Suonare la chitarra in ambienti virtuali in modo realistico

Recenti miglioramenti nella grafica computerizzata e nella realtà virtuale hanno dato vita a concerti musicali virtuali. Questo nuovo formato punta a rendere le esperienze musicali dal vivo più coinvolgenti e immersive. Però, controllare con precisione i personaggi virtuali che suonano strumenti musicali, come la chitarra, in modo realistico e naturale è una sfida.

Molte soluzioni attuali si basano su dati di motion capture da musicisti reali. Anche se questi metodi possono creare animazioni realistiche, sono solitamente costosi, richiedono molto tempo e sono limitati a canzoni o ritmi specifici. In questo documento, presentiamo un metodo per creare movimenti realistici per Mani e dita animate che suonano la chitarra in un contesto virtuale.

La chitarra è uno strumento molto amato, ma imparare a suonarla bene non è facile. Ci vuole molta pratica poiché richiede abilità motorie fini e coordinazione tra le due mani. La mano sinistra preme le corde mentre la mano destra le pizzica o strimpella. Entrambe le mani devono lavorare insieme con perfetto tempismo e precisione per creare il suono desiderato.

Per suonare bene la chitarra, la mano sinistra deve muoversi rapidamente lungo il manico per premere o rilasciare le corde in base alla musica. Allo stesso tempo, la mano destra deve pizzicare le corde quando sono premute o meno. Ci sono tecniche avanzate, come le armoniche, dove la mano sinistra deve seguire da vicino le azioni della mano destra, rilasciando le corde subito dopo che sono state suonate.

Ricerche precedenti hanno esaminato strategie per il posizionamento delle dita sulla chitarra. Tuttavia, questi metodi hanno spesso trascurato come si muovono realmente le mani umane mentre suonano musica. Il nostro lavoro si concentra sull'uso di strategie basate sui dati per creare movimenti che imitano quelli dei veri chitarristi.

Per creare un'esperienza completa di suonare la chitarra, il nostro metodo permette a entrambe le mani di lavorare insieme simultaneamente mentre producono suoni attraverso un processo che tiene conto di come si muovono le mani. Nella grafica computerizzata, i lavori precedenti si sono principalmente concentrati sui movimenti delle mani per manipolare oggetti o generare gesti, trascurando le complessità del suonare strumenti come la chitarra.

Tipicamente, controllare entrambe le mani insieme viene fatto trattandole come un'unità singola. Tuttavia, questo può complicare il processo di allenamento, poiché gestire una singola Politica per entrambe le mani rende il compito molto complesso. Invece, suggeriamo di trattare il compito di suonare la chitarra come uno sforzo collaborativo, dove ogni mano viene trattata indipendentemente.

Per rendere il processo di apprendimento più efficiente, prima alleniamo ogni mano separatamente e poi adattiamo quelle politiche individuali per lavorare insieme. In questo modo, possiamo ridurre il tempo necessario per l'apprendimento cooperativo, assicurandoci che i movimenti di entrambe le mani siano naturali e credibili.

Mentre suonare la chitarra comporta compiti orientati agli obiettivi, utilizziamo anche il controllo basato sulla fisica per assicurarci che i movimenti generati sembrino realistici. Abbiamo raccolto circa un'ora di dati di movimento delle mani da un chitarrista professionista per guidare il nostro approccio. Questi dati includono varie tecniche di suonare la chitarra, non legate a canzoni specifiche.

Il nostro approccio utilizza due brevi clip per l'apprendimento per imitazione. Queste clip mostrano movimenti di scaling e pizzicato. Sintetizzando questi movimenti di riferimento non strutturati, il nostro metodo mostra forti Prestazioni nella generazione di movimenti naturali di suonare la chitarra, determinando automaticamente le posizioni delle dita per nuove canzoni o schemi.

Valuteremo il nostro metodo sia qualitativamente che quantitativamente per dimostrarne l'efficacia. I nostri risultati mostrano che mentre apprendiamo a controllare ciascuna mano, possiamo anche sincronizzare efficientemente i loro movimenti per produrre un suonare la chitarra di alta precisione.

#Lavori Correlati

I metodi tradizionali per ottenere controllo nelle simulazioni spesso si basano sull'ottimizzazione delle traiettorie e su regole predefinite. Alcuni studi iniziali hanno esaminato l'uso di dati di motion capture per creare movimenti simili a quelli umani. Recentemente, le tecniche di apprendimento per rinforzo hanno guadagnato popolarità per insegnare il controllo dei personaggi basato sulla fisica.

Il nostro approccio si basa su queste strategie, concentrandosi su sistemi di controllo per due mani che lavorano insieme. I compiti di controllo abile possono generalmente essere suddivisi in due tipi principali: afferrare e muovere oggetti o manipolare cose. La maggior parte di questi compiti richiede solitamente poco bisogno di tempismo fine e spesso richiede solo una mano.

Al contrario, suonare la chitarra richiede che entrambe le mani lavorino in modo preciso e simultaneo. Negli studi precedenti, la generazione di movimenti simili a quelli umani per suonare strumenti è stata affrontata da molti ricercatori. Anche se alcuni lavori iniziali si concentravano sui movimenti della mano sinistra, non tenevano conto delle azioni coordinate di entrambe le mani.

Il nostro obiettivo è produrre movimenti per la chitarra che siano credibili e aderiscano alle realtà fisiche del suonare lo strumento. A differenza dei metodi precedenti che si basano fortemente su regole, utilizziamo l'apprendimento per imitazione insieme a strategie di rinforzo per generare movimenti che riflettono quelli dei veri chitarristi.

#Dataset di Movimenti delle Mani

Attualmente, molti dataset che presentano movimenti delle mani si concentrano principalmente su afferrare o manipolare oggetti. Pochi includono dati pertinenti al suonare strumenti musicali come il pianoforte o il violino. Finora, c'è una mancanza evidente di dataset accessibili contenenti movimenti di suonare la chitarra di qualità.

In questo lavoro, contribuiamo con un nuovo dataset di azioni di suonare la chitarra catturate da un chitarrista professionista. Questo dataset, che ammonta a circa un'ora di movimento, copre varie tecniche di suonare la chitarra. Per il nostro allenamento delle politiche, abbiamo estratto clip di movimenti di scaling e pizzicato.

Per dare una migliore visione del nostro sistema proposto, spiegheremo prima il processo di Sincronizzazione, seguito da dettagli su come implementiamo l'allenamento per suonare la chitarra con due mani in modo abile.

#Sincronizzazione delle Politiche

Nel nostro approccio, trattiamo suonare la chitarra come un compito collaborativo che coinvolge due mani. Dividendo il controllo delle mani in ambienti di allenamento separati, iniziamo allenando la mano sinistra a premere le corde e la mano destra a pizzicarle in modo indipendente.

Dopo questo allenamento iniziale, blocchiamo le politiche apprese per ciascuna mano e introduciamo un sincronizzatore per coordinare le loro azioni. Questo metodo ci consente di produrre un comportamento a due mani senza dover riaddestrare tutto da zero.

Il nostro sistema sfrutta le politiche pre-addestrate affinando i comportamenti durante la sincronizzazione, il che porta a un apprendimento più efficiente. L'obiettivo principale di questa sincronizzazione è garantire che entrambe le mani possano lavorare insieme in modo armonioso.

Per facilitare questo, creiamo una politica per ciascuna mano che poi viene adattata nella fase successiva. Concentrandoci sul coordinare le loro azioni piuttosto che apprendere completamente nuovi comportamenti, possiamo risparmiare tempo e risorse.

#Suonare la Chitarra

Mentre si suona la chitarra, la mano sinistra si muove per premere le corde giuste, mentre la mano destra le pizzica usando un plettro. Utilizziamo la tablatura della chitarra per rappresentare le note e le corde che devono essere suonate.

Definiamo i requisiti per ciascuna mano separatamente. La politica della mano sinistra si concentra sul premere le corde giuste nei tasti target, mentre la politica della mano destra si occupa esclusivamente di quali corde pizzicare. I movimenti di entrambe le mani devono essere sincronizzati per un'esecuzione efficace, creando uno stile di suono ben dosato e naturale.

Per garantire che la mano sinistra possa premere efficacemente le corde, consideriamo varie strategie di posizionamento delle dita, ma lasciamo che la politica di controllo stessa esplori queste opzioni. Questo metodo aiuta a determinare i migliori modi per posizionare le dita mentre si premono le corde.

Nella nostra implementazione, incoraggiamo movimenti naturali attraverso una combinazione di obiettivi orientati al risultato e apprendimento per imitazione. Utilizzando tecniche ben consolidate, il nostro approccio mira a replicare i movimenti aggraziati di un chitarrista umano mantenendo accuratezza nel colpire le corde giuste.

#Politica della Mano Sinistra per Premere i Tasti

Per la mano sinistra, prendiamo la tablatura della chitarra come input per determinare quali corde devono essere pre