Traditionellt har animatörer fått för-lita sig på sin egen kreativa förmåga för att få figurer att röra sig genom att framställa varje rörelsemoment ruta för ruta. Mycket av detta håller nu snabbt på att förändras genom den allt snabbare utvecklingen inom datorbaserad animationsteknik.
    En ofta använd teknik är så kallad Motion Capture som vi kunnat se i filmer som Matrix och Crouching Tiger. Metoden innebär att man registrerar mänsklig rörelse via sensorer fastsatta direkt på kroppen. Filmsekvensen överförs sedan till digital form i vilken den kan manipuleras av animatören via ett speciellt program.
    Nu har dataanimatören Petros Faloutsos tagit nästa stora steg i denna utveckling med så kallad fysikbaserad animation, en teknik som animatörerna länge drömt om att förverkliga.
    
    Fysikaliska lagar
    Mjukvaran bakom det hela, Dance (Dynamic Animation and Control Environment), iscensätter en simulerad värld som lyder under samma fysikaliska lagar som vår egen. I denna virtuella miljö kan en eller flera figurer interagera med den omkringliggande miljön och med varandra.
     Den virtuella stuntmannen är ett skelett som reagerar på inverkan av gravitationen, friktion och inflytande från andra objekt som den stöter emot krockar med i dess virtuella miljö. I en filmproduktion kan skelettet ”kläs på” för att likna en skådespelare i filmteamet.
     I de flesta animationstekniker, vare sig de är manuella eller digitaliserade, måste man bestämma från början exakt vad som skall hända med en figur från a till ö. I Dance däremot är det tyngdkraften och övriga fysikaliska lagar, inte animatören, som avgör exakt hur figuren kommer reagera i en given situation. Olika miljöer får den virtuella figuren att bete sig helt olika och oförutsägbart. Ett fall på is kommer därför att se helt annorlunda ut än ett fall nerför en brant trappa.
     För att få figuren att samspela på ett naturligt sätt med den omgivande miljön använder sig programmet av monitorer som via sensorer läser av omgivningen. Monitorerna håller reda på olika fysikaliska mätvärden som till exempel gravitationscentrum; figurens kontaktpunkter med omgivningen; vilket håll figuren är vänd åt etc.
     Varje typ av beteende i repertoaren av rörelser (hoppa, springa, falla etc), regleras av en enskild monitor.
     En begränsning i den nuvarande prototypen är dock att realismen i rörelseschemat reduceras om figuren måste utföra många rörelser simultant.
     För att komma tillrätta med detta problem håller Faloutsos och hans kolleger på att utveckla en särskild överordnad styrenhet som ska dirigera de enskilda monitorerna så att de mer effektivt samverkar i en integrerad helhet.
     Att monitorerna kan läsa av omgivningen innebär också att de kan registrera när de misslyckas i en viss rörelse, till exempel om balanskontrollen inte lyckas få figuren att resa sig efter det att den slagits omkull. När detta inträffar tar den centrala övervakningsmodulen över och skickar ut en förfrågan till de övriga monitorerna om någon av dem kan överta uppgiften. Detta kan till exempel innebära att om karaktären har förlorat balansen så tar monitorerna för dyk- och fall-beteenden över.
    
    Biomekanisk databas
    I varje rörelsemoment så kontrollerar programmet vilken effekt den virtuella miljön har på figurens lemmar och leder. Utifrån denna information bestämmer sedan den centrala kontrollenheten vad som skall ske i nästa moment.
     Naturalismen hos Dance beror bl.a. på en mängd detaljerad information om mänsklig anatomi. Varje led i den virtuella stuntartisten är designad för att fungera exakt som hos en människa, baserat på data från en biomekanisk databas kombinerat med information från databaser om animering.
     I filmer har fysikbaserad animation tidigare använts exempelvis för att simulera vågor som i filmen ”The perfect storm”. I en kommande storfilm, ”The Time Machine”, använder animationsbolaget Digital Domain en typ av fysikbaserad animeringsteknik för att återge hur tusentals människoskelett kollapsar och blir till stoft.
     Men att simulera mänsklig rörelse är betydligt mer komplicerat. Visserligen har fysikbaserad animering av mänsklig rörelse använts i begränsad omfattning för animationer i vissa videospel, men då mest för att skapa enskilda rörelsemoment som att springa eller hoppa.
     Den grundläggande svårigheten med fysikbaserad animering av mänsklig rörelse är att det mänskliga ögat är mycket bra på att upptäcka minsta tecken på fusk. Filmstudior och spelutvecklare förlitar sig därför i hög grad på tekniker som Motion Capture kombinerat med stora bibliotek av förinspelade stunt. Dessa clip kan sedan överföras till digitala figurer och klippas in i filmer eller spel.
     Ett centralt problem för fysikbaserad animering är förmågan att simulera en balanserande människa på ett naturligt sätt. En viktig del av lösningen består i Dance decentraliserade datorarkitektur där en mängd sensorer och monitorer har sitt särskilda ansvarsområde som sedan samordnas i en dynamisk helhet. Denna uppbyggnad resulterar i att figuren förmår reagera mycket naturligt på den yttre miljön genom att handla i föregripande syfte när jämvikten håller på att rubbas: till exempel att använda armen som skydd när den faller i marken eller att resa sig upprätt på olika sätt efter ett fall.
     En fundamental komponent i Dance är dess förmåga att modellera och analysera grundförutsättningarna i den yttre miljön och bestämma vilka parametrar som programmet behöver för att figuren skall utföra en viss rörelse. Eller enklare utryckt: vilken information behöver kontrollmodulerna för att orientera sig den virtuella miljön.
    I detta syfte använder sig programvaran av en teknik som går under beteckningen Support Vector Machine (SVM)*, ett slags neuralt nätverk** som utnyttjar de senaste rönen inom statistisk inlärningsteori. Med SVM kan Dance automatisera processen med att analysera miljön och beräkna hur olika rörelser ska utföras. Att SVM är ett neuralt nätverk innebär att systemet har förmågan att lära av gjorda erfarenheter. Den samlar hela tiden in resultat från de olika monitorerna för att utvärdera hur de löst sina uppgifter och sedan kontinuerligt optimera deras funktionssätt.
     Fortfarande återstår en del svårigheter att lösa innan man kan ge ut en kommersiell version av programmet, bland annat måste balansförmågan förbättras ytterligare. Målet är att skapa en sammansatt övervakningsenhet som förmår handskas med olika typer av förlorad balans. Denna enhet skall förutom att snabbt upptäcka obalans, kunna välja mellan en uppsättning föregripande rörelser eller naturligt fallande, beroende på omständigheterna.
     Dance erbjuder en plattform med en objektorienterad och utbyggnadsbar datormiljö i 3D och finns för flertalet vanliga operativsystem. Tekniken bakom programmet utvecklades ursprungligen i samarbete med det kanadensiska animationsbolaget kanadensiska Motion Playground då Faloutsos arbetade på universitet i Toronto. Faloutsos har valt att låta källkoden vara helt fri så att tekniken kan utvecklas av alla intresserade programmerare kollektivt.
    
    Dråpslag för stuntartisterna
    Den nuvarande versionen av programmet är en forskningsprototyp som Faloutsos räknar med att ha färdig om fem år som kommersiell produkt. Detta skulle då vara en händelse som kan komma att innebära ett dråpslag för de mer än 6600 stuntartisterna som representeras av amerikanska Screen Actors Guild.
     Faloutsos ambitiösa mål är att ha en fullständigt virtuellt skapad människa inuti datorn som kan dirigeras av regissören direkt. På Screen Actors Guild tror man dock att det alltid kommer finnas behov av mänsklig stunt eftersom man hävdar att riktiga människor kan tillföra något som animerade figurer inte kan, något som med brist på bättre skulle kallas känsla.
     Det kan så vara, men en rimlig gissning är att om Faloutsos lyckas lösa de återstående problemen kommer hans program radikalt reducera antalet verksamma stuntmän och, får man förmoda, antalet skador. För även för dem som skadar sig och till exempel drar på sig en allvarlig fraktur kan Faloutsos program visa sig vara en välsignelse.
    
    
    * Support Vector Machine. Tekniken används bl.a. för mönsterigenkänning, tolkning av handskriven text, till sökrobotar och inom bioinformatik (till exempel att analysera DNA eller proteiner)
    
    ** Ett neuralt nätverk är en teknik inom Artificiell Intelligens som försöker efterlikna hjärnans sätt att arbeta.
    
    *** Biomekanik är studiet av yttre mekanisk påverkan på kroppen till exempel skallskador och frakturer och hur olika muskler och leder belastas. Tänkbara tillämpningar inom ortopedi kan till exempel vara datorstyrd design av implantat och proteser.