本发明涉及应用计算机使人或动物的动作在图象上再现的动画片制作方法。 近来在使用计算机制作的动画片方面威廉者根据对象物的物理特性和支配对象的物理法则，已使画片变得越来越真实和美丽。
在动画片制作中，表现对象物动作的方法被称作运动学方法，此方法忽视力或力矩，仅用位置，速度和加速度表现动作，在运用此运动学的动画片中，制作者必需明确地进行动作设计。
但是，由于对象物的动作决定于其自身的性质或和环境的相互作用，在应用运动学的动画片中对形成真实的动作，所需要现象进行计量很不容易。
对此，已有了用与力的关系来论述物体运动的动力学方法，如将此方法用于动画片制作，能用少量操作制作成复杂的动作。此外，根据应用此动力学的动画片制作方法，另一大优点是能避开在应用运动学的动画片制作中的动作设计界限。
但是，在应用动力学地动画片制作方法中，需要有难以计量的惯性力矩，重心，关节内的摩擦和肌肉和韧带的弹性等动参数的数据，如缺少这些数据，就会成为和在应用运动学制作动画片场合同样非现实的动作。此外，还需要解比较麻烦的动力学方程式，对于具有自由度高达200个关节的人体，必需同时解600个微分方程式。
因此，迄今这止已提出的应用动力学的制作动画片的技术方案还不能说已适合于再现实际动作，而应用动力学完善地再现人体或动物体动作的动画片制作方法目前还没有。
迄今为止，为了获得动画片绘制者所需的知识和技术有些人开展了基于人工智能（AI）或专家系统的研究。此外也有人将基于约束的方法用于自身应动力学的动画片制作，也有人为了目标指向动画片制作而进行了基于帧方法的研究。
在这些研究中使用的知识包含大小、惯性力矩等人体或动物体的动作的基本数据以及规定各关节活动范围的约束条件，但这些知识都是依依制作者的直觉获得。
传统的应用动力学的动画片制作方法，如以人体的场为例，包括1.编制人体模型，2.输入人的实际动作，3.分析输入的动作，4.偏成新动作，5.把动作显示在图象上的五个阶段。
在编制新动作的第四阶段中，较好的是应用吉斯（ギブズ）或精确解动力学方程式的方法。但是鉴于该方法的概念复杂，由于在把n作为动画片中形成动作最小单位的人体构成部分的数时其计算量O（f（n））为n4的函数O（n4），计算量较高，使计算机的计算成本增高，因此在实际的制作动画片中不采用此方法。
另一方面，阿姆斯特朗提出了采用计算量为n的函O（n）的计算的动画片制作方法，此方法是根据关节的线加速度和角加速度间存在一定的关系这一想法的，但此关系仅在能忽视绕轴回转时成立。因此，能在图象上显示的仅是用线表示人体构成部分的线圈（ライン·ピクチヤ），而在不能忽视绕轴回转时不能应用此方法，因此，根据阿姆斯特朗方法不能立体地充实和真实地显示人体。
因此，尽管在实际的动画片作业中需要采用根据易使用的对话形式的实时应答方法，但迄今为止的动画片的作业按试行错误进行，而不是依据对话形式的实时应答。
这样，在应用动力学的动画片制作方法中在需要进行上述复杂的计算和缺少依据对话形式的易使用的方法的两者间存在的共同问题是缺少有关人的动作的知识。因此，本发明提出应用动力学的新的动画片制作方法，使用通过分析人的实际动作得到的关于人的动作的知识完善地编制新的人体动作。
也就是本发明是以提出不依赖试行错误或制作的直觉，能实现使用计算机，以对话形式充实和真实地编制出立体的人体或动物体动作两不足线图的动画片制作方法为课题。
为解决上述课题，本发明的动画片制作方法，首先通过分析人或动物的基本动作，把包含在人体或动物体各关节上发生的力和力矩的动参数的数据作为有关基本动作的知识输入数据库。
接下来，制作者向数据库存取，加工得到的数据，计算机把约束条件以被约束动作的形式，把逆动力学结果以力的形式实时地向制作者反馈，通过反复进行此过程，直到得到令人满意结果为止，从而以对话形式设计动作。
由于此应用动力学的动画片制作方法的计算量是n的函数O（n），从而使在上述方法中存在的用计算机进行的计算成本增高的问题得到解决。此外，还能提供不依赖试行错误或制作者的直觉，顺利地实现以对话形式充实和真实地编制出立体的而不是线图式的人体或动物体动作的动画片制作方法。
实施例
以下参照附图对本发明实施例进行说明，这里是以表示人的动作为例进行说明。
图1是本发明动画片制作方法流程图，图2是作用在关节上的力的例子的控制线图，图3为用动力学计算的模式图，图4为逆动力学计算模式图，
图1中的流程包括1.编制人体模型，2.输入人的实际动作，3.分析输入的动作，4.设计动作，5.应用动力学，6.应用约束条件，7.应用逆动力学，8.在图象上显示结果的各阶段。
在“编制人体模型”的第一阶段，把人体分解成形成动作的最小单位的部分，根据这些各部分固有的性质，相互关系和关节活动范围等约束条件编制人体模型，且作为数据库输入计算机。
在“输入人的实际动作”的第二阶段，把成为计算对象的动作向电视图象的帧单位或胶片图象的象差单位输入，在此场合若使用从多方向同时摄影的图象，能更具体地进行下一阶段的计算。
在“分析输入的动作”的第三阶段，应用逆动力学对在第二阶段中输入的动作进行计算，分析各部分重心，作用在各关节上的力和力矩，全体重心，作用在该重心上的力和力矩。
在仅对输入的动作进行分析时，用箭头等使用在第三阶段得到的各部分重心，作用在各关节上的力和力矩，全体动作及重心，作用在全体重心上的力和力矩和输入的实际动作重叠，在图象上进行表示。
就这样进行动作分析。
接着，对利上述分析结果计算新动作进行说明。
为设计新动作，预先把在第一阶段中的人体模型数据，在第二阶段得到的人的实际动作的数据以及在第三阶段得到的分析结果数据输入数据率。
在第四阶段的动作设计中，制作者最初从数据库选择基本动作。图2所示为根据数据库对一种格斗技法中的少林拳法中左肘动作进行编制的控制线图，在此线图中横轴表示时间，把在人体的各关节上发生的力表示在X、Y和Z的三根纵轴上。此外，在同一关节上发生的两个力，当然是其大小相等方向相反。
此外，可用多个控制线图表示复杂的动作。例如表示人从坐在椅子上立起后行走动作的控制线图是通过合成续的动作而构成。此外，对于其它各部分的线图，用和例举的左肘场合相同方法进行设计。
接着，对于人体的发生力的一切部分，总括地进行包含控制线图横轴和纵轴的扩大和缩小的物理变量变更的全体变更以及进行使人体的某部分发生的力等的物理变量变更的部分变更。
在“应用动力学”的第五阶段，根据制作者指定的力和支配各部分动作的动力学方程式对各部分动作进行计算。在此场合，如图3（a）所示那样，原来人体的各部分处于相互结合的关系中，然而为了减少计算量，如图3（b）所示，使体各部分和其它部分分开，暂时忽视有关人体各部分的相互结合关系和关节活动范围的约束条件。
为了进行各部分动作计算，在本发明的动作分析中，用牛顿方程式求重心线加速度，用欧拉方程式求重心角加速度，求出线加速度和角加速度后，对其积分求出速度，再积分求出位置。
在“应用约束条件”的第六阶段，就各部分动作的计算结果，对有关人体各部分相互结合关系和关节活动范围的两个物理约束条件进行校验。此处理是从基本的部分开始，使其下位的各部分按位置排到方向依次被校验。在此还进行关于下位部分是否一直和上位部分连接以及各个关节的动作是否超出决定的范围这样两个条件的校验。
其结果，如图4（a）所示那样，在下位部分不和上位部分连接的场合，为了使下位部分和上位部分连接而使下位部分平行移动，在各关节动作超出一定范围的场合，通过使回转进行调整，使该关节的动作落在范围内，从而修正成为如图4（b）所示的自然姿态。
在“应用逆动力学”的第七阶段，用表示力和动作关系的拉格朗日方程或计算在体各节关上产生的力。
在进行新动作设计场合，当尚未提到令人满意的结果时，反复进行从第五阶段起到第七阶段止的过程，从而用对话形式进行设计新动作。
在“将动作显示在图象上”的第八阶段，将设计中途或设计终了的新动作显示在图象上。此时，能使表示人体重心的位置，发生的力的方向和人体合成进行显示，这样能更具体地显示表示的动作。
本发明如图1所示那样，由于根据单线的线回归算法，故进行逆动力学计算用的计算量为n的函数O（n）。
根据逆动力学能得到合理的完善的力的组合。此外，若不依据逆动力学，则设计者不可能找到完善的力的设计。在本发明中，体各部分的排列方向随着其关节超过界限而发生变化，以使体各部分的行位置和体的物理约束条件相吻合。
由于这样得到的人体动作是能使人体的下位部分和上位部分总是连接着，以及能使各关节的动作不超过决定的范围的自然的人体动作，故能就这样立体地充实且真实地显示人体动作。
此外，本发明能在不依赖试行错误或制作者的直觉下，用计算机和以对话形式设计人体动作。
以上说明的实施例是以人体为对象进行说明，然而此方法对动物体也同样适用，在此省略对适用于动物体的说明。
综上所述，本发明的应用动力学的动画片制作方法包括分析实际的人的基本动作和编制新动作的两个过程。并且以编制人体模型、输入实际动作和分析输入的动作三阶段进行对人体基本动作的分析，以动力学约束条件和逆动力学三阶段进行编制动作。在动力学阶段，把人体分成按关节分离成的50个分别独立的部分，用牛顿方程式和欧拉方程或使和其它部分动作分开对各部分动作进行计算。在约束条件阶段，校验体部分的相互结合关系和关节动作范围。在逆动力学阶段，计算产生由约束条件修正的新动作的力。在此场合的全体计算量为O（n）。
因此，根据本发明的动画片制作方法，能使迄今为止的应用动力学的动画片制作中的计算问题得到解决，能较好地将动力学应用于实际的动画片制作作业，使实时反馈得以实现。
并且，为进行人体各部分动作的计算，由于用牛顿方程式求重心线加速度，用欧拉方程或求重心加速度，因此能求出和显示体各部分的重心位置以及加在这些重心上的力，同样能求出和显示全体重心位置以及加在此重心上的力。
此外，能顺利地实现编制立体的充实且真实的而不是线图式的人体动作。
此外，能使制作者从各视点观看显示图象上的人体模型，能以对话形式平行移动体部分或使之进行回转。因此制作者能正确把握图象和人体模型间的对应关系。
对于传统的动画片制作方法中依赖制作者的直觉得到的包含人体动作的基本数据和规定各关节动作范围的约束条件的知识，本发明的动画片制作中的知识是通过分析人的实际动作得到的实际的动参数。因此，用此知识能编制具有科学性、可靠性和真实的动作。
此外，近来在各领域使用目标指向模式，依据目标指向方法，使用户接口成为直接操作模式。由于此直接操作模式使图象上显示的图象反应给对象物，若根据本发明的动画片制作方法，能在对象物空间直接处理或操作对象物。
此外，本发明所示的动作分析方法和动作设计方法如能适用于除动画片制作方法以外的例如机器人或数值控制装置等工业设备的程度编制，运动或技艺等的动作学习、动物调训等方面，则非常有用。