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리깅 공간으로의 몸체 동작 리타겟팅
Body Motion Retargeting to Rig-space 원문보기

컴퓨터그래픽스학회논문지 = Journal of the Korea Computer Graphics Society, v.20 no.3, 2014년, pp.9 - 17  

송재원 (카이스트) ,  노준용 (카이스트)

초록
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본 논문에서는 대상이 되는 디지털 캐릭터가 기존 애니메이션 파이프라인에서 사용되는 수준의 복잡한 리깅을 가졌더라도, 해당 리깅의 리깅 공간(Rig-space)에 모션을 리타겟팅 할 수 있는 안정적이고 새로운 리타게팅 방법을 활용한다. 이를 위하여 다양하고 복잡한 방식으로 리깅된 서로 다른 캐릭터의 리깅 공간과 캐릭터 관절값 공간(Joint Parameter Space)간의 상관관계를 분석하고, 원본 모션을 최대한 보존하면서 효율적으로 리타게팅을 수행할 수 있는 비선형적 최적화 기법을 제안한다. 이로 인하여 애니메이터는 모션 캡쳐 등으로 얻어진 원본 모션을 수정할 때, 기존의 키프레이밍 작업과 동일한 리깅 파라미터를 사용할 수 있게 되어 직관적이면서도 빠르고 쉽게 모션을 수정할 수 있게 된다. 이 과정에서 애니메이터가 선호하는 작업 방식을 관찰한 후, 해당 과정최적화 과정에 반영함으로써 애니메이터가 수정하기에 매우 용이한 형태의 리타겟팅 결과물을 만들어 낼 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a method to retarget a source motion to the rig-space parameter for a target character that can be equipped with a complex rig structure as used in traditional animation pipelines. Our solution allows the animators to edit the retargeted motion easily and intuitively as they can ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 모션 리타겟팅은 원본 캐릭터의 관절값 공간에서 대상 캐릭터의 관절값 공간으로 이루어진다. 반면, 우리의 연구에서는 최종적으로 모션 리타겟팅을 관절값이 아닌 대상 캐릭터의 리그가 가지고 있는 다양한 파라미터에 옮겨주고자 한다. 캐릭터 리그 파라미터란 애니메이터가 직접 다루게 되는 값들을 말하며, 이 값들의 집합을 우리는 리깅 공간 파라미터(Rig-space Parameter)로 정의한다.
  • 본 논문에서는 원본 모션을 실제 프로덕션에서 사용하는 수준의 복잡하고 다양한 캐릭터 리그에 리타겟팅 함으로써, 애니메이터가 모션을 수정하거나 재사용하는 데 기존의 친숙한 리그 파라미터를 그대로 활용할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. 이를 통하여 기존의 키프레이밍 애니메이션을 제작하는 파이프라인 그대로 모션 캡쳐 데이터를 활용할 수 있게 함으로써, 애니메이터의 작업 효율을 높여 전체적인 작업 시간을 단축시킬 수 있게 되었다.
  • 본 논문에서는 캐릭터 리그 방식에 상관없이 관절값 공간 파라미터로부터 리깅 공간 파라미터를 계산할 수 있도록, 이 문제를 데이터 최적화 문제로 정의하였다. 이 최적화 문제에서 목적함수를 간략하게 표현하면 다음과 같다.
  • 애니메이터가 활용하기 편리하도록 캐릭터 리그 파라미터의 값을 최적화하는 연구가 Hahn 을 통해서 제안되었지만[11][12], 해당 연구는 물리 시뮬레이션 결과를 기반으로 캐릭터 몸체 변형을 담당하는 리그 파라미터를 최적화하는 연구로서 캐릭터의 모션과 관절 공간값을 최적화시키는 본 연구와는 차이가 있다. 본 연구는, 원본 모션과의 오류값을 최소화하는 대상 캐릭터의 캐릭터 리그 파라미터를 찾아내는 비선형 최적화를 수행하였다. 이 때, 최적화된 결과물이 실제로 애니메이터가 선호하고 편집하기 편리한 방향으로 수렴하도록, 애니메이터의 키프레이밍 작업을 관찰한 결과를 최적화 알고리즘에 포함시켰다.
  • 이 연구는 모션 리타겟팅을 기존의 대상이 되었던 캐릭터의 관절 구조가 아닌, 애니메이터가 작업하기 쉽고 편리한 리깅 공간 파라미터에 수행하도록 하는 새로운 방식을 제안한다. 이로 인하여 애니메이터는 기존에 키프레이밍 애니메이션 작업을 하던 캐릭터 리그를 그대로 사용하여 모션 캡쳐 애니메이션을 수정할 수 있으며, 결과적으로 모션 캡쳐 데이터를 편집하는 과정에서의 작업 능률이 크게 향상되었다.
  • 이러한 오프라인 방식의 모션 리타겟팅을 수행한 이유는, 이 연구의 목적이 실시간 어플리케이션이 아닌 오프라인에서 수행되는 모션 편집에 있으므로, 매 시간마다가 아닌 모션 데이터 단위로 최적화 연산을 수행함으로써 좀더 정확한 모션 리타겟팅을 가능하게 하기 위해서이다. 이렇게 리타겟팅을 수행하여 얻어진 대상 캐릭터의 관절값을 만족시키는 리깅 공간 파라미터를 최적화하는 것이 이 연구의 목표라고 할 수 있다.
  • 이러한 오프라인 방식의 모션 리타겟팅을 수행한 이유는, 이 연구의 목적이 실시간 어플리케이션이 아닌 오프라인에서 수행되는 모션 편집에 있으므로, 매 시간마다가 아닌 모션 데이터 단위로 최적화 연산을 수행함으로써 좀더 정확한 모션 리타겟팅을 가능하게 하기 위해서이다. 이렇게 리타겟팅을 수행하여 얻어진 대상 캐릭터의 관절값을 만족시키는 리깅 공간 파라미터를 최적화하는 것이 이 연구의 목표라고 할 수 있다.

가설 설정

  • 그룹화의 기본적인 가정은 모든 리그 파라미터가 모든 관절에 관여하지는 않는다는 것이다. 발목 관절을 움직이는 리그 파라미터는 손목 관절에는 아무런 영향을 미치지 않을 가능성이 높다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
모션 리타겟팅의 일반적인 의미는? 키프레이밍 방식은 애니메이터의 역량에 크게 의존하며 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있기에, 좀더 쉽고 빠르게 사실적인 모션을 얻을 수 있는 모션 캡쳐 및 리타겟팅 기술이 각광받게 되었다. 일반적인 의미에서 모션 리타겟팅은 모션 캡쳐 된 원본 모션을 서로 다른 대상 캐릭터에 에러값을 최소화하며 옮겨 주는 과정을 의미하며, 신체 모션 리타겟팅의 경우 원본 관절과 대상 관절의 관절값 에러를 최소화시키는 방식으로 이루어진다.[2][3][4] 모션 캡쳐 및 리타겟팅 기술은 그동안의 여러 연구 및 기술개발에 힘입어 이제 전통적인 키프레이밍 기법과 함께 실제 게임, 영화 및 애니메이션 프로덕션에서 매우 중요하게 사용되고 있다.
키프레이밍 방식의 단점? 키프레이밍 방식은 애니메이터의 역량에 크게 의존하며 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있기에, 좀더 쉽고 빠르게 사실적인 모션을 얻을 수 있는 모션 캡쳐 및 리타겟팅 기술이 각광받게 되었다. 일반적인 의미에서 모션 리타겟팅은 모션 캡쳐 된 원본 모션을 서로 다른 대상 캐릭터에 에러값을 최소화하며 옮겨 주는 과정을 의미하며, 신체 모션 리타겟팅의 경우 원본 관절과 대상 관절의 관절값 에러를 최소화시키는 방식으로 이루어진다.
모션 리타겟팅을 리깅 공간 파라미터에 수행하면 어떤 장점이 있는가? 이 연구는 모션 리타겟팅을 기존의 대상이 되었던 캐릭터의 관절 구조가 아닌, 애니메이터가 작업하기 쉽고 편리한 리깅 공간 파라미터에 수행하도록 하는 새로운 방식을 제안한다. 이로 인하여 애니메이터는 기존에 키프레이밍 애니메이션 작업을 하던 캐릭터 리그를 그대로 사용하여 모션 캡쳐 애니메이션을 수정할 수 있으며, 결과적으로 모션 캡쳐 데이터를 편집하는 과정에서의 작업 능률이 크게 향상되었다.
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참고문헌 (15)

  1. T. McLaughlin, L. Cutler, and D. Coleman, "Character rigging, deformations, and simulations in film and game production," in ACM SIGGRAPH 2011 Courses, ser. SIGGRAPH '11. New York, NY, USA: ACM, 2011, pp. 5:1-5:18. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/2037636.2037641 

  2. M. Gleicher, "Retargetting motion to new characters," in Proceedings of the 25th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, ser. SIGGRAPH '98. New York, NY, USA: ACM, 1998, pp. 33-42. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/280814.280820 

  3. K. jin Choi and H. seok Ko, "On-line motion retargetting," Journal of Visualization and Computer Animation, vol. 11, pp. 223-235, 1999. 

  4. C. Hecker, B. Raabe, R. W. Enslow, J. DeWeese, J. Maynard, and K. van Prooijen, "Real-time motion retargeting to highly varied user-created morphologies," in ACM SIGGRAPH 2008 Papers, ser. SIGGRAPH '08. New York, NY, USA: ACM, 2008, pp. 27:1-27:11. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1399504.1360626 

  5. K. Grochow, S. L. Martin, A. Hertzmann, and Z. Popovi´c, "Style-based inverse kinematics," in ACM SIGGRAPH 2004 Papers, ser. SIGGRAPH '04. New York, NY, USA: ACM, 2004, pp. 522-531. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1186562.1015755 

  6. E. Hsu, M. da Silva, and J. Popovi´c, "Guided time warping for motion editing," in Proceedings of the 2007 ACM SIGGRAPH/ Eurographics Symposium on Computer Animation, ser. SCA '07. Aire-la-Ville, Switzerland, Switzerland: Eurographics Association, 2007, pp. 45-52. [Online]. Available: http://dl.acm.org/citation.cfm?id1272690.1272697 

  7. J. Min, H. Liu, and J. Chai, "Synthesis and editing of personalized stylistic human motion," in Proceedings of the 2010 ACM SIGGRAPH Symposium on Interactive 3D Graphics and Games, ser. I3D '10. New York, NY, USA: ACM, 2010, pp. 39-46. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1730804.1730811 

  8. C. K. Liu, A. Hertzmann, and Z. Popovi´c, "Learning physicsbased motion style with nonlinear inverse optimization," in ACM SIGGRAPH 2005 Papers, ser. SIGGRAPH '05. New York, NY, USA: ACM, 2005, pp. 1071-1081. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1186822.1073314 

  9. X. Wei, J. Min, and J. Chai, "Physically valid statistical models for human motion generation," ACM Trans. Graph., vol. 30, no. 3, pp. 19:1-19:10, May 2011. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1966394.1966398 

  10. P. Naas, Autodesk Maya 2014 Essentials: Autodesk Official Press, 1st ed. Alameda, CA, USA: SYBEX Inc., 2013. 

  11. F. Hahn, S. Martin, B. Thomaszewski, R. Sumner, S. Coros, and M. Gross, "Rig-space physics," ACM Trans. Graph., vol. 31, no. 4, pp. 72:1-72:8, July 2012. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/2185520.2185568 

  12. F. Hahn, B. Thomaszewski, S. Coros, R. W. Sumner, and M. Gross, "Efficient simulation of secondary motion in rig-space," in Proceedings of the 12th ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation, ser. SCA '13. New York, NY, USA: ACM, 2013, pp. 165-171. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/2485895.2485918 

  13. S. G. Johnson, The NLopt nonlinear-optimization package, 2011. [Online]. Available: http://ab-initio.mit.edu/nlopt 

  14. M. J. D. Powell, "The BOBYQA algorithm for bound constrained optimization without derivatives," Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, Cambridge, England, Technical Report NA2009/06, 2009. 

  15. J. A. Nelder and R. Mead, "A simplex method for function minimization," Computer Journal, vol. 7, pp. 308-313, 1965. 

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