JP2018180781A - アニメーション制作システム、アニメーション制作方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行う。【解決手段】コンピュータ１０１を用いてアニメーションを制作するアニメーション制作システム１００であって、描画対象データを複数の異なる位置・角度からキーフレームを介して描画して入力する入力部１２０と、入力部から入力された描画対象データが投影される立体曲面からなる立体キャンバス１４２と、描画データに基づいて立体キャンバスを構成する立体曲面の形状を推定する立体キャンバス形状推定部１４４と、キーフレームの位置・角度から立体キャンバスの運動の軌跡を補間する立体キャンバス運動補間部１４６と、立体キャンバス形状推定部で立体曲面の形状が推定された立体キャンバスの表面に、立体キャンバス運動補間部の補間データを反映させて表示した描画対象データの補間結果となる描画データを出力する出力部１３０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータを用いて描画対象となるアニメーションを制作するアニメーション制作システム、アニメーション制作方法、及び当該アニメーション制作方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

従来からアニメーションの制作には、多くの工程と人手を要するものであり、従来では、手描きでされていた作画の工程の一部をコンピュータで代替する手法が開発されていた。特に、近年のアニメーション制作では、解像度の増加に伴う一画面の情報量増大のニーズの高まりや、アニメーション制作者側の人手不足の傾向があることから、コンピュータによるアニメーション制作支援の必要性が高まっている。

特に、描画対象となるアニメーションのキャラクターの臨場感やリアリティを高めるために、コンピュータによるアニメーション制作の現場では、３Ｄコンピュータグラフィックス（Computer Graphics、以下、ＣＧと記載)によるアニメーション制作が行われるようになっている。このような３ＤＣＧによるアニメーション制作の従来技術として、特許文献１には、ポーズの入力を容易にして作業量を低減した３次元アニメーション作成支援装置が開示され、特許文献２には、３次元空間内のオブジェクトに対する動作設定を容易にする３次元ＣＧアニメーション作成装置について開示されている。

特開２００５−７１１８２号公報 特開平１０−１７２００９号公報

しかしながら、アニメーション制作の現場で多く使用される３ＤのＣＧソフトウェアは、２Ｄ作業と大きく異なる複雑なインターフェースを有しているので、２Ｄによるドローイング用のインターフェースと比べて、３Ｄ操作に習熟する必要があることから、手軽にアニメーション制作が行えないという問題があった。すなわち、３ＤＣＧソフトウェアによる操作では、原画作業と一体化した直感的な描画を基本とする２Ｄイラストによるアニメーション制作の独自の長所が活かされない。このことから、高度な３Ｄ操作を習熟しなくても、描画対象の立体情報を考慮した上で２Ｄによるアニメーション制作のように描画作業を容易に行えるアニメーション制作手法が望まれる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、描画対象の立体情報を考慮した上で容易にアニメーション制作をすることの可能な、新規かつ改良されたアニメーション制作システム、アニメーション制作方法、及び当該アニメーション制作方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、コンピュータを用いてアニメーションを制作するアニメーション制作システムであって、描画対象データを複数の異なる位置・角度から２次元状のキーフレームを介して描画して入力する入力部と、前記入力部から入力された前記描画対象データが投影される立体曲面からなる立体キャンバスと、前記入力部から入力した前記描画データに基づいて前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面の形状を推定する立体キャンバス形状推定部と、前記入力部での前記キーフレームの位置・角度から前記立体キャンバスの運動の軌跡を補間する立体キャンバス運動補間部と、前記立体キャンバス形状推定部で前記立体曲面の前記形状が推定された前記立体キャンバスの表面に、前記立体キャンバス運動補間部の補間データを反映させて表示した前記描画対象データの補間結果となる描画データを出力する出力部と、を備え、前記立体キャンバスは、実装に応じて前記入力部の描画平面によって隠蔽されるように設けられるか、又は前記描画平面に重ねて表示されることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、入力部から２次元的に入力した描画データからリアルタイムで立体キャンバスの形状の最適化が実行されるので、かかる最適化された立体キャンバスを介して、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行えるようになる。

このとき、本発明の一態様では、前記立体キャンバス形状推定部は、前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面をパラメトリック曲線関数で定義した場合に、前記描画データを構成する１点を前記異なる位置・角度から前記立体キャンバスに投影する各光線の距離が最小値となるように、前記パラメトリック曲線関数のパラメータを決定することとしてもよい。

このようにすれば、入力部から２次元的に描画データを入力しても、リアルタイムでパラメトリック曲線関数によって表される立体曲面からなる立体キャンバスの形状の最適化が実行できる。

また、本発明の一態様では、前記立体キャンバス運動補間部は、前記立体キャンバスの運動を回転運動と平行移動の和と仮定した場合に、前記平行移動成分の大きさが最小になるように前記回転移動の半径を定めることとしてもよい。

このようにすれば、立体キャンバスの回転移動成分を調整しながら、確実に立体キャンバスの運動の軌跡を補間できる。

また、本発明の一態様では、前記入力部は、前記描画対象データの描画による入力を行う描画入力・出力領域と、前記立体キャンバスの位置・角度を入力する位置・角度入力領域と、前記立体キャンバス運動補間部で補間された補間データの始点から終点までの時間を表示する時間表示領域と、前記描画対象データを描画する際の位置決めガイドとして機能するガイド領域が設けられることとしてもよい。

このようにすれば、２次元的に直接描画データを入力する簡素な手法で描画対象の立体情報を考慮したアニメーションの制作を容易に行えるようになる。

また、本発明の他の態様は、コンピュータを用いてアニメーションを制作するアニメーション制作方法であって、描画対象データを複数の異なる位置・角度から２次元状のキーフレームを介して描画して入力する入力工程と、前記入力工程で入力された前記描画対象データを立体曲面からなる立体キャンバスに投影する投影工程と、前記入力工程で入力した前記描画データに基づいて前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面の形状を推定する形状推定工程と、前記入力工程での前記キーフレームの位置・角度から前記立体キャンバスの運動の軌跡を補間する運動補間工程と、前記立体キャンバス形状推定工程で前記立体曲面の前記形状が推定された前記立体キャンバスの表面に、前記立体キャンバス運動補間工程で算出された補間データを反映させて表示した前記描画対象データの補間結果となる描画データを画像に出力する出力工程と、を有し、前記立体キャンバスは、実装に応じて前記入力部の描画平面によって隠蔽されるように設けられるか、又は前記描画平面に重ねて表示されることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、キーフレームを介して２次元的に入力した描画データからリアルタイムで立体キャンバスの形状の最適化が実行されるので、かかる最適化された立体キャンバスを介して、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行えるようになる。

このとき、本発明の他の態様では、前記形状推定工程では、前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面をパラメトリック曲線関数で定義した場合に、前記描画データを構成する１点を前記異なる位置・角度から前記立体キャンバスに投影する各光線の距離が最小値となるように、前記パラメトリック曲線関数のパラメータを決定することとしてもよい。

このようにすれば、入力部から２次元的に描画データを入力しても、リアルタイムでパラメトリック曲線関数によって表される立体曲面からなる立体キャンバスの形状の最適化が実行できる。

また、本発明の他の態様では、前記運動補間工程では、前記立体キャンバスの運動による移動を回転運動と平行移動の和と仮定した場合に、前記平行移動成分の大きさが最小になるように前記回転移動の半径を定めることとしてもよい。

このようにすれば、立体キャンバスの回転移動成分を調整しながら、確実に立体キャンバスの運動の軌跡を補間できる。

また、本発明の更に他の態様は、前述した何れかのアニメーション制作方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明の更に他の態様によれば、かかるプログラムに沿って、入力部から２次元的に入力した描画データからリアルタイムで立体キャンバスの形状の最適化が実行されるので、かかる最適化された立体キャンバスを介して、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行えるようになる。

以上説明したように本発明によれば、２Ｄ操作による直接的なドローイング作業でも、描画対象の立体情報を考慮した良質なアニメーションの制作を容易に行える。

本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の概略を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの立体キャンバスと描画平面との関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の立体キャンバスの形状推定の動作を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の立体キャンバスの運動補間の動作を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの入力部の構成の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法で制作された描画と比較例となる描画を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの概略構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システム１００は、コンピュータ１０１を用いてアニメーションを制作する際に、ドローイング等の２Ｄによる直接的な描画データの入力手法によって、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション補間をして３Ｄに近いアニメーション制作方法を実現する。なお、本明細書中において、「コンピュータ」とは、例えば、スーパーコンピュータ、汎用コンピュータ、オフィスコンピュータ、制御用コンピュータ、パソコン、タブレット端末、スマートフォン、携帯情報端末等の各種演算処理が可能な演算装置を備えた情報端末装置をいう。

本実施形態のアニメーション制作システム１００は、図１に示すように、ＣＰＵ（ Central Processing Unit ）１１０と、入力部１２０と、出力部１３０と、及びメモリ１４０とを備える。そして、これらのアニメーション制作システム１００に備わる各構成要素は、システムバス１５０を介して相互に電気的に接続されている。このため、コンピュータ１０１のＣＰＵ１１０がメモリ１４０へのアクセス、入力部１２０に対する操作状態の把握、出力部１３０に対するデータの出力、不図示の通信部を介したインターネットに対する各種情報の送受信等を行えるようになる。

ＣＰＵ１１０は、不図示の通信部を介して受信したデータや、メモリ１４０に設けられる不図示のＲＯＭ（ Read Only Memory ）に記憶されている各種プログラムに従って、アニメーション制作システム１００に備わる各構成要素の動作を制御する機能を有する。本実施形態では、ＣＰＵ１１０は、アニメーション制作システム１００によるアニメーション制作方法をコンピュータ１０１に実行させるためのプログラムに従って、アニメーション制作の動作を制御する。また、ＣＰＵ１１０は、これら各種処理を実行する際に、必要なデータ等を一時的に記憶するメモリ１４０に設けられる不図示のＲＡＭ（ Random access Memory ）に適宜記憶させる機能を有する。

入力部１２０は、アニメーション制作に係る各種データを入力する機能を有し、例えばマウスやキーボード、タッチパネル、タッチペン等が用いられる。本実施形態では、入力部１２０は、描画対象となるアニメーションの作成データをドローイングにより入力し、描画対象データを複数の異なる位置・角度から２次元状のキーフレームを介して描画して入力されることを特徴とする。また、本実施形態では、入力部１２０は、アニメーション制作システム１００による原画作業と補間作業を一体化するインターフェースとして機能することを特徴とする。なお、入力部１２０の詳細な構成及び動作については、後述する。

メモリ１４０は、アニメーション制作システム１００の各構成要素の動作制御に必要な情報を記憶する機能を有する。本実施形態では、メモリ１４０は、アニメーション制作システム１００により実行されるアニメーション制作方法をコンピュータ１０１に実行させるためのプログラムが記憶されている。このため、メモリ１４０には、図１に示すように、かかるプログラムを実行する際の作業領域となる立体キャンバス１４２、立体キャンバス形状推定部１４４、及び立体キャンバス運動補間部１４６が設けられている。

立体キャンバス１４２は、表面に凹凸をもち、３次元空間上に配置されるキャンバスであり、入力部１２０から入力された描画対象データが投影される立体曲面からなる。立体キャンバス１４２の形状は、描く対象物の形状を模しており、曲面関数によって記述され、入力部１２０に有する複数の入力キーフレームのうち隣り合う２枚の入力キーフレーム画像から最適化される。本実施形態では、特に描く対象物として人間の顔面を想定しており、立体キャンバス１４２は、それを模した形状をとっている。また、キーフレーム間で立体キャンバス１４２を運動させることで、立体キャンバス１４２の表面に描かれた線の立体的なアニメーションを実現する。

立体キャンバス形状推定部１４４は、入力部１２０から入力した描画データに基づいて立体キャンバス１４２を構成する立体曲面の形状を推定する機能を有する。本実施形態では、立体キャンバス形状推定部１４４は、立体キャンバス１４２を構成する立体曲面をパラメトリック曲線関数で定義した場合に、描画データを構成する１点を異なる位置・角度から立体キャンバス１４２に投影する各光線の距離が最小値となるように、パラメトリック曲線関数のパラメータを決定することを特徴とする。なお、立体キャンバス形状推定部１４４による立体キャンバス１４２の形状推定の動作の詳細については、後述する。

立体キャンバス運動補間部１４６は、入力部１２０でのキーフレームの位置・角度から立体キャンバス１４２の運動の軌跡を補間する機能を有する。本実施形態では、立体キャンバス運動補間部１４６は、立体キャンバス１４２の運動を回転運動と平行移動の和と仮定した場合に、平行移動成分の大きさが最小になるように回転移動の半径を定めることを特徴とする。なお、立体キャンバス運動補間部１４６による立体キャンバス１４２の形状推定の動作の詳細については、後述する。

出力部１３０は、ＣＰＵ１１０による演算結果やデータベースとなるメモリ１４０の情報等を出力する機能を有する。出力部１３０としては、例えば、表示モニタ等が用いられる。本実施形態では、出力部１３０は、立体キャンバス形状推定部１４４で立体曲面の形状が推定された立体キャンバス１４２の表面に、立体キャンバス運動補間部１４６の補間データを反映させて表示した描画対象データの補間結果となる描画データを出力する。

本実施形態では、立体キャンバス１４２は、インターフェースとなる入力部１２０によって隠蔽されており、制作者には、一般的な描画システムと同様な描画入力手段が提供されることを特徴とする。このため、効率よく制作者の意図したアニメーションを対話的に作成できるよう、常に入力に対してリアルタイムで立体キャンバス１４２の形状最適化が実行されるようになっている。なお、本実施形態では、立体キャンバス１４２は、実装に応じて入力部１２０の描画平面によって隠蔽されるように設けられているが、描画平面に重ねて表示されるようにしてもよい。

このように、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システム１００では、入力部１２０から２次元的に入力した描画データからリアルタイムで立体キャンバス１４２の形状の最適化が実行される。このため、かかる最適化された立体キャンバス１４２を介して、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行えるようになる。また、本実施形態では、通常の平面のキャンバスと違い立体的な凹凸を有する立体キャンバス１４２の表面に描画平面に対して描かれたイラストを射影し保存して、立体キャンバス１４２を移動回転することによって、描いたイラストから立体的な動きのあるアニメーションを作り出すことができる。

次に、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムによるアニメーション制作方法について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の概略を示すフロー図であり、図３は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの立体キャンバスと描画平面との関係を示す説明図である。また、図４は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の立体キャンバスの形状推定の動作を示す説明図であり、図５は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の立体キャンバスの運動補間の動作を示す説明図である。

本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法は、コンピュータを用いてアニメーションを制作する方法であって、２次元的に入力した描画データからリアルタイムで立体キャンバスの形状の最適化を実行して、かかる最適化された立体キャンバスを介して、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行うことを特徴とする。本実施形態では、アニメーション制作方法は、図２に示すように、インターフェースとなる入力部から描画入力する入力工程Ｓ１１と、描画データを立体キャンバスに投影する投影工程Ｓ１２と、立体キャンバスの形状推定をする形状推定工程Ｓ１３と、立体キャンバスの運動補間をする運動補間工程Ｓ１４と、描画対象となる画像を出力する出力工程Ｓ１５とを有する。

入力工程Ｓ１１では、描画対象データをドローイング等により入力する。本実施形態の入力工程Ｓ１１では、描写対象データを複数の異なる位置・角度から２次元状のキーフレームを介して描画して入力する。具体的には、本手法において入力となるのは、描く対象物（ここでは人間の顔）の回転平行移動を描いた複数枚のキーフレームの線画と、立体キャンバスのカメラに対しての姿勢、そして、これらの線画間の線同士での対応付けである。立体キャンバスの位置・角度を示す姿勢は、描く対象物の姿勢に対応する。

投影工程Ｓ１２では、入力工程Ｓ１１で入力された描画対象データを立体曲面からなる立体キャンバスに投影する。本実施形態では、図３に示すように、描画平面に対してタッチペン１２１で描かれたキーフレーム１２２内の線Ｄ１をその奥に配置された立体的な凹凸を持った立体曲面からなる立体キャンバス１４２の表面へと投影して、当該投影データＤ２が保存される。なお、本実施形態では、立体キャンバス１４２が不図示のカメラに対して動くとき、その表面に保存された線に立体的な動きが与えられるようになる。また、本実施形態では、入力である複数枚のキーフレームを、１つの線画の描かれた立体キャンバス１４２が画面内で移動した画像と仮定する。そして、立体キャンバス１４２の形状と画面内での運動を推定することによって、表面に描かれた線画の動きを補間する。

形状推定工程Ｓ１３では、入力工程Ｓ１１で入力した描画データに基づいて立体キャンバス１４２を構成する立体曲面の形状を推定する。本実施形態では、入力部から２次元的に描画データを入力しても、リアルタイムでパラメトリック曲線関数によって表される立体曲面からなる立体キャンバス１４２の形状の最適化が実行するために、形状推定工程Ｓ１３では、立体キャンバス１４２を構成する立体曲面をパラメトリック曲線関数で定義した場合に、描画データを構成する１点を異なる位置・角度から立体キャンバスに投影する各光線の距離が最小値となるように、パラメトリック曲線関数のパラメータを決定する。

本実施形態では、立体キャンバス１４２の形状は、ある初期形状を与えた上で、複数の線画を１つの表面に投影した際に、それらがなるべく誤差が少なく一致するように決定される。具体的には、誤差計算のため、３次元で表される立体キャンバス１４２を基準としたキャンバス座標系を考える。その空間でｚ ＝ ｆ（ｘ，ｙ）とする立体曲面で立体キャンバス１４２の形状を定義する。

立体キャンバス１４２を構成する立体曲面を表すｆ（ｘ，ｙ）は、パラメトリック曲面関数であり、例えば、人間の顔面を模した下記の式（１）の多項式で表わされる。
ｆ（ｘ，ｙ）＝ｐ_０＋ｐ_１ｘ＋ｐ_２ｘ^２ ＋ｐ_３ｙ＋ ｐ_４ｙ^２ ＋ｐ_５ｙ^３ （１）

本実施形態では、複数枚のキーフレームの補間を隣り合う２枚のキーフレームの組それぞれに対する互いに独立した補間結果を繋ぎ合わせることで生成する。そのため、以下では、入力線画を２枚に限定した補間について説明する。

図４に示すように、入力線画Ｉ_０、Ｉ_１ が描かれた際のキャンバス座標系上でのカメラ１２３ａ、１２３ｂの位置ｖ_０；ｖ_１を入力姿勢Ｐ_０；Ｐ_１から逆算して、Ｉ_０；Ｉ_１ 間で対となる線の組Ｃ_０；Ｃ_１上の点を｛ｃ_ｎｉ｝（ｎ∈｛１、０｝、ｉ＝０、１、…ｍ）によって表す。なお、図４に示すｃ_ｎｉは、キャンバス座標系上でカメラ１２３ａ、１２３ｂの正面に配置された描画平面上の座標を表す。

このとき、カメラの位置ｖ_ｎからｃ_ｎｉを通り、立体キャンバス上へと投影される点は、直線Ｌ_ｎｉ（ｔ） ＝ｖ_ｎ＋ｔ（ｃ_ｎｉ−ｖ_ｎ）上にある。このとき、これらの直線Ｌ_０ｉ（ｔ）と、Ｌ_１ｉ（ｔ） が交差するとき、その交点は、それぞれの投影先として最も望ましい点であるといえる。しかしながら、描画は、３次元的に不正確なされ方をすることが考えられるため、実際に３次元空間上に存在する２つの直線は、必ずしも１点で交わらないことを考慮する必要がある。

このため、本実施形態では、交点の代わりに、Ｌ_ｎｉ（ｔ）上のもう一方の線Ｌ_{（ｎ＋１）mod２ｉ}（ｔ）に最も接近する点ｄ_ｎｉをそれぞれ求める。そして、新しい立体キャンバスの形状を表すｆ（ｘ，ｙ）の各パラメータは、ｄ_ｎｉが可能な限り表面に乗るように、次の式（２）で示される誤差ｅが最小になるように決定する

ただし、上記の式（２）の（ｘ_ｎｉ，ｙ_ｎｉ，ｚ_ｎｉ）は、ｄ_ｎｉの座標要素を示す。

なお、形状推定工程Ｓ１３では、立体キャンバスの形状を更新の後、Ｌ_ｎｉ（ｔ）と新しいｆ（ｘ，ｙ）の交点ｃ´_ｎｉを求め、キャンバス表面へ保存する。これは、Ｃ_ｎ上の各点ｃ_ｎｉを改めてキャンバス表面上へ投影することを意味しており、このとき、元々のカメラ位置から見た場合は、キャンバス形状が変化しても、線の形状は変化しない。

運動補間工程Ｓ１４では、前記入力工程での前記キーフレームの位置・角度から前記立体キャンバスの運動の軌跡を補間する。本実施形態では、立体キャンバスの回転移動成分を調整しながら、確実に立体キャンバスの運動の軌跡を補間するために、運動補間工程Ｓ１４では、立体キャンバスの運動による移動を回転運動と平行移動の和と仮定した場合に、平行移動成分の大きさが最小になるように回転移動の半径を定める。

具体的には、複数のキーフレームのうち隣り合う２つのキーフレームでの姿勢Ｐ_０、Ｐ_１から、立体キャンバスの運動の軌跡、すなわち、時間ｔ（０≦ｔ≦ｔ）の時点での中間フレームの姿勢Ｐ（ｔ）を補間する。姿勢Ｐ_ｎ は、位置ベクトルｐ_ｎ及び回転を表すオイラー角（α_ｎ，β_ｎ，γ_ｎ）の２つから定義される。

立体キャンバスの位置ｐ（ｔ）を求めるに際して、立体キャンバスの移動を回転移動と平行移動の和であると仮定する。本実施形態では、人間の顔の運動を想定していることから、図５に示すように、回転の中心ｃ_０、ｃ_１は、立体キャンバスの奥行き方向に距離ｒ離れた点にあると仮定する。このとき、回転の中心ｃ_ｎは、下記の式（３）で表わせる。
ｃ_ｎ＝ｐ_ｎ＋ｒｎ_ｎｚ （３）
ここで、ｎ_ｎｚ は、ワールド座標系から見た立体キャンバスの奥行き方向の単位ベクトルを示す。

求めたいｐ（ｔ）は、以下の式（４）に示すように表せる。
ｐ（ｔ）＝ｃ（ｔ）−ｒＲ（ｔ）ｎ_０ｚ （４）

上記の式（４）に示すｃ（ｔ）は、回転中心の平行移動成分であり、次の式（５）で表わされる。
ｃ（ｔ）＝（１−ｔ）ｃ_０＋ｔｃ_１ （５）

式（４）に示すＲ（ｔ）は、回転移動成分であり、ｎ_０ｚ とｎ_１ｚのなす角をθとしたときに、ｎ_０ｚを外積ベクトルの回転軸として、ｔθ回転させる変換である。このときｐ（１）＝ｐ１が成り立つ。また、式（４）に示すｒは、回転移動の半径であり、この値を増減させることで回転移動成分の占める重みを調整することができる。ここでは、回転移動成分が大きいほど、立体的に見えることが期待されるので、平行移動成分を最小化する、つまり、｜ｃ_０−ｃ_１｜＝｜（ｐ_０−ｐ_１）＋ｒ（ｎ_０ｚ−ｎ_１ｚ）｜ が最小となるようにｒを定める。

このとき、立体キャンバスの回転（α（ｔ），β（ｔ），γ（ｔ））のうち、α（ｔ）とβ（ｔ）については、立体キャンバスの点ｐ（ｔ）における奥行き方向の単位ベクトルｎ_ｚ（ｔ） を補間によって得られたＲ（ｔ）ｎ_０ｚと一致させるような回転量を求めることで決定することができる。

残るγ（ｔ）については、奥行き方向の単位ベクトルｎ_ｚ（ｔ）を軸とした回転量を表すため、下記の式（６）で示される線形補間で定める。
γ（ｔ） ＝（１−ｔ）γ_０ ＋ｔγ_１ （６）

このようにして、時間ｔ における立体キャンバスの位置・角度を表す姿勢が求まる。

出力工程Ｓ１５では、形状推定工程Ｓ１３で立体曲面の形状が推定された立体キャンバスの表面に、運動補間工程Ｓ１４で算出された補間データを反映させて表示した描画対象データの補間結果となる描画データを画像に出力する。具体的には、求めた姿勢と形状のキャンバス表面に、投影された２つの入力線画を合成して１つの線画として表示して、最終的な補間結果とする。

このとき、形状更新のみでこれらを一致させることは、困難なため、各対応する線Ｃ_０、Ｃ_１を下記の式（７）に示すように、立体キャンバス上で線形補間した線Ｃ（ｔ）を時間ｔ（０≦ｔ≦ｔ）において表面に表示する。この立体キャンバスの表面に表示した描画データを画面に投影したものが画像出力となる。
Ｃ（ｔ） ＝｛ｃｉ｜ｃｉ＝（１−ｔ）ｃ´_０ｉ ＋ｔｃ´_１ｉ｝ （７）
上記式（７）に示すｃ´_ｎｉは、前述で求めた立体キャンバス表面上の各点の座標である。

次に、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムのインターフェースとなる入力部の構成について、図面を使用しながら説明する。図６は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システムの入力部の構成の一例を示す平面図である。

インターフェースとなる入力部１２０は、液晶等の画面から構成され、図６に示すように、描画入力・出力領域Ａ１、ガイド領域Ａ２、位置・角度入力領域Ａ３、及び時間表示領域Ａ４の４つの領域から構成される。描画入力・出力領域Ａ１は、表示部１２０の中央側に設けられ、描画対象データの描画による入力を行う機能を有する。画面に表示されたアタリからなるガイド領域Ａ２は、描画入力・出力領域Ａ１の中心側に設けられ、描画対象データを描画する際の位置決めガイドとしての機能を有し、立体キャンバスの代わりに、描画する位置をユーザにより直感的な形で伝えるガイドの役割を果たす。

位置・角度入力領域Ａ３は、表示部１２０の左右の側部、すなわち、描画入力・出力領域Ａ１の両脇に設けられ、立体キャンバスの姿勢を示す立体キャンバスの位置・角度を入力する機能を有する。時間表示領域Ａ４は、立体キャンバス運動補間部で補間された補間データの始点から終点までの時間を表示する。具体的には、時間表示領域Ａ４の左端と右端がそれぞれ始点と終点のキーフレームに対応しており、それぞれの位置で入力線画を描き、時間表示領域Ａ４に有するタイムラインを動かすことによって、補間結果が画面に表示される。線ごとの対応付けは、線を選択し手動で行う。

画面には、立体キャンバスの表面に保存された線のみを描画し、その形状は、描画しない。このため、ユーザが扱う上では、必ずしも意識する必要のない立体キャンバスの存在をユーザに対して隠蔽し、インターフェースと内部実装を可能な限り切り離すことによって、より発展性を有して、ユーザにとっても扱いやすいシステムとなることが期待できる。すなわち、２次元的に直接描画データを入力する簡素な手法で描画対象の立体情報を考慮したアニメーションの制作を容易に行えるようになる。

次に、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システム及びアニメーション制作方法を適用した描画結果について、図面を使用しながら説明する。図７は、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作方法の実施例で制作された描画と比較例となる描画を示す説明図である。

本手法を用いた結果について述べる。ここでは、インターフェースの操作性や対話性を除き、固定の線画を用いての補間について、本実施形態のアニメーション制作方法のアルゴリズムによる補間法を実施例として、単純な画面上での線形補間法を比較例として、これらの手法による補間法での結果の比較実験を行った。実験に使用するアニメーションは、実際にテレビで放送されたアニメーションから人間の顔の動作を抜き出したものを使用した。ここで、画面上の線形補間法は、本実施例において立体キャンバスを不動（Ｐ_０ ＝Ｐ_１）とすることで、それぞれ実装した。

実際のアニメーションからキャラクターの顔の動作を抜き出し、一連の画像を手作業でトレースすることで線画化を行った。そして、得られた線画のうち始点および終点である線画から各手法によって一連の補間画像を作成し、それらの画像から線画化した中間フレームに最も近い画像を選択して、それぞれの手法ごとに実際の中間フレームと補間画像、及び異なる手法間での補間画像同士を比較した。本実施例の手法については、入力として各立体キャンバスの姿勢も指定した。

図７に示すように、線形補間による比較例と本実施例による結果を比較した場合、線形補間による結果（点線）は、実際のアニメーション（実線）に比べて目や眉などの顔を構成する部位の位置にずれが生じていたのに対して、本実施例（太線）では、より実際の作画に近い結果が得られており、よりユーザが意図するアニメーションに近い結果を得ることができたものと実証された。特に、本実験の結果、特に、顔の横方向や縦方向の回転を含んだアニメーションに対して本実施例が有効であり、立体情報を考慮することで単純な線形補間と比較してより望ましい結果が得られることが分かった。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係るアニメーション制作システム及び方法を適用することによって、入力部から２次元的に入力した描画データからリアルタイムで立体キャンバスの形状の最適化が実行されるようになる。このため、かかる最適化された立体キャンバスを介して、描画対象の立体情報を考慮したアニメーション制作を容易に行えるようになる。

また、従来の３Ｄアニメーションでは、パラメータ設定、アニメーションデータ入力等の煩雑な作業が必要となり、これらの作業は、２Ｄのアニメータの絵を描くスキルのような直感的なものとかけ離れた内容であるのに対して、本実施形態では、少ない入力作業で直感性を重視したアニメーション制作が可能となる。このため、３Ｄ操作の特別な習熟を必要とせず、通常の２Ｄのドローイング用のインターフェースと比べて、描く対象であるキャンバスが平面から立体に変わっただけの直感的なシステムを構築することができる。

すなわち、従来のような３Ｄアニメに関わる諸条件を意識することなく、直感的に描画データを入力するだけで、３Ｄアニメーションに近い効果を得られるようになり、より効率的にリアリティの富んだアニメーションを容易に制作できる。特に、本実施形態では、立体キャンバスを使用することにより、画面に描かれたキャラクターのイラストに対して立体的な変形を施してキャラクターのアニメーション制作をすることから、アニメーション制作に必要となる多くの人手と作業の軽減が期待されるので、極めて大きな工業的価値を有する。

なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アニメーション制作システムの構成、動作も本発明の一実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００ アニメーション制作システム、１０１ コンピュータ、１１０ ＣＰＵ、１２０ 入力部、１２２、１２２ａ、１２２ｂ キーフレーム、１３０ 出力部、１４０ メモリ、１４２ 立体キャンバス、１４４ 立体キャンバス形状推定部、１４６ 立体キャンバス運動補間部、１５０ バス、Ａ１ 描画入力・出力領域、Ａ２ ガイド領域、Ａ３ 位置・角度入力領域、Ａ４ 時間表示領域、Ｓ１１ 入力工程、Ｓ１２ 投影工程、Ｓ１３ 形状推定工程、Ｓ１４ 運動補間工程、Ｓ１５ 出力工程

Claims (8)

1. コンピュータを用いてアニメーションを制作するアニメーション制作システムであって、
   描画対象データを複数の異なる位置・角度から２次元状のキーフレームを介して描画して入力する入力部と、
   前記入力部から入力された前記描画対象データが投影される立体曲面からなる立体キャンバスと、
   前記入力部から入力した前記描画データに基づいて前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面の形状を推定する立体キャンバス形状推定部と、
   前記入力部での前記キーフレームの位置・角度から前記立体キャンバスの運動の軌跡を補間する立体キャンバス運動補間部と、
   前記立体キャンバス形状推定部で前記立体曲面の前記形状が推定された前記立体キャンバスの表面に、前記立体キャンバス運動補間部の補間データを反映させて表示した前記描画対象データの補間結果となる描画データを出力する出力部と、を備え、
   前記立体キャンバスは、実装に応じて前記入力部の描画平面によって隠蔽されるように設けられるか、又は前記描画平面に重ねて表示されることを特徴とするアニメーション制作システム。
2. 前記立体キャンバス形状推定部は、前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面をパラメトリック曲線関数で定義した場合に、前記描画データを構成する１点を前記異なる位置・角度から前記立体キャンバスに投影する各光線の距離が最小値となるように、前記パラメトリック曲線関数のパラメータを決定することを特徴とする請求項１に記載のアニメーション制作システム。
3. 前記立体キャンバス運動補間部は、前記立体キャンバスの運動を回転運動と平行移動の和と仮定した場合に、前記平行移動成分の大きさが最小になるように前記回転移動の半径を定めることを特徴とする請求項１又は２に記載のアニメーション制作システム。
4. 前記入力部は、前記描画対象データの描画による入力を行う描画入力・出力領域と、前記立体キャンバスの位置・角度を入力する位置・角度入力領域と、前記立体キャンバス運動補間部で補間された補間データの始点から終点までの時間を表示する時間表示領域と、前記描画対象データを描画する際の位置決めガイドとして機能するガイド領域が設けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアニメーション制作システム。
5. コンピュータを用いてアニメーションを制作するアニメーション制作方法であって、
   描画対象データを複数の異なる位置・角度から２次元状のキーフレームを介して描画して入力する入力工程と、
   前記入力工程で入力された前記描画対象データを立体曲面からなる立体キャンバスに投影する投影工程と、
   前記入力工程で入力した前記描画データに基づいて前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面の形状を推定する形状推定工程と、
   前記入力工程での前記キーフレームの位置・角度から前記立体キャンバスの運動の軌跡を補間する運動補間工程と、
   前記立体キャンバス形状推定工程で前記立体曲面の前記形状が推定された前記立体キャンバスの表面に、前記立体キャンバス運動補間工程で算出された補間データを反映させて表示した前記描画対象データの補間結果となる描画データを画像に出力する出力工程と、を有し、
   前記立体キャンバスは、実装に応じて前記入力部の描画平面によって隠蔽されるように設けられるか、又は前記描画平面に重ねて表示されることを特徴とするアニメーション制作方法。
6. 前記形状推定工程では、前記立体キャンバスを構成する前記立体曲面をパラメトリック曲線関数で定義した場合に、前記描画データを構成する１点を前記異なる位置・角度から前記立体キャンバスに投影する各光線の距離が最小値となるように、前記パラメトリック曲線関数のパラメータを決定することを特徴とする請求項５に記載のアニメーション制作方法。
7. 前記運動補間工程では、前記立体キャンバスの運動による移動を回転運動と平行移動の和と仮定した場合に、前記平行移動成分の大きさが最小になるように前記回転移動の半径を定めることを特徴とする請求項５又は６に記載のアニメーション制作方法。
8. 請求項５乃至７の何れか１項に記載のアニメーション制作方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。