KR20200078858A - 근골격 구조에 기반한 3d 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법 - Google Patents

Abstract

아티스트의 수작업을 통해 수행되는 스키닝 가중치의 계산을 자동화하기 위한 방안으로, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법은 3D 객체의 근골격의 해부학적 거리를 계산하는 제1 계산 단계; 근골격의 해부학적 거리를 이용하여, 스키닝 가중치를 계산하는 제2 계산단계;를 포함한다.
이에 의해,근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산으로, 스키닝 가중치의 계산을 자동화함으로써, 아티스트의 수작업 없이도 근골격의 사실적인 표현이 가능한 3D 캐릭터의 애니메이션을 생성할 수 있게 된다.

Description

근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법{Method for Calculating Skinning Weight of 3D Character Based on Musculoskeletal Structure}

본 발명은 3D 애니메이션 제작 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 애니메이션 캐릭터를 위해 필요한 스키닝 가중치를 계산하는 방법에 관한 것이다.

3D 캐릭터 애니메이션은 주로 선형 보간 기법을 통해서 생성된다. 선형 보간 기법은 캐릭터를 구성하는 골격 구조의 움직임과 캐릭터의 외양을 구성하는 정점이 골격의 움직임으로부터 어느 정도 영향을 받는지를 정의한 스키닝 가중치를 필요로 한다.

스키닝 가중치는 보통 아티스트의 수작업에 의존하여 저작된다. 최근에는 탄성력 기반의 가중치 계산 기법, 거리 기반의 계산 기법 등 자동화 계산 기법도 개발되고 있으나, 추가적인 수작업을 요하는 경우가 많다는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 아티스트의 수작업을 통해 수행되는 스키닝 가중치의 계산을 자동화하기 위한 방안으로, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법은 3D 객체의 근골격의 해부학적 거리를 계산하는 제1 계산 단계; 근골격의 해부학적 거리를 이용하여, 스키닝 가중치를 계산하는 제2 계산단계;를 포함한다.

제1 계산 단계는, 3D 캐릭터의 외양, 근육 형상, 골격 형상을 이용하여, 근골격의 해부학적 거리를 계산하는 것일 수 있다.

제1 계산 단계는, 3D 캐릭터의 외양, 근육 형상, 골격 형상을 복셀화 하는 단계; 뼈 복셀과 최외곽 복셀 사이의 거리를 계산하는 제3 계산단계;를 포함할 수 있다.

제3 계산단계는, 다음의 수학식을 이용하여 복셀 사이의 거리를 계산할 수 있다.

u, n(u), du, w는 각각 복셀의 인덱스, 복셀 u에 이웃한 복셀의 인덱스, 복셀 u와 뼈 복셀 사이의 거리, 복셀의 너비이고, m(n(u))는 복셀n(u)에 해당하는 근육의 인덱스이며, β는 벌점이다.

벌점은, 골격과 근육의 상관 관계에 의해 결정되는 것일 수 있다.

뼈가 움질일 때 함께 움직이는 근육에 대해서는 벌점이 부여되지 않을 수 있다.

뼈가 움질일 때 함께 움직이지 않는 근육에 대해서는 벌점이 부여될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 3D 객체의 근골격의 해부학적 거리를 계산하고, 근골격의 해부학적 거리를 이용하여 스키닝 가중치를 계산하는 프로세서; 및 프로세서에서 계산된 스키닝 가중치를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 시스템이 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산으로, 스키닝 가중치의 계산을 자동화함으로써, 아티스트의 수작업 없이도 근골격의 사실적인 표현이 가능한 3D 캐릭터의 애니메이션을 생성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 입력정보를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에서 이용하는 통과 벌점을 모델링한 표,
도 3은, 기존 방식과 본 발명의 실시예 따른 스키닝 가중치 계산 방법으로 생성한 애니메이션을 비교한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 시스템의 블럭도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

1. 개요

본 발명의 실시예서는, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법을 제시한다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법에서는, 3D 애니메이션 캐릭터의 신체 내부 구조인 근육과 골격의 형상 정보를 반영하여 스키닝 가중치를 계산함으로써, 견갑골 움직임의 표현 등 사실적인 애니메이션을 생성할 수 있게 한다.

본 발명의 실시예에서, 입력 정보는 3D 캐릭터의 외양, 근육 형상, 골격 형상으로 구성된다. 도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 입력정보를 나타낸 도면이다.

그리고, 본 발명의 실시예에서, 출력 정보는 각 정점에 기술되는 스키닝 가중치이다.

2. 해부학적 거리 계산

단순 골격-정점 사이의 거리를 이용하여 스키닝 가중치를 계산하는 기존의 거리 기반 스키닝 가중치 계산 기법과 달리, 본 발명의 실시예에서는, 근골격의 형상이 반영될 수 있도록, 해부학적 거리를 이용하여 스키닝 가중치를 계산한다.

해부학적 거리는 세가지 단계를 통해 계산된다.

첫 번째로, 각 입력정보를 복셀화 한다.

두 번째로, i번째 뼈 복셀과 최외곽 복셀 사이의 거리를 계산한다. 이 거리 계산은 다음 수학식 1을 통해 수행된다.

[수학식 1]

여기서, u, n(u), du, w는 각각 복셀의 인덱스, 복셀 u에 이웃한 복셀의 인덱스, 복셀 u와 뼈 복셀 사이의 거리, 복셀의 너비를 의미한다. 덧붙여, m(n(u))는 복셀n(u)에 해당하는 근육의 인덱스를 의미한다.

마지막 항은 통과벌점 β를 고려하여 거리를 보정하는 것을 표현한다. 통과벌점은 골격과 근육의 상관 관계를 고려하여, 도 2에 제시된 표와 같이 모델링 된다.

도 3에 제시된 통과 벌점 표에 따르면, 뼈가 움질일 때 함께 움직이는 근육, 즉, 뼈에 붙어 있는 근육에 대해서는 벌점이 부여되지 않는다. 반면, 뼈가 움질일 때 함께 움직이지 않는 근육, 즉, 뼈에 붙어 있지 않은 근육에 대해서는 벌점이 부여된다.

3. 스키닝 가중치 계산

해부학적 거리를 이용한 스키닝 가중치 계산은 다음 수학식 2를 통해 수행된다.

[수학식 2]

α 값을 조정함으로써, 거리에 따른 스키닝 가중치의 퍼지는 양상을 조정할 수 있다.

4. 애니메이션 생성 결과 비교

본 발명의 실시예에 따른 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법을 통해 생성한 애니메이션을 도 3에 나타내었다. 비교를 위해, 도 3에서는 기존 방식인 거리 기반의 가중치 계산 결과를 함께 도시하였다.

도 3의 (a)에는 입력 자세를, 도 3의 (b)에는 기존 방식으로 생성한 애니메이션, 도 3의 (c)에는 본 발명의 실시예 따른 스키닝 가중치 계산 방법으로 생성한 애니메이션을, 각각 도시하였다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법에 따라 생성한 애니메이션 결과물이 어깨 윗부분, 즉 삼각근이 영향을 주는 부분과 겨드랑이 부분을 기존 기법 대비 자연스럽게 표현하고 있음을 알 수 있다.

4. 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 시스템

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 시스템의 블럭도이다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 통신부(110), 출력부(120), 프로세서(130), 입력부(140) 및 저장부(150)를 포함하여 구성되는 컴퓨팅 시스템으로 구현할 수 있다.

통신부(110)는 외부 기기에 연결되고, 외부 네트워크에 액세스하여 통신을 수행하기 위한 수단이다. 입력부(140)는 사용자 명령/설정을 입력받기 위한 사용자 입력 수단이다.

본 발명의 실시예에서 있어, 통신부(110)와 입력부(140)는 3D 캐릭터의 외양, 근육 형상, 골격 형상을 취득하기 위한 정보 취득 수단으로 기능한다.

프로세서(130)는 전술한 해부학적 거리 계산과 스키닝 가중치 계산을 통해, 3D 캐릭터의 스키닝 가중치를 계산하고, 계산 결과를 기초로 3D 애니매이션을 생성한다.

출력부(120)는 프로세서(130)의 계산 결과 및 3D 애니메이션을 표시하기 위한 디스플레이 수단이고, 저장부(150)는 프로세서(130)가 동작하고 기능함에 있어 필요한 저장 공간을 제공한다.

지금까지, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.

본 발명의 실시예에서는, 아티스트의 수작업을 통해 수행되는 스키닝 가중치의 계산을 자동화하기 위한 방안으로, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법을 제시하였다.

이에 의해, 근골격 구조에 기반한 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산으로, 스키닝 가중치의 계산을 자동화함으로써, 아티스트의 수작업 없이도 근골격의 사실적인 표현이 가능한 3D 캐릭터의 애니메이션을 생성할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 캐릭터의 스키닝 가중치 계산 방법은, 게임, 영화, 스포츠 훈련, 직업 훈련 등 다양한 실시간 3D 어플리케이션 분야에 활용될 수 있으며, 가상 훈련 기술, 실시간 콘텐츠 기술, 컴퓨터 그래픽스 기술 등에 적용될 있다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110 : 통신부
120 : 출력부
130 : 프로세서
140 : 입력부
150 : 저장부

Claims (8)

1. 3D 객체의 근골격의 해부학적 거리를 계산하는 제1 계산 단계;
   근골격의 해부학적 거리를 이용하여, 스키닝 가중치를 계산하는 제2 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   제1 계산 단계는,
   3D 캐릭터의 외양, 근육 형상, 골격 형상을 이용하여, 근골격의 해부학적 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   제1 계산 단계는,
   3D 캐릭터의 외양, 근육 형상, 골격 형상을 복셀화 하는 단계;
   뼈 복셀과 최외곽 복셀 사이의 거리를 계산하는 제3 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   제3 계산단계는,
   다음의 수학식을 이용하여 복셀 사이의 거리를 계산하며.
   

   

   
   u, n(u), du, w는 각각 복셀의 인덱스, 복셀 u에 이웃한 복셀의 인덱스, 복셀 u와 뼈 복셀 사이의 거리, 복셀의 너비이고, m(n(u))는 복셀n(u)에 해당하는 근육의 인덱스이며, β는 벌점인 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   벌점은,
   골격과 근육의 상관 관계에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   뼈가 움질일 때 함께 움직이는 근육에 대해서는 벌점이 부여되지 않는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   뼈가 움질일 때 함께 움직이지 않는 근육에 대해서는 벌점이 부여되는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 방법.
   
8. 3D 객체의 근골격의 해부학적 거리를 계산하고, 근골격의 해부학적 거리를 이용하여 스키닝 가중치를 계산하는 프로세서; 및
   프로세서에서 계산된 스키닝 가중치를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 객체의 스키닝 가중치 계산 시스템.
   

Images