Development of O(logN) Forward Dynamics Algorithm for Large-Scale Structure-Varying Kinematic Chains and Its Application to Computer Graphics Production

大规模变结构运动链O(logN)正向动力学算法的开发及其在计算机图形制作中的应用

• 批准号: 13555062
• 负责人: NAKAMURA Yoshihiko
• 金额: $ 8.06万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13555062/
• 关键词: Dynamics Simulation; Multibody Dynamics; Computer Graphics; Human Figures; Animation; Motion Generation; Humanoid Robots; Structure Analysis; コンピュータグラフィックス; 振り付け生成; 動力学計算; モーションキャプチャ; 人体モデル; 並列計算; ロボティクス; 構造可変リンク系; 効率的計算アルゴリズム; 人間行動情報

The research results are summarized by the following four points :1. We developed an efficient forward dynamics computation algorithm for large-scale structure varying kinematic chains such as multiple human figures. The algorithm only requires O(N) computation for the forward dynamics of N articulated bodies. The computation time can be further reduced to O(logN) by applying parallel computation. The algorithm is as efficient as the most advanced forward dynamics algorithms and also applicable to structure-varying kinematic chains.2. We developed an inverse kinematics algorithm that computes a whole-body posture from the user-specified positions of a few links, and applied it to CG animation software package. The algorithm enables the users to create animations much easier than using existing CG software packages.3. We developed several methods for generating physically feasible motions of human figures by combining the above forward dynamics and the inverse kinematics algorithms. The users can generate physically natural motions through the simple interface.4. We developed an interface for game applications utilizing dynamics simulation. Our approach proved to be efficient for such motions as circus and acrobatic ones that are inherently difficult to be captured from human performance.

研究结果总结了以下四个：1。我们开发了一种有效的向前动力学计算算法，用于大规模结构的变化运动链，例如多个人物。该算法仅需要n个铰接体的正向动力学的O（n）计算。通过应用并行计算，可以将计算时间进一步减少为O（logN）。该算法与最先进的正向动力学算法一样有效，也适用于结构变化的运动链2。我们开发了一种反向运动学算法，该算法从几个链接的用户指定位置计算全身姿势，并将其应用于CG动画软件包。该算法使用户可以比使用现有CG软件包更容易创建动画。3。我们开发了几种方法，用于通过结合上述正向动力学和逆运动算法来产生人物的物理可行运动。用户可以通过简单接口生成身体自然的运动。4。我们开发了一个使用动力学模拟的游戏应用程序的接口。事实证明，对于马戏团和杂技杂技的动作而言，我们的方法固有地从人类的绩效中捕获。

项目成果

栗原一貴, 鈴木一郎, 山根克, 中村仁彦: "モーションキャプチャと詳細人体モデルを用いた逆運動学計算による筋骨格力学計算"第20回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3C15 (2002)

Kazuki Kurihara、Ichiro Suzuki、Masaru Yamane、Hitoshi Nakamura：“使用运动捕捉和详细人体模型进行逆运动学计算的肌肉骨骼动力学计算”日本机器人学会第 20 届年会论文集 3C15（2002 年）。

山根, 中村: "ヒューマンフィギュアの全身動作生成のための協応構造化インタフェース"第19回日本ロボット学会学術講演会講演論文集. (3A33). (2001)

Yamane, Nakamura：“生成人体全身运动的协作结构化接口”日本机器人学会第 19 届学术会议论文集 (3A33)。

K.Yamane, Y.Nakamura: "Efficient Parallel Dynamics Computation of Human Figures"Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation. 530-537 (2002)

K.Yamane、Y.Nakamura：“人体的高效并行动力学计算”IEEE 国际机器人与自动化会议论文集。

Katsu Yamane, Yoshihiko Nakamura: "Synergetic CG Choreography through Constraining and Deconstraining at Will"Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation. Vol.1. 855-862 (2002)

Katsu Yamane、Yoshihiko Nakamura：“通过随意约束和解除约束实现协同 CG 编排”Proc。

S.Noji, T.Fujii, M.Nakajima: "Dynamics-Based Interactive Acrobatic Motion Generator"Proceedings of International Workshop on Advanced Image Technology. 243-247 (2002)

S.Noji、T.Fujii、M.Nakajima：“基于动力学的交互式杂技运动生成器”高级图像技术国际研讨会论文集。