Tweebenige computerwezens leren zelf lopen

Thomas Geijtenbeek (Informatica) promoveerde onlangs aan de Universiteit Utrecht op een nieuwe methode om bewegingen te animeren. Hierbij leren tweebenige wezens zelf te lopen door middel van natuurgetrouwe spier- en zenuwmodellen. Bij hogere snelheden gaan de  mensachtige wezens automatisch rennen en kiest een kangoeroe-achtig wezen er zelfs voor om te gaan springen. De animaties zijn een grote hit: al meer dan 800.000 mensen bekeken de video.
In virtuele werelden van films of games draait alles om geloofwaardigheid. Elk detail dat niet klopt, kan de zorgvuldig opgebouwde illusie compleet verstoren. Daarom zou alles wat beweegt zich moeten houden aan de natuurwetten, net als in onze wereld. Al tientallen jaren wordt daarom onderzoek gedaan naar ‘fysica-simulatie’. Hierbij worden bewegingspatronen berekend met natuurkundige formules, zodat zij de natuurwetten gehoorzamen en natuurlijker overkomen.  Tot nu toe bewogen fysisch gesimuleerde karakters zich echter nogal houterig en stijf, zoals robots.
 eijtenbeek slaagde erin een methode te ontwikkelen die gesimuleerde karakters op een veel natuurlijkere manier laat bewegen. Tweebenige wezens leren zelf om te lopen en te rennen op basis van natuurgetrouwe spier- en zenuwmodellen. Hierbij wordt de optimale ligging van de spieren bepaald door trial-and-error – net als binnen de evolutietheorie. De methode kan daardoor ook gebruikt worden voor niet-bestaande wezens.
Een belangrijke ontdekking van Geijtenbeek is dat de spier- en zenuwmodellen zorgen dat alle wezens automatisch op een natuurlijke manier bewegen, zonder dat dit hoeft te worden geprogrammeerd. Mensachtige wezens gaan bij grotere snelheden spontaan rennen en een kangoeroe-achtige kiest ervoor om te gaan springen. "Deze bewegingen zien er niet alleen prachtig uit, de simulaties kunnen ons ook veel leren over beweging in de echte wereld van mensen, dieren en robots", aldus Geijtenbeek.
"Tot nu hielden fysisch gesimuleerde karakters zich wel aan de natuurwetten, maar negeerden zij de biologische beperkingen waar natuurlijke wezens mee te maken hebben", licht Geijtenbeek toe. "Zo kunnen spieren maar een beperkte hoeveelheid kracht geven, afhankelijk van hoe lang ze zijn en hoe snel ze samentrekken. Zenuwbanen zijn relatief langzaam met het doorgeven van informatie, waardoor mensen en dieren met enige vertraging reageren op zintuiglijke waarnemingen. In mijn methode heb ik deze biologische beperkingen ingebouwd, waardoor het resultaat een stuk natuurlijker is."
De methode van Geijtenbeek maakt het bovendien veel gemakkelijker om interacties natuurlijk te animeren. Karakters en objecten kunnen op oneindig veel manieren met elkaar in contact komen en op elkaar reageren, waarbij een subtiel verschil tot heel andere bewegingen leidt. Geijtenbeek: "In games zie je daarom dat bewegingen tijdens interacties vaak hetzelfde zijn en niet helemaal realistisch overkomen. Met deze nieuwe methode is elke interactie natuurlijk en nooit precies hetzelfde."
Geijtenbeek zet zijn onderzoek naar de simulatie van bewegingen voort binnen het departement Biomechanica van de TU Delft, waar hij deze methode zal proberen in te zetten voor onderzoek naar spierziektes. Ook verschillende (internationale) game-ontwikkelaars hebben interesse getoond in de methode.