An automatic tool to facilitate authoring animation blending in game engines

Achieving realistic virtual humans is crucial in virtual reality applications and video games. Nowadays there are software and game development tools, that are of great help to generate and simulate characters. They offer easy to use GUIs to create characters by dragging and drooping features, and making small modifications. Similarly, there are tools to create animation graphs and setting blending parameters among others. Unfortunately, even though these tools are relatively user friendly, achieving natural animation transitions is not straight forward and thus non-expert users tend to spend a large amount of time to generate animations that are not completely free of artefacts. In this paper we present a method to automatically generate animation blend spaces in Unreal engine, which offers two advantages: the first one is that it provides a tool to evaluate the quality of an animation set, and the second one is that the resulting graph does not depend on user skills and it is thus not prone to user errors.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Synchronized partial-body motion graphs

Author name used in this publication: William W. L. NGAuthor name used in this publication: Clifford S. T. ChoyAuthor name used in this publication: Daniel P. K. LunRefereed conference paper2010-2011 > Academic research: refereed > Refereed conference paperVersion of RecordPublishe

Footstep parameterized motion blending using barycentric coordinates

This paper presents a real-time animation system for fully embodied virtual humans that satisfies accurate foot placement constraints for different human walking and running styles. Our method offers a fine balance between motion fidelity and character control, and can efficiently animate over sixty agents in real time (25 FPS) and over a hundred characters at 13 FPS. Given a point cloud of reachable support foot configurations extracted from the set of available animation clips, we compute the Delaunay triangulation. At runtime, the triangulation is queried to obtain the simplex containing the next footstep, which is used to compute the barycentric blending weights of the animation clips. Our method synthesizes animations to accurately follow footsteps, and a simple IK solver adjusts small offsets, foot orientation, and handles uneven terrain. To incorporate root velocity fidelity, the method is further extended to include the parametric space of root movement and combine it with footstep based interpolation. The presented method is evaluated on a variety of test cases and error measurements are calculated to offer a quantitative analysis of the results achieved.Peer ReviewedPostprint (author’s final draft

Real Time Animation of Virtual Humans: A Trade-off Between Naturalness and Control

Virtual humans are employed in many interactive applications using 3D virtual environments, including (serious) games. The motion of such virtual humans should look realistic (or ‘natural’) and allow interaction with the surroundings and other (virtual) humans. Current animation techniques differ in the trade-off they offer between motion naturalness and the control that can be exerted over the motion. We show mechanisms to parametrize, combine (on different body parts) and concatenate motions generated by different animation techniques. We discuss several aspects of motion naturalness and show how it can be evaluated. We conclude by showing the promise of combinations of different animation paradigms to enhance both naturalness and control

Interactive avatar control: Case studies on physics and performance based character animation

Master'sMASTER OF SCIENC

Planning Plausible Human Motions for Navigation and Collision Avoidance

This thesis investigates the plausibility of computer-generated human motions for navigation and collision avoidance. To navigate a human character through obstacles in an virtual environment, the problem is often tackled by finding the shortest possible path to the destination with smoothest motions available. This is because such solution is regarded as cost-effective and free-flowing in that it implicitly minimises the biomechanical efforts and potentially precludes anomalies such as frequent and sudden change of behaviours, and hence more plausible to human eyes. Previous research addresses this problem in two stages: finding the shortest collision-free path (motion planning) and then fitting motions onto this path accordingly (motion synthesis). This conventional approach is not optimal because the decoupling of these two stages introduces two problems. First, it forces the motion-planning stage to deliberately simplify the collision model to avoid obstacles. Secondly, it over-constrains the motion-synthesis stage to approximate motions to a sub-optimal trajectory. This often results in implausible animations that travel along erratic long paths while making frequent and sudden behaviour changes. In this research, I argue that to provide more plausible navigation and collision avoidance animation, close-proximity interaction with obstacles is crucial. To address this, I propose to combine motion planning and motion synthesis to search for shorter and smoother solutions. The intuition is that by incorporating precise collision detection and avoidance with motion capture database queries, we will be able to plan fine-scale interactions between obstacles and moving crowds. The results demonstrate that my approach can discover shorter paths with steadier behaviour transitions in scene navigation and crowd avoidance. In addition, this thesis attempts to propose a set of metrics that can be used to evaluate the plausibility of computer-generated navigation animations

Animation basée sur la physique : extrapolation de mouvements humains plausibles et réalistes par optimisation incrémentale

L'objectif de nos travaux est de faire la synthèse de mouvements plausibles et réalistes de marche humaine dans divers environnements de synthèse. Bien que la solution proposée puisse également s'appliquer aux autres mouvements de locomotion humains ou animaux, nos travaux traitent uniquement du problème de la marche humaine. Afin de résoudre ce problème, nous avons développé une approche permettant de générer une multitude de variations d'une animation issue de capture de mouvement. Ces variations sont obtenues en adaptant le mouvement original à un environnement de synthèse dont les paramètres, tels que l'inclinaison du sol ou la courbure de la trajectoire, sont variés. Nous sommes donc en mesure de produire un mouvement de marche courbe ou de marche sur un plan incliné à partir d'un mouvement de marche en ligne droite sur un sol horizontal, ce que nous qualifions d'extrapolation de mouvement. Une animation initiale, obtenue par capture de mouvement, est essentielle à la solution proposée. Adapter ce mouvement à un nouvel environnement de synthèse consiste essentiellement à ajuster les caractéristiques globales du mouvement, telles que l'orientation du personnage et sa vitesse de déplacement. Ce faisant, nous sommes en mesure de conserver les détails plus fins du mouvement qui lui confèrent son aspect humain, tels que le mouvement des bras ou la vitesse avec laquelle un pied entre en contact avec le sol. En conservant les détails fins du mouvement d'origine, la solution proposée assure un certain réalisme dans les mouvements synthétisés. Dans la solution proposée, l'adaptation du mouvement initial est basée sur le paradigme des contraintes spatio-temporelles, où la synthèse du mouvement est posée comme un problème d'optimisation numérique. En plus d'être une formulation élégante du problème, ce paradigme est tout indiqué pour faire la synthèse de mouvements physiquement plausibles. En combinant ce paradigme avec l'utilisation d'une animation initiale issue de capture de mouvement, nous sommes en mesure de produire des animations de mouvements humains plausibles et réalistes. En pratique, le problème d'optimisation sous-tendu par l'adaptation d'un mouvement par contraintes spatio-temporelles est fortement non linéaire et opère dans un espace à très grande dimensionnalité. Cette complexité peut fortement ralentir le processus d'optimisation et aller jusqu'à en empêcher la convergence. La solution proposée fait donc appel à plusieurs mécanismes afin de réduire cette complexité. Notons qu'aucun de ces mécanismes ne vient compromettre la polyvalence de l'approche, en limitant la complexité du modèle biomécanique du personnage par exemple. Parmi ces mécanismes, deux sont des contributions originales : une technique d'estimation rapide des forces de réaction du sol et une approche d'optimisation incrémentale. Ces deux mécanismes visent à simplifier le processus d'optimisation en fournissant une solution initiale très proche de la solution optimale. La technique d'estimation des forces de réaction du sol sert à donner à ces paramètres une valeur initiale qui est relativement proche de leur valeur optimale, ce qui simplifie significativement la tâche d'optimisation subséquente. Cette technique consiste à trouver, pour les phases de support double, les forces de réaction du sol minimisant l'effort interne du personnage. Ce problème peut être exprimé comme une séquence de sous-problèmes de programmation quadratiques. Cette formulation est un aspect central de notre contribution et elle permet d'atteindre la solution très efficacement. L'approche d'optimisation incrémentale proposée s'inspire des méthodes de continuation. Le mouvement original est considéré comme une solution, un mouvement optimal, pour l'environnement de capture. L'environnement de synthèse est ensuite modifié graduellement, en augmentant l'inclinaison du sol par petits incréments par exemple. À chaque incrément, un nouveau mouvement optimal est trouvé en utilisant la solution de l'incrément précédent comme point de départ. On procède de la sorte jusqu'à l'obtention du mouvement désiré pour l'environnement de synthèse considéré. Si les incréments sont suffisamment petits, la différence entre deux problèmes d'optimisation consécutifs sera petite et il en sera de même pour leur optimum respectif