角色動畫中腳步滑動之即時偵測與校正

Abstract

隨著電腦動畫的進步，在電影、電玩以及許多合成影像上加入電腦動畫已經是越來越頻繁的一種技術。當需要使用到人體的動作時，為了取得真實的人體動作，經由動態捕捉技術來擷取動作在空間中的相對位置以及數據，已經是很普及的取得人體動作的方法。當設計動畫的人在使用這些人體動作時，由於取得的動作都是片段的方式呈現，為了將動作及動作連接起來或者是產生新的動作，便會利用內插來產生所需要的動作。而直接內插的結果往往會產生異常的動作，像是在腳部的動作便會因為內插的限制的關係而產生滑動或是不自然的移動，所以如何將這些情況解決便成為一定要解決的問題。

要解決這個問題，首先便是要判斷在內插的結果之中是否有產生滑動或是不自然的移動，為了要能夠自動化的判斷這些情況是否產生，可以把判斷分成兩個部分：首先便是判斷左右腳何時接觸地面，滑動以及所謂的不自然移動主要因素都是因為人體腳掌在接觸地面之後，未離開地面卻產生雙腳移動的情況，因此可先藉由判斷雙腳的落地情況作更進一步的判斷。

我們利用支援向量機(Support Vector Machine) 來判斷腳部落地的時間可以更有效並且更快速的判斷連續的動作之間雙腳的落地情況，藉由不同的特徵來選出針對不同情況下的動作，可以讓整體的判斷更為準確，經由正確的判斷腳部的落地之後，便可以對於腳部落地後是否產生移動作出更簡單的判斷。計算出合理的腳步落地的時間以及位置之後，便可以利用反向動力學(Inverse Kinematics)的方式將不自然的腳部運動調整到落地的位置，便可消除有腳部滑動的情況。 以往對於角色動畫中腳步滑動作處理的研究中，有研究對於消除滑步的產生，使用的方式是對於角色的骨骼構造提出一套調整的方式，利用幾個步驟的判斷及計算，並且對骨骼構造作調整後，便能消除滑步的產生；而有些研究則是利用機械學習的方式，提出一套機制並提供數據用來訓練之後，利用結果來判斷出角色在空間中的腳步情況，並且對腳步動作做類似的方式固定。

相較於之前的研究方式，我們所提出的方式，針對以上所提出的兩個部分做了改善。最為主要的便是有關於判斷腳步接觸地面以及滑步產生的情況。加入了支持向量機的訓練方式，對於機械學習所需要提供的數據上，只需要使用較少並且減少繁複的計算的數據，便可以有更好的結果，同時也可以減少使用者互動測試的時間，而在角色動作的複雜度上，以前的研究成果中，僅對於較為簡單的走路以及跑步作出正確的判斷，我們所提出的判斷方式，不僅對於原本的走路、跑步以及跳躍之外，也可以對武術動作作出判斷；而在校正動作的部分，我們簡化了判斷的部分，在判斷出滑步的時間後，便直接對腳步進行調整，利用逆向運動學的調整方式，將腳步滑動的情況降到最低，便可以跟以往有同樣的效果了。如此，在整體上的過程來看，便可以減少所需要的資料量，也可以減少計算的時間，便可以判斷出比以往好的結果。

利用這樣的方式，我們的系統可處理任何的人體動作在進行的過程，即使的判斷並且去除腳部滑動的問題，此技術可以快速且有效的讓動作看起來更為自然順暢。

In this thesis, we present a real-time detection and adjustment method for human foot slides animation. To classify which frame foot slides happened, first of all we need to know when ground contacted happened. After ground contacted, we can determine that foot slides or not, then we can adjust the foot position and orientation.

In order to estimate the correct frame, we apply Support Vector Machine to each frame, and we use different features for different kinds of motions. Since SVM can estimate the result quickly and efficiently, we can identify when foot slide occur in real-time and we can adjust sliding foot to the right positions.

This approach can adjust the foot that slid to the right position easily and efficiently, and it could be used in different kind of human motion.