PIAvatar: 변형 구배 디커플링(Deformation Gradient Decoupling)을 통한 물리적 상호작용이 가능한 아바타

3D 인간 아바타(3D human avatars)는 포즈 조건부 모델(pose-conditioned models)에 의해 인상적인 시각적 충실도를 보여주었으나, 여전히 아바타 간 또는 환경과의 상호작용에 필요한 물리적 능력이 부족합니다. 최근 연구들이 3D 아바타에 물리적 특성을 통합하려는 다양한 시도를 해왔음에도 불구하고, 이들은 제한적인 물리적 변형만을 보여주며 종종 제약된 상호작용 동작으로 이어집니다. 이 문제를 해결하기 위해, 우리는 아바타-아바타(avatar-avatar) 및 아바타-환경(avatar-environment) 간의 물리적 인지 상호작용과 비강체 변형 가능한 인간 신체 시뮬레이션(non-rigid deformable human body simulation)을 동시에 가능하게 하는 프레임워크인 PIAvatar를 제안합니다. 본 연구의 핵심 통찰은 운동학적 속도(kinematic velocity)를 변형 구배(deformation gradient)로부터 분리(decouple)하는 것입니다. 외부 힘이 아바타에 작용할 때, 운동학적 속도는 응력(stress)을 유발하여 아바타가 원하는 포즈를 달성하는 능력을 방해합니다. 또한, 우리는 아바타 내에 골격 프레임워크(skeletal framework)를 통합합니다. 이를 통해 비강체 물리 상호작용 중에도 폐쇄형(closed form)으로 포즈를 추정하고 실시간 추적을 할 수 있습니다. 우리의 접근 방식은 물리적으로 일관된 역학(physically consistent dynamics)을 보장하기 위해 전통적인 물질 점 방법(Material Point Method, MPM) 프레임워크 내에서 구현되었습니다. 마지막으로, 다양한 상호작용 설정 하에서의 동작을 평가하기 위해 인간-사물(human-object) 및 인간-인간(human-human) 상호작용 시나리오 모두에서 해당 방법을 평가합니다.