A Data-Driven Approach for Creating a Fluid Animation from a Single Image

静止画を動かすことは、飛び出す絵本に起源を持ち、現 在では映像産業においても伝統的に用いられている視覚効 果である.コンピュータグラフィックスの活発な研究分野 でもある [11, 16, 13].デザイナーは単一画像とその動き を指定し,コンピュータが効率良く動画を生成する.静止 画を動かす問題の難しさは目的画像のシーンや物体の複雑 さに依存し,その意味で流体画像を元にしたアニメーショ ン生成は未だ難しい問題である.既存研究 [8, 26]はこの 問題に解法を提案したがそれぞれ限界がある.本研究では ビデオデータベースを導入し,より変化に富んだ流体の動 きの表現を可能にする. 流体画像を動かすには 3つの既存手法がある.1つは流 体シミュレーションの適用だが目的画像の見た目を再現す る様な物理パラメータの適切な設定が難しい.2つ目は水 面等の比較的穏やかな流体を扱う手法がある [8].一方,本 手法は水飛沫等、もっと激しい流体の動きや煙や炎のアニ メーションも試みる.3つ目は流体ビデオを指定し,その 流体特徴を画像上に転送する手法である [26].この手法は 単一の流体ビデオを利用するのみ,またユーザが与える動 き場も定常的なので再現可能な流体の動きに限界がある. 目的画像に合う流体ビデオの検索作業も手間が掛かる. これらの問題に対処すべく,ビデオデータベースを用い た流体画像のアニメーション手法を提案する (図 1).数百 のビデオを基にデータベースを構築し,既存手法と比べよ り質の高いアニメーションをより少ない労力で合成する. 入力は目的画像と流体の動きの情報 (流れ方向と速さ)及 び流体領域のアルファマットである.流体の動きの情報は 質の高いアニメーションの生成に重要だが,とりあえずの 合成には必要なく,ユーザの労力が軽減されている.アル ファマットはスケッチベースの画像切抜手法で簡単に作ら れる [23].川,滝,煙,炎の様々な流体アニメーションを 合成して提案手法の柔軟性を確認する. 本研究は 3つの技術的提案を行う.1つ目は既存の画像検 索技術を流体画像のアニメーションへ適用する方法.デー タベースに基づくアプローチなのでなるべく多くのビデオ が必要だが,例えば数万の流体ビデオを集めることは実際 は難しい.そこで少ないビデオを効率良く利用するため, ビデオを小さな断片に分割する.ビデオ断片をベクトル量 子化して bag-of-featuresの codebookを構築しビデオ断片 を効率良く検索することを可能にする.2つ目は流体ビデ オを目的画像に割り当てる方法である.割り当て問題を複 数ラベル割り当て問題としてマルコフ確率場 (MRF)を用 いて定式化する.エネルギー最小化問題は α-expansionの グラフカットを用いて効率良く解ける.3つ目はアニメー ション合成手法の拡張である.既存手法は流体ビデオを 3 つに分割した.平均画像,動き場と残渣である [26].本手 法は 2つの分割 (平均画像と差分)で十分である.結果と して本手法の動き場は時間変化し結果のアニメーションの 質が向上する.