로 후보비트를 얻고, 이들 전반에 걸쳐 가장 우세한 참조비트를 얻은 뒤, 이로부터 실제 동작비트를 통계학적 기법을 이용하여 추정한다.In the present invention, first, candidate bits are obtained for each operation signal, the most prevalent reference bits are obtained, and the actual operation bits are estimated using the statistical technique.

1-1 후보비트 추출.1-1 candidate bit extraction.

인체 심리학과 생체 역학 분야의 관찰 결과(M. R. Jones and M. Boltz. Dynamic Attending and Responses to Time.Psychological Review, 96(3):459-491, 1989.)에 따르면, 인체 움직임에서 주기적으로 급격한 방향 변화가 일어나며, 이것들이 동작의 리듬을 형성한다.According to observations in the field of human psychology and biomechanics (MR Jones and M. Boltz. Dynamic Attending and Responses to Time.Psychological Review , 96 (3): 459-491, 1989.) Happens and these form the rhythm of movement.

따라서, 이 주기적인 순간들을 동작비트라 볼 수 있다.Therefore, these periodic moments can be regarded as operation bits.

급격한 방향 변화의 순간은 동작의 중요한 특성을 얻는 데에 사용된 바 있다(J. Gomes and L. Velho. From Fourier Analysis to Wavelets. InCourse Notes #5 (SIGGRAPH '99), 1999.).The moment of rapid change of direction has been used to acquire important characteristics of motion (J. Gomes and L. Velho. From Fourier Analysis to Wavelets. In Course Notes # 5 (SIGGRAPH '99) , 1999.).

여기서는 동작 신호의 2차 미분이 0을 지나는 순간(zero-crossing)을 동작과환경이 상호 작용하는 순간으로 간주되었다.Here, the zero-crossing of the second derivative of the motion signal is considered the moment when the motion and environment interact.

각 동작 신호에 대해 각 가속도를 구함으로써 2차 미분이 0을 지나는 순간을 구할 수 있다.By obtaining the angular acceleration for each motion signal, we can find the moment when the second derivative crosses zero.

실제 동작에 있어서 비트와 상관없이 방향 변화가 심하게 일어날 수도 있으므로 2차 미분이 0을 지나는 순간을 동작비트의 후보라 볼 수 있다.In actual operation, the direction change may occur severely regardless of the bit, and thus, the moment when the second derivative passes zero can be regarded as a candidate of the operation bit.

후보비트들의 분포에는 실제 동작비트와 관절들 간의 시간차, 비트와 상관없는 외좌층(outlier)이 모두 포함되어 있다.The distribution of candidate bits includes both the actual motion bits and the time difference between the joints and the outliers that are not related to the bits.

따라서, 이들 전반에 걸쳐 가장 우세한 주기적인 순간들을 얻어야 한다.Thus, the most prevalent periodic moments must be obtained throughout them.

1-2. 참조비트 추정1-2. Reference bit estimation

참조비트 추정은 단일 관절과 다중 관절로 나누어 추정한다.Reference bit estimation is estimated by dividing into a single joint and multiple joints.

첫째, 단일 관절에서 하나의 동작 신호로부터 얻은 후보비트들의 분포로부터 가장 우세한 주기적인 순간들을 얻는다.First, the most prevalent periodic moments are obtained from the distribution of candidate bits obtained from one motion signal in a single joint.

후보비트들의 가장 우세한 주기를 추정하는 문제는 펄스 나열의 주기를 구하는 문제로 표현할 수 있다.The problem of estimating the most dominant period of the candidate bits can be expressed as a problem of obtaining the period of pulse sequence.

펄스 나열 주기 추정 문제에서 각 펄스의 발생 시간은 다음의 수학식 1과 같이 모델링된다.In the pulse sequence period estimation problem, the generation time of each pulse is modeled as in Equation 1 below.

여기서는 구하고자 하는 주기이고,는 균일하게 분포된 무작위의 위상 값이고,는 양의 정수,는 0을 평균으로 갖는범위의 화이트 가우스 노이즈(white Gaussian noise)이다.here Is the cycle you want to find, Is a uniformly distributed random phase value, Is a positive integer, Has 0 as the average White Gaussian noise in the range.

을 후보비트의 나열이라고 하자. 여기서는 수학식 1에서의에 해당한다. Let be a list of candidate bits. here In Equation 1 Corresponds to

그러나 상술한 바와 같이 2차 미분이 0을 지난다 해서 그 순간이 비트가 아니므로,는 단순한 외좌층일 수도 있다.However, as mentioned above, if the second derivative passes zero, the moment is not a bit, May be a simple outer layer.

이는 수학식 1에서의 주기와 전혀 무관한 값이다.This is a period in Equation 1 It has nothing to do with.

일반성을 잃지 않고,가 오름차순으로 정렬되어 있다고 가정할 수 있다.Without losing generality, Assume that is sorted in ascending order.

의 가장 우세한 주기를 추정하는 문제는에서 최대값을 갖는 사인파의 가장 우세한 주파수를 찾는 문제로 변형할 수 있다. The problem of estimating the most dominant period of Sine wave with maximum in We can transform it into the problem of finding the most predominant frequency of.

사인파를 간단히 만들기 위해부터사이의 구간에 한번의 주기가 들어가도록 즉, 수학식 2가 되도록 한다.To make the sine wave simple from One period is entered into the interval between, that is to be represented by equation (2).

여기서에 속하는 정수이고,이다.는 엄밀히 말해서 완전한 사인파는 아니지만, 완전한 사인파와의 차이가 단순한 노이즈로 봐도 무방할 만큼 적기 때문에 큰 문제는 없다.here Is Is an integer belonging to to be. Is not strictly a sine wave, but there is no big problem because the difference from the sine wave is so small that it can be regarded as simple noise.

로부터 Nyquist 추출 이론(Nyquist sampling theorem)에 근거하여 균일하게개의 값를 추출한다(단,). Uniformly based on the Nyquist sampling theorem Values Extract (but, ).

그러면, 수학식 3의 periodogram 기법을 이용하여의 스펙트럼을 분석할 수 있다.Then, using the periodogram method of Equation 3 You can analyze the spectrum.

의 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density)는 명확한 임펄스 신호(impulse signal)로 나타난다( J. Gomes and L. Velho. From Fourier Analysis to Wavelets. InCourse Notes #5 (SIGGRAPH '99), 1999.) The power spectrum density of is represented by a clear impulse signal (J. Gomes and L. Velho. From Fourier Analysis to Wavelets. In Course Notes # 5 (SIGGRAPH '99) , 1999.)

따라서,의 최고점(the highest peak)을 찾음으로써 참조비트를 추정할 수 있다.therefore, Reference bits by finding the highest peak of Can be estimated.

단일 동작 신호에 대한 참조비트는 도 2에 도시한 바와 같이, 후보비트들로부터 사인 곡선을 구성하고, 가중 우세한 주파수를 얻음으로써 참조비트를 추정한다.As shown in FIG. 2, a reference bit for a single operation signal estimates the reference bit by constructing a sinusoid from the candidate bits and obtaining a weighted dominant frequency.

단일 관절을 위한 주기 추정 기법은 Fourier 변환의 선형성(linearity)으로 인해 간단히 다중 동작 신호에 적용할 수 있도록 확장된다.The periodic estimation technique for a single joint is extended for simple application to multiple motion signals due to the linearity of the Fourier transform.

둘째 다중 관절은 단일 동작 신호에서와 마찬가지로 파워 스펙트럼 분석에 의해 다중 동작 신호들에서 얻은 후보비트들로부터 가장 우세한 주기를 얻는다.Second, the multiple joints obtain the most prevalent period from the candidate bits obtained from the multiple motion signals by power spectrum analysis as in the single motion signal.

개의 동작 신호들을 분석하는 경우, 각 동작 신호들마다 비트 후보들로부터 사인파를 구성하고, 이들개의 사인파를 합하여(superpose) 하나의 신호를 얻는다. In the case of analyzing two operating signals, for each operating signal, a sine wave is formed from bit candidates, Sine waves Superpose to obtain one signal.

그리고, periodogram을 이용하여 합쳐진 신호의 파워 스펙트럼 밀도를 구한다. 그러면,를 최대로 하는 주파수를 구함으로써 다중 동작 신호 전반에 걸쳐 가장 우세한 주기를 구할 수 있다.And the signals combined using the periodogram Power spectral density Obtain then, Frequency to maximize The most dominant period across multiple motion signals by obtaining Can be obtained.

상기 수학식 1에서의 위상값는 다음의 수학식 4로 얻을 수 있다.Phase value in Equation 1 Can be obtained from Equation 4 below.

참조비트들은 추정된 주기와 위상로부터 수학식 5를 통해 얻을 수 있다.Reference bits are estimated period And phase It can be obtained from equation (5) from.

여기서,번째 참조비트이며,번째의 실제 동작비트로 기대되는 순간을 나타낸다.here, Is Th reference bit, It represents the moment expected by the first actual operation bit.

다중 관절에 대한 참조비트는 도 3에 도시된 바와 같이 각 동작 신호에 대해 사인파를 구성하고, 이들의 합으로 얻은 신호에서 가장 우세한 주파수를 찾아 참조비트를 구성한다.As shown in FIG. 3, the reference bits for the multiple joints form a sine wave for each operation signal, and the reference bits are formed by finding the most predominant frequency in the signal obtained by the sum of these signals.

상술한 방법으로 얻어진 후보비트들과 참조비트들을 토대로 실제 동작비트를 추정한다.The actual operation bit is estimated based on the candidate bits and the reference bits obtained by the method described above.

1-3 동작비트 추정1-3 Operation Bit Estimation

이상적으로는 참조비트들과 실제 동작비트가 정확히 일치해야 하나 실제로는 비트 간격이 정확히 균일하지는 않으며 각 관절의 후보비트들 간에 조금씩 위상차가 있다.Ideally, the reference bits and the actual operating bits should match exactly, but in reality the bit spacing is not exactly uniform and there is a slight phase difference between the candidate bits of each joint.

따라서 각 참조비트 주변에 분포된 후보비트들의 대표를 실제 비트로 볼 수 있다.Therefore, the representative of candidate bits distributed around each reference bit can be viewed as actual bits.

모든 관절에 대한 후보비트를 한꺼번에 투영하면 도 4와 같이 실제 동작비트 주변에 후보비트의 집단이 분포되어 있으며, 외좌층도 넓게 분포된다.When projecting the candidate bits for all joints at once, the group of candidate bits is distributed around the actual operation bits as shown in FIG. 4, and the outer layer is also widely distributed.

어떤 동작은 여러 비트에 걸친 시간 동안 급격한 방향 변화를 포함하지 않을 수도 있다.Some operations may not include abrupt changes in direction over time over several bits.

번째 동작비트내에 존재하는 경우 즉, 비트 후보들이 저 범위 내에서 관찰된 경우를 생각해보자. Motion bit end Consider the case in which the bit candidates are observed within the low range.

구간내에 속한 비트 후보들로부터 이들의 대표를 Huber의 M-추정자(P. J. Huber.Robust Statistics. John Wiley & Sons, New York, 1981.)를 이용하여 구한다.section Their representatives from the bit candidates within Is obtained using Huber's M-estimator (PJ Huber. Robust Statistics . John Wiley & Sons, New York, 1981.).

즉, 다음 수학식 6을 만족하는를 구한다.That is, satisfying the following equation (6) Obtain

여기서는 Huber의 함수로서 수학식 7로 정의된다.here Is defined by Equation 7 as a function of Huber.

윈도우 함수는 수학식 8로 정의된다.Window function Is defined by Equation 8.

추정치는 단일 활강 최소화 알고리즘(downhill simplex minimization algorithm)( W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, and B. P. Flannery.Numerical Recipes in C - The Art of Scientific Computing. Cambridge University Press, second edition, 1999.)을 이용하여 수치적으로 얻는다.Estimate Is calculated using a downhill simplex minimization algorithm (WH Press, SA Teukolsky, WT Vetterling, and BP Flannery. Numerical Recipes in C-The Art of Scientific Computing . Cambridge University Press, second edition, 1999.) Get the enemy.

이 때, 참조비트를 최소화 알고리즘의 초기값으로 사용한다.At this time, reference bit Is used as the initial value of the minimization algorithm.

비트 후보가에 분포하지 않는 경우에는 참조비트번째 동작비트로 지정한다.Beat candidate Reference bit if not distributed in To Motion bit Specify with.

이렇게 정해진 가상의 동작비트는 실제 동작에 나타나지는 않지만, 동기화를 위해 반드시 필요하다.The virtual operation bit thus defined does not appear in actual operation, but is necessary for synchronization.

2. 동작전이 그래프2. Motion Transition Graph

배경 음악에 맞춘 율동은 단위동작들의 나열로 표현할 수 있다.A rhythm to a background music can be expressed as a sequence of unit actions.

본 발명에서는 예제 동작들에서 얻은 단위동작들 간의 연결 가능성을 나타내는 동작전이 그래프를 제안한다.The present invention proposes an operation transition graph indicating the connection possibility between unit operations obtained in the example operations.

입력으로 주어진 악곡에 대해, 그 악곡과 같은 리듬 패턴을 갖는 단위동작들만으로 새로운 동작을 만들기 위해 예제 동작들 중 같은 리듬 패턴을 갖는 것들끼리 묶어서 독립적으로 동작전이 그래프를 구성한다.For a piece of music given as an input, the motion transition graph is constructed independently by grouping together those with the same rhythm pattern among the example motions to create a new motion with only unit motions having the same rhythm pattern as the song.

같은 리듬 패턴을 갖는 단위동작들은 모두 같은 수의 비트를 갖기 때문에 전이 그래프의 모든 에지는 같은 수의 동작비트를 갖는다.Since all unit operations with the same rhythm pattern have the same number of bits, all edges of the transition graph have the same number of operation bits.

예제 동작들에 나타난 단위동작들의 나열 순서를 분석함으로써 이들 간의 전이 모델을 자동으로 습득한다.We automatically learn the transition model between them by analyzing the order in which the unit actions appear in the example actions.

상기 동작전이 그래프 단계는 동작전이 그래프 구성과 단위동작 전이모델 습득으로 구성된다.The operation transition graph step consists of constructing an operation transition graph and acquiring a unit operation transition model.

2-1. 동작전이 그래프구성2-1. Graph of Operation Transition

단위동작들은 예제 동작들을 리듬 패턴의 길이대로 일정하게 잘라서 얻는다.Unit actions are obtained by uniformly cutting the example actions to the length of the rhythm pattern.

이 때, 동작의 리듬 패턴은 배경 음악의 종류에 따라 정해진다.At this time, the rhythm pattern of the motion is determined according to the type of background music.

예를 들면, 왈츠 곡에 맞춘 율동은 3박자의 리듬 패턴을 가지므로, 모든 단위동작이 세 개의 비트로 구성되어 있다.For example, a rhythm pattern to a waltz song has a rhythm pattern of three beats, so that every unit motion consists of three beats.

따라서 왈츠 춤의 단위동작들은 예제 동작들을 세 개의 비트마다 끊어줌으로써 얻을 수 있다.Thus, the waltz dance unit motions can be obtained by breaking the example motions every three beats.

하나의 예제 동작은 에지가 단위동작이고 노드가 단위동작의 시작 또는 끝에 해당하는 자세를 나타내는 방향성 선형 그래프로 나타낼 수 있다.One example operation may be represented by a directional linear graph in which the edge is a unit motion and the node is a posture corresponding to the start or end of the unit motion.

선형 그래프의 임의의 경로는 단위동작들의 배열로써 예제 동작의 일부에 해당한다.Any path in the linear graph is part of the example operation as an array of unit operations.

한 단위동작의 마지막 자세와 속도가 다른 단위동작의 첫 번째 자세 및 속도와 충분히 비슷하다면 두 단위동작은 서로 연결될 수 있다.Two unit motions can be linked together if the last posture and speed of one unit motion are sufficiently similar to the first attitude and speed of the other unit motion.

따라서 선형 그래프에 나타나 있는 단위동작들 간의 순차적인 연결 이외의 다른 연결 또한 가능하다.Therefore, other connections than the sequential connection between the unit operations shown in the linear graph are possible.

단위동작들 간의 가능한 전이는 선형 그래프 상의 노드들을 비슷한 자세와 속도를 갖는 노드들의 집단으로 분류하고, 같은 집단에 속하는 노드들을 하나로 병합(merge)시킴으로써 얻을 수 있다.Possible transitions between unit motions can be obtained by classifying nodes on a linear graph into groups of nodes with similar attitudes and speeds, and merging nodes belonging to the same group into one.

그래프 상의 노드들을 비슷한 자세와 속도를 갖는 집단들로 분류하기 위해 먼저 두 노드의 유사성을 측정하기 위한 척도를 세운다.In order to classify the nodes on the graph into groups with similar posture and velocity, we first establish a measure to measure the similarity between the two nodes.

유사성의 척도는 두 노드가 나타내는 자세 간의 관절의 위치와 속도 차의 합으로 정의한다.The measure of similarity is defined as the sum of the positional and velocity differences between the joints represented by the two nodes.

여기서, 모든 예제 동작은 미리 균등한 캐릭터에 맞도록 정규화(normalize)되어 있다고 가정하고, 정의된 유사성 척도는 다음의 수학식 9로 표현된다.In this case, it is assumed that all the example motions are normalized to fit a uniform character in advance, and the defined similarity measure is expressed by the following equation (9).

여기서은 관절의 개수이고,는 각각 노드에 해당하는 자세의번째 관절의 위치이다.here Is the number of joints, Wow Are each node and Of the posture corresponding to The position of the second joint.

또한,는 각각 노드에 해당하는 자세의번째 관절의 속도이다.Also, Wow Are each node and Of the posture corresponding to Is the velocity of the first joint.

는 위치 차와 속도 차의 가중치를 나타내는 상수이다. and Is a constant representing the weight of the position difference and the speed difference.

상기 수학식 9에서 정의된 유사성 척도를 이용하여 노드들을 비슷한 자세와 속도를 갖는 노드의 집단들로 분류한다.Nodes are classified into groups of nodes having similar attitudes and speeds using the similarity measure defined in Equation (9).

이 때, 분류된 집단의 개수를 알지 못하므로, 차감 클러스터링 기법(S. Chiu. Fuzzy Model Identification Based on Cluster Estimation.Journal of Intelligent & Fuzzy Systems, 2(3), September 1994.)을 이용한다.At this time, since the number of classified groups is not known, a deduction clustering technique (S. Chiu. Fuzzy Model Identification Based on Cluster Estimation. Journal of Intelligent & Fuzzy Systems , 2 (3), September 1994.) is used.

차감 클러스터링 기법(subtractive clustering method)은 각 집단이 갖는 영향력 파라미터를 기반으로 데이터들로부터 집단의 개수와 각 집단의 대푯값을 추정하는 고속의 단일 패스 알고리즘으로서, 각 데이터가 모두 어떤 집단의 대표값이 될 수 있다는 전제하에 가장 주변의 데이터들에 대해 큰 영향력을 행사하는 값들을 대표로 정한다.The subtractive clustering method is a fast single pass algorithm that estimates the number of groups and the representative value of each group from the data based on the influence parameter of each group. Representing values that exert a significant influence on the most surrounding data, provided that they can be obtained.

같은 집단에 속하는 노드들을 하나로 병합시킴으로써 예제 동작들을 나타내는 선형 그래프들은 단위동작들의 가능한 전이를 모두 나타내는 하나의 동작전이 그래프로 변형될 수 있다.By merging nodes belonging to the same population into one, the linear graphs representing example operations can be transformed into a single transition graph representing all possible transitions of unit operations.

동작전이 그래프 상의 임의의 경로는 단위동작들의 나열에 해당하므로 하나의 율동으로 변환될 수 있다.Since any path on the transition graph corresponds to a sequence of unit actions, it can be converted into one rhythm.

도 5는 동작전이 그래프 구성의 전반적인 모습을 보여주는 도면으로서, 각 예제 동작은 에지가 단위동작이고 노드가 각 단위동작의 시작 또는 끝 자세를 나타내는 선형 그래프로 표현되며, 같은 리듬 패턴을 갖는 예제 동작들은 비슷한 자세와 속도를 갖는 노드들을 하나로 병합함으로써 하나의 동작전이 그래프로 변환된다.FIG. 5 is a diagram showing an overall view of the transition graph structure. Each example motion is represented by a linear graph in which edges are unit motions and nodes represent the start or end poses of each motion. By merging nodes with similar posture and speed into one, they are transformed into a transition graph.

2-2. 단위동작 전이모델 습득2-2. Acquisition of unit motion transition model

상기 동작전이 그래프의 임의의 경로로부터 새로운 율동을 얻을 수 있다.New movements can be obtained from any path of the transition graph.

그러나 임의로 선택한 경로에는 안무법에서의 연속성이 반영되어 있지 않기 때문에 항상 원하는 율동을 나타내지는 않는다.However, the randomly chosen path does not always reflect the desired rhythm because it does not reflect the continuity in choreography.

따라서 보다 자연스럽게 연결되는 단위동작들 간의 전이에 보다 높은 연결 가능성을 줄 필요가 있다.Therefore, there is a need to give higher connection possibilities to transitions between more naturally connected unit operations.

예제 동작에 나타난 단위동작들 간의 나열 순서로부터 이들 간의 전이 모델을 습득한다.The transition model between them is learned from the sequence of unit actions shown in the example action.

예제 동작들이 주어졌다고 가정하자.Example actions Suppose is given

일반성을 잃지 않고,를 단위동작들의 나열인로 표현할 수 있다.Without losing generality, Is a list of unit actions Can be expressed as

단위동작들의 나열로부터는 다음 단위동작와 실제 동작에서 연속된 동작들이었으므로 자연스럽게 연결될 가능성이 높다는 것을 쉽게 알 수 있다.From the list of unit actions Is the next unit It is easy to see that there is a high probability that the connections will be made naturally because they are successive operations in the and the actual operation.

예제 동작들을 분석해보면 이와 같은 순차적인 연결 이외에도 보다 많은 자연스러운 연결을 얻을 수 있다.Analyzing the example behaviors yields more natural connections in addition to these sequential connections.

율동에서는 단위동작들이 거의 비슷한 모습으로 반복된다(S. C. Minton.Choreography: A Basic Approach Using Improvisation. Human Kinetics, 2nd edition, 1997.).In rhythm, unit actions are repeated in a similar fashion (SC Minton. Choreography: A Basic Approach Using Improvisation . Human Kinetics, 2nd edition, 1997.).

특히, 왈츠와 같이 정형화되어 있는 동작의 경우에는 미리 정의되어 있는 단위동작들로부터 새로운 동작이 구성되므로 더욱 그러하다.In particular, in the case of a standardized operation such as Waltz, this is even more so since a new operation is constructed from predefined unit operations.

이와 같이 비슷한 단위동작들은 동일한 동작의 변형이라고 볼 수 있다.Similar unit operations may be regarded as variations of the same operation.

따라서 단위동작들를 동일한 동작의 변형들로 이루어진 집단들로 분류할 수 있다.Thus unit operations Groups of variants of the same behavior Can be classified as

그러면 예제 동작으로부터 동작의 집단들 간의 자연스러운 전이를 얻을 수 있으며, 이는 다양한 단위동작들 간의 전이에 해당한다.A natural transition between groups of actions can then be obtained from the example action, which corresponds to a transition between various unit actions.

예를 들면,이고라고 하면,에 속하는 모든 단위동작들은에 속하는 모든 단위동작들과 자연스럽게 연결될 수 있다.For example, ego Speaking of All unit actions belonging to It can be naturally connected to all unit operations belonging to.

왜냐하면,와 자연스럽게 연결 가능하고,에 속하는 모든 동작들, 그리고에 속하는 모든 동작들이 서로 충분히 비슷하기 때문이다.because, this Can be connected naturally with All actions belonging to, and This is because all operations belonging to are similar enough to each other.

도 6에서 예제 동작들에 나타난 단위동작들 간의 나열 순서로부터는 각각,와 자연스럽게 연결될 수 있다는 것을 알수 있다.Example operations in FIG. 6 From the list of unit operations Wow Are each , You can see that it can be connected naturally with.

비슷한 동작들을 묶어줌으로써 (도면에서는), 동작 집단에 속하는 모든 단위동작들이 동작 집단또는에 속하는 모든 단위동작들과 자연스럽게 연결될 수 있음을 알 수 있다.By grouping similar movements (in the drawing Wow ), Behavior group All unit actions belonging to the action group or It can be seen that it can be naturally connected to all the unit operations belonging to.

따라서와 같은 보다 다양한 전이가 얻어진다.therefore I More diverse transitions are obtained, such as

이와 같이 단위동작들 간의 전이 가능성을 결정할 수 있다.In this way, the possibility of transition between unit operations can be determined.

첫째 단위동작 분류에서 단위동작들을 같은 동작의 변형들의 집단인로 분류하기 위해 주어진 두 단위동작들 간의 유사성의 척도가 필요하다.Unit actions in the first unit action classification Is a group of variations of the same behavior A measure of similarity between two given unit operations is needed to classify as.

안무 작품의 저작권 보호에 관한 문헌에 의하면, 율동들 간의 유사성은 흔히 그들의 각 스텝에서의 자세를 비교함으로써 측정된다(J. Van Camp. Copyright of Choreographic Works.1994-1995 Entertainment, Publishing and the Arts Handbook, pages 59-92, 1994.).According to the literature on the copyright protection of choreographed works, the similarities between actions are often measured by comparing postures at their respective steps (J. Van Camp. Copyright of Choreographic Works. 1994-1995 Entertainment, Publishing and the Arts Handbook , pages 59-92, 1994.).

이에 기반을 두어 율동 간의 유사성은 다음 수학식 10과 같이 비트에서의 자세와 속도 차의 가중치 합으로 정의한다.Based on this, the similarity between the movements is defined as the weighted sum of the posture and the speed difference in the bit as shown in Equation 10 below.

여기서는 각각 동작의 동작비트의 개수이고,번째 비트에서의 자세를 나타낸다.here and Each action and Is the number of operation bits and Is and of The posture at the first bit.

이 척도를 이용하여 차감 클러스터링 기법에 의해 비슷한 동작들을 하나의 집단으로 묶을 수 있다.Using this scale, similar operations can be grouped into a group by subtraction clustering.

둘째 전이모델 습득에서 비슷한 동작들의 집단들에 대해 이들 간의 전이 모델을 습득하기 위해 먼저 다음의 세 가지 확률 변수를 정의한다.Second, in order to learn the transition model between groups of similar motions in transition model acquisition, the following three random variables are defined.

여기서는 시간에서 동작전이 그래프 상의 어떤 에지에 있는가를 나타내는 상태 변수이고,는 종료 상태를 나타내기 위한, 모든 다른 에지로부터 연결 가능한 가상의 에지이다.here Time Is a state variable indicating on which edge on the graph the transition is Is a virtual edge connectable from all the other edges to indicate the termination state.

는 에지에서 에지로의 전이가 일어날 확률이고,는 각각 에지에 해당하는 단위동작이 초기 또는 종료 동작으로 사용될 가능성을 나타낸다. Edge Edge Is the probability that a transition to Wow Each edge Indicates that the unit operation corresponding to is used as an initial or end operation.

동작전이 그래프는 예제 동작들로부터 구성되므로, 각 예제 동작은 전이 그래프의 한 경로로 표현된다.Since the transition graph is constructed from example operations, each example operation is represented by one path of the transition graph.

예를 들면, 예제 동작는 각 단위동작들의 나열에 가상 에지로 끝나는 경로로 표시될 수 있다.For example, example behavior Is unit operation Virtual edge on the list of It may be indicated by a path ending with.

예제 동작들에 해당하는 경로들을 훈련 데이터로 하여, Baum-Welch의 EM(expectation-modificaion) 기법(X. Li and M. Parizeau. Training Hidden Markov Models with Multiple Observations - A Combinatorial Method.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22(4):371-377, April 2000.)( L. R. Rabiner. A Tutorial on Hidden Markov Models and Selected Applications in Speech Recognition.Proceedings of the IEEE, 77(2):257-286, February 1989.)에 의해 전이 모델을 이루는 확률 변수,,를 수학식 12처럼 구할 수 있다.Using the training data as paths corresponding to the example operations, Baum-Welch's (expectation-modificaion) technique (X. Li and M. Parizeau.Training Hidden Markov Models with Multiple Observations-A Combinatorial Method.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence , 22 (4): 371-377, April 2000.) (LR Rabiner.A Tutorial on Hidden Markov Models and Selected Applications in Speech Recognition.Proceedings of the IEEE , 77 (2): 257-286, February 1989 Random variables that make up the transition model , , Can be obtained as in Equation 12.

예제 동작에서 실제로 나타났던 동작의 전이만으로 확률 변수들이 정해지기 때문에, 안무법에서의 연속성을 갖는 단위동작들 간의 전이만이 허용된다.Since the random variables are determined only by the transition of the motion that actually appeared in the example motion, only the transition between the unit motions with continuity in the choreography is allowed.

시작 또는 종료 확률는 Baum-Welch의 기법에 의해 자동으로 추정하는 대신 사용자가 직접 시작 동작과 종료 동작을 지정함으로써 정해줄 수도 있다.Start or end probability Wow Instead of automatically estimating by Baum-Welch's technique, the user can specify the start and end actions by user.

3. 동작합성3. Operation Synthesis

동작분석 단계(S100)에서 구성된 동작전이 그래프들을 이용하여 주어진 악곡에 동기화된 새로운 율동을 생성한다.By using the motion transition graphs configured in the motion analysis step S100, a new rhythm synchronized with a given piece of music is generated.

먼저 전이 그래프에서 단위동작들의 나열을 얻고, 주어진 음악에 동기화시킨 뒤 주어진 캐릭터에 재적용한다.We first get a list of unit moves from the transition graph, synchronize them to the given music, and then reapply them to the given character.

3-1 동작 생성3-1 Create Action

새로운 율동은 동작전이 그래프 상에서 주어진 악곡과 같은 길이를 갖는 경로를 찾음으로써 얻을 수 있다.New movements can be obtained by finding a path with the same length as a given piece on the graph of motion transitions.

이 때, 동작전이 그래프들 중에서 주어진 악곡과 같은 리듬 패턴을 갖는 동작들로 구성된 것을 선택해서 사용한다.At this time, the movement transition graph is selected from among the movements having the same rhythm pattern as a given piece of music.

입력 악곡의 리듬 패턴은 HMM 기반의 음악 인식 기술(W. Chai and B. Vercoe. Folk Music Classification Using Hidden Markov Models. InInternational Conference on Artificial Intelligence, June 2001.)을 사용하거나 또는 사용자에 의해 지정될 수 있다.The rhythm pattern of the input music can be specified by the user or by HMM-based music recognition technology (W. Chai and B. Vercoe. Folk Music Classification Using Hidden Markov Models.In International Conference on Artificial Intelligence , June 2001.) have.

본 발명에서는 동작 생성을 위한 두 가지 경로 선택 기법을 제시한다.The present invention proposes two path selection techniques for motion generation.

하나는 실시간 애니메이션을 위해 동작전이 확률을 기반으로 임의의 경로를 선택하고, 다른 하나는 단위동작들 간의 안무법에서의 연속성이 최대가 되는 경로를 선택한다.One selects a random path based on a transition probability for real-time animation, and the other selects a path that maximizes continuity in choreography between unit motions.

첫째 실시간 동작생성에서 실시간 애니메이션을 위해 동작전이 그래프를 즉석에서(on the fly) 순회한다.First, in real-time motion generation, the motion transition graph is traversed on the fly for real-time animation.

선택된 경로 상의 에지에 해당하는 단위동작들을 연결해 줌으로써 새로운 동작이 얻어진다.A new action is obtained by concatenating the unit actions corresponding to the edge on the selected path.

그래프 순회는 단위동작의 시작 확률가 0이 아닌 에지에서 시작한다.Graph traversal is the starting probability of unit motion Starts at a nonzero edge.

한 에지에 해당하는 단위동작을 꺼낸 뒤, 그 에지에서의 전이 확률을 기반으로 다른 에지로 전이한다.The unit motion corresponding to one edge is taken out and then transitioned to another edge based on the transition probability at that edge.

이 때, 동작전이 그래프의 각 에지는 비슷한 단위동작들의 집단이므로, 이들 중 임의로 하나를 선택한다.At this time, since each edge of the motion transition graph is a group of similar unit motions, one of them is arbitrarily selected.

이와 같이 그래프를 즉석에서 순회하면 다른 에지로의 연결이 없는 막다른 에지에 도달할 수 있게 된다는 사실이 Schodl 등(A. Schodl, R. Szeliski, D. H. Salesin, and I. Essa. Video Textures.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2000), 34:489-498, July 2000.)과 Lee 등(J. Lee, J. Chai, P. S. A. Reitsma, J. K. Hodgins, and N. S. Pollard. Interactive Control of Avatars Animated with Human Motion Data.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2002) (to appear), 36, July 2002.)에 의해 지적되어 막다른 에지를 피해가기 위한 방법을 제안했다.Thus, when traversing the graph on the fly (A. Schodl, R. Szeliski fact that such Schodl able to reach a dead end with no edge is connected to the other edge, DH Salesin, and I. Essa. Video Textures. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2000), 34 :.. 489-498, July 2000.) and Lee et al. (J. Lee, J. Chai, PSA Reitsma, JK Hodgins, and NS Pollard Interactive Control of Avatars Animated with Human Motion Data Computer Pointed out by Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2002) (to appear) , 36, July 2002.), he proposed a way to avoid dead ends.

그러나 전자의 기술은 사용한 막다른 에지로의 전이 확률을 낮추는 방법은 막다른 에지로 가는 길을 완전히 막지는 못하며, 후자의 기술은 동작전이 그래프 내에서 강한 연결 요소(strongly connected component)들 중 가장 큰 것만 선택하는 경우 예제 동작의 상당 부분을 사용하지 못한 채 버리게 되는 경우가 있다.However, the former technique does not completely block the way to the dead edge, and the latter technique is the largest of the strongly connected components in the motion transition graph. If you choose just that, you'll be throwing away much of the example behavior.

본 발명에서는 그래프에서 다른 에지로의 연결이 전혀 없는 에지를 차례로 지워나감으로써 막다른 에지를 그래프에서 제거했다.In the present invention, dead edges are removed from the graph by sequentially deleting edges that have no connection to other edges in the graph.

이와 같은 과정으로 인해 예제 동작의 일부를 사용하지 못하게 되는 수도 있지만, 상술한 바와 같이 적절한 클러스터링 파라미터를 조절함으로써 거의 무시할 만큼 적은 부분만이 막다른 에지로 제거되었다.This process may render some of the example operations unusable, but by adjusting the appropriate clustering parameters as described above, only a negligible portion of the dead edge is removed.

둘째 최적 동작 생성에서 최적의 동작은 경로 상의 에지들 간의 전이 확률의 누적이 최고가 되는 경로를 선택함으로써 얻을 수 있다.In the second optimal motion generation, the optimal motion can be obtained by selecting a path where the accumulation of transition probabilities between edges on the path becomes the best.

길이인 경로의 누적 확률은 수학식 13과 같이 에지들 간의 전이 확률과 초기 확률, 종료 확률을 곱해서 얻을 수 있다.Length Path The cumulative probability of can be obtained by multiplying the transition probability between the edges, the initial probability and the end probability as shown in Equation 13.

여기서이다.here to be.

최적 경로는 Viterbi의 동적 계획 알고리즘(L. R. Rabiner. A Tutorial on Hidden Markov Models and Selected Applications in Speech Recognition.Proceedings of the IEEE, 77(2):257-286, February 1989.)을 이용하여 얻을 수 있다.Optimal path Can be obtained using Viterbi's dynamic planning algorithm (LR Rabiner.A Tutorial on Hidden Markov Models and Selected Applications in Speech Recognition.Proceedings of the IEEE , 77 (2): 257-286, February 1989.).

다음 수학식 14와 같이 변수를 정의하자.Variable as shown in Equation 14 Let's define it.

여기서이고은 동작전이 그래프의 에지 개수이다. 즉,는시간에서로 끝나는 경로에서의 최고 확률이다.here ego Is the number of edges in the transition graph. In other words, Time in Path ending with The highest probability at.

수학식 14는 귀납법에 의해 수학식 15로 나타낼 수 있다.Equation 14 may be represented by Equation 15 by induction.

이다.only to be.

다음의 초기조건(수학식 16) 및 종료조건(수학식 17)을 통해 최적의 확률을 갖는 경로와 그 경로의 누적 확률값을 얻을 수 있다.Through the following initial condition (Equation 16) and end condition (Equation 17), the path having the optimal probability and the cumulative probability value of the path can be obtained.

최적 확률값을 갖는 최적의 경로는 동적 계획법을 수행하는 과정에서 현재 단계의 최적해가 이전 단계의 어떤 상태에서 왔는가를 저장해 놓으면 쉽게 얻을 수 있다.The optimal path with the optimal probability can be easily obtained by storing the state of the previous step from the previous step in the dynamic programming.

3-2. 동작 동기화 및 재적용3-2. Synchronize and Reapply Behavior

생성된 생성된 동작의 비트는 다양한 템포를 갖는 예제 동작들로부터 만들어졌기 때문에 비트가 일정하지 않으며, 입력 악곡의 비트와 다를 수 있다.The bits of the generated generated operation are made from example operations with various tempo, so the bits are not constant and may be different from the bits of the input music.

생성된 동작과 입력 악곡을 동기화시키기 위해 동작비트들과 음악 비트들을 키 시간으로 갖는 시간 왜곡(time warping) 기법(C. Rose, B. Bodenheimer, and M.Cohen. Verbs and Adverbs: Multidimensional Motion Interpolation.IEEE Computer Graphics and Applications, 18(5):32-40, 1998.)을 이용한다.A time warping technique (C. Rose, B. Bodenheimer, and M. Cohen. Verbs and Adverbs: Multidimensional Motion Interpolation) that has motion bits and music bits as key time to synchronize the generated motion with the input music. IEEE Computer Graphics and Applications , 18 (5): 32-40, 1998.).

동작 데이터는 연속된 동작 신호들의 다발로부터 추출된 불연속한 값들이므로, 먼저 이들을 지나는 B-스플라인 곡선을 만든다.Since the motion data are discrete values extracted from the bundle of successive motion signals, first create a B-spline curve passing through them.

그리고 B-스플라인 곡선을 동작비트 간의 간격이 음악 비트 간의 간격과 같아지도록 재추출(resampling)한다.The B-spline curve is resampled so that the interval between operating bits is equal to the interval between music bits.

생성된 동작의 비트에서의 방향 변화를 보다 강하게 또는 약하게 조정할 수 있다.The change in direction in the bits of the generated action can be more strongly or weakly adjusted.

관절의 속도에 직접 변화를 주면 그들의 궤적이 변하게 되어 운동학적 조건을 만족하지 않을 수도 있다.Direct changes in the velocity of the joints change their trajectories and may not meet kinematic conditions.

본 발명에서는 원래의 궤적은 유지하면서 속도를 바꿀 수 있는 이중 보간 기법(D. Chi, M. Costa, L. Zhao, and N. Badler. The EMOTE Model for Effort and Shape.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2000), 34:173-182, July 2000.),(S. Steketee and N. Badler. Parametric Keyframe Interpolation Incorporating Kinetic Adjustment and Phasing Control.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '85), 19:252-262, July 1985.)인 타이밍 제어를 사용한다.In the present invention, the dual interpolation technique (D. Chi, M. Costa, L. Zhao, and N. Badler.The EMOTE Model for Effort and Shape.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2000) can change the speed while maintaining the original trajectory. ) , 34: 173-182, July 2000.), (S. Steketee and N. Badler. Parametric Keyframe Interpolation Incorporating Kinetic Adjustment and Phasing Control.Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH '85) , 19: 252-262, July 1985 Use timing control.

타이밍 제어를 통해 동작의 리듬성을 강조 또는 완화시킬 수 있다.Timing control can emphasize or mitigate the rhythm of motion.

마지막으로 실시간 동작 재적용 기술( H. J. Shin, J. Lee, M. Gleicher, and S. Y. Shin. Computer Puppetry: An Importance-Based Approach.ACMTransactions On Graphics, 20, 2001.)을 이용하여 동작을 다양한 크기의 캐릭터에 적용한다.Finally, using real-time motion reapplying techniques (HJ Shin, J. Lee, M. Gleicher, and SY Shin.Computer Puppetry: An Importance-Based Approach.ACMTransactions On Graphics , 20, 2001.) Applies to

실시간 동작 재적용 기술은 원래의 자세와 제약 조건을 만족하는 자세를 어느 정도씩 고려할 것인가를 반영하는 신체 말단의 중요도를 동적으로 분석함으로써 원하는 캐릭터에 맞는 동작을 실시간에 생성한다.The real-time motion reapplying technology dynamically generates the motion for the desired character by dynamically analyzing the importance of the end of the body reflecting how much to consider the original posture and the posture satisfying the constraints.

4. 본 발명에 따른 실험 결과4. Experimental results according to the present invention

본 발명은 Microsoft Windows XP 상에서 동작하도록 Microsoft DirectX를 이용하여 C++로 구현되었으며, Intel의 Pentium4 2.2GHz와 1GB의 메모리를 장착한 PC에서 실험이 수행되었다.The present invention was implemented in C ++ using Microsoft DirectX to run on Microsoft Windows XP, and the experiment was performed on a PC equipped with Intel's Pentium4 2.2GHz and 1GB of memory.

사용한 인간 캐릭터 모델은 43개의 자유도를 갖는다(골반 위치:3, 골반 방향:3, 척추:3, 사지 각각:7, 목과 머리: 3).The human character model used has 43 degrees of freedom (pelvic position: 3, pelvic orientation: 3, spine: 3, limbs: 7, neck and head: 3).

사용한 동작 데이터는 초당 30프레임으로 포착되었고, 입력 악곡으로는 음악 비트를 쉽게 얻기 위해 MIDI 데이터를 사용하였다.The motion data used was captured at 30 frames per second, and MIDI data was used to easily obtain music beats as input music.

4-1. 동작비트분석4-1. Motion bit analysis

동작비트분석의 정확도를 측정하기 위해 동작비트를 정확히 알고 있는 첫째 이상적인 동작과 둘째 실제 춤 동작을 사용하였다.In order to measure the accuracy of the motion bit analysis, the first ideal motion and the second actual dance motion are used.

첫째 이상적인 동작에서 동작비트를 정확히 아는 동작을 얻기 위해 상용의 주기적인 동작인 걷는 동작을 반복적으로 연결하였다.First, in order to obtain an operation that knows exactly the operation bit in an ideal operation, the walking operation, which is a commercial periodic operation, is repeatedly connected.

사용한 동작의 길이는 900프레임이고 비트 간격은 15프레임이다.The length of the operation used is 900 frames and the bit interval is 15 frames.

비트 주기가 불균일한 동작에 대해 실험하기 위해 걷는 동작을 원래 길이의15% 이내의 범위에서 길이를 변형하며 연결하였다.In order to experiment with the motion of non-uniform bit periods, the walking motions were connected with varying lengths within 15% of the original length.

변형의 정도를 알기 때문에 역시 정확한 동작비트를 알 수 있다.By knowing the degree of deformation, the correct operation bits are also known.

도 7의 상단의 그래프는 두 가지 동작에 대해 본 발명에 따른 동작비트 추정 기법으로 얻은 비트와 실제 비트의 차이를 그래프로 나타낸 것으로, 가로축은 동작비트의 색인을 나타내고, 세포축은 프레임 단위의 오차를 나타낸다.7 is a graph showing the difference between the bits obtained by the operation bit estimation method according to the present invention and the actual bits for the two operations. The horizontal axis represents the index of the operation bits, and the cell axis represents the error in the unit of frame. Indicates.

오차는 전반적으로 1프레임 이내였으며, 평균과 표준편차는 완전히 주기적인 동작에 대해서는 모두 0이었고, 비주기적인 동작에 대해서는 각각 0.3233, 0.2999 프레임이었다.The error was less than 1 frame overall. The mean and standard deviation were all zero for fully periodic operation and 0.3233 and 0.2999 frames for nonperiodic operation, respectively.

둘째 실제 춤 동작에서 이상적인 동작의 경우와는 달리 춤과 같은 실제 율동의 동작비트는 수작업으로도 간단히 얻기 어렵다.Secondly, unlike the ideal movement in the actual dance movement, the motion beat of the actual rhythm such as dance is difficult to obtain simply by hand.

실험을 위해 춤 동작과 함께 포착한 배경 음악의 비트를 바탕으로 수작업으로도 간단히 얻기 어렵다.For the experiment, it's hard to get it by hand based on the beat of the background music captured with the dance movement.

실험을 위해 춤 동작과 함께 포착한 배경 음악의 비트를 바탕으로 수작업으로 정확한 비트를 얻는다.For the experiment, we obtain the correct beat by hand based on the beat of the background music captured with the dance movement.

사용한 동작은 714프레임이고 비트 간격은 12프레임이다.The operation used is 714 frames and the bit interval is 12 frames.

도 7 하단의 그래프에는 추정된 동작비트와 수작업으로 얻은 동작비트의 차이가 도시되어 있다.In the lower graph of FIG. 7, the difference between the estimated operation bits and the operation bits obtained by hand is illustrated.

오차의 평균과 표준편차는 각각 0.3702, 0.3727 프레임이었다.The mean and standard deviation of the errors were 0.3702 and 0.3727 frames, respectively.

4-2 동작합성4-2 Operation Synthesis

동작합성에서는 세 가지 실험 결과를 보인다.In motion synthesis, three experimental results are shown.

첫째 동작전이 그래프에서 생성된 동작과 이와 같은 경로에서 만든 동작이지만 배경 음악과의 동기화를 거치지 않은 동작을 비교하고, 둘째 동작전이 그래프를 커플 동작으로 확장한 예(커플 댄스)를 보이며, 셋째 동작전이 그래프에서 다수의 캐릭터에 적용(군무)할 수 있는 다양한 동작의 생성을 보인다.The first motion transition compares the motion created from the graph with the motion created from the same path but not synchronized with the background music, and the second motion transition graph is shown as an example of couple motion (couple dance). The graph shows the creation of various movements that can be applied to a number of characters.

첫째 동기화된 동작 대 동기화되지 않은 동작에서는 배경 악곡에 동기화된 동작과 그렇지 않은 동작의 차이를 보이는 데에 초점을 둔다.In the first synchronized vs. non-synchronized motion, the focus is on the difference between motion synchronized with background music and motion not.

실험을 위해 2320 프레임의 길이에 비트 간격 12.05 프레임의 프리스타일 댄스 동작 데이터를 사용하였다.For the experiment, we used freestyle dance motion data of 12.05 frames of bit interval in length of 2320 frames.

예제 동작으로부터 48개의 단위동작들을 얻었으며, 이들로부터 7개의 노드에 38개의 에지를 가지는 동작전이 그래프를 구성하였다.We obtained 48 unit operations from the example operation, and constructed a motion transition graph with 38 edges at 7 nodes.

도 8 좌측의 캐릭터는 동작전이 그래프에서 생성했지만 동기화시키지 않은 동작을 나타내며, 우측의 캐릭터는 이를 배경 음악에 동기화시킨 동작을 나타낸다.The character on the left of FIG. 8 represents an operation generated in the graph of motion transition but not synchronized, and the character on the right represents an operation of synchronizing it with background music.

두 동작은 모두 템포가 일정한 입력 악곡에 맞추어 즉석으로 생성된 결과이다.Both movements are the result of instantaneous tempo matching a certain input piece.

이 예제에서는 배경 음악의 비트가 611번째 프레임이고, 좌측의 캐릭터가 음악의 비트에 맞추지 못하고 있음을 확인할 수 있다.In this example, it can be seen that the bit of the background music is the 611th frame, and the character on the left does not match the bit of the music.

둘째 커플 댄스에서 본 발명에 따른 동작전이 그래프는 커플 동작을 이용할 수 있도록 쉽게 확장될 수 있다.In the second couple dance, the motion transition graph according to the present invention can be easily extended to use the couple motion.

커플 동작은 같은 리듬을 가지므로, 두 동작 데이터의 동작 신호를 모두 한꺼번에 사용하여 동작비트를 얻는다.Since the couple operation has the same rhythm, an operation bit is obtained by using both operation signals of the operation data at once.

구성된 동작전이 그래프의 각 에지는 모두 커플로 묶인 단위동작이다.Each edge of the configured motion transition graph is a unitary motion, all grouped together.

실험을 위해 왈츠, 룸바, 자이브 춤에 대한 동작전이 그래프를 독립적으로 구성하고 입력받은 악곡과 같은 리듬을 갖는 동작전이 그래프를 선택하여 사용하였다.For the experiment, motion transition graphs for waltz, rumba, and jive dance were constructed independently and motion transition graphs with the same rhythm as the input music were selected and used.

도 9는 왈츠 곡을 입력 받았을 때의 동작 생성 결과이다.9 is a result of motion generation when a waltz song is input.

셋째 군무에서 도 10과 같이 캐릭터 그룹의 군무를 생성한다.In the third group, a group group of character groups is generated as shown in FIG. 10.

중앙의 메인 캐릭터와 주위의 보조 캐릭터들은 동작전이 그래프에서 선택한 최적의 경로로부터 얻은 다양한 변형 동작들을 보여준다.The central main character and the surrounding auxiliary characters show various transformations from the optimal path selected in the transition chart.

캐릭터들 간의 대형을 유지하기 위해 생성된 동작들을 각 비트에서 캐릭터들 간의 거리가 일정하도록 왜곡(warping) 시킨다.The motions generated to maintain the formation between the characters are warped so that the distance between the characters in each bit is constant.

실험을 위해 약 1300 프레임의 길이를 갖는 스트리트 댄스 데이터 9개를 사용하였다.Nine street dance data with a length of about 1300 frames were used for the experiment.

예제 동작들로부터 201개의 단위동작들을 얻었으며, 이로부터 18개의 노드와 110개의 에지를 갖는 동작전이 그래프를 구성하였다.From the example operations, we obtained 201 unit operations, from which we constructed a motion transition graph with 18 nodes and 110 edges.

그래프 상의 에지들 중 절반 이상이 2 내지 6개의 변형 동작들을 갖는다.More than half of the edges on the graph have two to six deformation operations.

도 10은 동작전이 그래프 상의 같은 경로로부터 다양한 동작으로부터 다양한 동작을 얻을 수 있음을 보여준다.10 shows that various operations can be obtained from various operations from the same path on the operation transition graph.

이상에서와 같이 본 발명은 인간형의 가상 캐릭터의 율동을 자동으로 분석하여 이를 악곡과 동기화시키기 위한 새로운 기법으로 캐릭터의 동작과 오디오 트랙을 함께 사용하는 애니메이션의 제작에 있어 대단히 효과적으로 이용될 수 있다.As described above, the present invention is a new technique for automatically analyzing the movement of a humanoid virtual character and synchronizing it with a piece of music, which can be used very effectively in the production of an animation using the movement of the character and an audio track together.

또한 본 발명에 따른 동작합성 기술은 보조 캐릭터(supporting character)들의 동작을 자동으로 생성하는 데에 이용될 수 있다.Also, the motion synthesis technique according to the present invention can be used to automatically generate motions of supporting characters.

또한, 키 동작들을 지정하고 중간의 동작들을 자동으로 생성함으로써 안무가들이 미리 가지고 있는 단위동작들을 이용하여 새로운 안무를 구상하고자 할 때 유용하게 이용될 수 있다.In addition, by designating key operations and automatically generating intermediate operations, it can be usefully used when a choreographer wants to envision a new choreography by using the unit movements previously possessed.

Claims (20)

율동의 예제 동작들을 분석하여 각 동작비트별로 인체 움직임에서 주기적으로 급격한 방향 변화가 일어나는 순간의 비트를 후보비트로 얻는 후보비트 추출단계와,A candidate bit extraction step of analyzing the example motions of the movement and obtaining the bits of the moments in which the rapid direction change occurs periodically in the human body movement as the candidate bits for each motion bit; 상기 후보비트 중에서 가장 우세한 주기적인 순간의 비트로 참조비트를 얻는 참조비트 추정단계와,A reference bit estimating step of obtaining a reference bit with the bit of the most frequent periodic moment among the candidate bits; 상기 각 참조비트 주변에 분포된 후보비트들의 대표로 실제 동작비트를 얻는 동작비트 추정단계를,An operation bit estimating step of obtaining an actual operation bit as a representative of candidate bits distributed around each reference bit, 포함하는 율동의 리듬 분석방법.Rhythm analysis method including rhythm. 청구항 1에 있어서, 상기 후보비트 추출단계에서,The method according to claim 1, wherein in the candidate bit extraction step, 각 동작 신호에 대해 각 가속도를 구하여 2차 미분이 0이 지나는 순간의 비트를 후보비트로 추출함을 특징으로 하는 율동의 리듬 분석방법.A rhythm analysis method of rhythm, characterized by extracting each acceleration signal for each operation signal and extracting the bit at the moment when the second derivative passes 0 as a candidate bit. 청구항 1에 있어서, 상기 참조비트 추정단계에서,The method according to claim 1, wherein in the reference bit estimation step, 단일관절인 경우 각 동작신호의 후보비트들로부터 사인곡선을 구성하고, 상기 사인곡선에서 가장 우세한 주파수를 얻음으로써 참조비트를 추정함을 특징으로 하는 율동의 리듬 분석방법.In the case of a single joint, a rhythm analysis method comprising constituting a sinusoid from candidate bits of each operation signal and estimating a reference bit by obtaining a frequency most prevalent in the sinusoid. 청구항 3에 있어서, 상기 참조비트는 수학식 18식에 의해의 최고점을 찾음으로써 추정함을 특징으로 하는 율동의 리듬 분석방법.The method according to claim 3, wherein the reference bit is expressed by equation (18) Rhythm analysis method of rhythm, characterized by estimating by finding the highest point. 여기서는 사인파,은 갯수,는 펄스의 발생시간이다.here Is a sine wave, Silver Number, Is the generation time of the pulse. 청구항 1에 있어서, 상기 참조비트 추정단계에서,The method according to claim 1, wherein in the reference bit estimation step, 다중관절인 경우 각 동작신호의 후보비트들로부터 사인곡선을 구성하고, 상기 사인곡선들의 합으로 얻은 신호에서 가장 우세한 주파수를 얻음으로써 참조비트를 추정함을 특징으로 하는 율동의 리듬 분석방법.The rhythm analysis method of rhythmic motion, characterized in that for forming a sinusoid curve from the candidate bits of each operation signal, and to obtain the most predominant frequency from the signal obtained by the sum of the sinusoids. 청구항 1에 있어서, 상기 참조비트는,The method according to claim 1, wherein the reference bit, 수학식 19에 추정된 위상값를 이용하여 수학식 20에 의해 얻어짐을 특징으로 하는 율동의 리듬 분석방법.Phase value estimated in Equation 19 Rhythm analysis method of the rhythm, characterized in that obtained by the equation (20). 여기서는 합쳐진 신호의 파워 스펙트럼 밀도를 최대로 하는 주파수를 구함으로써 얻는 주기이다.here Is the period obtained by finding the frequency that maximizes the power spectral density of the combined signal. 청구항 1에 있어서, 상기 동작비트 추정단계에서,The method according to claim 1, wherein in the operation bit estimation step, 상기번째 동작비트가 구간 내에 존재하며 수학식 21에 의해 구하고,remind Motion bit Is in the interval, and is obtained by Equation 21, 구간 내에 존재하지 않으면 참조비트를 동작비트로 지정함을 특징으로 하는 율동의 리듬 분석방법.Reference bit if not in interval Rhythm analysis method of the rhythm characterized in that the designation as the operation bit. 여기서는 Huber 함수,는 윈도우 함수이다.here The Huber function, Is a window function. 율동의 예제 동작들을, 에지가 단위동작이고 노드가 단위동작의 시작 또는 끝에 해당하는 방향성 선형 그래프로 연결하여 나타내고, 같은 리듬 패턴을 갖는 예제 동작들중 비슷한 유사성을 갖는 노드들을 하나로 병합하여 동작전이 그래프로 변환하는 동작전이 그래프 구성단계와,Example behaviors of the movements are shown by connecting the directional linear graphs whose edges are the unit motions and the nodes corresponding to the start or end of the unit motions. Graph of the motion transition graph 상기 동작전이 그래프에서 보다 자연스럽게 연결되는 예제 동작에 나타난 단위동작들 간의 전이에 보다 높은 연결 가능성을 주는 단위동작전이모델 습득단계를 포함하는 연속성을 고려한 동작전이방법.And a unit operation transition model acquiring step of providing a higher connection possibility to transition between unit operations shown in the example operation that is more naturally connected in the operation transition graph. 청구항 8에 있어서, 상기 노드간의 유사성 척도는 두 노드가 나타내는 자세 간의 관절 위치와 속도 차의 합인 것을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작전이방법.The method of claim 8, wherein the similarity measure between nodes is a sum of a joint position and a speed difference between postures represented by two nodes. 청구항 9에 있어서, 상기 유사성 척도는 수학식 22로 표현됨을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작전이방법.10. The method of claim 9, wherein the similarity measure is represented by Equation 22. 여기서은 관절의 개수,는 노드에 해당하는 자세의번째 관절의 위치,에 해당하는 자세의번째 관절의 속도,는 위치 차와 속도 차의 가중치를 나타내는 상수이다.here Is the number of joints, Wow Is a node and Of the posture corresponding to Location of the joint, Wow Is and Of the posture corresponding to Velocity of the first joint, and Is a constant representing the weight of the position difference and the speed difference. 청구항 8에 있어서, 상기 단위동작전이 모델 습득단계는,The method according to claim 8, wherein the unit operation transition model acquisition step, 상기 단위동작들을 유사성의 척도를 이용해 같은 동작의 변형들의 집단으로 분류하는 단위동작 분류 단계와,A unit motion classification step of classifying the unit motions into a group of variations of the same motion using a measure of similarity; 상기 예제 동작들에 해당하는 경로들을 훈련 데이터로 하여 전이 모델을 이루는 확률 변수를 구하고 이 확률 변수들에 의해 동작의 전이가 결정되게 하는 전이 모델 습득 단계로 구성됨을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작전이방법.Transformation method considering continuity characterized in that it consists of a step of obtaining a transition model of the transition model is obtained by using the paths corresponding to the example motions as training data and the transition of the motion is determined by the probability variables. . 청구항 11에 있어서, 상기 유사성은 수학식 23과 같은 비트에서의 자세와 속도 차의 가중치 합인 것을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작전이방법.12. The method of claim 11, wherein the similarity is a sum of weights of a difference between a posture and a speed in a bit as shown in Equation 23. 여기서는 각각 동작의 동작비트의 개수이고,번째 비트에서의 자세이다.here and Each action and Is the number of operation bits and Is and of The posture at the first bit. 청구항 8에 있어서, 상기 확률변수는,The method of claim 8, wherein the random variable, 에지에서 다른 에지로 전이가 일어날 확률와 에지에 해당하는 단위동작이 초기 동작으로 사용될 가능성을 나타내는와, 에지에 해당하는 단위동작이 종료 동작으로 사용될 가능성을 나타내는로 구성됨을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작전이방법.Edge Different edges Probability of a transition to And edge Indicates that the unit operation corresponding to With edge Indicates the possibility that the corresponding unit action will be used as the end action. Operation transition method considering the continuity, characterized in that consisting of. 청구항 13에 있어서, 상기 확률변수는 수학식 24에 의해 계산됨을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작전이방법.The method of claim 13, wherein the random variable is calculated by Equation 24. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 시작 확률또는 종료 확률은 사용자가 직접 시작 동작 또는 종료 동작을 지정함으써 정해줌을 특징으로 하는 연속성을 고려한 동작 전입방법.The method according to claim 13 or 14, wherein the starting probability Or termination probability Continuity transfer method considering the continuity characterized in that it is determined by the user specifying the start operation or end operation. 예제 동작들을 분석하여 방향 변화가 심한 순간을 찾고, 이들로부터 동작 비트를 추정하여, 동작 비트를 바탕으로 예제 동작들을 단위동작으로 나누어 동작전이 그래프를 구성하는 동작분석 단계와,A motion analysis step of analyzing motions of the example motions to find a moment when the direction change is severe, estimating motion bits from these motions, and constructing a motion transition graph by dividing the example motions into unit motions based on the motion bits; 상기 동작전이 그래프로부터 입력 악곡에 맞는 새로운 생성하는 동작합성 단계를,A motion synthesizing step of generating a new song corresponding to the input music from the motion transition graph 포함하는 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법.Beat analysis based on rhythm and music synchronization method. 청구항 16에 있어서, 상기 동작합성 단계는,The method of claim 16, wherein the operation synthesis step, 상기 동작전이 그래프 상의 경로를 이루는 각 에지에 해당하는 단위동작을 차례로 연결하여 새로운 동작을 생성하는 동작생성 단계와,An operation generation step of generating new motions by sequentially connecting unit motions corresponding to each edge of the path on the motion transition graph; 상기 입력악곡의 비트들과 동작의 비트들을 일치시키고 생성된 동작에 대해방향변화 정도를 조절하는 동작동기화 단계와,An operation synchronization step of matching the bits of the input music with the bits of the operation and adjusting the degree of direction change with respect to the generated operation; 상기 생성된 동작을 다양한 캐릭터에 재적용하는 동작재적용 단계로,Re-applying the generated motion to the various characters, 구성됨을 특징으로 하는 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법.The method of synchronizing the movement and music based on beat analysis, characterized in that the configuration. 청구항 17에 있어서, 상기 동작생성 단계에서 새로운 동작은,The method of claim 17, wherein the new operation in the operation generation step, 예제 동작들로부터 얻은 단위동작들 간의 전이 가능성을 바탕으로 상기 동작전이 그래프를 순회함으로써 실시간에 새로운 동작에 해당하는 경로를 얻는 실시간 동작생성 방법과, 상기 동작전이 그래프 상에서 최적의 확률을 갖는 경로를 찾는 최적 동작생성 방법중 어느 하나에 의해 생성됨을 특징으로 하는 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법.A real-time motion generation method of traversing the motion transition graph based on the possibility of transition between unit motions obtained from example motions to obtain a path corresponding to a new motion in real time, and finding a path having an optimal probability on the motion transition graph A method of synchronizing rhythm and music with beat analysis, which is generated by one of the optimal motion generation methods. 청구항 18에 있어서, 상기 최적 동작생성에서,19. The method of claim 18, wherein in the optimal motion generation, 확률이 누적되는 누적 확률은 수학식 25에 의해 얻어지고, 이 누적 확률을 이용해 수학식 26에 의해 최고 확률을 얻음을 특징으로 하는 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법.A cumulative probability of accumulating probabilities is obtained by Equation 25, and using the cumulative probabilities, the highest probability is obtained by Equation 26. 여기서,,이고,은 동작전이 그래프의 에지 개수,는 시간에서로 끝나는 경로에서의 최고 확률이다.here, , ego, Is the number of edges in the transition graph, Time in Path ending with The highest probability at. 청구항 17에 있어서, 상기 동작동기화 단계에서,The method of claim 17, wherein in the operation synchronization step, 연속된 동작 신호들을 지나는 B-스플라인 곡선을 만들고, 상기 B-스플라인 곡선을 동작 비트 간의 간격이 음악 비트 간의 간격과 같아지도록 재추출하여 비트를 일치시킴을 특징으로 하는 비트분석 기반의 율동과 음악의 동기화방법.Create a B-spline curve that passes through successive motion signals, and re-extract the B-spline curve so that the interval between motion bits is equal to the interval between music bits to match the beats. Synchronization method.
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