다중 세그먼트 발 모델을 이용한 이족 캐릭터 제어

Abstract

사람의 움직임을 이해하고 그것을 재현하는 것은 컴퓨터 그래픽스와 로봇 공학 분야에서 중요한 연구 주제 중 하나이다. 물리 기반 시뮬레이션을 통해 사람과 같은 자연스러운 움직임을 만들어내기 위해서는 주어진 환경에 따라 균형을 유지하기 위한 제어 전략과 사실과 같은 자연스러운 모션을 만들어내기 위한 참조 모션 생성과 추종 전략이 필요하다. 그러나 사람의 복잡한 움직임을 단순화된 캐릭터를 통해 만들어내는 것은 많은 어려움이 있다. 본 학위 논문에서는 이러한 어려움을 해결하기 위한 방법으로 사람의 발에 기반한 다중 세그먼트 발 모델과 그 모델을 위한 제어 방법을 제안한다. 사람의 발은 유일하게 지면과 접촉하며 지면반력(ground reaction force)에 직접적으로 영향을 주고 받는 부분이다. 따라서 발이 어떤 상태로 있는지는 균형을 유지하고 움직임을 만들어내는 데 매우 중요한 요소가 된다. 그러나 이러한 사람의 움직임을 만들어내기 위한 물리 기반 캐릭터 시뮬레이션에 사용되는 발 모델은 대부분 한두 개의 세그먼트로 이루어진 간단한 모델이었다. 그로 인해 캐릭터의 균형을 유지하면서 만들어낼 수 있는 동작의 한계가 있었다. 우리는 실제 사람의 발에 기반하여 6개의 세그먼트로 이루어진 발 모델을 정의하였고, 그것을 기존 제어기에 추가하여 발 세그먼트의 움직임을 만들어내기 위한 피드백 규칙을 적용하였다. 그리고 우리의 발 모델과 간단한 제어 규칙을 정적 밸런스(static balance)와 동적 밸런스(dynamic balance) 상황에 모두 적용할 수 있으며, 기존 제어기가 이전에 시도되지 않았던 새로운 모션이 가능해지며, 추종(tracking)과 균형 유지 성능이 개선되는 것을 보인다.