가상 인간

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가상 인간(또는 디지털 인간)^[1]은 소프트웨어 가상의 캐릭터 또는 인간입니다.연구 영역은 그들의 표현, 움직임 및 행동과 관련이 있습니다.다양한 산업(항공우주, 자동차, 기계, 가구 등), 의류 산업, 통신(아바타), 의료 등에서 시뮬레이션, 게임, 영화 및 TV 제작, 인적 요인 및 인체공학 및 사용적합성 연구 등 다양한 응용 분야가 있습니다.이러한 애플리케이션에는 도메인 의존적 시뮬레이션 충실도가 필요합니다.의료 애플리케이션은 특정 내부 기관의 정확한 시뮬레이션을 요구할 수 있습니다. 영화 산업은 최고의 미적 기준, 자연스러운 움직임 및 얼굴 표정을 요구합니다. 인체공학적 연구는 특정 인구 부문에 대한 충실한 신체 비율과 제약 조건이 있는 현실적인 이동 등을 요구합니다.연구는 또한 가상 인간의 인간과 같은 외모가 광고 맥락에서 애니메이션과 같은 가상 인간보다 더 높은 메시지 신뢰성을 보여준다는 것을 보여줍니다.

메타휴먼을 통한 언리얼 엔진과 Wēta FX를 인수한 유니티와 같은 게임 엔진은 물리 기반 렌더링을 사용하여 디지털 인간과 실시간 상호 작용을 가능하게 했습니다.

조사.

가상 인간 분야는 다양한 연구 주제로 구성된 방대한 연구 영역입니다.

• 3D 스캐너, 디지타이저 및 기하학 변형 및 모델링을 위한 소프트웨어 도구를 사용하여 3D 그래픽에서 사람 모양을 만드는 작업을 처리하는 해부학 및 기하학.
• 모발 및 피부 생성, 표현 및 렌더링.^[5][6] 정확하고 성능이 뛰어난 시뮬레이션을 위해서는 컴퓨팅 및 테셀레이션 셰이더와 같은 최신 컴퓨터 그래픽 기술이 필요합니다.
• 환경 상호작용에 대응하는 골격 애니메이션 및 물리 기반 애니메이션.방법에는 매개 변수 키 프레임 ^[9]세트를 선택하는 동작 트리, 절차 역 운동학 또는 신경망 구동 이동 ^[10]제어가 포함됩니다.기준 데이터를 얻는 일반적인 방법은 모션 캡처를 통해 얻을 수 있습니다.

• 차체 표면 애니메이션, 변형 또는 스킨, 기초 골격 구조의 움직임에 대한 가시적 차체 표면의 변형 시뮬레이션.
• 인간의 의사소통에 필수적인 역할을 하는 얼굴 애니메이션.두 가지 주요 얼굴 애니메이션 연구가 존재합니다. 매개 변수화된 모델과 근육 모델입니다.
• 주어진 궤적과 속도를 기반으로 자연스럽게 보이는 보행 동작을 생성해야 하는 보행 또는 보행 생성.
• 장애물 회피, 장애물을 피하면서 걷기 위한 최적의 궤적을 찾기 위해 교차로 또는 비충돌 위치 제약 조건에 따라 일부 제어 목표를 충족시키는 작업
• 잡기. 물체를 잡기 위한 최상의 팔과 손 동작을 생성해야 합니다.잡는 것은 종종 머리와 몸통, 그리고 눈의 통제와 시선에 크게 의존하는 도달하기 전에 선행됩니다.
• 행동 ^[11]애니메이션은 애니메이션에 더 많은 캐릭터와 개성을 부여하기 위해 노력하여 역학 기반 애니메이션보다 더 자연스럽고 개인화된 것처럼 보이게 합니다.예를 들어, 음성 제스처 ^[12]생성입니다.

가상 인간의 종류

가상 인간에는 두 가지 주요 클래스가 있습니다.

• 아바타: 아바타(컴퓨팅)는 사용자의 그래픽 표현입니다.아바타는 팰리스, 세컨드 라이프, 액티브 월드, IMWU, 제페토 등과 같은 온라인 세계에 의해 대중화되었습니다.
• 자율 가상 인간: 자율 가상 인간은 구현체를 가진 자율 에이전트 또는 구현된 에이전트입니다.

버추얼 휴먼의 특별한 경우는 버추얼 액터인데, 버추얼 액터는 기존의 개성을 표현하고 영화나 시리즈에서 연기하는 버추얼 휴먼(아바타 또는 자율형)입니다.

가상 인간의 역사

초기 모델

인체공학적 분석은 인간의 형상과 움직임을 모델링하기 위한 컴퓨터 그래픽의 초기 응용 프로그램 중 일부를 제공했습니다.20세기 초의 보잉 아트 디렉터인 윌리엄 페터는 컴퓨터를 사용하여 인간의 모습을 그린 최초의 사람이었습니다.이 인물은 "보잉 맨"으로 알려져 있습니다.보잉 747의 계기판을 연구하는 데 사용된 7개의 관절이 달린 "퍼스트 맨"은 사람의 골반, 목, 어깨, 그리고 팔꿈치를 관절로 연결하여 많은 조종사의 움직임을 보여줄 수 있게 했습니다."퍼스트 맨"에 12개의 추가 관절이 추가되어 "세컨드 맨"이 만들어졌습니다.이 그림은 Edward Muybridge가 제작한 일련의 사진을 기반으로 애니메이션 필름 시퀀스를 생성하는 데 사용되었습니다.

그 후 여러 회사에서 여러 모델을 개발했습니다. 사이버맨(사이버네틱 맨 모델)은 크라이슬러사가 자동차 ^[13]내부와 주변의 인간 활동을 모델링하기 위해 개발했습니다.이는 15개의 조인트를 기준으로 하며 관찰자의 위치는 사전 정의됩니다.Combiman (컴퓨터화된 생체역학 인간 모델)은 인간이 ^[14]조종석에서 물체에 얼마나 쉽게 도달할 수 있는지를 테스트하기 위해 특별히 설계되었습니다. 그것은 35개의 내부 연결 골격 시스템을 사용하여 정의됩니다.Boeman은 1969년에 Boeing ^[15]Corporation에 의해 디자인되었습니다.그것은 50백분위수의 3차원 인간 모델을 기반으로 합니다.그는 바구니와 같은 물체에 손을 뻗을 수 있고, 충돌이 감지되고, 시각적 간섭이 식별됩니다.Boeman은 링크 길이가 가변적인 23개의 조인트 피규어로 제작되었습니다.Sammie(인간 기계 상호 작용 평가 지원 시스템)는 1972년 노팅엄 대학교에서 일반 에르고노메트릭 설계 및 분석을 ^[16]위해 설계되었습니다.이것은 지금까지 가장 잘 매개변수화된 인간 모델이었고 날씬, 지방, 근육 등의 신체적 유형을 선택할 수 있습니다.비전 시스템은 매우 개발되었으며 17개의 관절과 21개의 견고한 연결을 기반으로 Sammie에 의해 복잡한 물체가 조작되었습니다.또 다른 흥미로운 Virtual Human인 Buford는 ^[17]Rockwell International에서 운영자가 배치한 모델 주변의 리치 및 클리어런스 영역을 찾기 위해 개발되었습니다.이 그림은 50백분위수 인간 모델을 나타내며 CAD에서 생성된 다각형으로 덮여 있습니다.Buford는 수정할 때마다 재정의되어야 하는 15개의 독립 링크로 구성되어 있습니다.

얼굴 모델링에서, 파크는 유타 대학에서 머리와 얼굴을 표현했고, 3년 후, 그는 더 현실적인 ^[18]얼굴을 만들기 위해 파라메트릭 모델을 제안했습니다.

일부 연구원들은 또한 Poter와 Willmert의 실린더 또는 Herbison-Evans의 ^[20]타원체와 같은 가상 인간 모델을 만들기 위해 기본 볼륨을 사용했습니다.Badler와 Smoliar는 Bubbleman을 여러 개의 구체 또는 거품으로 구성된 3차원 인간 형상으로 제안했습니다.모델은 구들의 중첩을 기반으로 하였으며, 구들의 강도와 크기는 관찰자와의 거리에 따라 다릅니다.

1980년대 초, 사이먼 프레이저 대학의 운동학과 컴퓨터 과학 교수인 톰 캘버트는 전위차계를 신체에 부착하고 그 출력을 안무 연구와 움직임 이상의 임상 평가를 위해 컴퓨터 애니메이션 수치를 구동하는 데 사용했습니다.Calvert의 애니메이션 시스템은 캐릭터의 ^[22]움직임을 완전히 명시하기 위해 움직임 캡처 장치를 Labanotation 및 키네마틱 사양과 함께 사용했습니다.

동시에 Jack 소프트웨어 패키지는 펜실베니아 대학의 인간 모델링 및 시뮬레이션 센터에서 개발되었으며 Tecnomatix에서 상업적으로 사용할 수 있게 되었습니다. Jack은 관절 모양을 제어하기 위한 3D 대화형 환경을 제공했습니다.상세한 인간 모델을 특징으로 하며, 현실적인 행동 제어, 인체측정학 스케일링, 작업 애니메이션 및 평가 시스템, 뷰 분석, 자동 도달 및 파악, 충돌 감지 및 회피, 그리고 광범위한 애플리케이션에 유용한 기타 많은 도구를 포함합니다."

영화 및 데모 제작

80년대 초반에 여러 회사와 연구 그룹이 가상 인간과 관련된 단편 영화와 데모를 제작했습니다.특히, 흔히 트리플 I 또는 III라고 불리는 Information International Inc.는 피터 폰다의 머리를 3D 스캔하여 컴퓨터 그래픽스가 놀라운 일을 할 수 있는 가능성을 보여주었고, 궁극적인 데모인 "아담 파워스, 저글러"를 제작했습니다.

1982년, 필립 버거론, 나디아 마그네나트 탈만, 다니엘 탈만은 파리에서 뉴욕으로 대서양을 가로질러 운송되는 사람을 묘사하는 영화인 드림 플라이트를 제작했습니다.이 영화는 그래픽 추상 데이터 유형에 기반한 파스칼 언어의 확장인 MIRA 그래픽 언어를 사용하여 완전히 프로그래밍되었습니다.이 영화는 여러 상을 받았고 SIGGRAPH '83 Film Show에서 상영되었습니다.또 다른 영화는 1985년에 돌파구가 되었는데, 이야기를 하기 위해 처음으로 얼굴 애니메이션 기술을 사용한 영화 "토니 드 펠트리"입니다.같은 해 동안, 믹 재거의 노래를 위한 하드 우먼 비디오는 스타일화된 여성의 멋진 애니메이션을 보여주는 디지털 프로덕션에 의해 개발되었습니다.동시에, "The Making Of Brilliance"는 로버트 아벨 & Associates가 TV 광고로 제작했으며, 당분간 놀라운 움직임과 렌더링을 보여주었습니다.l987년에, 캐나다 공학 연구소는 그것의 100주년을 기념했습니다.Bell Canada와 Northern Telecom이 후원하는 주요 행사가 몬트리올의 Place des Arts에서 열렸습니다.이 행사를 위해, Nadia Magnenat-Thalmann과 Daniel Thalmann은 Merilyn Monroe와 Humphrey Bogart가 몬트리올의 오래된 마을에 있는 카페에서 만나는 것을 시뮬레이션했습니다.몬트리올의 랑데부 영화는 3D 전설적인 스타들을 모델로 한 최초의 영화였습니다.이 영화는 실제 인간의 ^[23]행동 모델링뿐만 아니라 3D 복제 측면에 대한 광범위한 연구의 결과입니다.

1988년에 "틴 토이"는 최고의 단편 애니메이션 영화로서 오스카 상을 수상한 최초의 컴퓨터 영화였습니다.그것은 바보 같은 아기인 빌리로부터 탈출을 시도하는 양철 원맨 밴드 장난감에 관한 이야기입니다.같은 해 deGraf/Wahrman은 새로운 4D 기계의 실시간 기능을 시연하기 위해 Silicon Graphics용 "Mike the Talking Head"를 개발했습니다.마이크는 입, 눈, 표정, 그리고 머리 위치를 포함한 캐릭터의 얼굴의 많은 매개 변수를 한 명의 인형사가 다룰 수 있도록 특별히 제작된 컨트롤러에 의해 구동되었습니다.Silicon Graphics 하드웨어는 연주자가 제어하는 얼굴 표정과 머리 모양 사이에 실시간 보간을 제공했습니다.마이크는 그 해의 SIGGRAPH 영화 및 비디오 쇼에서 라이브로 공연되었습니다.

1989년, Kleiser-Walczak은 뮤직 비디오를 위해 노래를 부르면서 마이크 앞에서 춤을 추는 한 여성의 컴퓨터 애니메이션인 Dozo를 제작했습니다.그들은 신체에 놓여진 작은 반사 테이프 조각의 이미지를 삼각 측량하기 위해 여러 대의 카메라가 있는 모션 분석의 광학 기반 솔루션을 사용하여 모션을 캡처했습니다.결과 출력은 공간에 있는 각 반사체의 3D 궤적입니다.

1989년, 영화 "어비스"에서, 특정 시퀀스는 물이 많은 유사동물이 사람의 얼굴을 얻는 것을 보여줍니다.이것은 미래의 합성 캐릭터들을 위한 중요한 단계를 나타냅니다. 왜냐하면 한 모양을 다른 사람의 얼굴로 바꾸는 것이 가능했기 때문입니다.1989년, "The Little Death"와 "Virtually Yours"의 여배우 로타 데지는 진보된 얼굴 애니메이션과 최초의 컴퓨터 애니메이션 키스를 선보였습니다.그리고 나서, "터미네이터 2" 영화는 1991년에 실제 사람들과 장식들이 섞인 가상의 인간들의 애니메이션에 이정표를 세웠습니다.

90년대에, 몇몇 단편 영화들이 제작되었는데, 가장 잘 알려진 것은 픽사의 "제리의 게임"으로 아카데미 단편 애니메이션 상을 받았습니다.

더 최근의 가상 인간 연구 개발

행동 애니메이션은 크레이그 ^[24]레이놀즈에 의해 소개되고 개발되었습니다.그는 집단의 직관과 움직임을 연구하기 위한 목적으로 물고기 떼와 함께 새 떼를 모의 실험했습니다.무세와 탈만은 가상 세계에 거주하기 위해 수많은 가상 인간을 통합함으로써 크라우드 시뮬레이션 분야를 시작했습니다.

90년대부터 연구자들은 실시간 애니메이션과 가상 세계와의 상호 작용으로 전환했습니다.Virtual Reality, Human Animation 및 Video Analysis 기술의 결합은 Virtual Reality에서의 Virtual Human의 통합, 이러한 가상 인간과의 상호 작용, 복제 또는 아바타 또는 가상 세계의 참가자로서의 자기 표현으로 이어졌습니다.가상 환경과의 상호 작용은 다양한 수준의 사용자 구성으로 계획되었습니다.고급 구성에는 사용자가 로컬 및 웹을 통해 디지털 데이터 환경을 탐색하는 데 도움이 되는 가상 인간과 음성, 제스처 및 생리학적 신호로 상호 작용할 수 있는 몰입형 환경이 포함될 수 있습니다.이를 위해 가상 인간은 사용자의 몸짓, 말투, 표정을 인식하고 말과 애니메이션으로 ^[25]대답할 수 있게 되었습니다.이 개발의 궁극적인 목표는 적응, 인식 및 기억력을 갖춘 현실적이고 믿을 수 있는 가상 인간을 만드는 것입니다.이 가상의 인간들은 감정을 시뮬레이션하면서 자유롭게 행동할 수 있는 가상의 인간을 생산하는 오늘날의 연구의 길을 열었습니다.이상적인 목표는 환경을 인식하고 예측할 수 없도록 하는 것입니다.

가상 인간의 응용

• 시뮬레이션 기반 학습 및 훈련(교통, 토목 등), 기술 개발, 팀 조정 및 의사 결정을 위한 가상 인력.
• 작업 환경 및 차량의 인체공학적 분석을 위한 가상 사용자.
• TV와 웹을 위한 가상 발표자.
• 가상의 개인과 군중은 비상 상황에 대비한 시뮬레이션과 훈련을 위해 모입니다.
• 의류 산업을 위한 가상 마네킹.
• 영화를 위한 가상 배우들.
• 정형외과, 성형외과, 보철과 재활을 위한 가상 환자들.
• 사회불안장애 및 공포증 치료를 위한 가상인 및 가상심리치료
• 가상 도시 및 건축 시뮬레이션을 위한 가상 거주자, 건물, 경관 및 조명 등
• 컴퓨터 게임 및 루나파크/카지노용 가상 문자입니다.
• 스포츠 시뮬레이션 및 교육을 위한 가상 선수.
• 전장 시뮬레이션, 팀 훈련 및 평화 유지 작전과 같은 군사 애플리케이션을 위한 가상 군인.
• 인터랙티브 드라마의 가상 캐릭터
• 산업 또는 기타 작업장 ^[26]환경에서 인간 활동 시뮬레이션을 위한 가상 작업자.
• 사람이 사는 문화유산을 위한 가상의 고대인들.
• 전송 대역폭 요구사항을 줄이기 위한 가상 회의 참가자의 가상 표현입니다.
• 장비 설계 및 유지관리를 위한 가상 직원: 접근성, 수리 용이성, 안전성, 공구 간극, 가시성 등을 위한 설계
• 인적 요인 분석을 위한 가상 인물.

외부 링크

가상 인간에 관한 책

• Nadia Magnenat-Thalmann(편집자), Daniel Thalmann(편집자), 가상 인간의 핸드북, ISBN 978-070-02316-7, 468페이지, Wiley, 2004년 8월(ACM 디지털 라이브러리)
• Peter M. Plantec, 가상 인간: 소프트웨어와 단계별 지침이 포함된 Build-I-Yourself 키트, Amacom, 2003
• David Burden, Maggi Savin-Baden, 2020년 현재와 내일의 가상 인간, Chapman 및 Hall/CRC

가상 인간의 일부 내용이 포함된 책.

• Wayne E. Carlson, 컴퓨터 그래픽스 및 컴퓨터 애니메이션: 크리에이티브 커먼즈 속성-비상업적-무파생상품 4.0 국제 라이선스로 라이선스된 회고적 개요
• 로봇 및 가상 인간과의 커뮤니케이션 모델링, Ziff 연구 그룹 2005/2006 독일 빌레펠트, 인간과 기계의 커뮤니케이션 구현에 관한 국제 워크숍, 2006년 4월 5-8일, 수정된 선정 논문

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