Un humano virtual (o humano digital ) [1] es un personaje o ser humano ficticio de software . Los humanos virtuales han sido creados como herramientas y compañeros artificiales en simulación , videojuegos , producción cinematográfica , factores humanos y estudios de ergonomía y usabilidad en diversas industrias (aeroespacial, automotriz, maquinaria, muebles, etc.), industria textil, telecomunicaciones (avatares), medicina. , etc. Estas aplicaciones requieren una fidelidad de simulación dependiente del dominio. Una aplicación médica podría requerir una simulación exacta de órganos internos específicos; la industria cinematográfica requiere los más altos estándares estéticos, movimientos naturales y expresiones faciales; los estudios de ergonomía requieren proporciones corporales fieles a un segmento de población concreto y una locomoción realista con limitaciones, etc.
Los motores de juegos como Unreal Engine a través de metahuman [2] y Unity mediante la adquisición de Wētā FX [3] han permitido interacciones en tiempo real con humanos digitales mediante renderizado físico .
Vemos al humano virtual como algo más que un artefacto útil. Lo vemos como una herramienta para comprendernos a nosotros mismos. Si podemos simular a un humano virtual en un mundo virtual comportándose de maneras que son indistinguibles de un humano real, entonces afirmamos que hemos capturado algo sobre lo que significa ser humano.
— Sistemas de percepción, Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes
La investigación sobre humanos virtuales implica la colaboración interdisciplinaria de actividades como el aprendizaje automático , el desarrollo de juegos y la neurociencia artificial.
Hay dos clases principales de humanos virtuales: [¿ según quién? ]
Un caso particular de Humano Virtual es el Actor Virtual , que es un Humano Virtual (avatar o autónomo) que representa una personalidad existente y actúa en una película o una serie.
El análisis ergonómico proporcionó algunas de las primeras aplicaciones en gráficos por computadora para modelar una figura humana y su movimiento. William Fetter , director de arte de Boeing a principios del siglo XX, fue la primera persona en dibujar una figura humana usando una computadora. Esta figura se conoce como el "Hombre Boeing". El "Primer Hombre" de siete articulaciones, utilizado para estudiar el panel de instrumentos de un Boeing 747, permitió mostrar muchos movimientos del piloto articulando la pelvis, el cuello, los hombros y los codos de la figura. La adición de doce porros adicionales a "First Man" produjo "Second Man". Esta figura se utilizó para generar un conjunto de secuencias cinematográficas de animación basadas en una serie de fotografías producidas por Eadweard Muybridge .
Luego, varias empresas desarrollaron varios modelos : Cyberman (modelo de hombre cibernético) fue desarrollado por Chrysler Corporation para modelar la actividad humana dentro y alrededor de un automóvil. [13] Se basa en 15 articulaciones; la posición del observador está predefinida. Combiman (modelo de hombre biomecánico computarizado) fue diseñado específicamente para probar con qué facilidad un humano puede alcanzar objetos en una cabina; [14] se define utilizando un sistema esquelético de 35 enlaces internos. Boeman fue diseñado en 1969 por Boeing Corporation. [15] Se basa en un modelo humano tridimensional del percentil 50. Puede alcanzar objetos como cestas, detecta colisiones e identifica interferencias visuales. Boeman está construido como una figura de 23 articulaciones con longitudes de eslabones variables. Sammie (Sistema para ayudar a la evaluación de la interacción hombre-máquina) fue diseñado en 1972 en la Universidad de Nottingham para diseño y análisis ergonométrico general. [16] Este era, hasta ahora, el modelo humano mejor parametrizado y presenta una variedad de tipos físicos: delgado, gordo, musculoso, etc. El sistema de visión estaba muy desarrollado y Sammie ha manipulado objetos complejos, basándose en 21 rígidos. enlaces con 17 articulaciones. Otro humano virtual interesante, Buford, fue desarrollado en Rockwell International para encontrar áreas de alcance y espacio libre alrededor de un modelo colocado por el operador. [17] La figura representaba un modelo humano del percentil 50 y estaba cubierta por polígonos generados por CAD. Buford se compone de 15 enlaces independientes que deben redefinirse en cada modificación.
En modelado facial, Parke produjo una representación de la cabeza y el rostro en la Universidad de Utah y, tres años más tarde, propuso modelos paramétricos para producir un rostro más realista. [18]
Algunos investigadores también han utilizado volúmenes elementales para crear modelos humanos virtuales, por ejemplo, cilindros de Poter y Willmert [19] o elipsoides de Herbison-Evans. [20] Badler y Smoliar [21] propusieron Bubbleman como una figura humana tridimensional que consta de varias esferas o burbujas. El modelo se basó en la superposición de esferas, y la intensidad y el tamaño de las esferas variaban según la distancia al observador.
A principios de la década de 1980, Tom Calvert, profesor de kinesiología e informática en la Universidad Simon Fraser , conectó potenciómetros a un cuerpo y utilizó la salida para impulsar figuras animadas por computadora para estudios coreográficos y evaluaciones clínicas de anomalías del movimiento. El sistema de animación de Calvert utilizó el aparato de captura de movimiento junto con Labanotation y especificaciones cinemáticas para especificar completamente el movimiento de los personajes. [22]
Al mismo tiempo, el paquete de software Jack se desarrolló en el Centro de Simulación y Modelado Humano de la Universidad de Pensilvania y Tecnomatix lo puso a disposición comercial . Jack proporcionó un entorno interactivo 3D para controlar figuras articuladas. Presentaba un modelo humano detallado e incluía controles de comportamiento realistas, escalamiento antropométrico, sistemas de evaluación y animación de tareas, análisis de vistas, alcance y agarre automáticos, detección y evitación de colisiones y muchas otras herramientas útiles para una amplia gama de aplicaciones. "
A principios de los años ochenta, varias empresas y grupos de investigación produjeron cortometrajes y demostraciones relacionados con Virtual Humans. En particular, Information International Inc , comúnmente llamada Triple-I o III, mostró el potencial de los gráficos por computadora para hacer cosas asombrosas, al producir un escaneo 3D de la cabeza de Peter Fonda y la demostración definitiva, " Adam Powers, the Juggler" .
En 1982, Philippe Bergeron, Nadia Magnenat-Thalmann y Daniel Thalmann produjeron Dream Flight , una película que representa a una persona (figura articulada) transportada sobre el Océano Atlántico desde París a Nueva York. La película fue programada íntegramente utilizando el lenguaje gráfico MIRA, una extensión del lenguaje Pascal basada en tipos de datos abstractos gráficos . La película obtuvo varios premios y se proyectó en el SIGGRAPH '83 Film Show. Otra película se convirtió en un gran avance en 1985, la película " Tony de Peltrie ", que utilizó por primera vez técnicas de animación facial para contar una historia. Durante el mismo año, Digital Productions desarrolló el video de Hard Woman para la canción de Mick Jagger que mostraba una bonita animación de una mujer estilizada. Al mismo tiempo, "The Making Of Brilliance" fue creado por Robert Abel & Associates como un comercial de televisión y ha mostrado un movimiento y una representación increíbles por el momento.
En 1987, el Instituto de Ingeniería de Canadá celebró su centenario. Un importante evento, patrocinado por Bell Canada y Northern Telecom , tuvo lugar en la Place des Arts de Montreal . Para este evento, Nadia Magnenat-Thalmann y Daniel Thalmann simularon el encuentro de Marilyn Monroe y Humphrey Bogart en un café del casco antiguo de Montreal. Esta película Rendez-vous in Montreal fue la primera película que modeló en 3D estrellas legendarias. La película es el resultado de una extensa investigación sobre el aspecto de la clonación 3D de humanos reales, así como el modelado de su comportamiento. [23]
En 1988 " Tin Toy " fue la primera película realizada por ordenador en obtener un Oscar (como Mejor Cortometraje de Animación). Es la historia de un juguete de hojalata de un solo hombre que intenta escapar de Billy, un niño tonto. El mismo año, deGraf/Wahrman desarrolló "Mike the Talking Head" para Silicon Graphics para demostrar las capacidades en tiempo real de sus nuevas máquinas 4D. Mike era conducido por un controlador especialmente construido que permitía a un solo titiritero manejar muchos parámetros del rostro del personaje, incluyendo la boca, los ojos, la expresión y la posición de la cabeza. El hardware Silicon Graphics proporcionó interpolación en tiempo real entre las expresiones faciales y la geometría de la cabeza controlada por el artista. Mike actuó en vivo en el programa de películas y videos SIGGRAPH de ese año.
En 1989, Kleiser- Walczak produjo Dozo, una animación por computadora de una mujer bailando frente a un micrófono mientras cantaba una canción para un vídeo musical. Capturaron el movimiento utilizando una solución óptica de Motion Analysis con múltiples cámaras para triangular las imágenes de pequeños trozos de cinta reflectante colocados en el cuerpo. El resultado resultante es la trayectoria tridimensional de cada reflector en el espacio.
En 1989, en la película " El Abismo ", una secuencia particular muestra a un pseudópodo acuoso adquiriendo un rostro humano. Esto representó un paso importante para los futuros personajes sintéticos, ya que entonces fue posible transformar una forma en otro rostro humano. En 1989, Lotta Desire, actriz de "The Little Death" y "Virtually Yours", demostró una animación facial avanzada y el primer beso animado por computadora. Luego, la película " Terminator II " marcó en 1991 un hito en la animación de humanos virtuales mezclados con personas y decorados reales.
En los años noventa se produjeron varios cortometrajes, el más conocido es “ Geri's Game ” de Pixar , que recibió el Premio de la Academia de Cortometrajes de Animación.
La animación conductual fue introducida y desarrollada por Craig Reynolds . [24] Había simulado bandadas de pájaros junto a bancos de peces con el fin de estudiar la intuición y el movimiento del grupo. Al integrar numerosos humanos virtuales para habitar mundos virtuales, Musse y Thalmann iniciaron el campo de la simulación de multitudes .
A partir de los años noventa, los investigadores pasaron a la animación en tiempo real y a la interacción con mundos virtuales. La fusión de las técnicas de Realidad Virtual , Animación Humana y Análisis de Vídeo ha llevado a la integración de los Humanos Virtuales en la Realidad Virtual, la interacción con estos humanos virtuales y la autorrepresentación como un clon, avatar o participante en el Mundo Virtual . Se planeó que la interacción con los entornos virtuales se realizara en varios niveles de configuración del usuario. Una configuración de alta gama podría implicar un entorno inmersivo donde los usuarios interactuarían mediante voz , gestos y señales fisiológicas con humanos virtuales que les ayudarían a explorar su entorno de datos digitales, tanto localmente como a través de la Web . Para ello, Virtual Humans empezó a ser capaz de reconocer gestos, habla y expresiones del usuario y responder mediante voz y animación. [25] El objetivo final de este desarrollo es crear humanos virtuales realistas y creíbles con adaptación , percepción y memoria . Estos humanos virtuales allanaron el camino de la investigación actual para producir humanos virtuales que puedan actuar libremente mientras simulan emociones. [26] Idealmente, el objetivo es que sean conscientes del entorno e impredecibles.