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2016 年度 実施状況報告書

データ駆動型手法による物理法則CGアニメーションの高精細化

研究課題

研究課題/領域番号 16K00169
研究機関東京大学

研究代表者

金井 崇  東京大学, 大学院情報学環・学際情報学府, 准教授 (60312261)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードコンピュータグラフィックス / 物理法則アニメーション / データ駆動型手法 / 機械学習 / アンサンブル学習 / 液体シミュレーション / 髪シミュレーション / 二次モーショングラフ
研究実績の概要

まずは,FLIP 法に基づく液体シミュレーションの品質精度向上を目的とした高精細化手法の開発,および,機械学習手法の検討を行った.高精細化手法として,まずは FLIP 法における速度場に基づくデータベースの構築を前処理で行う.次に未知の速度場データに対し,データベースのマッチングを行った後,高解像度データへ変換する処理をランタイムで行う,という2ステップの手法を試行した.機械学習の技法については,アンサンブル学習の考え方にを模倣して,複数データベースによる処理の統合という手法を検討することで全体の精度の向上を図った.この結果,データベースの作成方法によって結果に大きな違いが認められた.特に,データの複雑性(エントロピー)の評価に基づきデータベースを選択する手法が最も効果的であるということが実験よりわかった.
また,髪のシミュレーションにおけるデータ駆動型手法に基づく高精細なアニメーション生成法について開発を行った.ここでは特に,ゲームのようなインタラクティブなアプリケーションでの利用を想定する.ゲームキャラクタに特有の動きの特徴を考えると,ある程度の決まった動き(歩く,左右に曲がる,ジャンプ,など)を操作することが多い.よって,実際に現れる動きはある程度予測できるものとなる.そこで本研究では,二次モーショングラフにもとづく,髪の特性を考慮した新しいデータベース構築アルゴリズムについて提案した.さらに,二つの髪の動作の類似度を判定するための新たな評価関数をも提案した.提案するアルゴリズムと評価関数により,グラフの構築においてデータの冗長性を削減できた.また,次の動きを考慮することで,二つのアニメーションクリップを視覚的に滑らかに接続することができた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

設定した二つのテーマについて,ともに一定の進展が得られた.特に髪のシミュレーションにおいて,詳細な髪の動きが非常に高速に得られることを示すことができたのが最も大きな進展であると考えている.
引き続き,様々な物理法則アニメーションにおいてデータ駆動型手法が有効であることを検討する予定である.

今後の研究の推進方策

引き続き,データ駆動型手法を利用した物理法則アニメーションの高速化,高品質化について取り組む予定である.
まず,弾性体シミュレーションにおける問題について取り組む.弾性体のシミュレーションには 有限要素法(FEM)が広く用いられるが,計算負荷が高くリアルタイムでの処理は難しい.そこで,副空間法と呼ばれる方法を用いて,オリジナルの高次元の系を低次元空間に投影することで,効率良く計算することができる.しかしながら,この方法では低次元空間における物体の表現力の低下が問題となっている.すなわち,衝突が行ったときの形状変化は,副空間法においてはサポートされず,その結果うまく表現できない.
そこで,ここではデータ駆動型手法を用いてこの問題を解決する方法について検討する.形状のあらゆる個所で衝突が起こったときの様子をフルシミュレーションで計算し,それらの副空間をデータベースに保存する.ランタイム処理では,衝突が起こった箇所を検知し,その場所に近い衝突の副空間をデータベースから取得して利用する.そのようにすることで,これより衝突が起こった場合でも副空間法による高速なシミュレーションが計算できることが期待できる.
さらに,副空間法に加えて,立体求積法 (cubature) という手法を用いると,物体の内力の計算をより高速に扱えることが知られている.ここでは,提案する手法に立体求積法を組み込む場合の問題点について理解するとともに,その解決方法についても検討する.
また,今後の研究を見据えて,物体の破壊シミュレーションにおける破断面生成の高速化についても検討する.複雑な破断面を求める計算は非常に高価であることが知られており,この破断面の計算の一部を機械学習の技法を使って置き換えることで,高速化できないどうかを検討する.

次年度使用額が生じた理由

PCを購入予定であったが,今年度の研究についてはすでに所有するPCで十分遂行可能であることがわかり,次年度に持ち越すこととしたため.

次年度使用額の使用計画

次年度の本来の使用額と合わせて,より高スペックのPCを購入する予定である.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Adding Visual Details Based on Low-Resolution Energy-Cascade Ratios for Smoke Simulation2016

    • 著者名/発表者名
      Masato Ishimuroya, Takashi Kanai
    • 雑誌名

      SIGGRAPH 2016 Posters

      巻: 2016 ページ: 16:1-16:2

    • DOI

      10.1145/2945078.2945094

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data-Driven Detailed Hair Animation for Game Characters2016

    • 著者名/発表者名
      Chenlei Wu, Takashi Kanai
    • 雑誌名

      Computer Animation and Virtual Worlds

      巻: 27 ページ: 221-230

    • DOI

      10.1002/cav.1700

    • 査読あり
  • [雑誌論文] エッジ縮退法によるメッシュ簡略化のアウトオブコア拡張2016

    • 著者名/発表者名
      尾崎 弘武, 京田 文人, 金井 崇
    • 雑誌名

      画像電子学会誌

      巻: 45 ページ: 318-328

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adding Turbulence Based on Low-Resolution Cascade Ratios2016

    • 著者名/発表者名
      Masato Ishimuroya, Takashi Kanai
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 10072 ページ: 67-76

    • DOI

      10.1007/978-3-319-50835-1_7

    • 査読あり
  • [学会発表] プレイヤー間の非対称条件を考慮したレーティングシステム2017

    • 著者名/発表者名
      大竹 勇志,金井 崇
    • 学会等名
      情報処理学会 第 37 回 ゲーム情報学研究会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都・新宿区)
    • 年月日
      2017-03-09
  • [学会発表] Enhancing Subspaces for Elastic Deformation with Collisions2016

    • 著者名/発表者名
      Duosheng Yu, Takashi Kanai
    • 学会等名
      情報処理学会 コンピュータグラフィックスとビジュアル情報学第165回研究発表会
    • 発表場所
      九州大学医学部百年講堂(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-11-09 – 2016-11-10
  • [学会発表] 低解像度のエネルギー遷移比を考慮した煙アニメーションの詳細付加2016

    • 著者名/発表者名
      石室屋 正人,金井 崇
    • 学会等名
      Visual Computing / グラフィクスと CAD 合同シンポジウム
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都・新宿区)
    • 年月日
      2016-06-18 – 2016-06-19
  • [図書] 3D-CAD/CG 入門 [第3版]-Inventor と 3ds Max で学ぶ図形科学2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木 賢次郎, 横山 ゆりか, 金井 崇, 舘 知宏
    • 総ページ数
      190 (103-164)
    • 出版者
      サイエンス社
  • [備考] 金井崇研究室

    • URL

      http://graphics.c.u-tokyo.ac.jp

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公開日: 2018-01-16  

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