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City Design工具 Vol.3 (共7回)　AnimatedCharacter

　我是亚利桑那州立大学的小林。这里介绍由FORUM8公开的City Design工具。

　我们的开发目的是定位在，FORUM8公司的VR软件UC-win/Road和其他的3DCG软件间用于城市数据生成和无缝转换的工具群。这里所介绍的工具源代码也开放。目前没有特定的维护支持，如果出现报错等问题原则上我公司不承担任何责任，敬请知晓。通过这篇报道，建筑、土木方面的相关人士如果有适合贵公司系统需要的工具敬请联系。
　人物模型
　第1次和第2次介绍了PovrayToMax、ImageToTerrain工具。PovrayToMax 是UC-win/Road作成的数据导入到其他3D软件的工具，ImageToTerrain是附航空照片的三维地形数据的制作流程及其工具。这次介绍UC-win/Road上利用三维人物模型生成群集的工具AnimatedCharacter。实际是在Autodesk的3DMax上将作成的动画模型（格网对象）以UC-win/Road支持的PK3格式数据批量转换的工具。
群集模型从避难模拟到哈利波特电影、3D游戏等，在多种多样的领域中均有应用。学术领域中也在运用二维的多重代理模型进行各类行动路径（AI引擎）的研究和开发。World16（进行VR城市模型研究的世界性小组）的成员也对涉谷的行人自由通行交叉口200人为对象进行了可视化项目的发表。在开发过程中，三维动画人物的制作非常费功夫，这也是本工具开发的动机。

　动画人物是指，行走、跑步、站立等附有动作的三维人物模型。通常制作此类人物时，需要许多作业步骤。首先，最先制作人体的三维格网数据。一般利用Autodesk公司的Maya、3ds　Max等，制作高真实度的人物模型需要经验和感觉。最近从网络上下载，利用人体制作专业软件等都成为可行的办法。不少人认为只要有这些格网数据即可简单完成动画人物，格网制作过程是全体的4分之一左右。

　接下来为了对该格网数据连接动作，制作被称为骨骼的框架结构。配合做成的格网的形状位置（手手腕、脚、头部等）制作骨骼。原则上将动作赋予该骨骼，其动作看起来是否像真实的人物动作完全取决于骨骼的制作。人的骨骼，大约经过2-3次的练习后可以掌握。

　下一步是将骨骼数据和格网数据统合的皮肤作业。实际上这部分是最痛苦的作业。如上述说明的，动作基本上源自于骨骼。各骨骼的动作中通过指定与各格网顶点进行怎样的连动，即所谓的皮肤作业。弯曲手腕时，肘部为了上手腕的骨骼和下手腕的骨骼两个动作左右分开，肘部的各顶点会受到多少影响有必要在Weight行列记述。这些影响的大小相对所有的顶点，所有的骨骼进行的定义。最近的工具与以前的相比得到了较大改善，但依然是花费时间的作业。尤其是对于1个动作，即使设好了Weight，一旦加入新动作格网会出现微妙的变形，需要反复进行测试和调错。

　皮肤之后是实际骨骼的动作、跑步等动画的设计。对若干作为基准的关键帧赋予动作，关键帧之间则采用自动生成。最近类似Walk、Run等基本动作事先就已经准备好，可直接调用。从第0帧到第47帧的48帧作为歩行动作的1个循环周期文件进行作成，之后便可在实行环境下进行重复调用，完成可循环行走的人物模型。

　最后在UV映射上展开完成的格网，利用Photoshop等图像编辑软件对脸部、肌肉、服装等材质进行描绘便大功告成。
　人物模型的数据文件
　上一节介绍了一般动画人物模型的作成方法。这里对为了保存其数据导入到VR空间的格式进行介绍。FORUM8的VR软件UC-win/Road中利用的是被称为MD3的数据文件。MD3是从为了Quark3游戏而开发的格式，被众多FPS（Fast Person Shotting）游戏所採用。但是，由于是优先描绘速度的格式，与最近的FBX等格式相比，限制较多。另外，为了对几个部位和动作通过复数MD3文件和管理文件进行控制，需要压缩成PK3的ZIP文件格式。其中需要构筑指定的文件夹结构，将MD3文件、材质图像文件、管理文件、动画帧文件Deng在适当的阶层进行保存。UC-win/Road中利用独自的人物时，类似这样由于无法将PK3文件各自作成，需要花费许多功夫。简化类似作业的工具便是AnimatedCharacter。选择3dsMax上作成的动画人物，只需要指定希望利用的帧数，所有文件群可自动生成。下一节将介绍利用方法。
　解决方案
　将工具的使用方法进行了步骤化。此外，在以下的Web站点上可下载教程动画和工具。

　这次介绍的是将3dsMax上作成的动画人物模型导入为UC-win/Road可直接读取的PK3数据的转换工具。利用本工具作成的PK3文件也可利用于其它的3D工具。下次介绍道路线形、城市规划、从地形数据到建筑物的三维都市数据的自动生成工具ImageToCity。

AnimatedCharacter应用顺序
● 教程动画、工具DL　：　http://world16.forum8az.com/2010/11/vr-tutorials-md3-character-pipeline.html
  1. 制作3dsMax中需要利用的动画数据
    • Maya、MotionBuilder等其他工具作成的模型保存为FBX文件，并可导入到3dsMax。导入的数据作为Editable Mesh被识别（必须是1个格网对象）。这里，利用MotionBuilder和Maya作成的鸡模型为例。

  2. 为了保存转换的数据，制作“models\players\myObj”的阶层
    • myObj的位置可以设置自己喜欢的文件名。

  3. 打开3dsMax，从菜单选择“MAXScript、Run Script…”，指定“q3-md3 exporter beta .ms”file
    • 与实行通常的MaxScript一样，Utility标签的Utilities下拉列表中选择“Quark3 MD3 Exporter”，追加工具。

  4. 选择动画对象，在开始帧序号和结束帧序号中输入“Start Frame”, “End Frame”
    • 如果选中的对象中具有Skin编辑器，请追加“Edit Mesh”编辑器。

  5. 通过“Get Texture”按钮，指定所使用的材质文件

  6. 选择“Set MD3 File Name”按钮，以“lower.md3”的文件名称在步骤2．作成的myOBJ文件夹里保存

  7. 选择“Export MD3 File”按钮
    • 确认PK3文件所必要的所有文件在myOBJ文件夹中已生成。

  8. 作成Zip文件，复制步骤2．作成的models阶层以下的所有文件和文件夹，该成ZIP文件的扩展名.pk3
    • 打开UC-win/Road，与人物模型一样登录后即可利用作成的PK3文件。
■图1　AnimatedCharacter工具的GUI
■图2　步骤6所指定的楼层和文件名
■图3　步骤7生成的文件群


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VISSIM／S-PARAMICS
导入后交通互动功能的详细

　UC-win/Road Ver5.2中可实现与VISSIM、S-PARAMICS等交通分析软件间的数据连接，分析结果可在UC-win/Road上模拟再现。UC-win/Road自身也基于每小时的行驶车辆台数和路径概率、行驶速度等，具备交通模拟的功能，但是如果有交通分析软件的分析结果，可以减少UC-win/Road内的设置步骤，并可可以表现每台车辆的个别运行。此外，再现分析结果的车辆和UC-win/Road上的模拟车辆间，还可进行干扰确认。
　VISSIM数据連携
　VISSIM是德国PTV公司负责销售的交通微观模拟软件，可模拟道路上的行驶车辆、歩行者、自行车等。UC-win/Road利用微观模拟播放器的导入功能，可导入期分析结果。导入时可根据车辆分配文件选择设置车辆模型，以区别轿车、卡车、公交等进行更加真实的表现。此外，微观模拟播放器中还可分配歩行者、自行车、信号灯，并通过VISSIM导入歩行者、自行车的模拟结果。信号的切换也可根据分析结果进行控制，交叉口中车辆、歩行者、自行车的动作可综合在一起进行整体表现（图1）。

■图1　导入VISSIM的分析结果后交叉口的模拟

　通过S-PARAMICS插件连接
　S-PARAMICS是英国SIAS公司负责销售的交通微观模拟软件，通过个别计算道路上行驶车辆的行为进行交通流的分析。通过使用S-PARAMICS插件在S-PARAMICS上构筑的道路网络和道路结构可直接导入到UC-win/Road（图2）。应用数据转换功能可再现线形、横断面的变化，也对应桥梁、隧道、环岛式交叉口的制作。交通流分析结果与VISSIM一样，根据微观模拟播放器可另行导入，通过读取每台车辆的移动日志对交通全体的运作进行可视化，S-PARAMICS上的模拟可直接反映到UC-win/Road（图3-4）。

■图2　导入S-PARAMICS
道路网络		 ■图3　微观模拟播放器
导入交通流		 ■图4　针对分析结果
分配车辆模型

　此外，从UC-win/Road也可向S-PARAMICS输出数据转换。通过数据转换功能UC-win/Road作成的道路网络和道路结构可转换成S-PARAMICS数据，基于转换数据可在S-PARAMICS中实行交通模拟。由此，例如基于设计图纸在UC-win/Road中制作道路网络，使用数据转换功能转换到S-PARAMICS进行交通分析，并进而向UC-win/Road反映交通流的表现，可流程进行上述一连表现。

※公司名称、产品名称一般是各社的登记商标或商标。
　互动功能
　作为微观模拟播放器具有的互动功能，利用模拟结果相对导入的交通流可进行用户驾驶车辆的干扰确认（图5）。通常，微观模拟播放器导入的交通流是通过移动日志来控制的，不属于通过UC-win/Road进行交通控制的对象，使用此功能播放出的交通流会自动绕避用户所驾驶的车辆，避免发生冲突。把握交通流和自身车辆的位置关系，与自身车辆有可能发生冲突的后续车辆令其自动减速的功能，以及通过UC-win/Road的交通流对交通控制进行切换设置。设置了后者功能时，当交通流出现在道路上，UC-win/Road就已经无法通过交通流对其进行切换。

■图5　互动功能

　使用互动功能时，在驾驶模拟器对路径进行行驶时可利用交通流的分析结果。分析结果对显示的道路自身进行驾驶，从单凭分析软件无法实现的驾驶员的视点可确认交通状况，由此可对分析结果进行全新的体验（图6-7）。

■图6　分析结果在UC-win/Road可视化 ■图7　驾驶时的周边车辆
通过微观模拟播放器控制
(Up&Coming '11 盛夏号刊载)
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