Sammanfattning Vi presenterar en effektiv inverskinematisk metodik baserad på interpolering av exempelrörelser och positioner. Tekniken demonstreras på ett antal invers-kinematiska positioneringsuppgifter för en människa. Förutom enkla positioneringsuppgifter ger metoden kompletta rörelsesekvenser som uppfyller ett inverskinematiskt mål. Interpoleringen i hjärtat av algoritmen gör det möjligt för en konstnärs inflytande att spela en viktig roll för att säkerställa att systemet alltid genererar rimliga resultat. På grund av algoritmens lätta natur kan vi placera en karaktär på extremt höga bildhastigheter, vilket gör tekniken användbar för tidskritiska run-time applikationer som spel. En begåvad animator kan skapa trovärdiga karaktärer som väcker ett önskat gensvar i en publik. Trovärdiga karaktärer, en berättelse och en miljö kan transportera en betraktare för en tid till en annan värld. Animatörer, tillsammans med modeller, redaktörer, ljudtekniker och andra kan genom tiotusentals timmar av mänskligt arbete skapa teater mästerverk som ses i filmen. Även om dessa ansträngningar kan producera högsta kvalitet animation, nuvarande tekniker är dyra och inte lämpliga för många problem. Interaktiv (oskriven) animering måste anpassas och ändras vid behov för att skapa en unik run-time upplevelse varje gång ett sådant system utförs. De mest kommersiellt framgångsrika interaktiva animationsupplevelserna finns i dataspel, till exempel i Microsofts Asheron's Call eller MechWarrior. Avatarmedierad virtuell konferens, 3D-chatt och andra virtuella verklighetsprogram kräver också interaktiv animation. I detta dokument fokuserar vi på att tillhandahålla verktyg för att lösa invers-kinematics (IK) problem. Omvänt-kinematik hänvisar i allmänhet till positionering en sluteffektor såsom en hand eller fot till någon målplats. IK behövs för viktiga uppgifter. När ett tecken behöver lyfta, röra eller på annat sätt manipulera ett virtuellt objekt, krävs inverskinematik. Anledningen till att IK-problemen är intressanta och svåra är att det i allmänhet finns ett oändligt antal sätt att placera de gemensamma vinklarna hos en komplex figur som en människa att placera handen på någon plats. Att hitta en konfiguration som löser IK-problemet och även ser "naturligt" ut är fortfarande ett öppet forskningsproblem. Dessutom kräver de flesta applikationer inte bara en statisk position av tecknet för att placera handen på någon plats, men i själva verket en komplett sekvens för att flytta karaktären till och från en sådan statisk position. Vi undersöker både de statiska och dynamiska behoven av inverskinematik. Slutligen vill vi placera mycket av beslutet om vad som ser "naturligt" till konstnären. Konstnärscentrerad interaktiv animationsteknik har varit ett viktigt ämne för den senaste forskningen. Att få tillbaka konstnären i fokus beror på insikten att en konstnärs talang är svår att överträffa och att konstnären levererade källmaterial kan formas och ändras efter behov samtidigt som man respekterar mycket av den ursprungliga estetiken. Forskningsprogram som försöker ersätta, snarare än stödja, konstnären förnekar sig en kraftfull allierad. Dessutom, metoder som utnyttjar konstnärens talang passar mer eas- "Verbs & Adverbs" system 14, presenterade en effektiv teknik för att styra animering genom interpolering med hjälp av en kombination av linjära funktioner förstärkt med icke-linjär radial bas funktioner. Det primära fokuset för detta arbete var känslokontroll, såsom att variera en gångcykel från sorgset till lyckligt (se figur 1). Ett av de andra verben som visades var en räckvidd, vilket indikerar att inverskinematisk kontroll var möjlig, som visas i figur 2. Detta dokument bygger vidare på detta arbete och presenterar ett antal IK-uppgifter som lösts genom interpolering. Resultaten kvantifieras och förbättras genom ett antal matematiska förbättringar över det inledande arbetet "Verbs & Adverbs", inklusive användning av en kardinalbas och automatiserade metoder för att förbättra noggrannheten i de inversa-kinematiska uppgifterna. Vi presenterar två stora förbättringar till "Verbs & Adverbs" systemet. För det första ersätter vi interpoleringen per grad av frihet (DOF) med en interpolering per exempel med hjälp av kardinalbaserade funktioner. Den resulterande animeringen är likvärdig, men användningen av kardinalbasen minskar kraftigt antalet interpolationer som måste utföras, vilket avsevärt ökar effektiviteten i systemet vid designtid och blygsamt ökar dess runtime effektivitet. För det andra visar vi hur icke-linjäriteterna i exempelbaserade IK-lösningar automatiskt kan korrigeras genom införande av pseudo-exempel som härrör direkt från det ursprungliga interpoleringsutrymme som designats av konstnären. Den resulterande interpolation-baserade animationen är mycket effektiv, körs på många tusentals ramar per sekund. Resten av dokumentet kommer att gå framåt enligt följande: Efter en kort synopsis av relaterat arbete, konstruktionen av verb kommer att omfattas av avsnitt 3. Detta avsnitt kommer också att beskriva den nya kardinalbaskonstruktionen och hur den skiljer sig från det ursprungliga arbetet i 14. Avsnitt 4 kommer att diskutera detaljerna i det omvänt kinematiska problemet och hur automatiskt genererade pseudo-exempel ger korrekta och effektiva resultat. Några resultat och slutsatser kommer att följa. De videosiffror som nämns i detta dokument finns med tillhörande konferensmaterial och finns även på Internet i komprimerad form på http://research.microsoft.com/graphics/hfap/RBFIKVid.zip. Invers-kinematik är ett av de äldsta problemen inom datoranimering och spårar dess ursprung tillbaka till problemet med positionering av industrirobotar. Positioneringen av ett tecken med rotationsgrader av frihet är icke-linjär, men för små förändringar av en artikulerad figurs DOF (dvs. startkonfigurationen är nära den önskade), är den tillräckligt smidig för att möjliggöra en iterativ linjär IK-lösare. Girard och Maciejewski överblick denna teknik i 5. För komplexa rörelser kommer dock enkla IK ofta att visa sig otillräckliga. Zhao och Badler 21 introducerade en robust IK-lösning baserad på icke-linjär optimering. Rose, och så vidare. 15 expanderade denna formulering för att utföra IK över hela rörelsesekvenser, mestadels för att genomdriva IK begränsningar under rörelseövergångar. Icke-linjär IK är en kraftfull teknik för komplex rörelse fånga analys i närvaro av bullriga Rose, Sloan, och Cohen / IK av Exempeldata, som visas av Bodenheimer, et al. 3............................................................... Tyvärr lider den av att vara beräknings dyrt och av att ha en körtid som är mycket beroende av svårigheten med uppgiften och kvaliteten på den ursprungliga gissningen. För applikationer i realtid minskar denna oförutsägbarhet teknikens attraktionskraft. Motion retargeting 6 gör stor nytta av IK över sekvenser av rörelser för att anpassa rörelser från en karaktär till en annan med stor framgång. Gleicher använder sig av en mycket snabbare sekventiell quadratic programmering. Medan det beter sig mindre tillförlitligt än metoden för 21, Det är mycket snabbare och kan användas när de första gissningarna är tillräckligt bra. Båda dessa tekniker gör föga bruk av den stora kroppen av mänsklig biomekanik kunskap. Synergibaserad IK 7 använder sig av ett mått på hur mycket en viss joint bidrar till en given IK-uppgift (synergi), för att minska problemets dimensionalitet och bidra till att resultaten blir mänskliga. I stället för att förlita sig på komplexa modeller för hur varelser rör sig utnyttjar vår metod i första hand befintliga rörelsedata och interpolerar dessa för att skapa nya rörelser som löser den givna IK-begränsningen. Ett betydande arbete har utförts när det gäller redigering av befintliga animationer och blandning mellan två segment 15, 6, 9. "Verbs & Adverbs" 14 presenterade en interpolerad animeringsteknik som krävde ett minimum av O(D) exempel och som också tillät lokal förfining av interpoleringsutrymmet. Dessa resultat tillämpades för att forma interpolering i 17 med den viktigaste matematiska förbättringen är användningen av kardinal basfunktioner. Vi utökar ytterligare detta arbete genom att föra in det i animeringsområdet, och i synnerhet visa hur man kan tillämpa denna teknik på omvänt-kinematiska problem. Effektiviteten i denna interpolation är sådan att den rimligen kan användas för att kontrollera en stor uppsättning tecken som agerar samtidigt i samband med en kontrollmekanism på hög nivå såsom i Musse, et al. 11...........................................
REF formulerar problemet som spridningsdata interpolering och använder radial bas funktion (RBF).
Artist-Directed Inverse-Kinematics Using Radial Basis Function Interpolation
{'venue': 'ICAT Workshops', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}