【VR学まとめ】4.3.4 人物のシミュレーション

はじめに

この記事は一人VR技術者認定試験 Advent Calendar 2018の22日目の記事です。

バーチャルリアリティ学の4章「バーチャル世界の構成手法」の内容をまとめていきます。
書籍の方も是非ご購入いただいた上でご利用ください。

4 バーチャル世界の構成手法

4.3 シミュレーション

4.3.4 人物のシミュレーション

(1) 人体物理モデル

• 剛体リンク系
  • 現実的な計算時間でシミュレートするために使う
  • 球面関節
    • 3自由度回転
  • 回転関節
    • 1自由度
  • 実際は回転中心が移動したりする

引用元: バーチャルリアリティ学

(2) 計算アルゴリズム

• 力学シミュレーション(4.3.3参照)
• 逆運動学
  • リンクの位置と姿勢に対応する関節角を計算する
  • 解析的手法
    • 逆関数を求める
  • 数値的手法
    • ヤコビ行列と位置誤差の2上を評価関数とした最適化問題を解く方法
    • ニュートン法を用いて方程式の解を求める方法
    • 汎用性が高く応用も聴く
  • 解が無限に存在する
    • 手の位置・姿勢を変えずに肘の位置を変えられるなど

引用元: バーチャルリアリティ学

(3) 運動生成

• 映画などではアニメーターがキーフレームを補間して制作する方法が主流

• リアルタイム生成する必要がある

• 力学シミュレーション

  • 人間らしい運動をするための関節トルクを計算する制御系が必要
    • 転倒しないための制御
  • 関節制御
    • 各関節は与えられた目標値に追従する
    • 全体のバランスは考慮されていない
  • バランス制御
    • 重心位置を目標位置に戻すための仮想的な力を計算し、各関節のトルクに変換する
    • 外力に対する反応の運動を生成できる
    • バランス制御は保証されていない
  • 有限状態機械
    • 各状態の制御系は事前に用意しておく

引用元: バーチャルリアリティ学

• モーションキャプチャを利用する方法
  • 計測したデータを加工するので基本的に転倒などがない
  • モーショングラフ
    • クリップを複数用意して状況に応じた順序で再生する方法
    • 似た姿勢で遷移すれば滑らかになる

引用元: バーチャルリアリティ学

まとめ

バランス制御は難しいですね。

一人VR技術者認定試験 Advent Calendar 2018の23日目は第15回VR技術者認定試験（セオリーコース） 模範解答の予想です