Um modelo de sistema nervoso para o problema do controle de animação por dinâmica direta

• Main Author: Nogueira, Yuri Lenon Barbosa
• Other Authors: Gonçalves, Luiz Marcos Garcia
• Language: Portuguese
• Published: 2016
• Subjects: Ciência da computação; Animação dinâmica; Redes neurais; Algoritmos genéticos; Dynamic animation; Neural nets
• Online Access: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18656

NOGUEIRA, Yuri Lenon Barbosa. Um modelo de sistema nervoso para o problema do controle de animação por dinâmica direta. 2007. 70 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2007. === Submitted by Elineudson Ribeiro ([e-mail]) on 2016-07-12T19:02:24Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_ylbnogueira.pdf: 1821730 bytes, checksum: 0c95ce921f248632982cb423d7e67c58 (MD5) === Approved for entry into archive by Rocilda Sales ([e-mail]) on 2016-07-22T12:47:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_ylbnogueira.pdf: 1821730 bytes, checksum: 0c95ce921f248632982cb423d7e67c58 (MD5) === Made available in DSpace on 2016-07-22T12:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_ylbnogueira.pdf: 1821730 bytes, checksum: 0c95ce921f248632982cb423d7e67c58 (MD5) Previous issue date: 2007 === Direct dynamics animation consists of synthesizing the movements of a model from the specification of its physical properties (mass and moment of inertia), the conditions of bond between its contracting parties, the conditions of contact with other bodies and the forces that acts on it. This approaching has the advantage to generate animations with physical realism. The problem, that continues relevant as inquiry object, is the control of the model: “What forces must be applied to the model to generate the desired movement?”. The solution of the problem, presented in this work, assumes that the studied model consists of a structure of rigid link bodies whose movements are generated by internal actuators, with its forces defined by a nervous system. With use of artificial neural networks and evolutionary computation, the proposed controller is capable of adapting itself to control different articulated models, and to generate varied types of movements while it keeps the stability even with small variations of the terrain. The presented model possesses, in its core, a Central Pattern Generator (CPG) based on neural oscillators, that has their activities regulated by the sensorial module, to allow the balance of the structure and stability of the movement, responding to environment variations. For the adaptation to the articulated structure and learning of movements, the controller has a cognitive module, responsible for the search of neural parameters, through genetic algorithms, and the feedback networks (sensorial answers to environment variations), with genetic programming. Results are presented related to the control of models humanoid, cheetah, frog, luxo and luxo-2, having these last two ones equal topologies, but with variations in the sizes of the bodies and freedom of the joints. All the models are tested in plain land and with slope. === A animaçãao por dinâmica direta consiste em sintetizar os movimentos de um modelo a partir da especificação de suas propriedades físicas (massa e momento de inércia), das condições de vínculo entre suas partes componentes, das condições de contato com outros corpos e das forças que nele atuam. Essa abordagem tem a vantagem de gerar animações com realismo físico. O problema, que continua relevante como objeto de investigação, é o de controle do modelo: “Que forças devem ser aplicadas ao modelo para gerar o movimento desejado?”. A solução do problema proposto apresentada neste trabalho assume que o modelo estudado constitui-se de uma estrutura de corpos rígidos articulados cujos movimentos são gerados por atuadores internos, com suas forças definidas por um sistema nervoso. Com o uso de redes neurais artificiais e computação evolucionária, o controlador proposto é capaz de adaptar-se para controlar diferentes modelos articulados, e para gerar variados tipos de movimentos enquanto mantém a estabilidade mesmo quando há pequenas variações do terreno. O modelo proposto possui, em seu núcleo, um gerador central de padrões (CPG - Central Pattern Generator) baseado em osciladores neurais, e o mesmo tem sua atividade regulada por módulos sensoriais, para permitir o equilíbrio da estrutura e estabilidade do movimento, respondendo àss variações do ambiente. Para a adaptação à estrutura articulada e aprendizagem de movimentos, o controlador possui ainda um módulo cognitivo, responsável pela busca dos parâmetros neurais, através de algoritmos genéticos, e das redes de retroalimentação (sensoriamento), com programação genética. Resultados são apresentados em associação ao controle dos modelos humanóide, cheetah, sapo, luxo e luxo-2, sendo esses dois últimos iguais topologicamente, mas com variações nos tamanhos dos corpos e liberdade das juntas. Todos os modelos são testados em terreno plano e com rampa.