Physically-based models have been adopted widely for character animtion. Originated from robotics, biped models for character animation also took a form of robots. The robot-like biped models have joint motors, so that the motors are controlled to rotate bodies to make desired poses.
In this thesis, we present a biped model based on the biomechanical information that human movement is controlled with tensions of muscle fibers attached to skeletal structures instead of actuated motors on joints which do not even exist in a human body. With the proposed biped model, we designed a locomotion tracker that follows given motion trajectories by optimizing the muscle fiber tensions.
캐릭터 애니메이션에 물리 기반 모델은 널리 쓰여 왔다. 캐릭터 애니메이션에 쓰이는 이족 보행 모델은 로봇 공학 분야에 대부분 기반하기 때문에 자연스럽게 로봇의 형태와 흡사한 것이 쓰인다. 로봇과 유사한 보편적인 이족 보행 모델에서 각 관절에는 작동시킬 수 있는 발동기(모터)가 부착되어, 그 발동기는 로봇이 원하는 자세를 취하도록 제어되어 몸체가 움직이게 된다.
본 논문에서 제안하는 생체 역학적인 이족 보행 모델은 사람의 움직임이 실제 사람에게는 존재하지 않는 발동기가 아닌 골격 구조에 부착된 근섬유의 장력으로 인해 제어된다는 착안에 기반한다. 이 모델에서는 사람의 신체 각 부분을 강체로 모형화시키고, 강체에 근섬유 모형을 부착시킴으로써 사람의 근골격 구조를 설계했다. 또한, 각 관절의 연골을 모형화시켜서 어느 정도의 탈골을 허용하도록 관절 구조를 모형화시켰다.
이렇게 제안한 생체 역학적 이족 보행 모델에 기반하여 주어진 동작 포착 자료를 추적하는 추적기를 설계한다. 이 추적기는 주어진 동작을 따라하기 위해 필요한 최적의 근섬유 힘을 계산한다. 몇 가지 일반적인 보행 동작에 대해 제안된 모델과 최적화 기반 추적기가 작동 하는 것을 시뮬레이션을 통해 보인다.
