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2020年7月17日発売

コロナ社

キャラクタアニメーションの数理とシステム

3次元ゲームにおける身体運動生成と人工知能
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内容紹介
【本書の特徴】
本書は,インタラクティブな3次元コンピュータグラフィックス (3次元CG) 映像におけるキャラクタのアニメーション生成技術に焦点を当てた教科書です。対象とする読者は3次元CGの数理的な基礎知識を持っていることと,動的なキャラクタアニメーションを担うソフトウェアシステムに必要な技術要素とその構成方法について初めて学ぶことを想定しています。
その内容は後述のとおり,ゲームエンジンにおけるアニメーションシステムの位置付けから,各種アニメーション計算アルゴリズム,アニメーションシステムの基本構成,映像シーンに適応したアニメーションの生成,アニメーションシステムと外部のシステムとの連携,そしてキャラクタAIといったキャラクタアニメーション生成技術にわたります。3次元CGアプリケーションに特有の制作工程も踏まえつつ,著者自身が初学者のときに学びたかった基礎的知識を中心に説明しています。

【著者からのメッセージ】
本書にまとめた知識は,アニメーション生成技術の開発や研究だけでなく,各種ゲームエンジンで提供されているアニメーションシステムの動作を深く理解する手助けにもなると期待しています。また,可能な限り原典を掲載するとともに,比較的新しい研究事例についても紹介しています。本書をきっかけとしてキャラクタアニメーション技術に携わる開発者・研究者の同志が増えることで,さらに素晴らしいCGアニメーションを目にする機会に恵まれることを願います。
目次
1.概論
1.1 ゲームプログラムにおけるアニメーションシステム
1.2 ソフトウェア機能部品としてのアニメーションシステム
1.3 アニメーションシステムのための静的データ
1.4 アニメーション計算処理アルゴリズムの特徴
 1.4.1 計算の即応性に関する制約
 1.4.2 計算の制御性に関する制約
 1.4.3 計算の安定性に関する制約
1.5 まとめ

2.形状変形アニメーション
2.1 形状変形アニメーションのデータ表現
2.2 頂点アニメーション
2.3 ブレンドシェイプ
 2.3.1 ブレンドシェイプの原理
 2.3.2 線形ブレンドシェイプ
 2.3.3 加算ブレンドシェイプ
2.4 ポーズスペース変形法
 2.4.1 区分線形補間法
 2.4.2 散布データ補間法
2.5 自由形状変形
2.6 スキンモデル
 2.6.1 スキンモデルの概要
 2.6.2 スキンモデルの形状変形
 2.6.3 スキンモデルとスケルトン
2.7 物理シミュレーション
 2.7.1 質点系力学に基づく形状変形
 2.7.2 バネ-マス-ダンパモデル
 2.7.3 フィードバック制御
2.8 リグ
2.9 発展的な話題

3.スケルトンアニメーション
3.1 キャラクタスキンモデル
 3.1.1 ジョイント座標系
 3.1.2 ワールド座標変換
 3.1.3 線形ブレンドスキニング
 3.1.4 行列パレット
3.2 スケルトン
 3.2.1 スケルトンの概要
 3.2.2 ジョイント階層構造
 3.2.3 アニメーションジョイント
 3.2.4 ルート
3.3 副次ジョイント
 3.3.1 補助ジョイント
 3.3.2 アタッチメントジョイント
3.4 フォワードキネマティクス
 3.4.1 ローカル姿勢とワールド姿勢
 3.4.2 ローカル行列の構成
 3.4.3 ワールド行列の計算
3.5 スケルトンアニメーションデータ
 3.5.1 キーフレームアニメーション
 3.5.2 キーポーズ
 3.5.3 区分線形キーフレーム補間法
 3.5.4 スプライン補間法
3.6 アニメーションデータの圧縮
 3.6.1 定数キーの省略
 3.6.2 アニメーションキーの圧縮
 3.6.3 キーフレームリダクション
3.7 発展的な話題

4.アニメーションシステム
4.1 アニメーションシステムの概要
4.2 アニメーションの滑らかさ
4.3 アニメーションクリップ
 4.3.1 アニメーションクリップのデータ構造
 4.3.2 サンプリング
 4.3.3 クリップの即時切り替え再生
 4.3.4 ループアニメーション
4.4 ポーズブレンド
 4.4.1 線形ポーズブレンド
 4.4.2 加算ポーズブレンド
 4.4.3 パラメトリックポーズブレンド
4.5 トランジション
 4.5.1 線形クロスフェード
 4.5.2 イーズイン・アウトクロスフェード
 4.5.3 フリーズトランジション
 4.5.4 慣性補間
 4.5.5 補間トランジション
4.6 アニメーションレイヤ
4.7 ステートマシン
 4.7.1 ステートマシンの概要
 4.7.2 単一クリップをステートとする構成
 4.7.3 アニメーションレイヤとステートマシン
4.8 ブレンドツリー
 4.8.1 ブレンドツリーの概要
 4.8.2 ステートマシンとブレンドツリーの連携
4.9 ステート遷移の自動化
 4.9.1 位相情報を用いた周期的動作の同期
 4.9.2 モーショングラフ
 4.9.3 モーションマッチング
4.10 発展的な話題

5.環境への適応
5.1 インバースキネマティクス
 5.1.1 外的環境への対応
 5.1.2 姿勢のブレンドによる関節位置の誤差
 5.1.3 1関節のインバースキネマティクス
 5.1.4 2関節のインバースキネマティクス
 5.1.5 3関節以上のインバースキネマティクス
 5.1.6 CCD IK
 5.1.7 パーティクルIK
5.2 動力学の利用
 5.2.1 動力学シミュレーション手法の利用
 5.2.2 動力学シミュレーションのパラメータ
 5.2.3 代表形状による身体形状表現
 5.2.4 体節に働く力と運動の変化の関係
 5.2.5 力と加速度に対する拘束条件
 5.2.6 動力学シミュレーションにおける摩擦とダンピング
 5.2.7 パーティクルIKによるラグドールシミュレーション
 5.2.8 PD制御による動きの重畳
5.3 環境形状の検査
 5.3.1 線分との交差判定
 5.3.2 複雑な形状との交差判定
 5.3.3 移動する形状との交差判定
 5.3.4 地形の凹凸に沿った移動
 5.3.5 交差判定のための代表形状
 5.3.6 交差判定の効率化
 5.3.7 交差判定の集約

6.連携と疎通
6.1 アニメーションシステムの外部連携
 6.1.1 外部システムとの連携メカニズム
 6.1.2 通知のコールバックとキュー
 6.1.3 通知の優先度
 6.1.4 通知データの作成と記録
 6.1.5 時間幅を持つ通知
6.2 アニメーション付加情報の活用
 6.2.1 アニメーション特徴情報の補間
 6.2.2 位相情報を利用したアニメーションの遷移
6.3 アニメーションシステムとAIシステムの間の情報伝達

7.キャラクタアニメーションと人工知能
7.1 身体と知能を持つゲームキャラクタ
7.2 キャラクタ制作
7.3 キャラクタ周りの人工知能
7.4 階層の具体的なシステム
 7.4.1 アニメーションシステムとAIの多階層化
 7.4.2 身体の知識表現
7.5 サブサンプション・アーキテクチャ
7.6 意思決定とアニメーションの間の領域
 7.6.1 1アクションの場合
 7.6.2 2アクション以上の場合
 7.6.3 物や地形を使うシステム「スマートオブジェクト」
 7.6.4 同期アニメーション
7.7 まとめ

付録
A.1 数式の表記
A.2 3次元空間における座標変換
A.3 3次元回転のパラメータ表現

引用・参考文献
索引
著者略歴
向井 智彦(ムカイ トモヒコ mukai tomohiko)
川地 克明(カワチ カツアキ kawachi katsuaki)
三宅 陽一郎(ミヤケ ヨウイチロウ miyake youichirou)
タイトルヨミ
カナ:キャラクタアニメーションノスウリトシステム
ローマ字:kyarakutaanimeeshonnosuuritoshisutemu

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コロナ社の既刊から
松井剛一/著・編集 照井直人/著 岡本覚/著 横山隆/著 田邊裕治/著 坂本信/著 ほか
日本音響学会/編集 安藤彰男/著・編集 鈴木陽一/著 古川茂人/著
深井裕二/著
藤本康孝/著 赤津観/著
本日のピックアップ
大蔵財務協会:大坪和敏 
金子書房:江川玟成 
技術評論社:技術評論社編集部+AYURA+稲村暢子+リブロワークス 
創元社:トニー・ジュニパー 赤羽真紀子 大河内直彦 千葉喜久枝 
誠文堂新光社:小河原晴美 

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