초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구과제의 목표는 인체 모델이 가상의 환경에서 물리적 상호작용을 하는 애니메이션을 실시간으로 생성하는 기술을 개발하는 것이다. 각 연차별로 여러 가지 세부 연구주제를 선정하여 연구를 수행하였는데, 새로운 형태의 역진자 모델 제어기를 개발하거나 복잡한 난이도의 동작 애니메이션 또는 사물 및 타 캐릭터와의 상호작용 애니메이션을 구현하는 데 도전하였다.
1. 1차년도 연구수행 내용: 경사지형 또는 계단에서의 보행동작을 표현하기 위한 기술 연구 / 두 발과 지면 간의 접촉이 복잡한 동작을 표현하기 위한

연구의 목적 및 내용
본 연구과제의 목표는 인체 모델이 가상의 환경에서 물리적 상호작용을 하는 애니메이션을 실시간으로 생성하는 기술을 개발하는 것이다. 각 연차별로 여러 가지 세부 연구주제를 선정하여 연구를 수행하였는데, 새로운 형태의 역진자 모델 제어기를 개발하거나 복잡한 난이도의 동작 애니메이션 또는 사물 및 타 캐릭터와의 상호작용 애니메이션을 구현하는 데 도전하였다.
1. 1차년도 연구수행 내용: 경사지형 또는 계단에서의 보행동작을 표현하기 위한 기술 연구 / 두 발과 지면 간의 접촉이 복잡한 동작을 표현하기 위한 기술 연구 / GPU 기반 더블 역진자 모델 제어기 개발 / 모션 데이터 자동 분류 기술의 정확도 향상을 위한 방법 연구
2. 2차년도 연구수행 내용: 더블 역진자 모델과 SLIP 모델 제어기를 이용하여 캐릭터 간의 상호작용 동작을 계획하는 방법 연구 / 가상현실 환경에서 물체를 조작하는 동작을 실시간 제어하는 기술 연구 / 병렬적 경로 최적화 알고리즘 개발 및 충돌에 따른 변형 구현 기술 연구 / 단순화된 물리모델을 활용한 동작 데이터 압축 개발
3. 3차년도 연구수행 내용: 고자유도 역진자 모델을 이용하여 인간형 캐릭터의 보행 동작을 표현하기 위한 기술연구 / 고자유도 독립 진자 모델과 동작 필드 그래프를 활용하여 인간형 캐릭터 및 로봇의 사물 조작을 제어하는 기술 연구 / 저중력 공간과 장애물 환경에서 물리 법칙에 따라 움직이는 보행 동작을 표현하기 위한 기술 연구

연구결과
1. 1차년도 연구수행 결과: 경사 지형에서의 애니메이션 연구의 경우, 기존 기술보다 더 가파른 지형에서 오르내리는 동작을 자연스럽게 연출할 수 있었으며, 계단 지형 또한 발이 부딪치거나 미끄러지지 않고 오르내릴 수 있었다. 발과 지면 간의 접촉이 복잡한 애니메이션 연구의 경우, 제자리 회전이나 회전 발차기 등 접촉이 복잡한 동작을 균형감 있게 연출하였으며 실제 캡처 모션과의 오차도 적었다. GPU 기반의 더블 역진자 모델은 사람의 동작 특성을 살림과 동시의 가상의 외력에도 균형을 잡을 수 있는 견고한 애니메이션의 가능성을 보여주었으며, 모션 데이터 분류 기술의 정확도 향상을 위한 정규화 시스템은 기존 분류 기술의 정확도를 크게 향상 시켰다.
2. 2차년도 연구수행 결과: 더블 역진자 모델과 SLIP 모델 제어기를 이용하여 군중 애니메이션 리타게팅 및 편집을 용이하게 할 수 있었다. 또 가상현실에서 사용자의 동작을 입력받아 사용자 아바타와 가상 아바타가 공 잡고 던져서 주고받는 등 자연스러운 상호작용을 수행할 수 있었고, 차량의 주행·추월·충돌 등을 사실적으로 구현한 차량 애니메이션 시스템 또한 개발하였다. 1차년도에서 데이터 분류 정확도 향상을 위해 개발한 정규화 시스템을 응용하여 모션 데이터를 압축하는 데 활용하였고 기존 기술보다 높은 압축률을 확인할 수 있었다.
3. 3차년도 연구수행 결과: 일반적으로 사용하는 IPM 대신 MMIPM을 사용하여 복잡한 난이도의 체조 동작을 실제 캡처 자료와 유사하게 시뮬레이션 하는 데 성공하였다. 또한 사물 조작 및 사람과의 상호작용에 관한 연구의 경우, 사물에 따라 적절한 손가락 동작과 균형 자세를 취하였으며, 사람과의 상호작용 시에도 사람의 손을 방해하지 않고 정확한 동작을 수행하였다. 이는 애니메이션 기술이 로봇 분야에 적용된 성공적인 사례를 보여 주기도 한다. 저중력 환경에서의 애니메이션에 관한 연구는 NASA에서 촬영한 실제 자료와 비교한 결과 1~5%의 오차율로 높은 정확도를 보였고, 보행 동작 수행과 동시에 장애물 또한 자연스럽게 회피하였다.

연구결과의 활용계획
◎ 소프트웨어 제작: 본 연구의 결과로 제시되는 기술들을 종합하여 애니메이션을 자동으로 생성하는 소프트웨어를 제작할 수 있다.
◎ 학술지 투고: 본 연구의 내용과 결과를 국내·외 저명 학술지에 투고하여 관련분야에 종사하는 많은 사람들에게 본 연구를 소개한다. 이는 앞으로 소개할 연구 확장 및 응용, 그리고 각종 산업에서의 활용의 계기가 될 수 있다.
◎ 연구 확장 및 응용: 개발된 제어기는 통계적 기계학습 방식이 적용된 기존의 모든 연구 분야에 적용 및 응용할 수 있다. 확장 가능한 대표적인 연구주제로는 모션 캡처, 모션 분류, 압축 및 인식 등이 있다. 로보틱스 분야에서는 물리 기반 시뮬레이션의 많은 부분이 실제 로봇 제어에 사용될 수 있다.
◎ 애니메이션 및 게임 산업에서의 활용: 본 연구의 결과는 애니메이션 및 게임 산업에 적극적으로 활용될 수 있다. 연구는 인체를 중심으로 이루어지지만, 연구결과는 동물이나 물체 캐릭터에도 적용이 가능하다.
◎ 영화 산업에서의 활용: 애니메이션 및 게임 산업과 마찬가지로 영화 산업에서도 직접 연기가 어려운 고난이도 동작이나 위험한 장면을 자체적으로 생성해낼 수 있게 된다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The general purpose of this research project is to develop an automatical real-time animation generating system which describes high-quality physical interaction in virtual environments. In each of three years, we picked several research topics, and conducted designing a new typ

Purpose& contents
The general purpose of this research project is to develop an automatical real-time animation generating system which describes high-quality physical interaction in virtual environments. In each of three years, we picked several research topics, and conducted designing a new type of IPM(inverted pendulum model) based models and their controllers, and developing animation systems for complex motion and interaction with other objects.
1. There were four research topics in the 1st year: an animation system for walking motion on slopes and stairs, an animation system for high-level motion with complex foot contacts, an animation system using GPU-based double IPM, and a normalization method to improve motion clustering accuracy.
2. There were four research topics in the 2nd year: an animation system for interacting two characters using double IPM and SLIP model controllers, an animation system to manipulate virtual objects in real time, a parallel trajectory optimization algorithm for vehicle animation which describes car crush like real, and a normalization method to improve motion data compression quality using a simplified physics model.
3. There were three research topics in the 3rd year: an animation system for high-level excercise motion using an high-DOF IPM, an animation system for manipulating objects and interacting with users using an high-DOF independent pendulum model, and an animation system for locomotion in reduced gravity environments avoiding obstacles automatically.

Result
1. In the 1st year, we created character animation naturally walking on slopes and stairs. It was able to describe natural walking motions on steeper slopes than previous methods without any self-collision or slipping. Also, we created character animations which include complex motions with foot contacts, which was able to robustly describe rotation and kicking. Our double IPM model was able to generate robust animations of complex and well-balanced motions, and our normalization method improved the accuracy of many previous clustering techniques.
2. In the 2nd year, we used a double IPM and a SLIP model controller to design crowd animation system which is very easy for retargeting and editing. Also, we performed natural catch-ball interaction between the user and virtual avatars. Not limited only to human animations, we also developed a vehicle animation system which describes cars running, passing, and colliding and being crushed like a real car. In addition, we adapted our normalization method which we had developed in the 1st year to improve the compression ratio of large motion datasets.
3. In the 3rd year, we described various gymnastic motions by adopting an MMIPM instead of an IPM. We also implemented an animation system that modifies poses and motions according to the shape and weight of objects, and also implemented interaction between a user and a robot (or a virtual character) passing an objects without collisions and interference. This case shows an example of successful adoption of a computer animation method to the field of robotics. Also, for the animation system for modeling reduced gravity, the simulated astronaut character moved closely with the real astronaut videotaped by NASA with 1~5% of error. Also, though there were many obstacles interfering the character, it kept its locomotion naturally while avoiding all obstacles.

Expected Contribution
◎ We developed a computer animation software package by improving the researched techniques and combining with other related techniques.
◎ We wrote some papers about the researched techniques and submit to famous professional journals, so that many people in the world could see our research and get help for their research or business.
◎ We expanded and applied the researched techniques to other research projects which are related with computer animation skills. For example, the researched techniques might help some projects on motion capture, motion classification, and motion compression. Also, the research techniques could be adopted for robotics research.
◎ The researched techniques can be widely used in animation and game Industries. Though the most techniques were tested with human characters, they might be improved to adopt for animal and object characters.
◎ The researched techniques can be widely used also in movie film industry. They might help to create much more natural un-realistic scenes with reduced cost.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 3. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 30
• 4. 연구결과의 활용계획 ... 33
• 5. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 36
• 6. 참고문헌 ... 37
• 7. 연구성과 ... 40
• 8. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 42
• 9. 기타사항 ... 42
• 별첨1 ... 43
• 별첨2 ... 57
• 끝페이지 ... 77