Новый вычислительный метод позволяет роботизированным персонажам выполнять быстрые движения без чрезмерных вибраций.
Исследователи компании Disney продемонстрировали мощный новый метод переноса движений, созданных с помощью традиционного программного обеспечения для анимации, на роботизированных персонажей при одновременном снижении механических колебаний.
К сожалению, законы физики затрудняют проектирование и программирование роботов, которые могут двигаться как плавно, так и динамически. Проблема заключается в том, что когда роботизированная деталь движется динамически, все то, к чему она прикреплена, заканчивается изгибом и изгибом. Сгибание и сгибание могут быть просто небольшими, если ваш робот действительно громоздкий и жесткий, но если у вас есть легкий, совместимый робот, который предназначен для работы с людьми, изгиб и сгибание может быть настолько большим, что в конечном итоге нарушить любое движение, которое робот пытался сделать в первую очередь.
Компания Disney Research, проявляющая интерес к разработке легковесных и динамичных роботов, представила на выставке SIGGRAPH 2019 доклад, демонстрирующий эффективный метод гашения вибрации для роботов, который в противном случае был бы очень, очень странным.
Это увлекательное видео демонстрирует наихудший сценарий для волнистых роботов - очень низкую жесткость конструкций, выполняющих динамические движения с высокой массой конечностей.
Видео на английском, не нашел нормального перевода.
То, что вы видите здесь, это не какая-то динамическая система гашения вибраций. Другими словами, если вы дадите любому из этих роботов толчок, они будут отскакивать повсюду. Напротив, конкретные движения роботов (которые проектируются аниматорами) были оптимизированы для подавления вибраций с помощью вычислительного инструмента, описанного в статье Диснея. Вы не видите, чтобы это происходило в реальном времени, но инструмент использует модель робота, чтобы предсказать, как он будет вибрировать, а затем инструктировать двигатели, чтобы сделать очень незначительные (но очень точные) дополнительные движения, необходимые для гашения этих вибраций, в то же время заставляя робота двигаться так, как хочет аниматор.
Вы не можете видеть, чтобы это произошло в реальном времени, но вычислительный инструмент Disney использует модель робота, чтобы предсказать, как он будет колебаться, а затем инструктировать двигатели, чтобы сделать очень незначительные дополнительные движения, необходимые для гашения этих колебаний, в то же время заставляя робота двигаться так, как аниматор хочет.
Эта техника требует предварительного моделирования и расчетов, и ее эффективность в значительной степени зависит от того, насколько хороша ваша модель робота. По мере усложнения конструкции робота становится все сложнее и сложнее делать это эффективно, и по мере увеличения количества сгибаемых деталей, каждая точка изгиба вводит в смесь другую степень свободы, а поскольку сгибание одной детали может привести к изгибу другой, она быстро превращается в огромный беспорядок. Одним из способов решения этой проблемы является уделение приоритетного внимания гашению наиболее заметных амплитудных колебаний. И работает он очень хорошо, даже на относительно сложных роботизированных персонажах:
В заключительной демонстрации мы переориентировали боксерскую анимацию на одного и того же персонажа в формате 13-DOF, заменив обе руки боксерскими перчатками как на нашей имитационной модели, так и на нашей физической системе. В отличие от последовательности ударных, боксерское движение содержит более быстрые движения с резкими остановками. Наивная переадресация вызывает чрезмерные вибрации, особенно когда персонаж уклоняется и перемещает верхнюю часть тела назад и вперед. При тех же целях и параметрах оптимизации, что и у барабанщика, наши оптимизированные системы управления двигателем приводят к отклонениям менее 1,5 см (по сравнению с 9 см до оптимизации), сохраняя при этом входную анимацию без заметных визуальных различий.