MathematicaでMikuMikuDance 4

ダンスをさせる計算。

1. ボーンの可視化

3D CGモデルのダンスはボーン(骨)を回転したり移動させたりする計算が必要です。まず、前回のPMDモデルのボーンを可視化してみます。

Mathematica

In[100]:=f["Bones"][[1]]
Out[100]={"センター", 65535, 116, 1, 0, {0., 8., 0.}}

ボーンは、{ボーン名、親のボーンID、子のボーンID、ボーンの種類、IK影響化フラグ、ボーンの位置}のリストで構成されています。
PMDファイルの詳細については、MMDのモデルデータ(PMD)形式　めも　(まとめ)を参照ください。

あにまさ式初音ミクの場合、ボーンは下記140個ほどあります。

Mathematica

In[101]:= #[[1]] & /@ f["Bones"]
Out[101]= {"センター", "上半身", "首", "頭", "左目", "右目", "ﾈｸﾀｲ１", \
"ﾈｸﾀｲ２", "ﾈｸﾀｲ３", "下半身", "腰飾り", "左髪１", "左髪２", "左髪３", "左髪４", \
"左髪５", "左髪６", "左肩", "左腕", "左腕捩", "左ひじ", "左手捩", "左手首", "左袖", \
"左親指１", "左親指２", "左人指１", "左人指２", "左人指３", "左中指１", "左中指２", \
"左中指３", "左薬指１", "左薬指２", "左薬指３", "左小指１", "左小指２", "左小指３", \
"左ｽｶｰﾄ前", "左ｽｶｰﾄ後", "左足", "左ひざ", "左足首", "右髪１", "右髪２", "右髪３", \
"右髪４", "右髪５", "右髪６", "右肩", "右腕", "右腕捩", "右ひじ", "右手捩", "右手首", \
"右袖", "右親指１", "右親指２", "右人指１", "右人指２", "右人指３", "右中指１", "右中指２", \
"右中指３", "右薬指１", "右薬指２", "右薬指３", "右小指１", "右小指２", "右小指３", \
"右ｽｶｰﾄ前", "右ｽｶｰﾄ後", "右足", "右ひざ", "右足首", "両目", "前髪１", "前髪２", \
"前髪３", "左目光", "右目光", "ﾈｸﾀｲ４", "左髪７", "右髪７", "左つま先", "右つま先", \
"ﾈｸﾀｲＩＫ", "左髪ＩＫ", "右髪ＩＫ", "左足ＩＫ", "右足ＩＫ", "左つま先ＩＫ", "右つま先ＩＫ", \
"下半身先", "頭先", "左目先", "右目先", "腰飾り先", "左袖先", "左手先", "左親指先", \
"左人差指先", "左中指先", "左薬指先", "左小指先", "左スカート前先", "左スカート後先", "右袖先", \
"右手先", "右親指先", "右人差指先", "右中指先", "右薬指先", "右小指先", "右スカート前先", \
"右スカート後先", "センター先", "両目先", "ﾈｸﾀｲＩＫ先", "左髪ＩＫ先", "右髪ＩＫ先", \
"左足ＩＫ先", "右足ＩＫ先", "左つま先ＩＫ先", "右つま先ＩＫ先", "前髪１先", "前髪２先", \
"前髪３先", "左目光先", "右目光先", "左腕捩先", "左手捩先", "右腕捩先", "右手捩先", \
"左腕捩1", "左腕捩2", "左腕捩3", "右腕捩1", "右腕捩2", "右腕捩3"}

ボーンは親は１つなのですが、ぶら下がる子は複数あります。またボーン種類はIDのままですと分かりづらいです。さらに踊らせる事を考えてボーンを回転させる時の移動先やIK(インバースキネマティクス)計算用の情報を含んだ形にしておきたいです。そこでPMDのボーンを作業用のボーン形式へ変換する為の関数Pmd2boneを作成します。
またボーンの可視化をする際に、親と子をLineで結ぶ為、親と子の3D座標のペアがあると便利です。これを求める関数をBone2Lineという名前で作成します。

bone.m

Pmd2bone[pmdbone_] :=
 (* PMDファイルのボーンを扱い易いように変換する。 *)
 (* \
ボーン名　親　子　種類　IK影響下 座標 *)
 Module[{i, s, result},
  result = {};
  For[i = 1, i <= Length[pmdbone], i++,
   s = {};
   s = Append[s, pmdbone[[i, 1]]];
   s = Append[s,
     If[pmdbone[[i, 2]] == 65535, Null, pmdbone[[i, 2]] + 1]
     ];
   s = Append[s,
     Flatten[Position[pmdbone[[All, 2]], i - 1]]
     ];
   s = Append[s,
     {"回転", "回転と移動", "IK", "不明", "IK影響下", "回転影響下", "IK接続先", "非表示", 
       "捻り", "回転運動"}
      [[pmdbone[[i, 4]] + 1]]
     ];
   s = Append[s,
     If[pmdbone[[i, 5]] == 0, Null, pmdbone[[i, 5]] + 1]
     ];
   (* ボーン名　親　子　種類　IK影響下 *)
   s = Append[s, pmdbone[[i, 6]]]; (*ボーン位置 *)
   s = Append[s, {0, 0, 0, 1}]; (*ボーン角度　絶対角*)
   s = Append[s, {0, 0, 0}]; (*移動位置　初期姿勢相対 *)   
   s = Append[s, {0, 0, 0, 1}];(*ボーン角度　初期姿勢相対 *)   
   s = Append[s, pmdbone[[i, 6]]];(* ボーン初期姿勢　位置 *)
   s = Append[s, {0, 0, 0}]; (*移動位置 IK用*)
   s = Append[s, {0, 0, 0, 1}]; (*移動角 IK用*)
   result = Append[result, s];
   ];
  Return[result];
  ];
Bone2line[bone_] :=
  Module[{i, s, result},
   result = {};
   For[i = 1, i < Length[bone], i++,
    s = bone[[i, 4]];
    If[s == "IK" || s == "非表示", Continue[]];
    s = bone[[i, 2]];
    If[s == Null, Continue[]];
    s = {bone[[i, 6]], bone[[bone[[i, 2]], 6]]};
    result = Append[result, s];
    ];
   Return[result];
   ];

下記コマンドでPMDのボーンを変換します。

Mathematica

In[681]:= bone = Pmd2bone[f["Bones"]];
bone[[1]]

Out[682]= {"センター", Null, {2, 10, 87, 88, 89, 
  117}, "回転と移動", Null, {0., 8., 0.}, {0, 0, 0, 1}, {0, 0, 0}, {0, 0, 
  0, 1}, {0., 8., 0.}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0, 1}}

Graphics3DとBone2lineを使ってボーンを可視化します。

Mathematica

In[681]:= Graphics3D[Line[Bone2line[bone]], ViewPoint -> Right];

ミクさんのボーンが表示できました！
でも、髪の毛やネクタイ、スカートにボーンが入っているので人間の骨と違ってイメージしづらいですね。なので、Pmdモデルを重ねて可視化してみます。

Mathematica

In[682]:= vertex = f["VertexVectors"];
vv[s_, i_] := f[s][[i + 1]];
poly = Append[
     Append[{vertex[[# + 1]]}, 
      VertexNormals -> f["NormalVectors"][[# + 1]]] ,
     VertexTextureCoordinates -> vv["UVVectors", #]
     ] & /@ f["FaceIndices"];
pl[i_] := Polygon[i[[1]], i[[2]], i[[3]]];
dl = Prepend[
   Flatten[#, 1] & /@ 
    Partition[Riffle[vv["TextureList", #] & /@ f["MaterialIndices"],
      pl /@ poly], 2], EdgeForm[]];
Graphics3D[{
  Opacity[0.3],
  dl,
  Opacity[1.0],
  Glow[Red],
  Red,
  Thickness[0.01],
  Line[Bone2line[bone]]
  }, ViewPoint -> Right, ViewAngle -> Automatic]

指先まで綺麗にボーンが入っている事が分かります。MMDモデルって細かくて丁寧で凄くアートですね！

n 他関連記事へのリンク

• MathematicaでMikuMikuDance 1 PMDファイルの読み込み

つづく