Sanal insanlar - Virtual humans

Sanal insanlar (veya dijital insanlar ), insanların bilgisayardaki simülasyonlarıdır. Araştırma alanı onların temsili, hareketi ve davranışı ile ilgilidir. Çok çeşitli uygulamalar vardır: simülasyon , oyunlar, film ve TV prodüksiyonları, insan faktörleri ve çeşitli endüstrilerde (havacılık, otomobil, makine, mobilya vb.), giyim endüstrisi, telekomünikasyon (avatarlar), tıp vb. Bu uygulamalar farklı know-how gerektirir. Tıbbi bir uygulama, belirli iç organların tam bir simülasyonunu gerektirebilir; film endüstrisi en yüksek estetik standartları, doğal hareketleri ve yüz ifadelerini gerektirir; ergonomik çalışmalar, belirli bir nüfus kesimi için sadık vücut oranları ve kısıtlamalar vb. ile gerçekçi hareket gerektirir.

Araştırma

Sanal İnsanlar alanı, çok sayıda araştırma konusunu içeren geniş bir araştırma alanıdır:

Hareket yakalama
  • Vücut yüzeyi animasyonu ve deformasyonu veya kaplaması , alttaki iskelet yapısının hareketine göre görünür vücut yüzeyinin deformasyonunu simüle eder.
  • Elin ve parmakların deformasyonunu simüle eden el animasyonu.
  • İnsan iletişimi için önemli bir rol oynayan yüz animasyonu . İki ana yüz animasyon araştırması mevcuttur: parametreli modeller ve kas modelleri.
  • Yürüyüş veya yürüme kuşak , belirli bir yörünge ve hızına bağlı olarak doğal görünümlü yürüme hareketi oluştursun.
  • Engellerden kaçınma , engellerden kaçınırken yürümek için en uygun yörüngeyi bulmak amacıyla kesişmeyen veya çarpışmayan konum kısıtlamalarına tabi bazı kontrol amaçlarını yerine getirme görevi
  • Bir nesneyi kapmak için en iyi kol ve el hareketini üretmesi gereken kavrama . Kavramadan önce genelliklebaş ve gövde kontrolüne, ayrıca göz kontrolüne ve bakışa bağlı olan uzanma gelir.
  • Animasyona daha fazla karakter ve kişilik kazandırmaya çalışan, böylece mekanik tabanlı animasyonlardan daha doğal ve kişiselleştirilmiş görünmesini sağlayan davranışsal animasyon

Sanal İnsan Türleri

Sanal İnsanların iki ana sınıfı vardır:

Sanal İnsan'ın özel bir örneği , var olan bir kişiliği temsil eden ve bir film veya dizide rol alan Sanal İnsan (avatar veya özerk) olan Sanal Aktördür .

Sanal İnsanların Tarihi

Erken Modeller

Ergonomik analiz, bir insan figürünü ve hareketini modellemek için bilgisayar grafiklerindeki en eski uygulamalardan bazılarını sağladı. 20. yüzyılın başlarında Boeing sanat yönetmeni olan William Fetter , bilgisayar kullanarak insan figürü çizen ilk kişiydi. Bu figür "Boeing Adamı" olarak bilinir. Boeing 747'nin gösterge panelini incelemek için kullanılan yedi eklemli "First Man", figürün pelvisini, boynunu, omuzlarını ve dirseklerini eklemleyerek birçok pilot hareketinin gösterilmesini sağladı. "Birinci Adam"a on iki ekstra eklem eklenmesi "İkinci Adam"ı üretti. Bu rakam, Eadweard Muybridge tarafından üretilen bir dizi fotoğrafa dayalı bir dizi animasyon filmi dizisi oluşturmak için kullanıldı .

Daha sonra çeşitli şirketler tarafından birkaç model geliştirildi : Cyberman (Sibernetik insan modeli) Chrysler Corporation tarafından bir arabanın içindeki ve etrafındaki insan faaliyetlerini modellemek için geliştirildi . 15 eklem üzerine kurulu; gözlemcinin konumu önceden tanımlanmıştır.  Combiman (Bilgisayarlı biyomekanik insan modeli), bir insanın kokpitteki nesnelere ne kadar kolay ulaşabileceğini test etmek için özel olarak tasarlanmıştır; 35 iç bağlantılı iskelet sistemi kullanılarak tanımlanır. Boeman , 1969 yılında Boeing Corporation tarafından tasarlanmıştır. Yüzde 50'lik bir üç boyutlu insan modeline dayanmaktadır. Sepet gibi nesnelere ulaşabiliyor, çarpışmalar tespit ediliyor ve görsel müdahaleler tespit ediliyor. Boeman, değişken bağlantı uzunluklarına sahip 23 eklemli bir figür olarak inşa edilmiştir. Sammie (İnsan Makine Etkileşim Değerlendirmesine Yardımcı Sistem) 1972'de Nottingham Üniversitesi'nde genel ergonometrik tasarım ve analiz için tasarlanmıştır. Bu şimdiye kadar en iyi parametreli insan modeliydi ve fiziksel tipler arasından bir seçim sunuyor: ince, şişman, kaslı, vb. Görme sistemi çok gelişmişti ve karmaşık nesneler Sammie tarafından, 17 ile 21 katı bağlantıya dayalı olarak manipüle edildi. eklemler. Bir başka ilginç Sanal İnsan olan Buford , Rockwell International'da operatör tarafından konumlandırılan bir modelin etrafındaki erişim ve boşluk alanlarını bulmak için geliştirildi . Şekil, yüzde 50'lik bir insan modelini temsil ediyordu ve CAD tarafından oluşturulan çokgenlerle kaplandı. Buford, her modifikasyonda yeniden tanımlanması gereken 15 bağımsız bağlantıdan oluşur.

Yüz modellemede Parke , Utah Üniversitesi'nde başın ve yüzün bir temsilini üretti ve üç yıl sonra daha gerçekçi bir yüz üretmek için parametrik modeller önerdi.

Bazı araştırmacılar, örneğin Poter ve Willmert'in silindirleri veya Herbison-Evans'ın elipsoidleri gibi sanal insan modelleri oluşturmak için temel hacimleri de kullandılar. Badler ve Smoliar, Bubbleman'ı bir dizi küre veya kabarcıktan oluşan üç boyutlu bir insan figürü olarak önerdi. Model, kürelerin üst üste binmesine dayanıyordu ve kürelerin yoğunluğu ve boyutu, gözlemciden uzaklığa bağlı olarak değişiyordu.

1980'lerin başında, Simon Fraser Üniversitesi'nde kinesiyoloji ve bilgisayar bilimi profesörü Tom Calvert, bir gövdeye potansiyometre bağladı ve çıktıyı, koreografik çalışmalar ve hareket anormalliklerinin klinik değerlendirmesi için bilgisayar animasyonlu figürleri yönlendirmek için kullandı. Calvert'in animasyon sistemi, karakter hareketini tam olarak belirtmek için Labanotation ve kinematik spesifikasyonlarla birlikte hareket yakalama aparatını kullandı .


Aynı zamanda, Jack yazılım paketi Pennsylvania Üniversitesi'ndeki İnsan Modelleme ve Simülasyon Merkezi'nde geliştirildi ve Tecnomatix'ten ticari olarak temin edildi , Jack, eklemli figürleri kontrol etmek için 3D etkileşimli bir ortam sağladı. Ayrıntılı bir insan modeli içeriyordu ve gerçekçi davranışsal kontroller, antropometrik ölçekleme, görev animasyonu ve değerlendirme sistemleri, görünüm analizi, otomatik erişim ve kavrama, çarpışma algılama ve kaçınma ve çok çeşitli uygulamalar için birçok faydalı araç içeriyordu. "

Film ve demo prodüksiyonu

Seksenlerin başında, birkaç şirket ve araştırma grubu, Sanal İnsanları içeren kısa filmler ve demolar üretti. Özellikle, genellikle Triple-I veya III olarak adlandırılan Information International Inc , Peter Fonda'nın kafasının 3D taramasını ve nihai demosu “ Adam Powers, Hokkabaz”ı üreterek bilgisayar grafiklerinin inanılmaz şeyler yapma potansiyelini gösterdi .

1982 yılında Philippe Bergeron, Nadia Magnenat-Thalmann ve Daniel Thalmann üretilen Rüya Flight , Paris'ten New York'a Atlantik Okyanusu üzerinde taşınan bir kişi (mafsallı sopa rakam) resmeden bir film. Film tamamen , grafiksel soyut veri türlerine dayanan Pascal dilinin bir uzantısı olan MIRA grafik dili kullanılarak programlandı . Film birçok ödül aldı ve SIGGRAPH '83 Film Show'da gösterildi. 1985'te bir başka film, bir hikaye anlatmak için yüz animasyon tekniklerini ilk kez kullanan " Tony de Peltrie " filmi oldu . Aynı yıl, Mick Jagger'ın şarkısının Hard Woman videosu Digital Productions tarafından geliştirildi ve stilize edilmiş bir kadının güzel bir animasyonunu gösterdi. Aynı zamanda Robert Abel & Associates tarafından bir TV reklamı olarak yaratılan "The Making Of Brilliance", şu an için inanılmaz bir hareket ve görüntü sergiliyor.

Montreal'de buluşma

1987'de Kanada Mühendislik Enstitüsü 100. yılını kutladı. Sponsorluğunda büyük bir olay, Bell Canada ve Northern Telecom , gerçekleşti , Place des Arts in Montreal . Bu etkinlik için Nadia Magnenat-Thalmann ve Daniel Thalmann , Marilyn Monroe ve Humphrey Bogart'ın Montreal'in eski kentindeki bir kafede buluşmasını simüle ettiler. Bu film Rendez-vous in Montreal , 3D efsanevi yıldızları modelleyen ilk filmdi. Film, gerçek insanların 3D klonlama yönü ve davranışlarının modellenmesi üzerine kapsamlı bir araştırmanın sonucudur.  

1988'de " Teneke Oyuncak " bilgisayarla yapılan ve Oscar (En İyi Kısa Animasyon Filmi) alan ilk film oldu . Aptal bir bebek olan Billy'den kaçmaya çalışan teneke tek kişilik bir grup oyuncağının hikayesi . Aynı yıl, deGraf/Wahrman, Silicon Graphics için yeni 4D makinelerinin gerçek zamanlı yeteneklerini göstermek için "Mike the Talking Head"i geliştirdi . Mike, tek bir kuklacının ağız, gözler, ifade ve baş pozisyonu dahil olmak üzere karakterin yüzünün birçok parametresini işlemesine izin veren özel olarak oluşturulmuş bir kontrolör tarafından yönlendirildi. Silicon Graphics gösterici tarafından kontrol edildiği gibi, donanım yüz ifadeleri ve kafa geometrisi arasında gerçek zamanlı interpolasyon sağladı. Mike, o yılki SIGGRAPH film ve video şovunda canlı olarak seslendirildi .

1989'da Kleiser- Walczak , bir müzik videosu için şarkı söylerken mikrofon önünde dans eden bir kadının bilgisayar animasyonu olan Dozo'yu üretti. Vücuda yerleştirilmiş küçük yansıtıcı bant parçalarının görüntülerini üçgenlemek için birden fazla kamerayla Hareket Analizinden optik tabanlı bir çözüm kullanarak hareketi yakaladılar . Ortaya çıkan çıktı, uzaydaki her reflektörün 3 boyutlu yörüngesidir.

1989'da " The Abyss " filminde , belirli bir sekans, bir insan yüzü elde eden sulu bir pseudopod'u gösterir. Bu, bir şekli başka bir insan yüzüne dönüştürmek mümkün olduğundan, gelecekteki sentetik karakterler için önemli bir adımı temsil ediyordu. 1989'da "The Little Death" ve "Virtally Yours" filmlerinin oyuncusu Lotta Desire, gelişmiş yüz animasyonu ve ilk bilgisayar animasyonlu öpücüğü gösterdi. Ardından 1991'de " Terminatör II " filmi, sanal insanların gerçek insanlarla ve dekorlarla karıştırıldığı animasyonda bir dönüm noktası oldu.

Doksanlı, bazı kısa filmler, üretildi en çok bilinen “ Geri en Oyun dan” Pixar alınan Oscar Kısa Animasyon filmler için.

Daha yeni Sanal İnsanlar Ar-Ge

Davranışsal animasyon, Craig Reynolds tarafından tanıtıldı ve geliştirildi . Grup sezgisini ve hareketini incelemek amacıyla balık sürülerinin yanında kuş sürülerini simüle etmişti. Musse ve Thalmann, sanal dünyalarda yaşamak için çok sayıda sanal insanı entegre ederek kalabalık simülasyonu alanını başlattı .

Doksanlardan başlayarak, araştırmacılar gerçek zamanlı animasyona ve sanal dünyalarla etkileşime geçtiler. Sanal Gerçeklik , İnsan Animasyonu ve Video Analizi tekniklerinin birleşimi, Sanal İnsanların Sanal Gerçekliğe entegrasyonuna, bu sanal insanlarla etkileşime ve bir klon veya avatar veya Sanal Dünya'ya katılımcı olarak kendini temsil etmesine yol açmıştır . Sanal Ortamlar ile etkileşimin çeşitli kullanıcı konfigürasyon seviyelerinde olması planlandı. Üst düzey bir yapılandırma, kullanıcıların hem yerel olarak hem de Web üzerinden dijital veri ortamlarını keşfetmelerine yardımcı olacak sanal insanlarla ses , jest ve fizyolojik sinyallerle etkileşime girebilecekleri sürükleyici bir ortamı içerebilir . Bunun için Sanal İnsanlar, kullanıcının hareketlerini, konuşmalarını ve ifadelerini tanımaya ve konuşma ve animasyonla cevap vermeye başladı. Bu gelişimin nihai amacı, adaptasyon , algı ve hafızaya sahip gerçekçi ve inandırıcı sanal insanlar yaratmaktır . Bu sanal insanlar, duyguları simüle ederken özgürce hareket edebilen sanal insanlar üretmeye yönelik günümüz araştırmalarının önünü açtı. İdeal olarak amaç, çevrenin farkında ve öngörülemez olmalarını sağlamaktır.

Sanal İnsanların Uygulamaları

Dış bağlantılar

Sanal İnsanlar hakkında kitaplar

  • Nadia Magnenat-Thalmann (Editör), Daniel Thalmann (Editör), Handbook of Virtual Humans, ISBN 978-0-470-02316-7, 468 sayfa, Wiley, Ağustos 2004 (ACM Digital Library)
  • Peter M. Plantec, Virtual Humans: A Build-It-Yourself Kit, Yazılımla ve Adım Adım Talimatlarla Tamamlandı, Amacom, 2003
  • David Burden, Maggi Savin-Baden, Virtual Humans Today and Tomorrow, 2020, Chapman and Hall/CRC

Bazı Sanal İnsanlar İçeriğine Sahip Kitaplar

  • Wayne E. Carlson, Bilgisayar Grafikleri ve Bilgisayar Animasyonu: Creative Commons Atıf-GayriTicari-Türetilemez 4.0 Uluslararası Lisansı altında lisanslanan Retrospektif Bir Bakış
  • Robotlar ve Sanal İnsanlarla İletişimi Modelleme, İkinci Ziff Araştırma Grubu 2005/2006 Uluslararası İnsan ve Makinelerde Somut İletişim Çalıştayı, Bielefeld, Almanya, 5-8 Nisan 2006, Gözden Geçirilmiş Seçilmiş Makaleler

Referanslar