Виртуальный человек
Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2021 г. ) |
Виртуальный человек (или цифровой человек ) [ 1 ] — это , созданный программой вымышленный персонаж или человек . Виртуальные люди были созданы в качестве инструментов и искусственных компаньонов в симуляции , видеоиграх , кинопроизводстве , человеческом факторе, исследованиях эргономики и удобства использования в различных отраслях (аэрокосмическая, автомобильная, машиностроительная, мебельная и т. д.), швейной промышленности, телекоммуникациях (аватары), медицине. и т. д. Эти приложения требуют точности моделирования, зависящей от предметной области. Медицинское применение может потребовать точного моделирования конкретных внутренних органов; киноиндустрия требует высочайших эстетических стандартов, естественных движений и мимики; эргономические исследования требуют точных пропорций тела для определенного сегмента населения, реалистичного передвижения с ограничениями и т. д.
Игровые движки, такие как Unreal Engine, через метачеловека [ 2 ] и Unity , приобретя Wētā FX [ 3 ] обеспечили взаимодействие с цифровыми людьми в реальном времени с использованием физического рендеринга .
Исследовать
[ редактировать ]Мы рассматриваем виртуального человека как нечто большее, чем просто полезный артефакт. Мы рассматриваем это как инструмент для понимания самих себя. Если мы сможем смоделировать поведение виртуального человека в виртуальном мире, неотличимое от поведения реального человека, то мы утверждаем, что уловили кое-что о том, что значит быть человеком.
— Воспринимающие системы, Институт интеллектуальных систем Макса Планка.
Исследования виртуальных людей включают междисциплинарное сотрудничество таких видов деятельности, как машинное обучение , разработка игр и искусственная нейробиология .
- Анатомия и геометрия : моделирование человеческого тела с помощью 3D-сканеров , дигитайзеров и программных инструментов.
- волос и кожи Генерация , представление и рендеринг . [ 4 ] [ 5 ] Для точного и производительного моделирования требуются современные методы компьютерной графики, такие как вычислительные и тесселяционные шейдеры. [ 6 ] [ 7 ]
- Скелетная анимация и физическая анимация в ответ на взаимодействие с окружающей средой. Методы включают деревья поведения, выбирающие параметрические ключевых кадров , наборы [ 8 ] процедурная инверсная кинематика или нейронной сетью . управление локомоцией, управляемое [ 9 ] Распространенным способом получения справочных данных является захват движения.
- Анимация и деформация поверхности тела или снятие шкур , имитирующая деформацию видимой поверхности тела относительно движения базовой структуры скелета. [ 10 ]
- Лицевая анимация , играющая важную роль в общении людей. Существуют два основных направления исследования лицевой анимации: параметризованные модели и модели мышц.
- ходьбы или походки Генерация , которая должна генерировать естественно выглядящие движения ходьбы на основе заданной траектории и скорости.
- Уклонение от препятствий , задача достижения некоторой цели управления с учетом ограничений положения непересечения или нестолкновения, чтобы найти оптимальную траекторию ходьбы, избегая при этом препятствий.
- Захват , который должен обеспечивать наилучшее движение рук и кистей для захвата объекта. Хватанию часто предшествует дотягивание , которое во многом зависит от контроля головы и туловища, а также от контроля глаз и взгляда.
- Поведение , [ 11 ] стремясь придать анимации больше характера и индивидуальности, чтобы она выглядела более естественной и персонализированной, чем анимация, основанная на механике. Например, генерация речевых жестов. [ 12 ]
Типы
[ редактировать ]Существует два основных класса виртуальных людей: [ по мнению кого? ]
- Аватары: (вычислительный) — это графическое представление пользователя аватар . Аватары были популяризированы такими онлайн-мирами, как The Palace , Second Life , Active Worlds, IMWU, Zepeto и другими.
- Автономный виртуальный человек: автономный виртуальный человек — это автономный агент с воплощением или воплощенный агент .
Частным случаем Виртуального Человека является Виртуальный Актер , который представляет собой Виртуального Человека (аватара или автономного), представляющего существующую личность и действующего в фильме или сериале.
История
[ редактировать ]Ранние модели
[ редактировать ]Эргономический анализ стал одним из первых применений компьютерной графики для моделирования человеческой фигуры и ее движений. Уильям Феттер , арт-директор Boeing в начале 20 века, был первым человеком, нарисовавшим человеческую фигуру с помощью компьютера. Эта фигура известна как «Человек Боинг». Семичленный «Первый человек», используемый для изучения приборной панели Боинга 747, позволял отображать многие движения пилота, шарнирно сочленяя таз, шею, плечи и локти фигуры. Добавление двенадцати дополнительных суставов к «Первому человеку» привело к появлению «Второго человека». Этот рисунок был использован для создания набора анимационных фильмов на основе серии фотографий, созданных Эдвардом Мейбриджем .
Затем различными компаниями было разработано несколько моделей : Cyberman (Кибернетическая модель человека) была разработана корпорацией Chrysler для моделирования деятельности человека внутри автомобиля и вокруг него. [ 13 ] В его основе 15 суставов; положение наблюдателя предопределено. Combiman (компьютеризированная биомеханическая модель человека) была специально разработана для проверки того, насколько легко человек может дотянуться до объектов в кабине; [ 14 ] он определяется с использованием 35 внутренних звеньев скелетной системы. Boeman был разработан в 1969 году корпорацией Boeing. [ 15 ] Он основан на трехмерной модели человека 50-го процентиля. Он может тянуться к таким объектам, как корзины, распознавать столкновения и визуальные помехи. Боеман представляет собой 23-суставную фигуру с переменной длиной звеньев. Сэмми (Система оценки взаимодействия человека и машины) была разработана в 1972 году в Ноттингемском университете для общего эргонометрического проектирования и анализа. [ 16 ] На данный момент это была лучшая параметризованная модель человека, и она представляет выбор физических типов: стройный, толстый, мускулистый и т. д. Система зрения была очень развита, и Сэмми манипулировал сложными объектами на основе 21 жесткой связи с 17 суставы. Еще один интересный виртуальный человек, Buford, был разработан в Rockwell International для поиска зон досягаемости и свободного пространства вокруг модели, установленной оператором. [ 17 ] Фигура представляла собой модель человека 50-го процентиля и была покрыта полигонами, созданными CAD. Buford состоит из 15 независимых звеньев, которые необходимо переопределять при каждой модификации.
В области моделирования лица Парк создал изображение головы и лица в Университете Юты , а три года спустя он предложил параметрические модели для создания более реалистичного лица. [ 18 ]
Некоторые исследователи также использовали элементарные объемы для создания виртуальных моделей человека, например, цилиндров Потера и Уиллмерта. [ 19 ] или эллипсоиды Хербисона-Эванса. [ 20 ] Бадлер и Смоляр [ 21 ] предложил Бабблмена как трехмерную человеческую фигуру, состоящую из множества сфер или пузырей. Модель была основана на перекрытии сфер, причем интенсивность и размер сфер менялись в зависимости от расстояния от наблюдателя.
В начале 1980-х годов Том Калверт, профессор кинезиологии и информатики в Университете Саймона Фрейзера , прикрепил потенциометры к телу и использовал их результаты для управления компьютерно-анимационными фигурами для хореографических исследований и клинической оценки нарушений движений. В системе анимации Калверта использовалось устройство захвата движения вместе с Labanotation и кинематическими спецификациями, чтобы полностью описать движение персонажа. [ 22 ]
В то же время пакет программного обеспечения Jack был разработан в Центре моделирования и моделирования человека Пенсильванского университета и стал коммерчески доступным от Tecnomatix . Джек предоставил интерактивную 3D-среду для управления шарнирно-сочлененными фигурами. Он представлял собой детальную модель человека и включал реалистичные элементы управления поведением, антропометрическое масштабирование, системы анимации и оценки задач, анализ представлений, автоматический захват и захват, обнаружение и предотвращение столкновений и множество других полезных инструментов для широкого спектра приложений. "
Производство фильмов и демо
[ редактировать ]В начале восьмидесятых несколько компаний и исследовательских групп выпустили короткометражные фильмы и демоверсии с участием виртуальных людей. В частности, компания Information International Inc , обычно называемая Triple-I или III, продемонстрировала потенциал компьютерной графики для удивительных вещей, создав 3D-скан головы Питера Фонды и окончательную демонстрацию « Адам Пауэрс, жонглер» .
В 1982 году Филипп Бержерон, Надя Магненат-Тальманн и Даниэль Тельманн продюсировали «Полет мечты» , фильм, изображающий человека (сочлененную фигурку), перенесенного через Атлантический океан из Парижа в Нью-Йорк. Фильм был полностью запрограммирован с использованием графического языка MIRA, расширения языка Паскаль, основанного на графических абстрактных типах данных . Фильм получил несколько наград и был показан на SIGGRAPH киношоу '83. Другой фильм стал прорывом в 1985 году, фильм « Тони де Пельтри », в котором впервые использовались методы лицевой анимации, чтобы рассказать историю. клип Hard Woman на песню Мика Джаггера разработала В том же году компания Digital Productions , в котором была представлена красивая анимация стилизованной женщины. В то же время фильм «The Making Of Brilliance» был создан компанией Robert Abel & Associates как телевизионный рекламный ролик и на данный момент продемонстрировал невероятную динамику и рендеринг.
В 1987 году Инженерный институт Канады отметил свое 100-летие. Крупное мероприятие, спонсируемое Bell Canada и Northern Telecom , состоялось на площади Искусств в Монреале . Для этого мероприятия Надя Магненат-Тальманн и Дэниел Тельманн смоделировали встречу Мэрилин Монро и Хамфри Богарта в кафе в старом городе Монреаля. Этот фильм «Свидание в Монреале» стал первым фильмом, в котором легендарные звезды были смоделированы в 3D. Фильм является результатом обширного исследования аспекта 3D-клонирования реальных людей, а также моделирования их поведения. [ 23 ]
В 1988 году « Оловянная игрушка » стал первым фильмом, снятым на компьютере и получившим « Оскар» (как лучший короткометражный анимационный фильм). Это история о жестяной игрушке, состоящей из одного человека , пытающейся сбежать от Билли, глупого младенца. В том же году компания deGraf/Wahrman разработала «Говорящую голову Майка» для Silicon Graphics, чтобы продемонстрировать возможности своих новых 4D-машин в режиме реального времени. Майком управлял специально построенный контроллер, который позволял одному кукловоду управлять многими параметрами лица персонажа, включая рот, глаза, выражение и положение головы. Аппаратное обеспечение Silicon Graphics обеспечивало интерполяцию в реальном времени между выражением лица и геометрией головы под контролем исполнителя. Майк выступал вживую на SIGGRAPH кино- и видеошоу того года.
В 1989 году Клейзер- Вальчак создал «Дозо», компьютерную анимацию женщины, танцующей перед микрофоном и поющей песню для музыкального клипа. Они зафиксировали движение, используя оптическое решение Motion Analysis с несколькими камерами для триангуляции изображений небольших кусочков светоотражающей ленты, помещенных на тело. В результате получается трехмерная траектория каждого отражателя в пространстве.
В 1989 году в фильме « Бездна » в определенном эпизоде показано, как водянистая ложноножка приобретает человеческое лицо. Это стало важным шагом для будущих синтетических персонажей, поскольку тогда стало возможным трансформировать одну форму в другое человеческое лицо. В 1989 году Лотта Дезире, актриса фильмов «Маленькая смерть» и «Виртуально твой», продемонстрировала передовую лицевую анимацию и первый поцелуй, анимированный на компьютере. Затем фильм « Терминатор 2 » в 1991 году ознаменовал веху в анимации виртуальных людей, смешанных с реальными людьми и декорациями.
В девяностые годы было снято несколько короткометражных фильмов, наиболее известным из которых является « Игра Джери » от Pixar , получившая премию «Оскар» за короткометражные анимационные фильмы.
Более поздние исследования
[ редактировать ]Поведенческая анимация была введена и разработана Крейгом Рейнольдсом . [ 24 ] Он моделировал стаи птиц рядом со стаями рыб с целью изучения групповой интуиции и движений. Объединив множество виртуальных людей для обитания в виртуальных мирах, Мусс и Тельман затем положили начало моделированию толпы .
Начиная с девяностых годов исследователи перешли к анимации в реальном времени и взаимодействию с виртуальными мирами. Объединение технологий виртуальной реальности , человеческой анимации и видеоанализа привело к интеграции виртуальных людей в виртуальную реальность, взаимодействию с этими виртуальными людьми и самопредставлению в качестве клона, аватара или участника виртуального мира . Взаимодействие с виртуальными средами планировалось осуществлять на различных уровнях пользовательской конфигурации. Высококачественная конфигурация может включать в себя иммерсивную среду , в которой пользователи будут взаимодействовать с виртуальными людьми с помощью голоса , жестов и физиологических сигналов, что поможет им исследовать среду цифровых данных как локально, так и через Интернет . Для этого виртуальные люди начали распознавать жесты, речь и выражения пользователя и отвечать с помощью речи и анимации. [ 25 ] Конечная цель этой разработки – создание реалистичных и правдоподобных виртуальных людей с адаптацией , восприятием и памятью . Эти виртуальные люди проложили путь современным исследованиям по созданию виртуальных людей, которые могут действовать свободно, имитируя эмоции. [ 26 ] В идеале цель состоит в том, чтобы они знали об окружающей среде и были непредсказуемы.
Приложения
[ редактировать ]- Виртуальные люди для обучения и обучения на основе моделирования (транспорт, гражданское строительство и т. д.), развития навыков, координации команды и принятия решений .
- Виртуальные пользователи для эргономического анализа рабочих сред и транспортных средств.
- Виртуальные ведущие для телевидения и Интернета.
- Виртуальные люди и толпы для моделирования и обучения в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.
- Виртуальные манекены для швейной промышленности .
- Виртуальные актеры для кино.
- Виртуальные пациенты для ортопедической хирургии , пластической хирургии , протезирования и реабилитации .
- Виртуальные люди для лечения социального тревожного расстройства и фобий, а также виртуальная психотерапия.
- Виртуальные жители для виртуальных городов и архитектурная симуляция со зданиями, ландшафтами, освещением и т. д.
- Виртуальные персонажи для компьютерных игр и лунапарков/казино.
- Виртуальные спортсмены для спортивного моделирования и обучения.
- Виртуальные солдаты для военных приложений, таких как моделирование поля боя, командная тренировка и операции по поддержанию мира.
- Виртуальные персонажи для интерактивной драмы
- Виртуальные работники для моделирования человеческой деятельности в промышленных или других рабочих условиях. [ 27 ]
- Виртуальные древние люди для обитаемых объектов культурного наследия .
- Виртуальные представления участников виртуальных конференций с целью снижения требований к полосе пропускания передачи .
- Виртуальные сотрудники для проектирования и обслуживания оборудования: дизайн для доступа, простота ремонта, безопасность, зазор для инструментов, обзорность и т. д.
- Виртуальные люди для анализа человеческого фактора .
- Виртуальный влиятельный человек . Исследования показывают, что человеческий облик виртуальных людей демонстрирует более высокий уровень доверия к сообщению, чем виртуальные люди, похожие на аниме, в рекламном контексте. [ 28 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Магненат-Тальманн, Надя; Тельманн, Дэниел (24 ноября 2005 г.). «Виртуальные люди: тридцать лет исследований, что дальше?» . Визуальный компьютер . 21 (12): 997–1015. дои : 10.1007/s00371-005-0363-6 . ISSN 0178-2789 . S2CID 10935963 .
- ^ «МетаХуман | Создатель реалистичных людей» . Архивировано из оригинала 23 августа 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ «Инструменты художественного творчества | Unity» . Архивировано из оригинала 26 августа 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ Чжоу, И; Ливэнь ] , [ cs.GR Ху
- ^ «Вулканские волосы в реальном времени» . Гитхаб . Архивировано из оригинала 23 августа 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ «Вычислительные шейдеры — Учебное пособие по Vulkan» . Архивировано из оригинала 7 июня 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ «Vulkan® 1.3.275 — Спецификация (со всеми утвержденными расширениями)» . Архивировано из оригинала 23 августа 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ «Чертежи анимации» . Архивировано из оригинала 23 августа 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ «Фазовые нейронные сети для управления персонажами» . Архивировано из оригинала 5 августа 2023 года . Проверено 23 августа 2023 г.
- ^ «Физика, управляемая данными, для анимации мягких тканей человека» . ps.is.mpg.de. Архивировано из оригинала 27 июня 2023 года . Проверено 10 сентября 2023 г.
- ^ «Поведенческая анимация» . www.red3d.com . Архивировано из оригинала 14 мая 2021 года . Проверено 5 июля 2021 г.
- ^ «GENEA Challenge 2022: Генерация совместных речевых жестов» . 4 ноября 2022 г.
- ^ Дана Уотерман и Клинтон Т. Уошберн (1978) КИБЕРМАН — инструмент проектирования человеческого фактора. Архивировано 1 ноября 2020 г., в Wayback Machine , SAE Transactions, Vol. 87, раздел 2: 780230–780458 (1978), стр. 1295–1306.
- ^ Эванс С.М. (1976). Руководство пользователя программы Combiman. Архивировано 9 июля 2021 г., в Wayback Machine , отчет AMRLTR-76-117, Дейтонский университет, Огайо.
- ^ Дули М. (1982) Программы антропометрического моделирования - опрос, заархивированный 9 июля 2021 г., в Wayback Machine , Компьютерная графика и приложения IEEE, Компьютерное общество IEEE, том 2 (9), стр. 17-25
- ^ Бонни М., Кейс К., Хьюз Б., Кеннеди Д. и др., Использование SAMMIE для автоматизированного рабочего места и проектирования рабочих задач. Архивировано 9 июля 2021 г., в Wayback Machine , Технический документ SAE 740270. , 1974 г.
- ^ В. А. Феттер. Последовательность человеческих фигур, смоделированная с помощью компьютерной графики. Архивировано 9 июля 2021 года в Wayback Machine .IEEE Comput. Граф. Приложение, 2(9):9–13, 1982 г.
- ↑ Парк Ф.И. (1972). Компьютерная анимация лиц. Архивировано 9 июля 2021 года в Wayback Machine . Учеб. Ежегодная конференция ACM
- ^ Потер Т.Э., Уиллмерт К.Д. (1975) Трехмерная модель человеческого дисплея. Архивировано 9 июля 2021 г. в Wayback Machine , Компьютерная графика, Том 9, №1, стр. 102–110.
- ^ Хербисон-Эванс Д. (1986) Анимация человеческой фигуры, Технический отчет CS-86-50, Факультет компьютерных наук Университета Ватерлоо, ноябрь.
- ^ Бэдлер Н.И., Смоляр С.В. (1979). Цифровые представления человеческого движения. Архивировано 9 июля 2021 г. в Wayback Machine , Computing Surveys, Vol.11, No.1, стр. 19-38.
- ^ Калверт Т.В., А. Патла А. (1982) Аспекты кинематического моделирования человеческого движения. Архивировано 9 июля 2021 г. в Wayback Machine , Компьютерная графика и приложения IEEE, Том 2, № 9, стр. 41-50.
- ^ Н. Магненат-Тальманн, Д. Тельманн, Направление синтетических актеров в фильме «Рандеву в Монреале». Архивировано 24 июня 2021 г., в Wayback Machine , Компьютерная графика и приложения IEEE, Том 7, № 12, 1987 г., стр.9-19
- ^ К. Рейнольдс (1987). Стаи, стада и школы: распределенная поведенческая модель. Архивировано 3 июля 2021 года в Wayback Machine . Труды ACM SIGGRAPH 87. Июль 1987 г., стр. 25–34.
- ^ Томас, Дэниел Дж. (август 2021 г.). «Виртуальные люди с искусственным интеллектом для улучшения результатов сложных операций» . Международный журнал хирургии (Лондон, Англия) . 92 : 106022. дои : 10.1016/j.ijsu.2021.106022 . ISSN 1743-9159 . PMID 34265470 . S2CID 235960454 .
- ^ Лавис, Кейт; Сагар, Марк; Бродбент, Элизабет (22 июля 2020 г.). «Влияние мультимодального эмоционального выражения на реакцию цифрового человека во время разговора о самораскрытии: вычислительный анализ языка пользователя» . Журнал медицинских систем . 44 (9). дои : 10.1007/s10916-020-01624-4 . ISSN 0148-5598 . S2CID 220717084 .
- ^ Аллен А. и Джонс К., Как виртуальные рабочие кормят школьников. Архивировано 8 февраля 2023 г., в Wayback Machine , Управление поставками , июль – сентябрь 2022 г., по состоянию на 8 февраля 2023 г.
- ^ Ким, Э.А., Д. Ким, З.Э. и Х. Шенбергер, Следующий ажиотаж в рекламе в социальных сетях: изучение эффективности поддержки бренда виртуальными влиятельными лицами. Архивировано 27 февраля 2023 г. в Wayback Machine . Границы психологии, 2023. 14:1089051.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]Книги о виртуальных людях
[ редактировать ]- Надя Магненат-Тальманн (редактор), Дэниел Тельманн (редактор), «Справочник виртуальных людей» , ISBN 978-0-470-02316-7 , 468 страниц, Wiley, август 2004 г. (Цифровая библиотека ACM)
- Питер М. Плантек, Виртуальные люди: комплект для самостоятельной сборки, в комплекте с программным обеспечением и пошаговыми инструкциями , Amacom, 2003 г.
- Дэвид Берден, Мэгги Савин-Баден, Виртуальные люди сегодня и завтра , 2020, Чепмен и Холл / CRC
Книги с содержанием виртуальных людей.
[ редактировать ]- Уэйн Э. Карлсон, Компьютерная графика и компьютерная анимация: ретроспективный обзор , лицензированный по международной лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0.
- Моделирование коммуникации с роботами и виртуальными людьми , Второй международный семинар Ziff Research Group 2005/2006 по воплощенной коммуникации в людях и машинах, Билефельд, Германия, 5–8 апреля 2006 г., Пересмотренные избранные статьи