초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 과제에서는 예제 데이터에 의해 구동되는 저차원 모델예측제어(Model Predictive Control, MPC) 기반 캐릭터 제어 기술을 활용하여 물리적으로 합당한 동작을 합성하는 것에 궁극적인 목표를 두었다. 1차년도에 보행동작 이외의 예제 데이터에 대해서도 효율적으로 구동이 가능한 보다 일반화된 MPC 기법을 구축하였다. 2차년도에서는 1차년도의 일반화된 MPC 기법을 발전시켜 완화된 접촉 동역학을 사용한 물리 기반 프레임워크를 개발하였다. 이를 활용하여 가상 스턴트맨 기술 및 환경 인지 모델과

연구의 목적 및 내용
본 과제에서는 예제 데이터에 의해 구동되는 저차원 모델예측제어(Model Predictive Control, MPC) 기반 캐릭터 제어 기술을 활용하여 물리적으로 합당한 동작을 합성하는 것에 궁극적인 목표를 두었다. 1차년도에 보행동작 이외의 예제 데이터에 대해서도 효율적으로 구동이 가능한 보다 일반화된 MPC 기법을 구축하였다. 2차년도에서는 1차년도의 일반화된 MPC 기법을 발전시켜 완화된 접촉 동역학을 사용한 물리 기반 프레임워크를 개발하였다. 이를 활용하여 가상 스턴트맨 기술 및 환경 인지 모델과 자동 반응 기법 개발을 병행하였다. 3차년도에서는 응용 연구로써 환경 반응형 캐릭터와 사용자 친화적 인터페이스에 기반한 동작 편집 기술을 개발하였다.

연구결과
1차년도:
① 기반 환경 구축
- 수치적 미분에 특화된 효율적인 동역학 알고리즘 개발
- 분석적 미분을 위한 심볼릭(symbolic) 동역학 프레임워크 개발
② 데이터 구동 저차원 제어 기법
- 한 대의 스마트폰을 이용한 데이터 기반 보행동작 복원 (Eom et al., PG 2014)
- 일반화된 저차원 동역학 모델을 이용한 고난도 동작생성
③ 사용자 친화적 인터페이스에 대한 선행 연구
- 리깅 공간으로의 몸체 동작 리타겟팅 (송재원, 노준용 KCGS 2014)

2차년도:
① 가상 스턴트맨 개발
- 완화된 접촉 동역학을 사용한 데이터 기반의 모델예측제어 (Han et al., EG 2016)
- 생체 역학적 관찰에 기반한 온라인 실시간 동작 변형 (Han et al., CASA 2016)
- 고난도 동작 데이터 기반의 축구 동작 생성 기법
② 환경 인지 모델 및 자동 반응 기법 개발
- 물리 시뮬레이션에 기반한 사실적 키보드 타이핑 모션 생성 (장용호 외, KCGS 2015)
- 심리학 모델에 기반한 야구 외야수 궤적 생성 기법
③ 3차년도 연구 주제에 대한 선행 연구
- 직관적인 도구를 이용한 인터렉티브 리깅 (Bang et al., PG 2015)
- 4족 동물의 동작 캡처와 4족 캐릭터에 대한 리타겟팅(retargeting) 파이프라인 개발 (송재원, 노준용, KCGS 2016)

3차년도:
① 스마트 인터페이스에 기반한 동작 prototyping 기법
- 운동학적 동작 편집 인터페이스 개발 (Choi et al., SIGGRAPH 2016)
- 페이셜 리그 리타겟팅 기법 (송재원, 노준용, KCGS 2016)
② 환경 반응형 캐릭터 개발
- 시각 모델에 기반한 물리 기반 자동 반응 기법
③ 응용 기술 (효율적인 동작 합성 기법)
- 캐릭터 애니메이션을 위한 스파스 리그 파라미터 최적화 (Song et al., EG 2017)
- 생체 역학적 관찰에 기반한 나이에 따른 보행 동작 합성 기법 (Jung et al., CASA 2017)

연구결과의 활용계획
본 과제에서 개발된 MPC 기반의 물리 기반 시뮬레이션 프레임워크는 학술적으로 관련 연구의 기반 기술로 크게 활용 될 예정이다. 예를 들어, 최근 주목 받는 심층 학습(Deep Learning)기술의 캐릭터 애니메이션 적용에 장애 요소로 작용했던 데이터(상태 벡터와 제어 벡터) 생성에 활용되어 온라인 사용자 입력에 따라 물리적으로 합당한 캐릭터 동작의 실시간 생성을 가능케 한다. 또 다른 결과인, 효과적인 동작 prototyping 기술들은 게임과 애니메이션 제작의 생산성을 획기적으로 상승시켜 줄 것으로 인정 받아, 관련 기술의 연구진들은 졸업 후 국내외 (웨타 디지털, 디지털 아이디어) 선도의 콘텐츠 제작사들에 핵심 기술 인력으로 채용되어 동작 prototyping 기술의 적극적인 현업 접목을 실현하고 있다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
The goal of this project is to develop physics-based motion control based on a low-dimensional model predictive control (MPC) using various example motion data. In the first year, we developed generalized MPC framework that can work efficiently with example motion data which cont

Purpose&contents
The goal of this project is to develop physics-based motion control based on a low-dimensional model predictive control (MPC) using various example motion data. In the first year, we developed generalized MPC framework that can work efficiently with example motion data which contains more dynamic motions rather than simple locomotion. In the second year, we further improved our generalized MPC framework to a physics-based framework using smoothed contact dynamics. We utilized this framework to develop virtual stuntman and environment perception and automatic reaction model. In the last year, as an applied research, we developed a humanoid character with environment perception and automatic reaction, and developed user-friendly motion editing interface for articulated characters.

Result
1^st Year :
① Base infrastructure development
- Develop numerical derivative specialized algorithm for dynamics
- Develop symbolic dynamic framework for analytical derivative
② Controller based on low-dimensional model using example motion data
- Data-driven Reconstruction of human locomotion using a single smartphone (Eom et al., PG 2014)
- Dynamic motion synthesis using generalized controller based on low-dimensional model
③ Pre-research for user friendly motion editing interface
- Body motion retargeting to rig-space (Song and Noh, KCGS 2014)

2^nd Year:
① Virtual stuntman development
- Data-guided model predictive control based on smoothed contact dynamics (Han et al., EG 2016)
- Online real-time locomotive motion transformation based on biomechanical observations (Han et al., CASA 2016)
- Soccer motion synthesis and simulation using dynamic example motion data
② Environment perception and reaction model development
- Realistic keyboard typing motion generation based on physics simulation (Jang et al., KCGS 2015)
- Synthesis of an outfielder motion based on psychological observations
③ Pre-research for 3rd year research topic
- Interactive rigging with intuitive tools (Bang et al., PG 2015)
- A study on optical motion capture process of quadruped animals and motion retargeting pipeline of quadruped characters (Song et al., KCGS 2016)

3^rd Year:
① Effective motion prototyping system development using smart interface
- SketchiMo: Sketch-based motion editing for articulated characters (Choi et al., SIGGRAPH 2016)
- Direct retargeting method from facial capture data to facial rig (Song and Noh, KCGS 2016)
② Development of an reacting character with environment
- Model predictive control with a visuomotor system
③ Applications (Efficient motion synthesis for character animation)
- Sparse rig parameter optimization for character animation (Song et al., EG 2017)
- Age-related gait motion transformation based on biomechanical observations (Jung et al., CASA 2017)

Expected Contribution
The MPC framework of physics-based animation developed in this project will serve as a valuable academic basis for the advancement of related research. For example, securing enough data for the training of the Deep Learning technology has been the main obstacle for the application of this technology to physics-based character animation. Our framework will provide a rich set of training data for Deep Learning, which will produce physically-correct character motions in real time. Another result, effective motion prototyping techniques, has been recognized to dramatically increase the productivity for digital content creation such as games, movies, and animations. Researchers participated in this project have been hired by domestic and international leading production studios, such as Digital Ideas and Weta digital. They have successfully applied and integrated the prototyping technology into the digital content creation pipeline in the real world setting.

(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. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 20
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 22
• 8. 참고문헌 ... 23
• 9. 연구성과 ... 29
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 35
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 35
• 12. 기타사항 ... 35
• 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 36
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 49
• 끝페이지 ... 95