Πέμπτη, 19 Απριλίου 2018

Ο αλγόριθμος που κάνει τα animations σχεδόν ανθρώπινα. Making computer animation more agile, acrobatic — and realistic

Nέο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης κάνει τις ανθρώπινες φιγούρες στα κινούμενα σχέδια και στα βίντεο γκέιμ να κινούνται και να χορεύουν με εκπληκτική φυσικότητα. University of California, Berkeley researchers have made a major advance in realistic computer animation, using deep reinforcement learning to recreate natural motions, even for acrobatic feats like break dancing and martial arts.

Το animation έχει κάνει τεράστια άλματα στην εποχή των ηλεκτρονικών υπολογιστών κα η κίνηση των χαρακτήρων που βλέπουμε στα κινούμενα σχέδια και τα βίντεο γκέιμ έχει βελτιωθεί θεαματικά. Παρ' όλα αυτά απέχει ακόμη από το να είναι απολύτως ρεαλιστική. Αυτό ίσως σύντομα αλλάξει χάρη σε έναν αλγόριθμο που ανέπτυξαν επιστήμονες από τις Ηνωμένες Πολιτείες. Το νέο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης θεωρείται ότι αποτελεί ένα τεράστιο άλμα στον τομέα καθώς προσομοιώνει με εντυπωσιακό ρεαλισμό την κίνηση ανθρώπων και ζώων κάνοντας τις φιγούρες να εκτελούν με φυσικότητα ακόμη και «δύσκολες» κινήσεις, όπως π.χ. να σκοντάφτουν και να σηκώνονται ή να κάνουν ανάποδο σάλτο.

Δύο βασικά στοιχεία τα οποία λείπουν από τους χαρακτήρες των κινουμένων σχεδίων και των βιντεοπαιχνιδιών κάνοντας τις κινήσεις τους να φαίνονται αδέξιες είναι η συνέχεια και ο ρυθμός. Αυτά θέλησαν να βελτιώσουν οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ στην Καλιφόρνια χρησιμοποιώντας τεχνικές ενισχυτικής μάθησης για να αναπτύξουν έναν αλγόριθμο ο οποίος μπορούσε να μαθαίνει να αναπαράγει τις φυσικές κινήσεις που «έβλεπε» να κάνουν άνθρωποι όχι μόνο καθώς περπατούσαν αλλά και ενώ επιδίδονταν σε πολεμικές τέχνες ή ενώ χόρευαν break dance.

Το παλιό με το καινούργιο

UC Berkeley researchers created a virtual stuntman that could make computer-animated characters more lifelike. (UC Berkeley video by Roxanne Makasdjian and Stephen McNally, with simulation footage by Jason Peng)

Οι παραδοσιακές τεχνικές του animation συνήθως απαιτούν τον σχεδιασμό ελεγκτών για κάθε δεξιότητα: έναν ελεγκτή π.χ. για το περπάτημα, άλλον για το τρέξιμο, άλλον για τα άλματα και ούτω καθεξής. Από την άλλη πλευρά οι πιο εξελιγμένες μέθοδοι ενισχυτικής μάθησης μπορούν να χειριστούν πολλές διαφορετικές δεξιότητες με έναν μόνο αλγόριθμο, όμως τα αποτελέσματά τους τις περισσότερες φορές δεν είναι καθόλου φυσικά. Οι επιστήμονες από το Μπέρκλεϊ σκέφτηκαν να συνδυάσουν τις δύο φιλοσοφίες.

Για να το επιτύχουν χρησιμοποίησαν δεδομένα αναφοράς από βίντεο καταγραφής κίνησης (motion-capture ή mocap) τα οποία έδειχναν ανθρώπους να εκτελούν περισσότερα από 25 διαφορετικά ακροβατικά, όπως ανάποδο σάλτο, ρόδα, kick up, γέφυρα, καθώς και απλές κινήσεις, όπως τρέξιμο, ρίψεις και άλματα. Αφού τροφοδότησαν με τα δεδομένα του mocap τον υπολογιστή, οι επιστήμονες άφησαν το σύστημα - το οποίο ονόμασαν «DeepMimic» - να «εξασκηθεί» σε κάθε δεξιότητα επί περίπου έναν μήνα προσομοιωμένου χρόνου, χρονικό διάστημα λίγο μεγαλύτερο από αυτό που θα χρειαζόταν ένας άνθρωπος για να μάθει την ίδια δεξιότητα.

Εξάσκηση και αυτοδιόρθωση

Simulated humanoid performing a variety of highly dynamic and acrobatic skills.

Ο υπολογιστής έκανε εξάσκηση επί 24 ώρες το εικοσιτετράωρο χωρίς διακοπή, κάνοντας εκατομμύρια δοκιμές προκειμένου να μάθει πώς να προσομοιώνει ρεαλιστικά την κάθε δεξιότητα. Η μάθηση επετεύχθη μέσα από τις δοκιμές και τα λάθη, με τον αλγόριθμο να συγκρίνει ύστερα από κάθε δοκιμή τις επιδόσεις του με τα δεδομένα αναφοράς του mocap και να προσαρμόζει ανάλογα τη συμπεριφορά του ώστε να πλησιάζει περισσότερο την ανθρώπινη κίνηση. Το εκπληκτικό ήταν ότι από τη στιγμή που εκπαιδεύθηκε, οι προσομοιωμένοι χαρακτήρες που «κινούσε» μπορούσαν να αντιμετωπίσουν με φυσικότητα καταστάσεις τις οποίες το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης δεν είχε «δει» στο παρελθόν, όπως το να τρέχουν σε ανώμαλο έδαφος ή να κάνουν περιστροφικά λακτίσματα για να αποκρούσουν αντικείμενα που έρχονται καταπάνω τους.

«Πρόκειται πραγματικά για ένα μεγάλο άλμα σε σχέση με τα όσα έχουν γίνει ως τώρα με τα συστήματα ενισχυτικής μάθησης και το animation» δήλωσε σε δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου ο Σούε Μπινγκ «Τζέισον» Πενγκ, μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Στο παρελθόν έχει γίνει πολλή δουλειά με στόχο την προσομοίωση των φυσικών κινήσεων, όμως οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνταν βασίζονταν κυρίως στη Φυσική και ήταν πολύ εξειδικευμένες, δεν ήταν γενικευμένες ώστε να μπορούν να χειρίζονται μεγάλη ποικιλία δεξιοτήτων». Το σύστημα που ανέπτυξαν ο ίδιος και η ομάδα του, όπως λέει, είναι πιο ικανό και μπορεί να συμπεριφερθεί με φυσικό τρόπο. «Αν συγκρίνετε τα αποτελέσματά μας με βίντεο καταγραφής της κίνησης ανθρώπων πλησιάζουμε στο σημείο όπου είναι πολύ δύσκολο να ξεχωρίσει κάποιος ανάμεσα στα δύο. Πλησιάζουμε στη δημιουργία ενός εικονικού στάντμαν».



Αστρονόμοι ανακάλυψαν τα αίτια που ένας γαλαξίας μοιάζει με πεταλούδα. Black hole and stellar winds form giant butterfly, shut down star formation in galaxy

Είναι προϊόν ενός σύνθετου κοσμικού φαινομένου στο οποίο παίρνουν μέρος δύο μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται. Researchers have completed an unprecedented 'dissection' of twin galaxies in the final stages of merging. The new study explores a galaxy called NGC 6240. While most galaxies in the universe hold only one supermassive black hole at their center, NGC 6240 contains two -- and they're circling each other in the last steps before crashing together. NGC 6240 as seen by the Hubble Space Telescope. Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

Σε απόσταση 400 εκατ. ετών φωτός στον αστερισμό του Οφιούχου από εμάς λαμβάνει χώρα ένα σύνηθες αλλά εντυπωσιακό κοσμικό φαινόμενο το οποίο και αποτελεί μια πηγή ανανέωσης του Σύμπαντος. Δύο γαλαξίες βρίσκονται στο τελικό στάδιο της συγχώνευσης τους διαδικασία που παράγει μια σειρά από διάφορα φαινόμενα. Ο νέος γαλαξίας που θα πάρει την θέση των άλλων δύο έχει ήδη αρχίσει να σχηματίζεται και έχει λάβει την κωδική ονομασία NGC 6240.

Three-colour composite image of Hα (red), [O III] (blue) and Vband continuum (green) emission in NGC 6240, obtained by the HST. The major structures identified in the central 25″×25 of NGC 6240 are labelled. The inset shows the morphological structures identified in the butterfly-shaped region of NGC 6240 using HST narrow-band filters. The northeastern nucleus shows a typical LINER spectrum and is about three times fainter than the southwestern nucleus, which exhibits the characteristics of a heavily obscured Seyfert 2 galaxy. The ionized gas in regions 1–4 is extraplanar. The [O III] cone extends to about 4 kpc to the northeast (which is faint in Hα), which indicates an AGN-driven outflow, whereas the Hα bubble to the northwest is indicative of a starburst-driven outflow. All physical units in this paper are based on a concordance, flat ΛCDM cosmology with a Hubble constant of 70kms−1 Mpc−1. At the redshift of NGC 6240 (z=0.0245), 1 corresponds to about 0.5 kpc. Nature  (2018) doi:10.1038/s41586-018-0033-2

Ερευνητές του Πανεπιστημίου Colorado Boulder έστρεψαν την προσοχή τους στον NGC 6240 η όψη του οποίου αυτή την στιγμή θυμίζει μια… πεταλούδα. Οι ερευνητές με δημοσίευση τους στην επιθεώρηση «Nature» υποστηρίζουν ότι ανακάλυψαν την αιτία της όψης του γαλαξία. Έχει διαπιστωθεί ότι μαζί με τους δύο γαλαξίες συγχωνεύονται και οι μελανές οπές που βρίσκονταν μέχρι πρότινος στο κέντρο τους. Οι δύο μελανές οπές περιστρέφονται η μια γύρω από την άλλη και είναι θέμα χρόνου η συγχώνευση τους που θα δημιουργήσει πιθανότατα μια νέα γιγάντια μαύρη τρύπα.

VLT/SINFONI maps of NGC 6240. a, Stellar velocity. b, H2 velocity map. c, Velocity map of Brγ overlaid on the HST image of Hα. In all panels, the contours delineate the K–band continuum emission and are spaced at 10% of the peak flux. Although two rotational components are observed in the stellar kinematics, the H2 kinematics shows one perturbed rotational component with a kinematic major axis oriented at a position angle of 22°. The Brγ kinematics of the northeastern nucleus is dominated by non-circular motions. Redshifted velocities of 360kms1 are observed at the base of the Hα bubble. In all maps, north is up and east is to the left. RA, right ascension; Dec., declination. The colour bar indicates line-of-sight velocity (VLOS). Nature  (2018) doi:10.1038/s41586-018-0033-2

Οι ερευνητές αναφέρουν ότι τα αέρια που παράγονται από την αλληλεπίδραση των δύο μελανών οπών σε συνδυασμό με τα αέρια που παράγονται από την γέννηση νέων άστρων που προκαλεί η συγχώνευση των δύο γαλαξιών δημιούργησε ένα νεφέλωμα το οποίο… σμιλεύει τον γαλαξία με τρόπο τέτοιο ώστε να μοιάζει με πεταλούδα. Αν η ανακάλυψη αυτή επιβεβαιωθεί θα είναι ιδιαίτερα σημαντική αφού για πρώτη φορά εντοπίζεται αυτό το φαινόμενο.

Πηγές: F. Müller-Sánchez, R. Nevin, J. M. Comerford, R. I. Davies, G. C. Privon, E. Treister. Two separate outflows in the dual supermassive black hole system NGC 6240Nature, 2018; 556 (7701): 345 DOI: 10.1038/s41586-018-0033-2 - http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=967758