Syntactic Structuralization of Human Movement

Abstract

인간의 자연스러운 동작을 재현하는 것은 많은 산업분야에서의 주된 과제중의 하나였다. 모션 캡쳐 데이터를 통해서 고품질의 동작을 가상 공간에 재현하는 것이 가능해졌고, 이를 활용한 데이터 기반 방식의 연구에 의해서 다양한 종류의 행동이 포함된 부드러운 동작 시퀀스를 자동적으로 생성할 수 있었다. 이러한 방식으로 원래 인간의 자연스러운 동작의 특성을 반영하여 동작을 생성할 수 있게 되었지만, 이 방식에는 다음과 같은 한계점이 존재한다. 인간 동작의 생성 규칙은 암시적으로 내재되어 있으므로, 기본 동작 패턴을 어떠한 방식으로 결합해야 자연스러운 동작이 되는지에 대한 규칙을 찾아내기 어려운 것이다. 이를 극복하기 위하여, 본 논문에서는 동작 데이터에 내재된 문법적 구조를 찾도록 한다. 이는 실제 인간 동작으로부터 유도된 것이며, 이 구조를 동작 생성에 적용하도록 한다.

문법적 구조는 일반적인 계산 언어학에서 문법 구조를 찾는데에 사용되어왔다. 우리는 이를 인간 동작에 적용하기 위하여, 새로운 방식의 최적화 방식을 사용하여 모션 데이터를 몇개의 카테고리로 분류하도록 한다. 이렇게 해서 구분된 기본 동작들의 집합을 사용하여 인간 동작의 문법적 구조를 찾도록 하였다. 이렇게 계산한 동작 데이터의 문법적 구조를 동작 생성, 동작 수정 그리고 동작 검증에 사용하여 이 문법적 구조의 유용성을 증명하도록 한다. 이렇게 해서 만든 문법적 구조는 동작을 임의로 생성하는데 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자의 상호 입력을 통해 복잡한 애니메이션을 만드는데에도 활용할 수 있다. 본 연구는 동작의 일반적인 수정 방법에 적용되어, 동작의 타당성을 유지하면서도 새로운 동작을 생성하는 작업에 활용될 수 있다.

Reproducing the natural motion of humans has become a major focus of various industrial fields. Motion capture data allows for the representation of high-quality character motions. Due to the success of data-driven approaches, automatic synthesis of seamless motion sequences for a variety of behaviors is possible. The synthesis of motion sequences that reflects the original properties of natural human motion is, however, still a difficult problem. The natural behavior of human motion has explicit and implicit rules for motion generation, and the composition of motion primitives with the rules can make for motions that are more realistic when compared to original human motions. Therefore, in this thesis, the syntactic structure of human motion, the induced rule of motions from original human motions, was introduced as a motion generation model. The syntactic structure was identified from a grammar induction algorithm in computational linguistics for human motion capture data. We classified motion data into several groups with a novel optimization based method to adopt the grammar algorithm. The syntactic structure of human motion was induced from a series of motion primitives. We confirmed the usability of the syntactic structure with motion synthesis, motion editing, and motion verification. Not only could we generate novel motion randomly under the rules of syntax, but we could also construct complex animation scenes with user interaction. The syntactic structure can be a guide for new motion sequences generated by motion editing. This work demonstrated direct editing and manipulation with the syntactic structure along with the validity of the new motion sequences.