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분석적으로 미분 가능한 시스템 동역학을 이용한 온라인 동작 합성 기법
On-line Motion Synthesis Using Analytically Differentiable System Dynamics 원문보기

컴퓨터그래픽스학회논문지 = Journal of the Korea Computer Graphics Society, v.25 no.3, 2019년, pp.133 - 142  

한다성 (한동대학교) ,  노준용 (카이스트) ,  신성용 (한동대학교)

초록
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물리기반 캐릭터 애니메이션에서 궤적 최적화(trajectory optimization) 기법은 캐릭터 동작에 대한 시스템 동역학 모델(system dynamics model)에 기반하여 가까운 최적의 미래 상태를 예측하여 캐릭터의 동작을 자동적으로 생성하는데 널리 사용되어 왔다. 캐릭터와 환경 간의 접촉 현상을 강체 충돌로 다루는 경우 일반적으로 시스템 동역학 모델은 그 수식이 닫힌 형식(closed form)으로 유도되지 못하고 미분이 불가능하다. 따라서 최근까지 많은 연구자들이 접촉 완화(contact smoothing) 기법을 통해 시스템 동역학의 수치적 미분에 기반한 효율적인 궤적 최적화 기법을 발표해 왔다. 하지만 수치적 미분 정보는 분석적 미분과 달리 부정확하기 때문에 궤적 최적화의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 접촉 완화 모델에 대한 근사화를 통해 시스템 동역학을 분석적으로 미분하여 닫힌 형식의 도함수를 유도하고, 이를 기반으로 사용자의 온라인 입력에 따라 예제 데이터 없이 이족 캐릭터의 동작을 안정적으로 생성하는 예측 제어 기법(model predictive control (MPC))을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In physics-based character animation, trajectory optimization has been widely adopted for automatic motion synthesis, through the prediction of an optimal sequence of future states of the character based on its system dynamics model. In general, the system dynamics model is neither in a closed form ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 문제를 다루기 위 해 많은 연구자들이 캐 릭 터와 환경사이에서 발생하는 접촉력(contact force)을 완화시킴으로써미분 가능한 전신 동역학을 유도하여 미분 정보에 기반한MPC 기법을 제안해왔다2 3], 일반적으로 이러한 미분 정보에기반한 최적화 기법은 샘플링 기법에 비해 빠른 성능을제공하지만 전신 동역학에 대한 분석적 미분이 불가능하여수치 적 미분에 의존해왔다. 본 논문에서는 몇 가지 근사화를통해 분석적 미분이 가능한 전신 동역학을 유도하고 그에기반하여 미분 정보를 정확하게 계산할 수 있는 MPC 기 법을제 안한다.
  • 본 논문에서는 이러한 문제를 다루기 위해, 접촉 완화(contact smoothing) [4]와 접촉 공간에서의 역질 량행렬(inverse mass matrix)의 대각화[2]를 결합한 근사 기법에 기반 하여분석 적으로 미분 가능한 접촉 동역학 모델을 제 안한다. 또한 그접촉 동역학으로부터 유도된 닫힌 형식의 도함수를 사용하여예제 데 이터 없이 실행 시 간에 주어 지는 목표 위 치와 목표 몸통방향에 대한 사용자의 입력만으로도 이족 캐릭터의 동작을빠르고 안정적으로 생성할수 있는온라인 궤적 최적화 기법을제안한다.
  • 본 논문에서는 접촉 동역학모델에 대한 적 절한근사화를 통해캐릭터 동작에 대한 시스템 동역학 모델을 분석적으로미분하여 닫힌 형식의 도함수를 유도하는 새로운 방법을제안하였다. 이를위해, 자코비 안과 전체 질량 행렬의 역행렬의효과적인 유도 방법을 제안하였고, 접촉 완화⑷와 접촉공간에서의 역질량행렬의 대각화[2]를 결합한 근사 기법을활용하였다.
  • 본 논문의 기술적 인 측면에 있어서의 공헌은 적 절한 근사화를통해 접촉을 포함한 캐릭터 동작에 대한 역학적 제약조건을닫힌 형 식으로 유도하는 방법을 제 안한 것 이 다. 시스템 구현측면에서의 공헌은 이러한 미분 정보를 이용하여 예제 데이터없이도 캐릭터 동작을빠르고 안정적으로 생성할수 있는MPC 프레 임워크를 제 안한 것 이다.
  • 이 문제를 다루기 위해 본 논문에서는 완화된 접촉동역학에 대한 근사화를 통해 f를 분석 적으로 미분 가능한 수식 으로 표현하는 방법을 제안한다. 먼저, LCP를 다음과 같은 convex optimization 문제로 변환하여 충격 량을 완화시 킨 다[4].

가설 설정

  • 대한 목표값이다.w睜, 祐尹方芒는 가중치 상수이다. sabs(x;a)는 X의 절대값 |시을 부드럽게 완화시킨 함수로서다음과 같이 정의 된다⑵.
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참고문헌 (24)

  1. 10.1145/1778765.1778808 Mordatch, Igor, Martin De Lasa, and Aaron Hertzmann. "Robust physics-based locomotion using low-dimensional planning." ACM Transactions on Graphics (TOG). Vol. 29. No. 4. ACM, 2010. 10.1145/1778765.1778808 

  2. Tassa Y., Erez T., Todorov E.: Synthesis and stabilization of complex behaviors through online trajectory optimization. In Intelligent Robots and Systems (IROS), 2012 IEEE/RSJ International Conference on (2012), IEEE, pp. 4906-4913. 10.1109/IROS.2012.6386025 

  3. 10.1111/cgf.12853 Han, Daseong, Haegwang Eom, and Junyong Noh. "Data-guided Model Predictive Control Based on Smoothed Contact Dynamics." Computer Graphics Forum. Vol. 35. No. 2. 2016. 10.1111/cgf.12853 

  4. Todorov E.: Convex and analytically-invertible dynamics with contacts and constraints: Theory and implementation in mujoco. In IEEE Conference on Robotics and Automation (ICRA) (2014). 10.1109/ICRA.2014.6907751 

  5. Witkin, Andrew, and Michael Kass. "Spacetime constraints." ACM Siggraph Computer Graphics 22.4 (1988): 159-168. 10.1145/378456.378507 

  6. Liu, C. Karen, Aaron Hertzmann, and Zoran Popovi. "Composition of complex optimal multi-character motions." Proceedings of the 2006 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on Computer animation. Eurographics Association, 2006. 

  7. da Silva, Marco, Yeuhi Abe, and Jovan Popovi. "Interactive simulation of stylized human locomotion." ACM Transactions on Graphics (TOG) 27.3 (2008): 82. 10.1145/1360612.1360681 

  8. 10.1145/1531326.1531387 Muico, Uldarico, et al. "Contact-aware nonlinear control of dynamic characters." ACM Transactions on Graphics (TOG). Vol. 28. No. 3. ACM, 2009. 10.1145/1531326.1531387 

  9. Muico, Uldarico, Jovan Popovi, and Zoran Popovi. "Composite control of physically simulated characters." ACM Transactions on Graphics (TOG) 30.3 (2011): 16. 10.1145/1966394.1966395 

  10. Kwon, Taesoo, and Jessica Hodgins. "Control systems for human running using an inverted pendulum model and a reference motion capture sequence." Proceedings of the 2010 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation. Eurographics Association, 2010. 

  11. 10.1111/cgf.12323 Han, Daseong, et al. "On­line real­time physics­based predictive motion control with balance recovery." Computer Graphics Forum. Vol. 33. No. 2. 2014. 10.1111/cgf.12323 

  12. Hamalainen, Perttu, et al. "Online motion synthesis using sequential monte carlo." ACM Transactions on Graphics (TOG) 33.4 (2014): 51. 10.1145/2601097.2601218 

  13. Hamalainen, Perttu, Joose Rajamaki, and C. Karen Liu. "Online control of simulated humanoids using particle belief propagation." ACM Transactions on Graphics (TOG) 34.4 (2015): 81. 10.1145/2767002 

  14. Peng, Xue Bin, et al. "Deeploco: Dynamic locomotion skills using hierarchical deep reinforcement learning." ACM Transactions on Graphics (TOG) 36.4 (2017): 41. 10.1145/3072959.3073602 

  15. Liu, Libin, and Jessica Hodgins. "Learning basketball dribbling skills using trajectory optimization and deep reinforcement learning." ACM Transactions on Graphics (TOG) 37.4 (2018): 142. 10.1145/3197517.3201315 

  16. Peng, Xue Bin, et al. "Deepmimic: Example-guided deep reinforcement learning of physics-based character skills." ACM Transactions on Graphics (TOG) 37.4 (2018): 143. 10.1145/3197517.3201311 

  17. 10.1145/1276377.1276512 Guenter, Brian. "Efficient symbolic differentiation for graphics applications." ACM Transactions on Graphics (TOG). Vol. 26. No. 3. ACM, 2007. 10.1145/1276377.1276512 

  18. Guenter, Brian, and Sung-Hee Lee. "Symbolic Lagrangian Multibody Dynamics." Tech. rep., Microsoft Research (2009). 

  19. Featherstone, Roy. Rigid body dynamics algorithms. Springer, 2014. 

  20. Yamane, Katsu, and Yoshihiko Nakamura. "A numerically robust LCP solver for simulating articulated rigid bodies in contact." Proceedings of robotics: science and systems IV, Zurich, Switzerland 19 (2008): 20. 10.15607/RSS.2008.IV.012 

  21. Jacobson D., Mayne D.: Differential dynamic programming. 1970. 

  22. Mordatch, Igor, et al. "Animating human lower limbs using contact-invariant optimization." ACM Transactions on Graphics (TOG) 32.6 (2013): 203. 10.1145/2508363.2508365 

  23. Lee, Yoonsang, et al. "Locomotion control for many-muscle humanoids." ACM Transactions on Graphics (TOG) 33.6 (2014): 218. 10.1145/2661229.2661233 

  24. 10.1145/1618452.1618514 Wang, Jack M., David J. Fleet, and Aaron Hertzmann. "Optimizing walking controllers." ACM Transactions on Graphics (TOG). Vol. 28. No. 5. ACM, 2009. 10.1145/1618452.1618514 

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