專利名稱：動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法，尤其涉及通過分析必需調(diào)訓(xùn)的動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)物調(diào)訓(xùn)的方法。
為了對(duì)犬、馬等動(dòng)物進(jìn)行調(diào)訓(xùn)，需要對(duì)必需調(diào)訓(xùn)的動(dòng)作進(jìn)行分析然后編成調(diào)訓(xùn)方法。以往通過訓(xùn)獸師觀察已掌握該動(dòng)物的動(dòng)物的動(dòng)作，然后基于觀察結(jié)果編制為進(jìn)行調(diào)訓(xùn)的程序。由于依賴人進(jìn)行觀察，因主觀而顯得不充分。
近來實(shí)行用計(jì)算機(jī)分析動(dòng)物動(dòng)作，然后根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行其動(dòng)作的調(diào)訓(xùn)或新動(dòng)作的開發(fā)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)的分析也因構(gòu)成此分析基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)是依賴分析者主觀的產(chǎn)物，不能說是可靠的。此外，由于應(yīng)用僅包含位置速度和加速度的動(dòng)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，能根據(jù)此方法進(jìn)行分析，在圖象上進(jìn)行顯示的僅是用線條表示構(gòu)成動(dòng)物體部分的線圖(ライン·ピクチヤ)，不能充實(shí)和真實(shí)地表示動(dòng)物體。因此，不僅對(duì)顯示的內(nèi)容難以理介，往往會(huì)使動(dòng)作內(nèi)容不合理，使開發(fā)新動(dòng)作難以進(jìn)行。
此外，盡管在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行技能分析和開發(fā)新技能中適用根據(jù)易使用的對(duì)話形式進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)答的方法，但由于在傳統(tǒng)方法中需要進(jìn)行確認(rèn)動(dòng)作內(nèi)容和基于其結(jié)果的微調(diào)，因此不能進(jìn)行根據(jù)對(duì)話形式的實(shí)時(shí)處理。
作為論述物體運(yùn)動(dòng)的方法，除了有使用位置，速度和加速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)外，還有用力的關(guān)系論述物體運(yùn)動(dòng)的稱為動(dòng)力學(xué)方法，如果把此方法用于采用計(jì)算機(jī)的動(dòng)作分析，能用較少的操作分析復(fù)雜的動(dòng)作。然而，在應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的動(dòng)作分析中，需要有計(jì)量困難的慣性力矩，重心，關(guān)節(jié)中發(fā)生的摩擦以及肌肉，韌帶彈性等數(shù)據(jù)，如缺少這些數(shù)據(jù)，其結(jié)果變成和根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的動(dòng)作分析同樣不合理。此外，還需要解比較麻煩的動(dòng)力學(xué)方程式。
以往的依據(jù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的動(dòng)力學(xué)的動(dòng)作分析由1.編成動(dòng)物模型，2.輸入動(dòng)物的實(shí)際動(dòng)作，3.分析輸入的動(dòng)作，4.再現(xiàn)分析的動(dòng)作這樣的四個(gè)階段組成。
在顯示此分析動(dòng)作的階段中，只要精確地解動(dòng)力學(xué)方程式即可，由于此方法是把n作為在動(dòng)作分析時(shí)，構(gòu)成成為動(dòng)作最小單位的動(dòng)物體部分的數(shù)的場合，計(jì)算量0(f(n))是n4的函數(shù)，使計(jì)算量大和計(jì)算時(shí)需要化時(shí)間，因而使計(jì)算機(jī)的計(jì)算變貴。
另外，雖然有人提出采用通過不考慮圍繞關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)，使計(jì)算量為n的函數(shù)0(n)的計(jì)算方法。然而，即使用此方法，能在圖象上表示的也僅是用線條表示構(gòu)成物線部分的線圖，而在不能忽視圍繞關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)時(shí)，不能應(yīng)用此方法。因此，即使應(yīng)用此方法，也不能主體地和真實(shí)地顯示動(dòng)物體。
本發(fā)明是以提供不依賴試行錯(cuò)誤或分析者的直覺，應(yīng)用計(jì)算機(jī)，依據(jù)對(duì)話形式分析動(dòng)物動(dòng)作，進(jìn)行新動(dòng)作開發(fā)的動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法為課題。
為解決上述課題，在本發(fā)明的動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法中，最初，分析動(dòng)物體的基本動(dòng)作，把包含分別在各關(guān)節(jié)上發(fā)生的力和力矩的動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)作為基本知識(shí)輸入數(shù)據(jù)庫。
在進(jìn)行動(dòng)作分析場合，利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)對(duì)把成為分析對(duì)象的地動(dòng)作從多方向進(jìn)行攝影的影片象差或電視圖象的幀進(jìn)行分析，對(duì)動(dòng)作中發(fā)生在動(dòng)物體各關(guān)節(jié)上的力和力矩進(jìn)行計(jì)算和顯示。
在進(jìn)行開發(fā)新動(dòng)作時(shí)，從數(shù)據(jù)庫選擇數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)加工，但在此場合，計(jì)算機(jī)把約束條件以受約束動(dòng)作形式，把逆動(dòng)力學(xué)結(jié)果以力的形式實(shí)時(shí)地向調(diào)訓(xùn)者反饋，通過反復(fù)進(jìn)行此過程，直至得到滿意結(jié)果為止，用對(duì)話形式進(jìn)行新動(dòng)作開發(fā)。
由于此動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法的計(jì)算量是n的函數(shù)0(n)，因此可解決計(jì)算機(jī)計(jì)算費(fèi)用高的問題。此外，由于不依賴試行錯(cuò)誤或調(diào)訓(xùn)者直覺，因此能以對(duì)話形式，不是用圖線，而是順利地立體地顯示真實(shí)動(dòng)物體的動(dòng)作。
實(shí)施例


圖1表示本發(fā)明流程圖，此流程圖由1，編制動(dòng)物模型，2，輸入實(shí)際動(dòng)作，3，分析輸入的動(dòng)作，4，開發(fā)新動(dòng)作，5，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)，6，應(yīng)用約束條件，7，應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)，8，顯示結(jié)果的各階段組成。
在“編制動(dòng)物模型”的第一階段，把動(dòng)物體分解成形成動(dòng)作最小單位的部分，基于這些各部分的固有性質(zhì)，相互關(guān)系以及關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍等的約束條件編制動(dòng)物模型，并作為數(shù)據(jù)庫輸入計(jì)算機(jī)。
在“輸入實(shí)際動(dòng)作”的第二階段，把成為分析對(duì)象的動(dòng)作輸入電視圖象的幀單位或影片圖象的象差單位，在此場合如采用從多方向同時(shí)進(jìn)行攝象的圖象，能更具體地進(jìn)行下一階段的分析。
在分析輸入的動(dòng)作的第三階段，應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)對(duì)在第二階段輸入的動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算各構(gòu)件的重心作用在各關(guān)節(jié)上的力和力矩，全體重心以及作用在重心上的力和力矩。
在僅進(jìn)行動(dòng)作分析場合，用箭頭等使在第三階段中得到的各構(gòu)件的重心作用在各關(guān)節(jié)上的力和力矩，全體重心以及作用在全體重心上的力和力矩和數(shù)據(jù)庫的動(dòng)物模型重疊，在圖象上顯示。
就這樣進(jìn)行動(dòng)作的分析。
接下來，對(duì)利用上述分析結(jié)果進(jìn)行新動(dòng)作開發(fā)進(jìn)行說明。
為了開發(fā)新動(dòng)作，予先把第一階段的動(dòng)物體模型數(shù)據(jù)、在第二階段得到的實(shí)際動(dòng)物的數(shù)據(jù)以及在第三階段得到的分析結(jié)果的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫。
本開發(fā)新動(dòng)作的第四階段，開發(fā)者起初要從數(shù)據(jù)庫選擇基本動(dòng)作，用圖2所示那樣將動(dòng)作基于數(shù)據(jù)庫作成的控制線圖表示此動(dòng)作。在此控制線圖中，橫軸是表示時(shí)間，用X、Y和Z三根縱軸分別表示發(fā)生在各關(guān)節(jié)上的力。此外，發(fā)生在同一關(guān)節(jié)上的兩個(gè)力自然是大小相同方向相反。
此外，用多個(gè)控制線圖表示復(fù)雜的動(dòng)作。例如表示靜止的馬起跑時(shí)的動(dòng)作的控制線圖是通過合成連續(xù)動(dòng)作而構(gòu)成。
其次，進(jìn)行以下兩種變更，即對(duì)于發(fā)生作用力的動(dòng)物體的一切部分，總括進(jìn)行包含控制線圖橫軸和縱軸擴(kuò)大或縮小的物理變量的變更的全體性變更，和進(jìn)行在動(dòng)物體某一部分上發(fā)生的力等的物理變量變更的部分變更。
在應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的第五階段中，基于由開發(fā)者指定的力和支配各部分動(dòng)作的動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算各部分動(dòng)作。在此場合，如圖3(a)所示那樣，原來動(dòng)物體的各部分相互間處于結(jié)合關(guān)系，然而為了減少計(jì)算量，如圖3(b)所示，使體的各部分和其它部分分開，有關(guān)動(dòng)物體各部分的相互結(jié)合關(guān)系和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的約束條件也可暫時(shí)不考慮。
為了對(duì)各部分動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算，本發(fā)明在動(dòng)作分介時(shí)應(yīng)用牛頓方程式求重心的線加速度，應(yīng)用歐拉方程式求重心的角加速度，求出線加速度和角加速度后，對(duì)這些進(jìn)行積分求出速度，再對(duì)其進(jìn)行積分求出位置。
在“應(yīng)用約束條件”的第六階段中，對(duì)于各部分動(dòng)作的計(jì)算結(jié)果，使動(dòng)物體各部分的相互結(jié)合關(guān)系和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍這樣兩個(gè)物理約束條件得到校驗(yàn)。此處理是從基本的部分開始，使其下位的各個(gè)部分的位置排列方向依次得到校驗(yàn)。在此處，是對(duì)其下位部分是否經(jīng)常和上位部分連接以及各個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)是否超出決定范圍這樣的兩個(gè)條件進(jìn)行校驗(yàn)。
其結(jié)果，如圖4(a)所示那樣，在下位部分不和上位部分連接場合，平行移動(dòng)下位部分，以使下位部分和上位部分連接，在各關(guān)節(jié)的活動(dòng)超出一定范圍場合，使回轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)整，以使關(guān)節(jié)活動(dòng)落在范圍內(nèi)，從而修正成如圖4(b)所示那樣的自然姿態(tài)。
在“應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)”的第七階段中，應(yīng)用表示力和動(dòng)作關(guān)系的拉格朗日方程式計(jì)算在各關(guān)節(jié)上產(chǎn)生的力。
在開發(fā)新動(dòng)作場合，在尚未得到可滿足結(jié)果時(shí)，反復(fù)進(jìn)行從第五階段起到第七階段為止的過程，以對(duì)話方式進(jìn)行開發(fā)新動(dòng)作。
在“顯示結(jié)果”的第八階段中，在圖象上表示開發(fā)中途或開發(fā)終了時(shí)的新動(dòng)作。能使其對(duì)表示的動(dòng)物體重心位置、發(fā)生力的方向在動(dòng)物體上合成進(jìn)行表示，于是能更具體的表示已表示的動(dòng)作。
此外，此顯示也能顯示第三階段的“分析輸入的動(dòng)作”的結(jié)果。
由于本發(fā)明如
圖1所示那樣是采用單純的線回歸算法，故進(jìn)行逆動(dòng)力學(xué)用的計(jì)算量是n的函數(shù)0(n)。
應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)能夠得到合理的完全的力的組合。此外，若不采用逆動(dòng)力學(xué)，開發(fā)者不可能找到完全的力的開發(fā)。本發(fā)明中，動(dòng)物體各部分的排列方向因超過關(guān)節(jié)的界限而變化，能分別使動(dòng)物體各構(gòu)件的位置和動(dòng)物體的物理約束條件相吻合。
由于這樣得到的動(dòng)物的動(dòng)作能使動(dòng)物體的下位部分經(jīng)常和上位部分相連接，使各個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作不超過規(guī)定的范圍的自然的動(dòng)作，因此能就這樣立體地充實(shí)和真實(shí)地表示動(dòng)作。
此外，本發(fā)明由于不依賴試行錯(cuò)誤開發(fā)者的直覺，因此能使用計(jì)算機(jī)根據(jù)對(duì)話形式開發(fā)新技能。
如上所述，本發(fā)明的動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法是由對(duì)實(shí)際動(dòng)物的基本動(dòng)作的分析和開發(fā)新動(dòng)作這兩個(gè)過程組成。
并且，按照編制動(dòng)物體模型，輸入實(shí)際動(dòng)作和分析已輸入的動(dòng)作這三階段進(jìn)行動(dòng)物基本動(dòng)作的分析，按照應(yīng)用動(dòng)力學(xué)，應(yīng)用約束條件和應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)三階段進(jìn)行新動(dòng)作開發(fā)。在應(yīng)用動(dòng)力學(xué)階段，把動(dòng)物體分成按關(guān)節(jié)分離的各個(gè)獨(dú)立的部分，用牛頓方程式和歐拉方程式使和其它部分動(dòng)作分開，對(duì)各個(gè)部分動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算。在應(yīng)用約束條件階段，對(duì)體部分的相互結(jié)合關(guān)和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍進(jìn)行較驗(yàn)。在應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)階段，根據(jù)約束條件計(jì)算發(fā)生修正的新動(dòng)作的力。在此場合的全體計(jì)算量為0(n)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，迄今為止的根據(jù)動(dòng)力學(xué)利用計(jì)算機(jī)方法存在的計(jì)算問題得到介決，能較好地將動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于實(shí)際的動(dòng)物調(diào)訓(xùn)，能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的實(shí)時(shí)反饋。
而且，由于為了進(jìn)行動(dòng)物體各部分動(dòng)作的計(jì)算，用牛頓方程式求重心線加速度，用歐拉方程式求重心角加速度，因此能求出動(dòng)物體各構(gòu)件的重心位置和分別加在這些重心上的力并進(jìn)行表示，同樣也能求出全體重心位置和加在此重心上的力并進(jìn)行表示。也就是由于能表示可稱作動(dòng)作之要點(diǎn)的重心位置以及力的方向和大小等，因此能容易地進(jìn)行動(dòng)物調(diào)訓(xùn)。
此外，能順利實(shí)現(xiàn)立體地而不是線圖顯示動(dòng)物體。
此外，調(diào)訓(xùn)者能從各個(gè)視點(diǎn)觀看顯示圖象上的動(dòng)物體模型，能依據(jù)對(duì)話形式使體的部分進(jìn)行平行移動(dòng)，或進(jìn)行回轉(zhuǎn)。因此，分析者能正確把握?qǐng)D象和動(dòng)物體模型間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
以往的動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法中的知識(shí)中包含動(dòng)物體動(dòng)作的基本數(shù)據(jù)以及規(guī)定各關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的約束條件，但此知識(shí)是依靠分析者的直覺獲得的，與此相反本發(fā)明的動(dòng)作分析方法中的知識(shí)是指通過分析人的實(shí)際動(dòng)作而得到的實(shí)際的動(dòng)參數(shù)，因此，由此知識(shí)構(gòu)成的動(dòng)作具有科學(xué)性，可以依賴，能作成真實(shí)的動(dòng)作。
此外，目標(biāo)指向模型最近在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，如依據(jù)目標(biāo)指向方法，使用戶接口成為直接操作模型。由于此直接操作模型使在畫面上顯示的圖象就是對(duì)象物上反映的圖象，因此，若采用本發(fā)明的技能分析方法，能在對(duì)象物空間直接處理或操作對(duì)象物。
對(duì)附圖的簡單說明
圖1是動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法流程圖，圖2是表示作用在關(guān)節(jié)上力的例子的控制線圖，圖3是按動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模式圖，圖4是按逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模式圖。
權(quán)利要求
1.動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法，調(diào)訓(xùn)者使用計(jì)算機(jī)開發(fā)新的調(diào)訓(xùn)動(dòng)作，包括把動(dòng)物體分解成形成動(dòng)作最小單位的部分，根據(jù)這些各部分固有的性質(zhì)，相互關(guān)系以及關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍等約束條件編制動(dòng)物模型，并向數(shù)據(jù)庫輸入的階段，輸入動(dòng)物實(shí)際動(dòng)作的階段，其特征在于還包括應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)對(duì)輸入的動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算各部分重心，作用在各關(guān)節(jié)上力和力矩，全體重心，作用在此重心上的力和力矩的階段，從上述數(shù)據(jù)庫選擇基本動(dòng)作，變更其物理變量的階段，使體的各部分和其它部分分開，忽略有關(guān)上述實(shí)際動(dòng)作的相互關(guān)系和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的約束條件，僅基于指定的力和動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算新動(dòng)作的階段，就該計(jì)算結(jié)果，通過校驗(yàn)相互結(jié)合關(guān)系和動(dòng)作活動(dòng)范圍的物理約束條件進(jìn)行修正的階段，使用上述計(jì)算結(jié)果，在圖像上顯示動(dòng)物動(dòng)作的階段。
2.動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法，調(diào)訓(xùn)者使用計(jì)算機(jī)開發(fā)新調(diào)訓(xùn)動(dòng)作，包括把動(dòng)物體分解成形成動(dòng)作最小單位的部分，根據(jù)這些各部分固有的性質(zhì)，相互關(guān)系以及關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍等約束條件編制動(dòng)物模型，并向數(shù)據(jù)庫輸入的階段，輸入動(dòng)物實(shí)際動(dòng)作的階段，其特征在于還包括應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)對(duì)輸入的動(dòng)作計(jì)算，度算各部分重心，作用在各關(guān)節(jié)上的力和力矩，全體重心，作用在此重心上的力和力矩的階段，從上述數(shù)據(jù)庫選擇基本動(dòng)作，變更其物理變量的階段，使體各部分和其它部分分開，忽略有關(guān)上述實(shí)際動(dòng)作的相互結(jié)合關(guān)系和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的約束條件，僅基于指定的力和動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算新動(dòng)作的階段，就該計(jì)算結(jié)果，通過校驗(yàn)相互結(jié)合關(guān)系和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的物理約束條件進(jìn)行修正的階段，應(yīng)用逆動(dòng)力學(xué)對(duì)力和動(dòng)作的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算的階段，把依據(jù)上述動(dòng)力學(xué)計(jì)算的動(dòng)作和依據(jù)逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算的力和重心進(jìn)行合成在圖象上進(jìn)行顯示的階段。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)物調(diào)訓(xùn)方法，包括把對(duì)動(dòng)物基本動(dòng)作分析和作用在關(guān)節(jié)上的力或力矩后向數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存，為開發(fā)新動(dòng)作，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)計(jì)算體各部分使其和其它部分開，校驗(yàn)包含體各部分相互結(jié)合關(guān)系和各關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的約束條件，用逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算被校驗(yàn)的動(dòng)作和力，顯示此動(dòng)作或力等的結(jié)果，能編制具有科學(xué)性，真實(shí)的動(dòng)作。
文檔編號(hào)A01K15/02GK1067351SQ91103808
公開日1992年12月30日 申請(qǐng)日期1991年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月1日
發(fā)明者國井利泰, 孫立寧 申請(qǐng)人:宗教法人金剛禪總本山少林寺