17
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
İnsan hareketlerinin artırılmış gerçeklik ortamına aktarılması üzerine bir çalışma
İnsan hareketi analizinin artırılmış gerçeklik ile birleştirilmesi, biyomekanik, tıp, robotik başta olmak üzere birçok bilim alanının ilgi konusu olmuştur. Literatürdeki çalışmalar genellikle artırılmış gerçeklik ortamında hareketsiz objeler ile ilgilenir. Bu tez çalışmasında, bir insan modelinin artırılmış gerçeklik ortamında iskeleti yaratılarak hareket etmesi ve gerçek insanında bu hareketi taklit etmesi amaçlanmıştır. Önce bvh modeli ile bir insan iskeleti oluşturulmuş ve bu iskelete bir hareket kazandırılarak hareket eden bir model elde edilmiştir. Oluşturulan model ile tekrar eden bir animasyon artırılmış gerçeklik ortamına aktarılmıştır. Bu hareketli model üzerinden gerçek insanın oluşturduğu model üst üste oturtularak insanın hareketi öğrenmesi ve ne kadar doğru yapıp yapmadığı ile ilgili bir çıkarımda bulunup, hareketi iyileştirmeleri için bir temel ortam oluşturulması amaçlanmıştır.
Development of Karagöz the shadow puppetry in virtual reality environment
In this era of technological advancements, the landscape of entertainment has undergone a transformative shift, leaving behind traditional forms in favor of new ones. While the judgment of whether this change is beneficial or not remains entirely subjective, it is undeniable that certain abandoned art forms have experienced a decline in popularity, stagnation, or even face the threat of extinction. Regrettably, Karagöz, a centuries-old traditional shadow puppetry play deeply rooted in Turkish culture, is among the endangered cultural heritage. However, considering the rapid progress of virtual reality (VR) technology and its widespread applications across various domains, there lies a potential opportunity to revitalize the antiquated art of Karagöz. By harnessing the power of cutting-edge graphical technologies such as ray tracing and advanced game engines, it becomes feasible to simulate shadow puppetry plays within the virtual realm, enabling this ancient performance to be experienced and appreciated on digital platforms. With the core objective of revitalizing Karagöz, this study involves the development of a VR game that caters to both artists and audiences, complete with the meticulous simulation of light physics integral to the art of shadow puppetry.
Generating synthetic data with game engines for deep learning applications
In this thesis, we present a novel method that aims to generate labeled synthetic data for use in training drone detection deep learning models. Modern deep learning methods provide state-of-the-art performance on object detection problems and this performance is increasing thanks to the development of deep learning architectures day by day. The biggest obstacle to this development is the need for large amounts of labeled data for deep learning methods to be successful. Accessible datasets, on the other hand, generally do not contain sufficient data, have incorrect labels and bias. Datasets are traditionally made manually by humans. This human-made process is quite time-consuming and prone to human error. Although it is very difficult to find domain-specific data sets, it is almost impossible to reach data sets for specific problems One of the areas where there is a data shortage is drone detection. Drones are becoming more and more common day by day due to the development of drone technology and decreasing hardware costs. These objects cause security and privacy problems, so the detection of these objects gains great importance. Since drones can be found in any environment due to their nature, a data set with high data amount and variety covering all conditions were needed to train a model that will detect small or hard to visible drones. To solve this data shortage in drone detection, a novel method that can generate synthetic data with game engines is presented. The created method can generate training-ready, labeled images in a randomized manner using two-dimensional backgrounds and three-dimensional drone models. Also, an ablation study was carried out to optimize the synthetic data generated within the scope of this thesis, and several trainings were carried out to compare it with the actual data performance. The developed method can quickly generate synthetic images with photo-realistic labels, and the models trained with these datasets perform performance close to the models trained with real data.
SVG kat planlarından oyun ortamı oluşturulması
Bilgisayar teknolojilerindeki gelişmeler oyunlardaki gelişmelerin önünü açmıştır. Grafikler ve oyun ortamı, önemli oyun bileşenlerindendir. Oyun ortamı oluşturmak için çeşitli çalışmalar vardır. Bu tezde oyun ortamı oluşturmak için iki boyutlu çizimleri girdi olarak alarak üç boyutlu ortam oluşturmayı amaçlayan bir metot önerilmiştir. SVG kat planı çizimi için uygun bir formattır. Bu tezde, SVG formatındaki yapı planları verileri biçimlendirilmektedir. Biçimlendirilen verilerden poligonlar ve doğru parçaları elde edilmektedir. Bu geometrik şekiller iç duvar, koridor duvarı ve dış duvar olarak sınıflandırılarak üç boyutlu ortama aktarılarak bunlara farklı dokular, eşyalar ve modeller eklenebilmektedir. Sonuçta Unity'de oluşturulan zenginleştirilmiş üç boyutlu oyun ortamında birinci kişi(first person) olarak hareket edilebilen bir ortam elde edilmektedir. Bu üç boyutlu ortam, oyunlar ve simülasyonlar için kullanılabilecektir. Eşya yerleştirme algoritması ve dokular ile üç boyutlu olarak zengin bir oyun ortamı elde edilmiştir. Bu tezde önerilen metotlar oyun geliştiricileri için ve yapı planlarını simüle etmek isteyenler için harika bir kaynak olabilir.
Petri ağları kullanılarak oyun geliştirme
Bu tez kapsamında, oyun dinamiklerinin Petri Ağları üzerinde tanımlandığı kullanıcı etkileşimi gerçek zamanlı yapılan bir oyun geliştirilmiştir. Oyunun geliştirilmesinde zamanlı ve rastgele Petri Ağları kullanılmıştır. Böylece, oyun sektöründe kullanılabilecek biçimsel bir modelleme dili tanıtılmıştır. Tanıtılan modelleme dili, basit grafik gösterimi sayesinde geliştiriciler arasındaki iletişimi sağlamak amacıyla kullanılabilir. Ayrıca, Petri Ağlarının sadece modelleme dili olarak değil, aynı zamanda analiz yöntemi olarak da oyun geliştirme alanında kullanılabileceğini göstermek amacıyla, Petri Ağlarına log tutma özelliği eklenmiştir. Kavram ispatı amaçlı geliştirilen oyunda modellenen Petri Ağı, detaylı bir şekilde açıklanmaktadır.
Oyunlar için gramer tabanlı parametrik 3B model geliştirme
Bu çalışma kapsamında, şekil gramerleri kullanılarak üç boyutlu uzay gemisi modelleri oluşturulacaktır. Şekil gramerleri, parametrik üretim yapan algoritma için bir kural setidir. Bu kural seti kullanılarak ana hatlarıyla birbirine benzeyen ancak detaylarıyla farklılaşan modeller üretilebilir. Bu çalışmada, şekil gramerleri yine parametrik olarak oluşturulan ilkel şekillerin oluşturulması ve birbirleriyle bağlanmalarını sağlar. Bu çalışma kapsamında tanımlanan ilkel şekiller silindir, elipsoid, dikdörtgen prizma, üçgen, koni ve torustur. İlkel şekillerin her birisi kendi algoritmalarıyla, şekil gramerinde verilen sınırlar doğrultusunda üretilir. Bu şekillerin birleştirilmesiyle çok daha karmaşık ve sofistike modeller üretilebilir.
Futbol maç analizi için maç yayın görüntüsünden kamera kalibrasyonu
Dijital kamera kalibrasyonu, görüntü karelerindeki bilinen noktaların pozisyonları kullanılarak konum dönüşümü için gerekli olan matrisin elde edilmesini sağlar. Bu matris kullanılarak görüntü kareleri sahaya üstten dik açıyla bakan görüntü karelerine dönüşmektedir ve bu sayede konumlar arasında ilişki kurulabilmektedir. Futbolda saha içi analizleri ilk olarak futbolcuların saha içerisinde yaptıkları her türlü aksiyonu veriye dönüştürmektedir. Elde edilen veriler kullanılarak takımların ve futbolcuların eksik yönlerini geliştirilmesinde bu analizler büyük bir öneme sahiptir. Takımlar daha önce oynadıkları maçların detaylı analizleri ile sonraki maçlarına hazırlanmaktadır. Bu noktada doğruluk oranı yüksek ve hızlı sonuç alınabilecek saha içi analizleri takımların oyun kalitesi olarak daha iyiye gitmelerini ve saha içerisinde gerçekleştirilen her türlü hareketin daha verimli bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlayacaktır. Sunulan çalışmada, tek kamera ile çekilmiş olan futbol video görüntülerinden elde edilen karelerde belirlenen noktaların, bilgisayarla görü algoritmaları kullanılarak, dijital kamera kalibrasyonu için perspektif dönüşüm matrisinin elemanlarını ve gerçek futbol sahasındaki konumunu tahmin eden bir matematiksel model yer almaktadır. Amaç, elde edilen son noktadaki konum bilgisi ile futbol saha içi analizlerinin hızlı bir şekilde yapılabilmesini sağlayacak bir ortam oluşturmaktır.
Elektromiyografi sinyalleri ile insan kolunun hareketinin tahmin edilmesi
Elektromiyografi (EMG) sinyalleri ile insan kolunun hareketinin tahmin edilmesi, biyomekanik, tıp, robotik başta olmak üzere birçok bilim alanının ilgi konusu olmuştur. Fakat literatürdeki çalışmalar genellikle koldaki eklem açılarının tek serbestlik derecesinde tahmin edilmesine yöneliktir. Bu tez çalışmasında, EMG sinyalleri ile kolun omuz ve dirsek eklemlerinin 6 serbestlik derecesinde dönüş açılarını tahmin eden bir yapay sinir ağı modelinin oluşturulması amaçlanmıştır. Yapay sinir ağını eğitmek amacıyla, uzuv kaybı olmayan deneklerin kol ve omuz bölgesindeki kaslardan (Biceps, Triceps, Anterior Deltoid, Posterior Deltoid, Pectoralis Major ve Trapez) elden edilen EMG sinyalleri ve deneyler sırasındaki hareketlerin optik hareket yakalama sistemi vasıtasıyla hesaplanan açılarla oluşturulan bir veri seti oluşturulmuştur. Oluşturulan veri seti ile çok katmanlı yapay sinir ağı ve uzun kısa vadeli hafıza (LSTM) yapısındaki modeller eğitilmiştir. Elde edilen bulgular sonucunda LSTM yapay sinir ağı modellerinin, çok katmanlı yapay sinir ağı modellerine göre daha iyi sonuç verdiği görülmüştür.
IMU sensörlerinde olası hataların değerlendirilmesi
Ataletsel çalışma prensibine sahip sensörler insan modelleme ve navigasyon uygulamaları başta olmak üzere birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Ataletsel sensörlerin ana bileşenleri olan ivmeölçer ve jiroskop sensörleri günümüzde mikromekanik sistem teknolojisiyle üretilebilmektedir. Düşük maliyet ve yüksek miktarda üretilebilmesiyle birlikte performanslarında düşüş gözlemlenmektedir. Bu nedenle ateletsel sensör performanslarının iyileştirilmesi için çeşitli hata telafi algortimaları önerilmiştir. Deterministik ve olasılıksal ataletsel sensör hataları ve bu hataları oluşturan parametrelerle arasındaki ilişkiler, hata telafi algoritmalarının temelini oluşturmaktadır. Hata telafi algoritmalarının, yüksek doğrulukta hata telafisini gerçekleştirebilmesi için sensör hataları ve hata kaynakları arasındaki ilişkiyi ortaya koyan hata modellemesinin oluşturulması kritik önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, ataletsel sensör hatalarının modellenebilmesi için insan kol ve bacak hareket benzeşimini 2 boyutlu olarak yapabilme kapasitesine sahip bir test cihazı üretildi. İki farklı açısal hızda ataletsel sensörünün üç farklı eksenine ayrı ayrı insan hareket benzeşimi test cihazıyla uygulandı ve Gaussian dağıtım modeli kullanılarak sensör ölçüm dağılımları incelendi. Uygulanan insan kol ve bacak açısal haraketlerine ait fiziksel etkilerin ve sensör sıcaklık stabilitesinin, ataletsel sensör hata dağılımları üzerindeki etkisini araştırıldı.
Physical hand animation with machine learning
Hands are the essential limbs of humans which they use for interacting with their environments. Catching, holding, moving, touching, and many other interactions are done by hand. The hand has a highly complex anatomical structure. It is a quite complicated task to model the hand movements, considering the bones of the fingers, joints, muscles, and tendons that connect them to each other and move them. Several motion capture systems are used to transfer hand motions to the digital environment. However, it's harder to capture a catching motion with these systems, compared to capturing hand interactions with steady objects. Besides, only kinematic animations can be generated with motion capture systems, and these kinematic animations may not be usable for different catching scenarios. Therefore, employing physics-based animation techniques for generating hand motions is needed. To generate hand motions with physics-based animation techniques, the physical model of the hand must be created. We present a physical hand model with muscles and soft tissues on a skeletal structure. The presented model is intended to create realistic physical interactions and also to be efficient enough. Recently, great accomplishments have been achieved in computer animation field with the em- ployment of machine learning techniques. We present a framework that generates catch- ing motions for the proposed physical hand model, by using deep reinforcement learning techniques. To catch a thrown object, multiple body parts are required to work in coordination. While our main focus is to generate proper physics-based hand motions, we also work on synthesizing arm motions that are essential for taking the hand to the correct interception point with the right orientation. It's been addressed in the literature [1, 2] that catching motion can be divided into smaller phases. In this way, we handle the catching motion in two phases and developed a controller brain for each phase by using deep reinforcement learning. One of these brains is designed to move the arm for getting prepared for the catching motion. And then the other one is designed to control the hand for accomplishing the actual catching movement. In addition to these, a third brain is generated with deep reinforcement learning, that manages the working time of these two brains. The results of the proposed framework is evaluated and compared with other configurations by several experiments. Moreover, user test studies have been conducted for evaluating the naturalness of the resulting motions.
Çok büyük konumsal verinin kullanıcı odaklı görselleştirilmesi
Günümüzde konum servis sağlayıcıların ve konum hizmeti veren donanımların gelişmesiyle birlikte birçok farklı cihazdan konum verileri alınabilmekte ve bu verilerin çeşitli uygulamalarda kullanılabilmesi gerçekleşmektedir. Toplanan veriler gerek coğrafik gerek beşeri faktörlerden etkilenmekte ve homojen ya da heterojen dağılımlar gösterebilmektedir. Bu kadar çok verinin kullanıcıların algılayabileceği şekilde gösterilmesi özel yöntemler gerektirmektedir. Yazılacak bu tez çok sayıda konumsal verinin kullanıcılara verimli şekilde ifade edilmesini amaçlamaktadır. Bu çalışmanın sonucunda çok fazla sayıda (örneğin: milyonlarca) noktadan oluşan konumsal verinin, küresel ya da bölgesel olarak görselleştirilmesi hedeflenmektedir.
Artificially intelligent players for PVP in MMORPG
Massively Multiplayer Online Role Playing Games (MMORPG) are very similar to real life problems since they are complex and partially observable. These games, which have many features such as trade, character improvement, item crafting, questing and player versus player (PvP) battle, have hosted many studies. It is also very suitable for developing and testing artificial intelligence algorithms in terms of the difficulty of the domain, its similarity to real life and abundance of data. In PvPs, the players need to take hundreds of real time actions and develop complex strategies in a partially observable environment. Therefore building an AI for PvPs in MMORPGs constitutes a difficult problem. With reinforcement learning, a general AI can be developed that can make PvP in MMORPGs. But, designing a reward function manually for reinforcement learning problems in partially observable environments is quite a daunting task. Most of the existing work in the literature aim to accomplish reward shaping by learning from demonstrations or with some kind of human assistance like preferences or rankings. However, for most of the real world problems, it's nearly impossible to attain such facilities, and even if they are available, they restrict the success of the agent to some human level. In this work, we propose a reward shaping method for PvP in MMORPGs without any demonstrations or human assistance, and compare it with several manually designed reward functions. We compared manual reward shaping method, which use predefined rewards, with the MCTS reward shaping method, which only exploits the prediction characteristic of a simply crafted Monte Carlo Tree Search planner. PvP results for a single character type showed that MCTS method can be used for reward shaping.
Simülasyon ve oyunlar için şehirlerin yöntemsel oluşturulması
Bu tezin ana amacı simülasyon ve oyunlarda kullanılabilecek yöntemsel üç boyutlu şehirler üretmektir. Üretilen şehir içten dışa doğru zon adı verilen bölgelere ayrılacak, serbest kamera ve üstten bakış kamerası ile görüntülenip gezilebilecektir. Çalışmamızın örneğinde şehir en az üç bölgeye (merkez, merkeze yakın binalar ve banliyö) ayrılıp buna uygun şekilde oluşturulacaktır. Bu tezde en az girdiyle en gerçekçi şehir modelini üretmek hedeflenmiştir. Çalışmamızın sonucunda çıkardığımız yaklaşımla alınan parametrelere göre yaratılmış ve düz bir araziye konuşlanmış bir şehir üreten bir uygulama geliştirilmiştir. Yaklaşımlarımızı Unity Oyun Motorunda test edecek olsak da geliştirilen yöntem bütün geliştirme ortamlarına uygun adapte olabilir.
Hacimsel bulut ve yordamsal arazi gerçekleştirimi ile gerçekçi 3B sanal ortam üretimi
Sanal gerçeklik, bilgisayar teknolojileri kullanılarak oluşturulan kişilerin etkileşime geçerek keşfedebildiği 3B ortamları ifade etmektedir. Sanal gerçeklik teknolojisinin ortaya çıktığı günden itibaren kullanımının yaygınlaşarak her geçen gün daha çok ilgi çekmesi, paralelinde donanımsal olarak büyüklüğünün giderek küçülmesine ve insanların hayatında yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır. Günümüzde çoğunlukla oyun ve eğlence sektöründeki kullanımı açısından tanınmış olan bu teknolojinin eğitim, sağlık, turizm, mimarlık ve inşaat gibi birçok farklı alanda kullanımı bulunmaktadır. İnsanların, sanal gerçeklik donanımlarını kullanarak oluşturulan ortam içerisinde nesnelerle etkileşime geçebilmeleri ve ortamın bir parçası olarak hissetmeleri durumu, bu teknolojinin giderek daha fazla ilgi çekmesine sebep olmuştur. Ortaya çıkarılan ürünler açısından, kişiler üzerinde oluşturulan 'sanal ortam içerisinde bulunma' ve etkileşime geçerek 'ortamın bir parçası olma' hissi, sanal gerçeklik teknolojisinin olmazsa olmaz başarı kriterlerindendir. Çalışma kapsamında, popülerliği her geçen gün artan sanal gerçeklik teknolojisinin bu başarı kriterleri göz önünde bulundurularak, HTC Vive sanal gerçeklik gözlüğü üzerinde çalışabilecek, gerçekçi arazi ve bulut üretimini gerçekleştiren sanal ortam üretimi amaçlanmıştır. Gerçeklik faktörü göz önünde bulundurularak gerçekleştirilen çalışmada arazi üretimi işleminde, doğal içerik üretiminde kullanılan Perlin Noise algoritması kullanılmış ve düşük maliyet ile doğal görünümlü araziler elde edilmiştir. Aynı amaç doğrultusunda bulut üretimi işleminde, hacimsel bulut üretimi gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan bu ortamın kullanıcı tarafından daha eğlenceli bir şekilde deneyimlenebilmesi için, sanal ortam içerisinde uçarak içerisinden geçilebilen 25 adet çemberin bulunduğu mini bir deneysel oyun tasarlanmıştır. Sanal gerçeklik ortamlarının başarısında oldukça önemli bir etmen olan gerçekçilik hissinin daha da artırılabilmesi için, uçma eylemi sırasında kullanıcıların yere paralel bir konumda havada asılı kalmalarını sağlayacak asma aparatları ve uçma eylemi sırasında karşı rüzgârı gerçekçi olarak hissedebilmelerini sağlayacak vantilatör gibi ek donanımlar kullanılmıştır. Sanal ortam içerisine eklenen çift kanallı rüzgâr sesi efekti ile de bütünlük sağlanmaya çalışılmıştır. Her bir katılımcıya, oluşturulan deneysel ortamın kullanıcı üzerinde oluşturacağı iş yükü düzeyini ölçmek için NASA TLX anketi uygulanmıştır. Gerçekleştirilen sanal ortamın başarısının ölçülebilmesi için literatürde bulunan ve kabul görmüş kullanıcı anketleri araştırılarak bunlar arasından SSQ ve PQ anketleri kullanıcılara her test işlemi sonucunda uygulanmıştır. Kullanıcıların sanal ortamı deneyimlemeleri sırasında karşılaşabilecekleri ve sanal ortamın başarısını düşüren olası baş ağrısı, mide bulantısı, terleme gibi olumsuz durumların ölçülebilmesi için SSQ (Simulator Sickness Questionnaire) anketi, üretilen sanal ortamın başarısını belirleyen 'sanal ortamda bulunma hissinin' ölçülebilmesi için ise PQ (Presence Questionnaire) anketleri uygulanmıştır. Elde edilen veriler üzerinde istatistiksel analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen bulgular yorumlanarak üretilen sanal ortamın başarılı olduğu yorumuna ulaşılmıştır.
Makine öğrenmesi ile kaçınma hareketlerinin üretilmesi
Kaçınma hareketleri özellikle video oyunları olmak üzere, sanal insan modellerinin kullanıldığı bilgisayar animasyonu uygulamalarında önemli yer tutmaktadır. Diğer hareketlerde ˘ oldugu gibi gerçekçi kaçınma hareketleri elde etmek için genellikle hareket yakalama teknikleri kullanılmaktadır. Fakat gerçek hayatta bir insanın yapabilecegi sonsuz miktarda hareket vardır ve bunların hepsinin hareket yakalama teknikleri ile elde edilmesi imkansızdır. Yeteri kadar hareket yakalama verisi elde edilmiş olsa bile çok miktarda hareket içinden uygun olanın seçilmesi kolay degildir. Çok miktarda hareket yakalama verisi içinden uygun olanını gerçek zamanlı olarak seçmek için yapılan bazı çalışmalar vardır fakat bunlar genelde çok masraflı işlemler içermektedir ve çok miktarda sistem kaynağı kullanmaktadır. Bu sebeple, bu tip yöntemlerin çok sayıda karakter içeren oyunlar için kullanılması zordur. Yukarıda bahsedilen nedenlerden dolayı, birçok oyunda gelen saldırılardan kaçınmak için büyük sıçramalar, maksimum miktarda eğilme gibi abartılı hareketler birden fazla saldırıya karşı kullanılmaktadır. Fakat sanal insan modelinin küçük bir sıyrılma ile kurtulabileceği saldırılardan yüksek efor gerektiren hareketler ile kaçınması ve sürekli aynı hareketlerin kullanılması gerçekçiliği azaltmaktadır. Bu çalışmayla hiçbir hareket yakalama verisi kullanılmadan kaçınma hareketlerinin sanal insan modeline derin pekiştirmeli öğrenme ile sıfırdan öğretilmesi amaçlanmaktadır. Öğrenme algoritmasının bileşenleri karakterin hareket için fazla efor harcamaması ve fiziksel kısıtlara uygun davranması gibi kriterler göz önüne alınarak tasarlanmıştır. Böylece öğrenilen hareketlerin gerçekçi olması amaçlanmıştır. Çevrimdışı çalışan öğrenme aşamasında sanal insan modelinin vücudunun rastgele noktalarına yine rastgele bölgelerden küreler fırlatılmış ve modelin yaptığı hareketlerin küreden kaçınma bakımından başarısına göre ödüller verilmiştir. Çevrimdışı aşamada öğrenilen politika kullanılarak gerçek zamanlı kaçınma hareketleri üretilmiştir. Bu hareketlerin başarımını ölçmek için kullanıcı testleri yapılmış ve testlerin sonuçları yorumlanmıştır.
Verimli bir ters dinamik yöntemi ile gerçek zamanlı fiziksel hareket kontrolü
Realistic character animations can be obtained using motion capture techniques. However, these captured motions can be recorded only for predetermined scenarios. A virtual character can have infinite variety of physical interactions with the virtual world, and it is not possible to anticipate all these interactions and record appropriate motions. But in real life when people interact with the surrounding environment, their motions are generated as a result of physics laws. In physics based animation studies, it is aimed that the reaction movements of the characters in the virtual environment occur in a natural way according to the laws of physics. In order to generate movements naturally, a simplified physical model needs to be controlled only by applying joint torques. These joint torques are calculated by benefiting from studies in fields such as robotics, biomechanics and physics. In order to be used in real-time applications, these calculations should be performed with very low processing costs, even for multi-body systems with very high degrees of freedom. In the literature, studies on physics-based animation can be grouped under two main titles: local controllers and equations of motion based controllers. The most commonly used local controller is the Proportional Derivative controller because of its simplicity of integration and problem modeling. One of the main drawbacks of local controllers is the need to tune gain parameters for each movement and character manually. Moreover they are not quite stable at the speeds required for real-time applications. In equations of motion based methods, modeling the problem and integration are more complex. However, these methods generate better results which are more stable than the results of local methods. Inverse dynamics constitutes the core component of equations of motion based methods. In physics based animation, Newton-Euler and Euler-Lagrange methods are used for inverse dynamics calculations. While Newton-Euler method is used to calculate the torques iteratively, Euler-Lagrange method is often used to obtain the analytical equations of motion needed for optimization problems. In this thesis, we obtained generalized equations of motion for multi-body systems in 3D space, whose orientations are represented by quaternions and consisting of rotational joints with 3 degrees of freedom, by using Kane's method. During this study, we have observed that for complex multibody systems, it is not feasible to calculate the inverse dynamics solution analytically neither by hand nor by using symbolic programming from these equations of motions. In order to be usable in real-time applications, we derived a recursive inverse dynamics algorithm from these equations. This algorithm is equivalent to recursive Newton-Euler algorithms, which are often used in physics based animation applications. Unlike other studies, since we obtain this algorithm from an analytical equation, we have introduced an integrated approach that can be used for both motion planning and motion generation as well as for inverse dynamics. We tested the results of our method in different scenarios and observed that for all scenarios our method produces stable results even at large timesteps. We also compared our method with some of the widely used methods in the literature.
RGB-D verilerine dayanarak hareket yakalama tabanlı yerinde diz çekme egzersiz oyunu: Knee-up
Bu çalışmada yerinde diz çekme egzersiz hareketi yolu ile diz sağlığını destekleyen Knee Up egzersiz oyunu tasarlanmış ve uygulanmıştır. Egzersiz oyunu kullanıcıların evde egzersiz yapmasına ve bir oyun ortamında bu egzersizi gerçekleştirmesine izin verir. RGB-D verileri kullanılarak hareket yakalama ile, kullanıcının iskelet eklemlerinin tahmini konumları gerçek zamanlı olarak alınır ve işlenir. Oyun için, 3B sanal ortamlar oyunlaştırma elemanları ile oluşturulmuştur, böylece kullanıcılar daha etkileşimli ve ilgi çekici egzersiz seanslarınden zevk alabilimektelerdir. Oyun, kurallara dayalı bir tanıma algoritması aracılığıyla gerçekleştirilen yerinde diz çekme egzersizlerinin kalitesini değerlendirmeyi ve karşılığında geri bildirim sağlamayı kolaylaştırır. Knee Up egzersiz oyununun kullanılabilirlik ve oyunlaştırma özelliklerini değerlendirmek için bir kullanıcı çalışması yapılmıştır. Çalışma sonuçları, Knee UP egzersiz oyununun kullanılabilirlik, katılım, oyunu öğrenme kolaylığı ve egzersizin sürdürülebilirliğini genel olarak iyi karşılandığını göstermektedir; ve kural tabanlı tanıma algoritmasının tatmin edici derecede iyi çalıştığını doğrulamaktadır.