バーチャルヒューマン
Computer simulation of a person

仮想衝突試験用ダミー

バーチャルヒューマン（メタヒューマンやデジタルヒューマンとも呼ばれる）[1]は、ソフトウェア上の 架空のキャラクターまたは人間です。バーチャルヒューマンは、シミュレーション、ビデオゲーム、映画制作、さまざまな業界（航空宇宙、自動車、機械、家具など）、衣料品業界、通信（アバター）、医療などのヒューマンファクターや人間工学、ユーザビリティ研究におけるツールや人工の仲間として作成されてきました。これらのアプリケーションでは、ドメインに依存したシミュレーションの忠実度が求められます。医療アプリケーションでは、特定の内臓の正確なシミュレーションが求められる場合があります。映画業界では、最高の美的基準、自然な動き、顔の表情が求められます。人間工学研究では、特定の人口セグメントに対する忠実な体の比率や、制約条件付きで現実的な移動などが求められます。

メタヒューマン[2]を介したUnreal EngineやWētā FX [3]を買収したUnityなどのゲームエンジンは、物理ベースレンダリングを使用してデジタルヒューマンとのリアルタイムのインタラクションを可能にしました。

研究

私たちはバーチャルヒューマンを単なる便利な人工物としてではなく、自分自身を理解するためのツールとして捉えています。もし仮想世界の中で、現実の人間と区別がつかない行動をとるバーチャルヒューマンをシミュレートできれば、人間であることの意味を捉えたと言えるでしょう。

— 知覚システム、マックス・プランク知能システム研究所

仮想人間の研究には、機械学習、ゲー​​ム開発、人工神経科学 などの活動の学際的なコラボレーションが含まれます。

モーションキャプチャ
  • 体表面のアニメーションと変形、またはスキニングは、基礎となる骨格構造の動きに応じて目に見える体表面の変形をシミュレートします。 [10]
  • 顔のアニメーションは、人間のコミュニケーションにおいて重要な役割を果たしています。顔のアニメーションに関する研究は、主にパラメータ化モデルと筋肉モデルの2つに分かれています。
  • 歩行 または足取りの生成。指定された軌道と速度に基づいて、自然に見える歩行動作を生成します。
  • 障害物回避、非交差または非衝突位置制約の下で何らかの制御目標を満たし、障害物を回避しながら歩行するための最適な軌道を見つけるタスク
  • 掴む動作は、物体を掴むための最適な腕と手の動きを生み出す動作です。掴む動作の前には、頭と体幹の制御、そして眼球の制御と視線に大きく依存する手を伸ばす動作が行われることがよくあります。
  • ビヘイビア[ 11]は、アニメーションに個性や個性を与え、メカニクスベースのアニメーションよりも自然で個性的なアニメーションにすることを目指しています。例えば、音声ジェスチャー生成などです。[12]

種類

仮想人間を分類する方法はいくつかあります。

  • 制御：ユーザーまたはマシン（NPC）によって制御されます。[13]
  • 目的：

- デジタルチャンネルで視聴者に影響を与える（バーチャルインフルエンサー）。[13]例：リル・ミケーラ

- デジタルチャンネルで視聴者を支援する（バーチャルアシスタント）。[13]例：LuはMagazine Luizaの顔であり、Instagramチャンネルを通じてユーザーの質問に答えたり問題を解決したりすることでユーザーを支援しています。

- 仮想環境におけるユーザーのグラフィカルな表現（アバター）の提供。アバターは、 The Palace、Second Life、Active Worlds、IMWU、Zepetoなど のオンラインワールドによって普及しました。

- メディアへの出演（バーチャルアクター）。このメディアには、主に映画やシリーズ作品が含まれます。これらのバーチャルアクターは、実在の俳優をデジタルで表現したもの、または完全にコンピューターで生成されたキャラクターのいずれかです。

歴史

初期モデル

人間工学的分析は、コンピュータグラフィックスにおける人体とその動作のモデリングに、最も初期の応用例を提供しました。20世紀初頭のボーイング社のアートディレクターであったウィリアム・フェッターは、コンピュータを用いて初めて人体を描画した人物です。この人物は「ボーイングマン」として知られています。ボーイング747の計器盤の研究に使用された7つの関節を持つ「ファーストマン」は、骨盤、首、肩、肘を関節で動かすことで、様々なパイロットの動作を表現することができました。「ファーストマン」に12個の関節を追加することで「セカンドマン」が誕生しました。この人物は、エドワード・マイブリッジが撮影した一連の写真に基づいて、一連のアニメーション映画シーケンスを生成するために使用されました。

その後、様々な企業によっていくつかのモデルが開発されました。サイバーマン（サイバネティック・マンモデル）はクライスラー社によって、自動車の中や周りでの人間の活動をモデル化するために開発されました。[14]これは15個の関節に基づいており、観察者の位置は事前に定義されています。  コンビマン（コンピュータ化されたバイオメカニカル・マンモデル）は、人間がコックピット内の物体にどれだけ簡単に届くかをテストするために特別に設計されました。 [15]これは、35の内部リンク骨格システムを使用して定義されています。ボーマンは1969年にボーイング社によって設計されました。[16]これは50パーセンタイルの3次元人間モデルに基づいています。バスケットなどの物体に手を伸ばすことができ、衝突が検出され、視覚的な干渉が識別されます。ボーマンは、可変長のリンクを持つ23の関節フィギュアとして構築されています。サミー（マンマシンインタラクション評価を支援するシステム）は、一般的な人間工学的設計と分析のためにノッティンガム大学で1972年に設計されました。[17]これは、これまでのところ最も優れたパラメータ化された人体モデルであり、スリム、太め、筋肉質など、さまざまな体型を選択できます。視覚システムは非常に発達しており、17個の関節を持つ21個の剛体リンクに基づいて、Sammieは複雑な物体を操作できます。もう1つの興味深いバーチャルヒューマンであるBufordは、ロックウェル・インターナショナルで開発され、操作者が配置したモデルの周囲の到達範囲とクリアランス領域を検出します。[18]この図は50パーセンタイルの人体モデルを表し、CADで生成されたポリゴンで覆われています。Bufordは15個の独立したリンクで構成されており、変更のたびに再定義する必要があります。

顔のモデリングにおいて、パークはユタ大学で頭部と顔の表現を作成し、3年後にはよりリアルな顔を作り出すためのパラメトリックモデルを提案した。[19]

ポターとウィルマート[20]による円柱やハービソン＝エヴァンス[21]による楕円体など、基本体積を用いて仮想人体モデルを作成する研究者もいる。バドラーとスモリア[22]は、多数の球体または泡からなる三次元人体モデルとしてバブルマンを提案した。このモデルは球体の重なりに基づいており、球体の強度と大きさは観察者からの距離に応じて変化する。

1980年代初頭、サイモン・フレーザー大学の運動生理学およびコンピュータサイエンスの教授であるトム・カルバートは、ポテンショメータを人体に取り付け、その出力を用いてコンピュータアニメーションの人形を駆動し、振り付け研究や運動異常の臨床評価に利用しました。カルバートのアニメーションシステムは、モーションキャプチャ装置とLabanotation、そして運動学的仕様を併用することで、キャラクターの動きを完全に規定していました。[23]

同時期に、ペンシルベニア大学のヒューマンモデリング・シミュレーションセンターで開発され、 Tecnomatix社から市販されたJackソフトウェアパッケージは、多関節人形を操作するための3Dインタラクティブ環境を提供しました。Jackは、精緻な人体モデルを特徴とし、リアルな動作制御、人体計測によるスケーリング、タスクアニメーションと評価システム、ビュー分析、自動リーチと把持、衝突検知と回避、その他幅広い用途に役立つ多くのツールを搭載していました。

映画やデモの制作

1980年代初頭、複数の企業や研究グループがバーチャルヒューマンを題材にした短編映画やデモを制作しました。特に、Information International Inc （通称Triple-IまたはIII）は、ピーター・フォンダの頭部を3Dスキャンした映像と、究極のデモ「アダム・パワーズ・ザ・ジャグラー」を制作することで、コンピュータグラフィックスが驚くべき可能性を秘めていることを示しました。

1982年、フィリップ・ベルジェロン、ナディア・マグナト＝タルマン、ダニエル・タルマンは、大西洋を越えてパリからニューヨークへ運ばれる人物（関節のある棒人間）を描いた映画『ドリームフライト』を制作しました。この映画は、グラフィカル抽象データ型に基づくPascal言語の拡張であるMIRAグラフィカル言語を用いて完全にプログラミングされました。この映画は数々の賞を受賞し、SIGGRAPH '83 Film Showで上映されました。1985年には、もう一つ画期的な映画『トニー・デ・ペルトリー』が制作されました。この作品では、初めて顔のアニメーション技術を用いて物語が語られました。同年、ミック・ジャガーの曲「ハード・ウーマン」のビデオがデジタル・プロダクションズによって制作され、様式化された女性の美しいアニメーションが披露されました。同時期に、ロバート・エイベル＆アソシエイツはテレビコマーシャルとして『ザ・メイキング・オブ・ブリリアンス』を制作し、当時としては驚異的なモーションとレンダリングを披露しました。

1987年、カナダ工学研究所は創立100周年を迎えました。ベル・カナダとノーザン・テレコムがスポンサーとなり、モントリオールのプラス・デ・ザールで一大イベントが開催されました。このイベントで、ナディア・マグナナット＝タルマンとダニエル・タルマンは、モントリオール旧市街のカフェでマリリン・モンローとハンフリー・ボガートが会う様子を再現しました。この映画『モントリオールのランデブー』は、伝説のスターを3Dモデル化した最初の映画でした。この映画は、実在の人間の3Dクローン技術とその行動モデル化に関する広範な研究の成果です。[24]  

1988年、「ティン・トイ」はコンピュータ制作による初のアカデミー賞短編アニメーション賞受賞作品となりました。ブリキのワンマンバンド玩具が、おバカな幼児ビリーから逃げようとする物語です。同年、デグラフ/ワーマン社はシリコングラフィックス社向けに「マイク・ザ・トーキング・ヘッド」を開発し、同社の新型4Dマシンのリアルタイム性能を実証しました。マイクは特製のコントローラーで操作され、一人の操り手がキャラクターの顔の口、目、表情、頭の位置など、様々なパラメータを操作できました。シリコングラフィックス社のハードウェアは、操り手の操作に応じて、顔の表情と頭の形状をリアルタイムで補間する機能を提供しました。マイクは、同年のSIGGRAPH映画・ビデオショーでライブパフォーマンスされました。

1989年、クレイザー＝ワルチャックはミュージックビデオ用に、マイクの前で歌いながら踊る女性のコンピュータアニメーション「Dozo」を制作しました。彼らは、モーション・アナリシス社の光学式ソリューションを用いて、複数のカメラで身体に貼られた小さな反射テープの画像を三角測量し、その動きを捉えました。その結果、空間内の各反射体の3次元軌跡が出力されました。

1989年の映画『アビス』では、水っぽい仮足が人間の顔を獲得するシーンが描かれました。これは、ある形を別の人間の顔に変形させることが可能になったため、将来の合成キャラクターにとって重要な一歩となりました。1989年には、『リトル・デス』や『ヴァーチャリー・ユアーズ』に出演した女優ロッタ・デザイアが、高度な顔のアニメーションと、世界初のコンピューターアニメーションによるキスシーンを披露しました。そして1991年には、『ターミネーター2』が公開され、実在の人物や装飾と融合した仮想人間のアニメーションにおける画期的な出来事となりました。

90年代にはいくつかの短編映画が制作されましたが、最も有名なのはピクサーの「ジェリーのゲーム」で、アカデミー短編アニメーション 賞を受賞しました。

より最近の研究

行動アニメーションはクレイグ・レイノルズによって導入・発展されました。[25]彼は集団の直感と動きを研究するために、鳥の群れと魚の群れをシミュレートしました。その後、ミュッセとタルマンは多数の仮想人間を仮想世界に住まわせることで、群衆シミュレーションという分野を切り開きました。

1990 年代から、研究者たちはリアルタイムアニメーションと仮想世界とのインタラクションへと軸足を移してきました。仮想現実、人間アニメーション、ビデオ分析技術の融合により、仮想現実への仮想人間の統合、これらの仮想人間とのインタラクション、仮想世界でのクローンやアバター、参加者としての自己表現が実現しました。仮想環境とのインタラクションは、ユーザー設定のさまざまなレベルで計画されました。ハイエンドの設定には、ユーザーが音声、ジェスチャー、生理学的信号で仮想人間とインタラクトし、ローカルおよびWeb上のデジタルデータ環境の探索を支援する没入型環境が含まれる可能性があります。このため、仮想人間はユーザーのジェスチャー、発話、表情を認識し、発話とアニメーションで返答できるようになりました。[26]この開発の最終的な目的は、適応性、知覚、記憶を備えた現実的で信頼できる仮想人間を作成することです。これらの仮想人間は、感情をシミュレートしながら自由に行動できる仮想人間を作成するための今日の研究への道を開いたのです。[27]理想的には、環境を認識し、予測不可能にすることが目標です。

アプリケーション

参照

参考文献

  1. ^ マグネナット＝タルマン, ナディア; タルマン, ダニエル (2005年11月24日). 「バーチャルヒューマン：30年間の研究、次は何か？」. The Visual Computer . 21 (12): 997–1015 . doi :10.1007/s00371-005-0363-6. ISSN  0178-2789. S2CID  10935963.
  2. ^ “MetaHuman | Realistic Person Creator”. 2023年8月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年8月23日閲覧。
  3. ^ “Artistry Tools | Unity”. 2023年8月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年8月23日閲覧。
  4. ^ 周、易;胡、李文。シン、ジュン；チェン、ウェイカイ。クン、ハンウェイ。トン、シン。リー・ハオ（2018）。 「HairNet: 畳み込みニューラル ネットワークを使用したシングルビューのヘア再構成」。arXiv : 1806.07467 [cs.GR]。
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  10. ^ 「人間の軟部組織アニメーションのためのデータ駆動型物理学」ps.is.mpg.de . 2023年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年9月10日閲覧。
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  26. ^ Thomas, Daniel J. (2021年8月). 「複雑な手術の成果を向上させるための人工知能バーチャルヒューマン」. International Journal of Surgery (ロンドン、イギリス) . 92 106022. doi : 10.1016/j.ijsu.2021.106022 . ISSN  1743-9159. PMID  34265470. S2CID  235960454.
  27. ^ Loveys, Kate; Sagar, Mark; Broadbent, Elizabeth (2020年7月22日). 「自己開示会話におけるマルチモーダル感情表現がデジタルヒューマンへの反応に及ぼす影響：ユーザー言語の計算論的分析」 . Journal of Medical Systems . 44 (9): 143. doi :10.1007/s10916-020-01624-4. ISSN  0148-5598. PMID  32700060. S2CID  220717084.
  28. ^ Allen, A. および Jones, C.、「バーチャルワーカーが学校児童に食事を提供している様子」、2023年2月8日アーカイブ、Wayback Machine、Supply Management、2022年7月～9月、2023年2月8日アクセス
  29. ^ Kim, EA., D. Kim, Z. E, H. Shoenberger, 「ソーシャルメディア広告における次のブーム：バーチャルインフルエンサーによるブランド推奨効果の検証」Wayback Machineで2023年2月27日にアーカイブ。Frontiers in Psychology, 2023. 14:1089051。

さらに読む

仮想人間に関する本

  • ナディア・マグネナット・タルマン（編）、ダニエル・タルマン（編）、バーチャルヒューマンハンドブック、ISBN 978-0-470-02316-7、468ページ、Wiley、2004年8月（ACMデジタルライブラリ）
  • Peter M. Plantec, Virtual Humans: A Build-It-Yourself Kit, Complete with Software and Step-by-Step Instructions , Amacom, 2003
  • デイヴィッド・バーデン、マギー・サヴィン＝バーデン『バーチャル・ヒューマンズ・トゥデイ・アンド・トゥモロウ』、2020年、チャップマン・アンド・ホール/CRC

バーチャルヒューマンに関するコンテンツを含む書籍

  • Wayne E. Carlson著『コンピュータグラフィックスとコンピュータアニメーション：回顧的概観』は、Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International Licenseに基づいてライセンスされています。
  • ロボットと仮想人間とのコミュニケーションのモデリング、第2回Ziff研究グループ2005/2006国際ワークショップ「人間と機械の身体性コミュニケーション」、ドイツ、ビーレフェルト、2006年4月5日～8日、改訂版選定論文
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