专利名称：仿真一物体进行运动的方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真一物体进行一运动的方法、装置及系统，更详细地 说，涉及用于一种以一组运动相关动画仿真一物体进行一运动的方法、装置 及系统。
背景技术：
自70年代开始，纽约理工学院便已开始发展3D计算机动画技术。动画 师利用3D计算机动画技术，在计算机提供的一虛空间定义一连串的刻度，并 产生一连串着色的画面，再将这些画面串接起来后，即成为流畅的连续动画。
随着技术的进步，不论是人体或物体的仿真，在今日的3D计算机动画都 已经到达非常高的水准，外观、动作都有令人叹为观止的拟真程度。至今， 3D计算机动画所应用的范围已涵盖计算机游戏、新闻、电影、模型、企业用 应用程序、训练及网页的发展。除了上述的应用，现代的工厂或企业更可用 来仿真产品设计、机台运作、人员工作情况等等，以预先计算投入的成本、 耗费的时间，进而进行有效的计划以减少资源的浪费。
现有技术的计算机动画仿真技术，是利用特定指令^f故为输入，与日常生 活用语有相当大的差异，往往须要熟悉软件语言者才能驾轻就熟的使用，必 须另外训练熟悉软件语言的专业人才方可进行模拟。在动作执行时间上，亦 并无一个标准时间来进行衡量，而是以经验来分配动作执行的时间，如果应 用在产品设计、机台运作、人员工作情况的模拟上，将无法忠实呈现所经过 的时间。在动作的产生，亦无一个完整的系统以建立物体的外观、特质及属 性等等。上述缺点都将造成动画模拟制作上的额外成本或是失去其精确性， 而无法达到原本避免时间、成本浪费的目的。
有鉴于此，提供一种完整地仿真一物体进行一运动的方法、装置及系统， 以避免时间、成本的浪费，乃为此一业界亟待解决的问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿真一物体进行一运动的方法，包含下列步
骤接收一与物体进行运动相关的输入信息；根据输入信息，决定物体进行 运动的一执行相关时间；以及根据该输入信息及该执行相关时间，产生仿真 物体进4于运动的 一组运动相关动画。
本发明的又一目的在于提供一种仿真一物体进行一运动的装置。该装置 包含一输入模块、 一时间计算模块及一动作产生模块。输入模块用以接收一 与物体进行运动相关的输入信息。时间计算模块用以根据输入信息，决定物 体进行运动的一执行相关时间。动作产生模块用以根据输入信息及执行相关 时间，产生仿真物体进行运动的一组运动相关动画。
本发明的再一目的在于提供一仿真一物体进行一运动的系统，此系统包 含一输入模块、 一仿真器及一显示模块，其中，仿真器更进一步包含一时间 计算模块、 一动作产生模块及一处理模块。输入模块用以接收一与物体进行 运动相关的输入信息；时间计算模块用以根据输入信息，决定物体进行运动 的一执行相关时间；动作产生模块用以根据输入信息及执行相关时间，产生 仿真物体进行运动的一组运动相关动画；处理模块用以根据执行相关时间及
该组运动相关动画，利用与物体相对应的一物体模型在一空间模型中仿真物 体进行运动；以及一显示模块用以显示该物体模型在该空间模型中仿真该物 体进行该运动。
借由上述的配置，本发明系统及装置可提供更多空间信息来做动作产生 的计算，本发明不需仰赖大量的外部动作数据库进行动作合成，减少动作模 拟所需计算时间与内存空间，也简化程序的撰写复杂度，让使用者能快速地 表达高阶的作业动作顺序，达到直觉、简洁的操作方式。
在参阅附图及随后描述的实施方式后，该技术领域具有通常知识者便可 了解本发明的目的，以及本发明的技术手段及实施态样。
图1是本发明的第一实施例的仿真系统的示意图；以及 图2是本发明的第二实施例的流程图。 附图符号说明
10:输入信息 11:输入模块
13:仿真器130:时间计算模块 131:动作产生模块
132:处理模块 133:存储模块 134:撷取模块 15:显示模块。
具体实施例方式
本发明的第一实施例如图l所示，是一仿真一物体进行一运动的系统1。 此处所称的物体可为一人体、 一动物、 一机器等等可主动或被动进行任意活 动的主体，而此处所称的运动则为前述物体所能主动或被动进行的任意活动， 例如在空间中移动、拾取物品等等。
此系统1包含一输入模块11、 一仿真器13、 一显示模块15，其中，仿 真器11包含一时间计算模块130、 一动作产生模块131、 一处理模块132、 一存储模块133及一撷取模块134。
输入模块11用于接收一输入信息10,以指示此系统1仿真一物体进行 一运动。输入模块11所能接收的输入信息IO是一自然语言格式，而输入信 息10可用语音信号或文字信号等方式呈现，换言之，输入信息10的信号呈 现方式并非用来限制本发明的范围。由于自然语言格式为一接近人类日常生 活用语的格式，可解析为类似人类日常生活用语的主词、动词、直接/间接受 词及补语等，故此系统1提供了一个较为友善的输入模块11让使用者可以平 日习惯的语言模式输入此输入信息10，以使此系统1仿真该物体进行该运动。
更详细地说，本实施例的输入模块11定义了三种可接受的自然语言结 构，当输入信息IO符合这三种结构其中之一，系统l则可进一步进行模拟。 此三种结构分别为(1)主词+动词+受词、(2)主词+动词+受词+受词补语以及 (3)主词+动词+间接受词+直接受词。在其它实施态样中，输入模块ll可定义 其它自然语言结构，此外，输入模块11可接受的自然语言结构的数目亦不限 制在三个。举例而言，「杰夫以右手拿起螺丝起子。(Jeff gets the screwdriver with right hand.)」为符合前述自然语言结构的输入信息10, 其中「杰夫」为主词、r拿起」为动词、「螺丝起子」为受词以及「右手J为 主词谇卜i吾。
当输入模块11接收内容为前述「杰夫以右手拿起螺丝起子」的输入信息 10后，系统1将会分析输入信息10的语意，进一步模拟杰夫以右手拿起螺丝起子。换言之，「杰夫J为前述的物体，而r以右手拿起螺丝起子J为前述 的运动，具体^t拟方式将在稍后详述。
本实施例的输入^^莫块11可进一步将输入信息10转换为多个自然语言变 量。详言之，输入模块ll将自然语言区分为如动作元素、使用手侧、对象分 类、种类分层及对象坐标等等类别，而各类别又包含多个基本元素。举例而 言，动作元素可进一步区分为拿取、放置、操作等动作元素；使用手侧包括 右手、左手、双手等肢体部分；对象分类是各种不同的工具或对象；种类分 层可区分各动作所须的专注度或实施的难易。本实施例中，各类别及各类别 中的每一基本元素分别用一英文字母代表。输入模块11即是按输入信息10 的语意，将之转换为相对应的英文字母，这些转换而得的英文字母即为所述 自然语言变量。值得一提的是，在其它实施态样中，自然语言可被区分为不 同的类别，类别的数目亦不限制，且各类别及其基本元素亦可使用其它符号 代替。
在进一步描述系统1如何依据输入信息IO仿真该运动前，先描述此系统 1的存储模块133。存储模块133存储多个物品信息、多个物体动作信息及多 个时间测量信息。此处所称的物品，为物体所欲进行的运动的一客体，再以 前述r杰夫以右手拿起螺丝起子」为例，螺丝起子即为物品。具体而言，存 储模块133所存储的所述物品信息可包含该物品的一几何结构、该物品的一 物理特性、该物品的 一特征信息及一空间模型的 一环境参数其中之一或其組 合，亦可包含其它物品的类似信息。在本实施例中，所述物品信息是由一数 字模型数据结构Meta CAD来实现，此Meta CAD数据模型结构亦可替换为其 它具有类似功能的CAD模型数据结构。
存储^^莫块133所存储的所述物体动作信息则包含多个物体;f莫型，例如人 体模型、人体上肢模型、动物模型等等，同时亦包含模型动作机制，例如手 势产生器、动作记录播放器、步态仿真器等等。这些物体动作信息是以一逆 向运动(Inverse Kinematics; IK)机制所控制，但其它能达到相同效果的 模型机制亦可采用，亦即用来实现所述物体动作信息的模型机制并非用来限 制本发明的范围。
存储模块133所存储的时间测量信息是由一预定动作时间值系统所定 义，在本实施例中，预定动作时间值系统是MTM (Method time Measurement) -UAS系统，在其它实施态样中，预定动作时间值系统可采用其它不同的系统以定义其内容，习知此项技术者亦可轻易推及其它输入形式的实施态样，在 此不再赘述。
接着详述输入模块10接收输入信息10后，系统1的后续动作，亦即，
时间计算模块130根据该输入信息10决定该物体进行该运动的一执行相关时 间。为求得此执行相关时间，时间计算模块130先因应该输入信息IO产生多 个变量，所述变量符合MTM-UAS时间系统的语意。MTM-UAS时间系统所定义 的语意由两个英文字母及一个数字组成，称之为UAS码，其中，两个字母分 别代表单位名称及实施状况，而数字则代表距离范围。由于输入信息10已被 转换为所述自然语言变量，此处，时间计算模块130解析前述所述自然语言 变量，以得到符合MTM-UAS语意的此等变量(即MTM变量)。
在得到此等变量(即MTM变量)后，撷取模块134根据所述变量(即根据 该输入信号)自存储模块133的物品信息撷取与该物品相关的一选定物品信 息，自物体动作信息撷取一选定物体动作信息及自时间测量信息撷取一选定 时间测量信息。详言之，选定物品信息即为对应至前述物品的MetaCAD模型， 例如螺丝起子的MetaCAD模型；选定物体动作信息则对应前述物体的^f莫型， 例如「杰夫拿起东西」的模型；选定时间信息则为进行此动作的相关信息， 例如拿起的时间信息。
在取得选定物品信息、选定物体动作信息及选定物体动作信息后，时间 计算模块130根据该输入信息，决定物体进行运动的一执行相关时间。详言 之，时间计算模块13(M艮据由输入信息所得的选定物品信息、选定物体动作 信息及选定物体动作信息，决定该执行相关时间。由于时间计算模块130是 采用MTM-UAS系统，故所得的时间为MTM-UAS标准时间值，此为熟悉此领域 者所具有的通常知识，故不赘述。
接着，动作产生模块131根据输入信息10及该执行相关时间，产生仿真 该物体进行该运动的一组运动相关动画。详言之，输入信息10经过先前一连 串的处理后，可得到前述的选定物品信息、选定物体动作信息、选定时间测 量信息及时间计算模块130产生的执行相关时间14,利用这些信息即可产生 该组运动相关动画。在其它实施态样中，动作产生模块131可进一步以一参 数化的动作编辑工作加以编辑所欲模拟的该动作，其中，该组运动相关动画 包含一移位动作动画、 一动作动画以及一纟务正动作动画其中之一或其组合。
处理模块132根据执行相关时间及该组运动相关动画，利用与物体相对应的该物体模型在一空间模型中，以3D动画形式仿真该物体进行该运动，其 中物体模型的各项信息亦由Meta CAD所建立。显示模块15用以显示该物体 模型在该空间模型中仿真该物体进行该运动。
要另外强调的是，在其它实施态样中，输入信号10亦可直接传送至撷取 模块134及时间计算模块130,而不需将输入信号10先转换为自然语言变量。 为了因应此等实施态样，撷取模块134及时间计算模块130须有直接处理输 入信号10的能力。此外，仿真器13亦可单独存在，独立于系统l之外。
借由上述的配置，本发明利用友善的自然语言输入，将关键的MTM-UAS语 意参数化，并配合在Meta CAD中可以快速获得对象的坐标信息与面向，近 一步提供更多空间信息来做动作产生的计算。藉由上述配置，便可以快速、 合理地产生连续地的作业动作仿真。因此，本发明不需仰赖大量的外部动作 数据库进行动作合成，减少动作模拟所需计算时间与内存空间，也简化程序 的撰写复杂度，让使用者能快速地表达高阶的作业动作顺序，达到直觉、简 洁的操作方式。
本发明的第二实施例为一种仿真一物体进行一运动的方法，该方法应用 于如第一实施例所述的仿真系统。首先执行步骤201，令一输入模块ll接收 一输入信息，此输入信息与物体进行的运动相关。接着执行步骤202,令输 入模块ll转换该输入信息为多个变量。具体而言，可先将输入信息转换为自 然语言变量，再将自然语言变量转换为MTM变量。在其它实施态样中，可直 接将输入信息转换为MTM变量。接着，执行步骤203、 204及205，令撷取模 块134根据输入信息的变量，自存储模块133分别撷取与该物品相关的一物 品信息、 一物体动作信息以及一时间测量信息。接着执4亍步骤206,令时间 计算模块130根据输入信息、物体动作信息、物品信息及时间测量信息而决 定物体进行运动的一执行相关时间。执行步骤207，令动作产生模块131根 据输入信息、物体动作信息、物品信息、时间测量信息及执行相关时间，产 生仿真物体进行运动的一组运动相关动画。最后，执行步骤209,令处理模 块132根据该执行相关时间及该组运动相关动画，利用与该物体相对应的一 物体模型在一空间模型中仿真该物体进行该运动。
除了上述步骤，第二实施例亦能执行第一实施例所描述的操作及功能， 所属技术领域具有通常知识者可直接了解第二实施例如何基于上述第一实施 例以执行此等操作及功能。故不赘述。由上述可知，本发明可以使用接近人类语言的输入方式，并以一预定动 作时间值系统准确测量物体运动时间，增加其输入的简易迅速及模拟的精确 度，进一步提高动画仿真的效率，避免仿真时间、成本的浪费。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特 征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均 等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以申请专利范 围为准。
权利要求
1. 一种仿真一物体进行一运动的方法，包含下列步骤接收一输入信息，该输入信息与该物体进行该运动相关；根据该输入信息，决定该物体进行该运动的一执行相关时间；以及根据该输入信息及该执行相关时间，产生仿真该物体进行该运动的一组运动相关动画。
2. 如权利要求1所述的方法，还包含下列步骤才艮据该4丸行相关时间及该组运动相关动画，利用与该物体相对应的一物 体模型在一空间模型中仿真该物体进行该运动。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，该模拟步骤是以3D动画形式进行。
4. 如^又利要求1所述的方法，其中，该组运动相关动画包含一移位动作 动画、 一动作动画以及一4奮正动作动画其中之一或其组合。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，该运动与一物品相关，该方法还包 含下列步骤根据该输入信息，擷取与该物品相关的 一物品信息； 根据该输入信息，撷取一物体动作信息；以及 根据该输入信息，撷取一时间测量信息；其中，决定该执行相关时间的步骤是根据该输入信息、该物体动作信息、 该物品信息及该时间测量信息而决定，决定该组运动相关动画的步骤是根据 该输入信息、该物品信息及该物体动作信息而决定。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，该物品信息是该物品的一几何结构、 该物品的 一物理特性、该物品的一特征信息及该空间模型的一环境参数其中 之一或其组合。
7. 如权利要求5所述的方法，其中，该物体动作信息与该物体的一物体 模型相关，该物体模型是以一逆向运动学机制所控制。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，该输入信息是一自然语言格式，该 方法还包含下列步骤转换该输入信息为多个变量；根据所述变量而决定。
9. 一种仿真一物体进行一运动的装置，包含一输入模块，用以接收一输入信息，该输入信息与该物体进行该运动相关；一时间计算模块，用以根据该输入信息，决定该物体进行该运动的一扭j 行相关时间；以及一动作产生模块，用以根据该输入信息及该执行相关时间，产生仿真该 物体进4于该运动的 一纟且运动相关动画。
10. 如权利要求9所述的装置，还包含一处理模块，根据该执行相关时间 及该组运动相关动画，利用与该物体相对应的一物体模型在一空间模型中仿 真该物体进4于该运动。
11. 如权利要求IO所述的装置，其中，该处理模块以3D动画形式仿真该 物体进行该运动。
12. 如权利要求9所述的装置，其中，该组运动相关动画包含一移位动作 动画、 一动作动画以及一4务正动作动画其中之一或其组合。
13. 如权利要求9所述的装置，其中，该运动与一物品相关，该装置还包含一存储模块，用以存储多个物品信息、多个物体动作信息及多个时间测 量信息；以及一撷取模块，用以根据该输入信息，自所述物品信息撷取与该物品相关 的一选定物品信息、自所述物体动作信息撷取一选定物体动作信息及自所述 时间测量信息撷取一选定时间测量信息；其中，该时间计算模块及该动作产生模块根据该选定物品信息、该选定 物体动作信息及该选定时间测量信息，分别决定该执行相关时间及产生该组运动相关动画。
14. 如权利要求13所述的装置，其中，该选定物品信息是该物品的一几 何结构、该物品的一物理特性、该物品的一特征信息及该空间模型的一环境 参数其中之一或其组合。
15. 如权利要求13所述的装置，其中，该选定物体动作信息与该物体的 一物体模型相关，该物体模型是以一逆向运动学机制所控制。
16. 如权利要求9所述的装置，其中，该输入信息是一自然语言格式，该 输入模块更用以转换该输入信息为多个变量，以使该时间计算模块及该动作产生模块根据所述变量而分别决定该执行相关时间及产生该组运动相关动 画。
17. —种仿真一物体进行一运动的系统，包含一输入冲莫块，用以4妻收一输入信息，该输入信息与该物体进行该运动相关；一仿真器，包含一时间计算模块，用以根据该输入信息，决定该物体进行该运动的 一执行相关时间；一动作产生模块，用以根据该输入信息及该执行相关时间，产生仿 真该物体进行该运动的一组运动相关动画；以及一处理4莫块，根据该执行相关时间及该组运动相关动画，利用与该 物体相对应的一物体模型在一空间模型中仿真该物体进行该运动；以及一显示模块，用以显示该物体模型在该空间模型中仿真该物体进行该运动。
18. 如权利要求17所述的系统，其中，该处理模块以3D动画形式仿真该 物体进行该运动。
19. 如权利要求17所述的系统，其中，该组运动相关动画包含一移位动 作动画、 一动作动画以及一修正动作动画其中之一或其组合。
20. 如权利要求17所述的系统，其中，该运动与一物品相关，该仿真器 还包含一存储模块，用以存储多个物品信息、多个物体动作信息及多个时间测 量信息；以及一撷取模块，用以根据该输入信息，自所述物品信息撷取与该物品相关 的一选定物品信息、自所述物体动作信息撷取一选定物体动作信息及自所述 时间测量信息撷取一选定时间测量信息；其中，该时间计算模块及该动作产生模块是根据该选定物品信息、该选 定物体动作信息及该选定时间测量信息，分别决定该执行相关时间及产生该 组运动相关动画。
21. 如权利要求20所述的系统，其中，该选定物品信息是该物品的一几何结构、该物品的一物理特性、该物品的一特征信息及该空间模型的一环境 参数其中之一或其组合。
22. 如权利要求20所述的系统，其中，该选定物体动作信息与该物体的 一物体模型相关，该物体模型是以一逆向运动学机制所控制。
23. 如权利要求17所述的系统，其中，该输入信息是一 自然语言格式， 该输入模块更用以转换该输入信息为多个变量，俾该时间计算模块及该动作 产生模块根据所述变量而分别决定该执行相关时间及产生该组运动相关动 画。
全文摘要
本发明涉及一种仿真一物体进行运动的方法、装置及系统。输入模块接收一输入信息，该输入信息与该物体进行该运动相关。时间计算模块根据该输入信息，决定该物体进行该运动的一执行相关时间。动作产生模块根据该输入信息及该执行相关时间，产生仿真该物体进行该运动的一组运动相关动画。处理模块根据该执行相关时间及该组运动相关动画，利用与该物体相对应的一物体模型在一空间模型中仿真该物体进行该运动。显示模块用以显示该物体模型在该空间模型中仿真该物体进行该运动。
文档编号G06T13/00GK101419720SQ20071016339
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月24日 优先权日2007年10月24日
发明者张绍文, 旭 李, 王茂骏, 郭峰州, 郭崇安, 郭建甫, 陈培钊 申请人:中华汽车工业股份有限公司