Реализация эмоций в мимике для персонажей виртуальных миров

В качестве основного инструментария используются Блокнот и браузер (Internet Explorer). При работе с базами данных допускается использование PHPMy Admin. Различные редакторы web-страниц не используются по ряду причин:

1. Добавление большого количества лишнего кода, что увеличивает объем страницы.

2. Для представления данных из СУБД MySQL необходимо знание базовых тегов разметки HTML.

3. Для создания и изменения «нетривиального» дизайна зачастую необходимо более глубокое знание тегов и атрибутов, визуальные же редакторы делают «ленивую» работу.

Такой комплексный подход к изучению web-технологий дает возможность студентам не только получить более широкие знания и умения по созданию информационных ресурсов, но и приобрести навыки интеграции различных технологий: верстка страницы, дизайн, реализация интерактивности с использованием активного содержимого, обработка данных и представление ее результатов в виде web-страниц.

В дальнейшем в рамках курса «Мировые информационные ресурсы» студенты знакомятся с технологией электронного обмена данными (EDI) на примере использования метаязыка XML. Курс «Информационные системы в гостиничном менеджменте и туризме» включает в себя комплексное задание по созданию сайта с хранением данных в XML документе. В курсе «Сетевая экономика» предусмотрено знакомство с технологиями регистрации и продвижения информационного ресурса в сети, рассматривается принцип работы поисковых машин.

Таким образом, в заключение можно сказать, что благодаря использованию междисциплинарных связей и сквозных заданий, студенты получают широкое представление о разработке и продвижении информационных ресурсов в глобальной сети. При этом курс «Разработка web-приложений» является основным ядром для этого комплекса знаний.

Реализация эмоций в мимике для персонажей виртуальных миров

В.В. Будников

Марийский государственный технический университет, г. Йошкар-Ола

В настоящее время эмоциональным поведением людей в основном занимаются философские и психологические науки. С развитием новых технологий - виртуальных миров, встает вопрос об их искусственном моделировании, при помощи компьютера.

В виртуальных мирах каждый участник представлен в виде аватара трехмерной модели человека, животного или фантастического персонажа. Среда позволяет участникам выполнять общую учебную задачу в сотрудничестве с другими, то есть совместно. Большую роль в таких средах играют коммуникации между участниками. Коммуникационный процесс представляет собой необходимый фактор развития и функционирования социальных систем, потому что именно он обеспечивает связь между людьми и их общностями. Естественное человеческое общение основано на речи, лицевых выражениях, позиции тела и жестах. Хотя речь и является очевидным инструментом передачи наших мыслей и идей, общение также во многом зависит от действий, состояний, движений тела. Согласно исследованию [1] количество информации передаваемое при общении передается следующим образом, 7% - словесная информация, 38% - голос (тон и громкость) и 55% - жесты и мимика. Технология виртуальных миров является потенциальной альтернативой для современных средств связи: телефон, электронная почта, чат, система видеосовещаний, которая позволит устранить недостаток эмоциональной составляющей в общении.

Эмоции определяют, насколько эффективно функционируют части тела персонажа и являются результатом сложных взаимодействий между телом и мозгом, и выражаются в формах поведения, мимике и жестах.

В большинстве существующих на сегодняшний день виртуальных миров есть возможность настройки визуального представления аватара. В виртуальном мире Second Life пользователю предлагается выбор пола персонажа, подробные настройки тела, лица, волос и одежды, однако не поддерживается речевая мимика аватаров при общении с пользователем [2].

Существует несколько подходов к реализации эмоций лицевой анимации. В работе [3] авторы сравнивают, насколько хорошо модель лица воспроизводит эмоции, при захвате лицевой анимации с реального лица и их воспроизведения с помощью MPEG-4 FAPs. Авторы [4] сравнивают два стандарта MPEG-7 и MPEG-4, с помощью которых можно реализовать лицевую анимацию, и предлагают свой метод, построенный на стандарте

Информационные технологии в обучении в системе профессионального образования 55

МРБО-4. Данные подходы требуют дополнительного оборудования для захвата мимики и значительных вычислений для обработки полученной информации. Ник Левер [5] предлагает использовать для лицевой анимации технологию линейной интерполяции по ключевым кадрам. Данная технология позволяет воспроизводить широкий круг эмоций, но для ее реализации требуется большое количество вычислений. Общим недостатком этих технологий является то, что они предлагают записывать готовые анимации и проигрывать их, делая переход между ними. Нет возможности наложения одних эмоций на другие, нет силы выражения эмоций и из-за больших объемов вычислений их нельзя применять в виртуальных мирах.

В данной работе для выражения эмоций мы будем рассматривать ограниченный набор мимики, движения бровей и движение губ, для построения ключевых форм, а для реализации анимации использовать технологию линейной интерполяции по ключевым формам.

Представим эмоциональное состояние лица в виде вектора:

Б =

где Ь - весовой коэффициент [0;+1]-ой ключевой формы. Каждая ключевая форма отражает одну эмоцию, конечное выражение лица просчитывается по формуле:

= У1

Чтобы уменьшить количество точек при пересчете ключевых форм, мы предлагаем использовать в каждой ключевой форме не все точки модели, а только те, которые отличают ее от базовой. Например, в ключевой форме, отражающей состояние рта, точки, образующие нос и глаза идентичны точкам в базовой модели и разница всегда будет равна 0. Таким образом, множество точек ключевой формы сокращается до

Ь; = {Р 1,Р2,...Рк}, , где к е[0, 1, 2, ...п].

Конечное выражение лица просчитывается по формуле:

кеБ

М, = М, + £

Я 0

Данная технология позволяет создавать ключевые формы бровей и рта отдельно друг от друга и смешивать их на этапе визуализации, а меняя весовые коэффициенты во времени можно получить плавную анимацию.

Техника эксперимента. Данные были апробированы в программе-прототипе виртуального мира. Создана модель лица из 1100 точек. Для нее создано 6 ключевых форм: брови - поднятие, опускание и сжатие; губы -широкая улыбка, грустное и злое выражение губ.

Анализ результатов. Время построения конечного выражения лица, используя линейную интерполяцию между ключевыми формами намного выше, чем при использовании МРБв-4, так как МРБв-4 использует 84 ключевые точки, а в нашем случае самый максимальный случай требует пересчета 6600 точек. Но благодаря тому, что в каждой ключевой форме согласно формуле (4) количество точек меньше чем в базовой модели и требуется пересчет не всех ключевых форм, а всего 2-4, например: сжатые брови - 80 точек и грустное выражение губ - 118 точек, то количество расчетов значительно уменьшается до 198 точек. Так как ключевые формы независимы, то время просчета конечного выражения лица можно сократить, вычисляя их параллельно. При передаче анимации по сети нужно передавать лишь весовые коэффициенты ключевых форм, а не положения 84-х ключевых точек лица МРБв-4, это уменьшает нагрузку на сервер и размер пакетов данных. В дальнейшем планируется использование этой технологии также для настроек лица аватара: размера, положения и цвета глаз, формы носа, ушей и подбородка.

Выводы. Предложенный в данной работе способ моделирования эмоций лица является удобным для программирования и позволяет производить расчеты параллельно, что очень важно, т.к. увеличение производительности современных вычислительных систем происходит не за счет увеличения тактовой частоты, а благодаря увеличению количества процессоров. Создание ключевых форм выражения лица является простым и наглядным для художников и ЗБ-моделлеров и благодаря тому, что они подготавливаются заранее, на этапе визуализации лицо персонажа выглядит правдоподобным и привлекательным.

Литература

1. Amalia Ortiz Nicolás. Avatars as communicators of emotions.

2. http://www.secondlife.com/.

3. Ahlberg J., Pandzic I.S., You L. Evaluating Face Models Animated by MPEG-4 // I.S. Pandzic and R. Forchheimer (editors) Animation - The standard, implementations and applications, John Wiley & Sons, 2002. - pp. 291-296

4. Garc'ia-Rojas, F. Vexo, D. Thalmann1, A. Raouzaiou, K.Karpouzis, S. Kollias, L. Moccozet and N. Magnenat-Thalmann: Expression Profiles Supported by Virtual Human Ontology, 2006.

5. Nik Lever Real-time 3D Character Animation with Visual C++. Focal Press, 2002. P. 304-319.

Методика проведения лекции-визуализации по информатике

И.П. Буров

Волгоградский филиал Российского государственного торгово-экономического университета, г. Волгоград

В настоящее время в нашем обществе происходит смена приоритетов и социальных ценностей. Поэтому современная ситуация в подготовке специалистов требует коренного изменения стратегии и тактики обучения в вузе.

Например, исследования отношения студентов к различным формам занятий, проводимых в нашем вузе преподавателями кафедры высшей математики и информатики, показывают, что лекции по математике воспринимаются определенно положительно и недостаточно позитивно по информатике, а при проведении практических занятий - наоборот. И этому есть достаточно серьезные причины.

Окружающая нас действительность требует, чтобы главными характеристиками выпускника любого образовательного учреждения являлись его компетентность и мобильность. Отсюда характерный для студентов экономического профиля так называемый прагматический подход, когда студенты считают необходимым приобретение только практических умений и навыков, освоения только тех компьютерных технологий, которые потребуются в дальнейшем при приеме на работу. Разделы информатики, связанные с теоретическими основами, базовыми понятиями, их классификацией и определениями, по мнению студентов, скучны и неинтересны. Большинство студентов считают необходимыми только практические занятия по информатике, а лекции вообще ненужными. Есть и студенты, которые считают, что человек может научиться компьютерным технологиям сам, если захочет.

Поэтому преподавание информатики в настоящее время сопряжено с преодолением трудностей, связанных с внутренней мотивацией обучаемых. Это в большей степени относится к приобретению теоретических знаний, чем к практическим навыкам, которые усваиваются обычно путем тренинга. В этой связи считаю, что для решения указанной выше проблемы следует перенести акцент при изучении информатики на процесс познания, эффективность которого полностью зависит от познавательной активности самого студента.

В данном случае движущей силой процесса обучения станет противоречие между возникающими у обучающихся под влиянием преподавателя потребностями в усвоении недостающих необходимых знаний и опыта познавательной деятельности для решения новых учебных задач и реальными возможностями удовлетворения этих потребностей. При этом воздействия преподавателя должны стимулировать активность обучаемого, достигая при этом определенной, заранее поставленной цели, и управлять этой активностью. Успешность достижения этой цели зависит не только от того, что усваивается, но и от того, как усваивается: с помощью репродуктивных или активных методов обучения.

Разработка и внедрение активных методов обучения представлена в разных областях научного знания и исследована многими педагогами и психологами. Их исследования показывают, что применение активных методов обучения возможно и в такой форме обучения, как лекция, в частности лекция-визуализация.

Использование лекции-визуализации как нетипичной пока для вузовской практики является мотивирующим механизмом побуждения познавательного интереса студентов. Данный вид лекции востребует личный опыт студента и создаст предпосылки для формирования их субъектной позиции по отношению к получаемому знанию. Подобная форма лекционных занятий выступает как ориентированная основа будущей самообразовательной деятельности, наглядно демонстрирует образцы работы с информацией, а также ее полезность и рациональность по сравнению с традиционно принятыми формами.

, MPEG-4 Facial Emotional Face