Un humano virtual (o humano digital ) [1] es un personaje ficticio de software o un ser humano . Los humanos virtuales se han creado como herramientas y compañeros artificiales en simulación , videojuegos , producción cinematográfica , factores humanos y estudios ergonómicos y de usabilidad en varias industrias (aeroespacial, automotriz, maquinaria, muebles, etc.), industria de la confección, telecomunicaciones (avatares), medicina, etc. Estas aplicaciones requieren fidelidad de simulación dependiente del dominio. Una aplicación médica puede requerir una simulación exacta de órganos internos específicos; la industria cinematográfica requiere los más altos estándares estéticos, movimientos naturales y expresiones faciales; los estudios ergonómicos requieren proporciones corporales fieles para un segmento de población particular y locomoción realista con restricciones, etc.
Los motores de juego 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 utilizando renderizado basado en la física .
Vemos al humano virtual como algo más que un artefacto útil. Lo vemos como una herramienta para entendernos a nosotros mismos. Si podemos simular un humano virtual en un mundo virtual comportándose de maneras que son indistinguibles de las de un humano real, entonces afirmamos que hemos captado algo acerca de 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 , un director de arte de Boeing a principios del siglo XX, fue la primera persona en dibujar una figura humana usando una computadora. Esta figura es conocida como el "Hombre de 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 articulaciones adicionales al "Primer Hombre" produjo el "Segundo Hombre". Esta figura se utilizó para generar un conjunto de secuencias de películas de animación basadas en una serie de fotografías producidas por Eadweard Muybridge .
Luego, varias compañías 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 la facilidad con la que 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, se detectan colisiones y se identifican interferencias visuales. Boeman está construido como una figura de 23 articulaciones con longitudes de enlace variables. Sammie (sistema para ayudar a la evaluación de la interacción hombre-máquina) fue diseñado en 1972 en la Universidad de Nottingham para el diseño y análisis ergonométrico general. [16] Este ha sido, hasta ahora, el modelo humano mejor parametrizado y presenta una selección de tipos físicos: delgado, gordo, musculoso, etc. El sistema de visión fue muy desarrollado y Sammie ha manipulado objetos complejos, basándose en 21 enlaces rígidos 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 posicionado por el operador. [17] La figura representaba un modelo humano del percentil 50 y estaba cubierta por polígonos generados por CAD. Buford está compuesto por 15 enlaces independientes que deben redefinirse en cada modificación.
En modelado facial, Parke produjo una representación de la cabeza y la cara en la Universidad de Utah , y tres años más tarde, propuso modelos paramétricos para producir una cara más realista. [18]
Algunos investigadores también han utilizado volúmenes elementales para crear modelos humanos virtuales, por ejemplo, los cilindros de Poter y Willmert [19] o los elipsoides de Herbison-Evans [20] . Badler y Smoliar [21] propusieron a Bubbleman como una figura humana tridimensional que constaba de varias esferas o burbujas. El modelo se basaba en la superposición de esferas, y la intensidad y el tamaño de las esferas variaban según la distancia del observador.
A principios de los años 1980, Tom Calvert, profesor de kinesiología y ciencias de la computación en la Universidad Simon Fraser , colocó potenciómetros en un cuerpo y utilizó la salida para controlar figuras animadas por computadora para estudios coreográficos y evaluación clínica 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 del personaje. [22]
Al mismo tiempo, se desarrolló el paquete de software Jack en el Centro de Modelado y Simulación Humana de la Universidad de Pensilvania , y se puso a disposición comercial en Tecnomatix . Jack proporcionó un entorno interactivo en 3D para controlar figuras articuladas. Presentaba un modelo humano detallado e incluía controles de comportamiento realistas, escala antropométrica, sistemas de evaluación y animación de tareas, análisis de vistas, alcance y agarre automáticos, detección y prevención 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 que involucraban a humanos virtuales. En particular, Information International Inc , comúnmente llamada Triple-I o III, demostró el potencial de los gráficos de computadora para hacer cosas asombrosas, al producir un escaneo 3D de la cabeza de Peter Fonda y la demostración definitiva, " Adam Powers, el malabarista" .
En 1982, Philippe Bergeron, Nadia Magnenat-Thalmann y Daniel Thalmann produjeron Dream Flight , una película que mostraba a una persona (una figura articulada) transportada a través del Océano Atlántico desde París hasta Nueva York. La película fue completamente programada utilizando el lenguaje gráfico MIRA, una extensión del lenguaje Pascal basada en tipos de datos abstractos gráficos . La película recibió varios premios y se mostró en la muestra de cine SIGGRAPH '83. 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, el video Hard Woman para la canción de Mick Jagger fue desarrollado por Digital Productions 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 hasta 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 ha modelado estrellas legendarias en 3D. La película es el resultado de una amplia investigación sobre el aspecto de la clonación en 3D de humanos reales, así como el modelado de su comportamiento. [23]
En 1988, " Tin Toy " fue la primera película hecha por computadora en obtener un Oscar (como Mejor Cortometraje de Animación). Es la historia de un muñeco de hojalata que se hace pasar por un hombre orquesta y que intenta escapar de Billy, un niño tonto. Ese mismo año, deGraf/Wahrman desarrolló "Mike the Talking Head" para Silicon Graphics con el fin de demostrar las capacidades en tiempo real de sus nuevas máquinas 4D. Mike era manejado por un controlador especialmente diseñado que permitía a un solo titiritero manejar muchos parámetros de la cara del personaje, incluyendo boca, ojos, expresión y posición de la cabeza. El hardware de Silicon Graphics proporcionaba interpolación en tiempo real entre las expresiones faciales y la geometría de la cabeza, según lo controlado por el actor. Mike fue interpretado en vivo en el espectáculo de cine y video de SIGGRAPH de ese año .
En 1989, Kleiser- Walczak produjo Dozo, una animación por computadora de una mujer bailando frente a un micrófono mientras canta una canción para un video 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 sobre el cuerpo. El resultado es la trayectoria tridimensional de cada reflector en el espacio.
En 1989, en la película " The Abyss ", una secuencia particular muestra un pseudópodo acuático que adquiere un rostro humano. Esto representó un paso importante para los futuros personajes sintéticos, ya que entonces era posible transformar una forma en otro rostro humano. En 1989, Lotta Desire, actriz de "La pequeña muerte" y "Virtually Yours", demostró la 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 Oscar de la Academia al Mejor Cortometraje de Animación.
La animación conductual fue introducida y desarrollada por Craig Reynolds . [24] Simuló bandadas de pájaros junto a bancos de peces con el fin de estudiar la intuición y el movimiento grupal. 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 han pasado 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 humanos virtuales en la realidad virtual, la interacción con estos humanos virtuales y la auto-representación como un clon o avatar o participante en el mundo virtual . La interacción con entornos virtuales se planeó para estar en varios niveles de configuración del usuario. Una configuración de alta gama podría implicar un entorno inmersivo donde los usuarios interactuarían por voz , gestos y señales fisiológicas con humanos virtuales que los ayudarían a explorar su entorno de datos digitales, tanto localmente como a través de la Web . Para esto, los humanos virtuales comenzaron a ser capaces de reconocer gestos, habla y expresiones del usuario y responder por habla 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] Lo ideal es que sean conscientes del entorno y de lo impredecible que es.