自动设计虚拟人和类人动物在帮助游戏，电影和机器人中的角色创作过程中具有巨大的潜力。在某些情况下，角色创建者可能希望设计针对某些动作（例如空手道踢和跑酷跳跃）定制的类人体身体。在这项工作中，我们提出了一个人形设计框架，以自动生成以预先指定的人体运动为条件的身体有效的人形体。首先，我们学习了一个广义的类人动物控制器，该控制器在大型人体运动数据集上进行了训练，该数据集具有多样化的人体运动和身体形状。其次，我们使用设计与控制框架来优化类人动物的物理属性，以找到可以更好地模仿预先指定的人类运动序列的身体设计。我们的方法利用预先训练的类人动物控制器和物理模拟作为指导，能够发现经过定制以执行预先指定的人类运动的新类型类人体设计。

我们提出了一种对象感知的3D自我监测姿势估计方法，其紧密地集成了运动学建模，动力学建模和场景对象信息。与使用两种组件的现有运动学或基于动态的方法不同，我们通过动态调节培训协同两种方法。在每个时间步骤中，用于使用视频证据和仿真状态提供目标姿势的运动模型。然后，预先注释的动力学模型试图模拟物理模拟器中的运动姿势。通过比较由动态模型对动态模型产生的姿势指示的姿势，我们可以使用它们的未对准来进一步改善运动模型。通过在场景中的6DOF姿势（例如，椅子，盒子）中，我们首次展示了使用单个可佩戴相机估计物理合理的3D人体相互作用的能力。我们在受控实验室设置和现实世界场景中评估我们的Egentric姿势估计方法。

我们提出了体面意识的人类姿势估计，我们根据模拟代理的本体感受和场景意识以及外部第三人称观察来估计3D构成。与经常诉诸多阶段优化的先前方法不同，非因果推理和复杂的接触建模以估计人类姿势和人类场景的相互作用，我们的方法是一个阶段，因果关系，并在模拟环境中恢复全局3D人类姿势。由于2D第三人称观察与相机姿势结合在一起，我们建议解开相机姿势，并使用在全球坐标框架中定义的多步投影梯度作为我们体现的代理的运动提示。利用物理模拟和预先的场景（例如3D网格），我们在日常环境（库，办公室，卧室等）中模拟代理，并为我们的代理配备环境传感器，以智能导航和与场景的几何形状进行智能导航和互动。我们的方法还仅依靠2D关键点，并且可以在来自流行人类运动数据库的合成数据集上进行培训。为了评估，我们使用流行的H36M和Prox数据集，并首次在具有挑战性的Prox数据集中获得96.7％的成功率，而无需使用Prox运动序列进行培训。

我们为物理模拟字符进行了简单而直观的互动控制方法。我们的工作在生成的对抗网络（GAN）和加强学习时构建，并介绍了一个模仿学习框架，其中分类器的集合和仿制策略训练在给定预处理的参考剪辑中训练。分类器受过培训，以区分从模仿政策产生的运动中的参考运动，而策略是为了欺骗歧视者而获得奖励。使用我们的GaN的方法，可以单独培训多个电机控制策略以模仿不同的行为。在运行时，我们的系统可以响应用户提供的外部控制信号，并在不同策略之间交互式切换。与现有方法相比，我们所提出的方法具有以下有吸引力的特性：1）在不手动设计和微调奖励功能的情况下实现最先进的模仿性能; 2）直接控制字符，而无需明确地或隐含地通过相位状态跟踪任何目标参考姿势; 3）支持交互式策略切换，而无需任何运动生成或运动匹配机制。我们突出了我们在一系列模仿和互动控制任务中的方法的适用性，同时还证明了其抵御外部扰动以及恢复平衡的能力。总的来说，我们的方法产生高保真运动，运行时的运行时间低，并且可以轻松地集成到交互式应用程序和游戏中。

从任意堕落状态中起床是一种基本的人类技能。现有的学习这种技能的方法通常会产生高度动态和不稳定的起床动作，这不像人类的起床策略，或者基于跟踪记录的人类起床运动。在本文中，我们提出了一种使用强化学习的分阶段方法，而无需求助于运动捕获数据。该方法首先利用了强大的字符模型，从而有助于发现解决方案模式。然后，第二阶段学会了调整控制策略，以逐步与角色的较弱版本一起使用。最后，第三阶段学习控制政策，这些政策可以以较慢的速度重现较弱的起床动作。我们表明，在多个运行中，该方法可以发现各种各样的起床策略，并以各种速度执行它们。结果通常会产生采用最终站立策略的策略，这些策略是从所有初始状态中看到的恢复动作所共有的。但是，我们还发现了对俯卧和仰卧初始堕落状态的不同策略的政策。学识渊博的起床控制策略通常具有明显的静态稳定性，即，在起床运动过程中，它们可以在各个点停下来。我们进一步测试了新的限制场景的方法，例如在演员表中有一条腿和手臂。

人体运动的实时跟踪对于AR/VR中的互动和沉浸式体验至关重要。但是，有关人体的传感器数据非常有限，可以从独立的可穿戴设备（例如HMD（头部安装设备）或AR眼镜）获得。在这项工作中，我们提出了一个强化学习框架，该框架从HMD和两个控制器中获取稀疏信号，并模拟合理且身体上有效的全身运动。在训练过程中，使用高质量的全身运动作为密集的监督，一个简单的策略网络可以学会为角色，步行和慢跑的角色输出适当的扭矩，同时紧随输入信号。我们的结果表明，即使输入仅是HMD的6D变换，也没有对下半身进行任何观察到的地面真理的惊人相似的腿部运动。我们还表明，单一政策可以对各种运动风格，不同的身体尺寸和新颖的环境都有坚固的态度。

Denoising diffusion models hold great promise for generating diverse and realistic human motions. However, existing motion diffusion models largely disregard the laws of physics in the diffusion process and often generate physically-implausible motions with pronounced artifacts such as floating, foot sliding, and ground penetration. This seriously impacts the quality of generated motions and limits their real-world application. To address this issue, we present a novel physics-guided motion diffusion model (PhysDiff), which incorporates physical constraints into the diffusion process. Specifically, we propose a physics-based motion projection module that uses motion imitation in a physics simulator to project the denoised motion of a diffusion step to a physically-plausible motion. The projected motion is further used in the next diffusion step to guide the denoising diffusion process. Intuitively, the use of physics in our model iteratively pulls the motion toward a physically-plausible space. Experiments on large-scale human motion datasets show that our approach achieves state-of-the-art motion quality and improves physical plausibility drastically (>78% for all datasets).

从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力，而且在平衡恢复物质不可行时，也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人，例如人形机器人和辅助机器人设备，可帮助人类行走，设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务，因为它涉及用触点产生高维，非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面，但诸如广泛领域知识的要求，诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中，为了解决这些问题，我们开发基于学习的算法，能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策：人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示：1）学习人形机器人的安全下降和预防策略，2）使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标，我们介绍了一套深度加强学习（DRL）算法，以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。

Reinforcement Learning (RL) has seen many recent successes for quadruped robot control. The imitation of reference motions provides a simple and powerful prior for guiding solutions towards desired solutions without the need for meticulous reward design. While much work uses motion capture data or hand-crafted trajectories as the reference motion, relatively little work has explored the use of reference motions coming from model-based trajectory optimization. In this work, we investigate several design considerations that arise with such a framework, as demonstrated through four dynamic behaviours: trot, front hop, 180 backflip, and biped stepping. These are trained in simulation and transferred to a physical Solo 8 quadruped robot without further adaptation. In particular, we explore the space of feed-forward designs afforded by the trajectory optimizer to understand its impact on RL learning efficiency and sim-to-real transfer. These findings contribute to the long standing goal of producing robot controllers that combine the interpretability and precision of model-based optimization with the robustness that model-free RL-based controllers offer.

学习灵巧的操纵技巧是计算机图形和机器人技术的长期挑战，尤其是当任务涉及手，工具和物体之间的复杂而微妙的互动时。在本文中，我们专注于基于筷子的对象搬迁任务，这些任务很常见却又要求。成功的筷子技巧的关键是稳定地抓住棍棒，这也支持精致的演习。我们会自动发现贝叶斯优化（BO）和深钢筋学习（DRL）的身体有效的筷子姿势，它适用于多种握把的样式和手工形态，而无需示例数据。作为输入，我们要移动发现的抓紧姿势和所需的对象，我们构建了基于物理的手部控制器，以在两个阶段完成重定位任务。首先，运动轨迹是为筷子合成的，并处于运动计划阶段。我们运动策划者的关键组件包括一个握把模型，以选择用于抓住对象的合适筷子配置，以及一个轨迹优化模块，以生成无碰撞的筷子轨迹。然后，我们再次通过DRL训练基于物理的手部控制器，以跟踪运动计划者产生的所需运动轨迹。我们通过重新定位各种形状和尺寸的对象，以多种诱人的样式和多种手工形态的位置来展示框架的功能。与试图学习基于筷子的技能的香草系统相比，我们的系统实现了更快的学习速度和更好的控制鲁棒性，而无需抓紧姿势优化模块和/或没有运动学运动计划者。

学习细粒度的运动是机器人技术中最具挑战性的主题之一。这尤其是机器人手。机器人的手语获取或更具体地说，机器人中的手指手语获取可以被视为这种挑战的特定实例。在本文中，我们提出了一种从视频示例中学习灵巧的运动模仿的方法，而无需使用任何其他信息。我们为每个关节构建一个机器人手的乌尔德FF模型。通过利用预先训练的深视力模型，我们从RGB视频中提取手的3D姿势。然后，使用最新的强化学习算法进行运动模仿（即，近端政策优化），我们训练一项政策，以重现从演示中提取的运动。我们确定最佳的超参数集以基于参考运动执行模仿。此外，我们演示了我们的方法能够概括超过6个不同的手指字母的能力。

我们的目标是填充数字环境，其中数字人类具有多样化的身体形状，永久地行动，并具有合理的身体场景接触。核心挑战是为多元化的3D体产生逼真，可控和无限长的动作。为此，我们通过体表标记提出生成的运动原语，缩短为伽马。在我们的解决方案中，我们将长期运动分解为运动原语的时间序列。我们利用身体表面标记和条件变化自动码器来模拟每个运动原语，并通过递归地实现生成模型来产生长期运动。为了控制达到目标的动作，我们应用一个策略网络来探索模型潜像，并使用基于树的搜索来保留测试期间的运动质量。实验表明，我们的方法可以产生比最先进的数据驱动方法产生更现实和可控的运动。利用常规路径发现算法，产生的人体可以在场景中长时间地实际地移动长距离。代码将用于研究目的：\ url {https://yz-cnsdqz.github.io/eigenmotion/gamma/}

人类运动合成是机器人技术的图形，游戏和仿真环境中应用的重要问题。现有方法需要准确的运动捕获数据进行培训，这是昂贵的。取而代之的是，我们为直接从单眼RGB视频中训练物理上合理的人类运动的生成模型提出了一个框架，该模型更广泛地可用。我们方法的核心是一种新颖的优化公式，该公式通过以可区分的方式执行物理限制和有关接触的原因来纠正不完美的基于图像的姿势估计。该优化得出校正后的3D姿势和运动及其相应的接触力。结果表明，我们的物理校正运动在姿势估计上显着优于先前的工作。然后，我们可以使用它们来训练生成模型来综合未来的运动。与先前的基于运动学和物理学的方法相比，我们在人类36m数据集中〜\ cite {H36M_P​​AMI}实现了定性和定量改进的运动估计，合成质量和物理合理性。通过从视频中学习运动合成，我们的方法为大规模，现实和多样化的运动合成铺平了道路。项目页面：\ url {https://nv-tlabs.github.io/publication/iccv_2021_physics/}

从单眼视频中进行的3D人姿势估计最近看到了显着改善。但是，大多数最先进的方法都是基于运动学的，它容易出现具有明显伪影的物理上不可信的运动。当前基于动态的方法可以预测物理上合理的运动，但仅限于具有静态相机视图的简单场景。在这项工作中，我们介绍了D＆D（从动态相机中学习人类动力学），该法律利用物理定律使用移动的摄像机从野外视频中重建3D人类运动。 D＆D引入了惯性力控制（IFC），以考虑动态摄像机的惯性力来解释非惯性局部框架中的3D人运动。为了学习有限注释的接地接触，我们开发了概率接触扭矩（PCT），该概率是通过与接触概率的可区分抽样计算的，并用于生成运动。接触状态可以通过鼓励模型产生正确的动作来弱监督。此外，我们提出了一个细心的PD控制器，该控制器使用时间信息来调整目标姿势状态，以获得平稳而准确的姿势控制。我们的方法完全是基于神经的，并且在物理引擎中没有离线优化或模拟的情况下运行。大规模3D人体运动基准的实验证明了D＆D的有效性，在该基于最新的运动学基于动力学和基于动力学的方法的情况下，我们表现出卓越的性能。代码可从https://github.com/jeffsjtu/dnd获得

机器人和与世界相互作用或互动的机器人和智能系统越来越多地被用来自动化各种任务。这些系统完成这些任务的能力取决于构成机器人物理及其传感器物体的机械和电气部件，例如，感知算法感知环境，并计划和控制算法以生产和控制算法来生产和控制算法有意义的行动。因此，通常有必要在设计具体系统时考虑这些组件之间的相互作用。本文探讨了以端到端方式对机器人系统进行任务驱动的合作的工作，同时使用推理或控制算法直接优化了系统的物理组件以进行任务性能。我们首先考虑直接优化基于信标的本地化系统以达到本地化准确性的问题。设计这样的系统涉及将信标放置在整个环境中，并通过传感器读数推断位置。在我们的工作中，我们开发了一种深度学习方法，以直接优化信标的放置和位置推断以达到本地化精度。然后，我们将注意力转移到了由任务驱动的机器人及其控制器优化的相关问题上。在我们的工作中，我们首先提出基于多任务增强学习的数据有效算法。我们的方法通过利用能够在物理设计的空间上概括设计条件的控制器，有效地直接优化了物理设计和控制参数，以直接优化任务性能。然后，我们对此进行跟进，以允许对离散形态参数（例如四肢的数字和配置）进行优化。最后，我们通过探索优化的软机器人的制造和部署来得出结论。

We present a new method for generating controllable, dynamically responsive, and photorealistic human animations. Given an image of a person, our system allows the user to generate Physically plausible Upper Body Animation (PUBA) using interaction in the image space, such as dragging their hand to various locations. We formulate a reinforcement learning problem to train a dynamic model that predicts the person's next 2D state (i.e., keypoints on the image) conditioned on a 3D action (i.e., joint torque), and a policy that outputs optimal actions to control the person to achieve desired goals. The dynamic model leverages the expressiveness of 3D simulation and the visual realism of 2D videos. PUBA generates 2D keypoint sequences that achieve task goals while being responsive to forceful perturbation. The sequences of keypoints are then translated by a pose-to-image generator to produce the final photorealistic video.

虽然对理解计算机视觉中的手对象交互进行了重大进展，但机器人执行复杂的灵巧操纵仍然非常具有挑战性。在本文中，我们提出了一种新的平台和管道DEXMV（来自视频的Dexerous操纵）以进行模仿学习。我们设计了一个平台：（i）具有多指机器人手和（ii）计算机视觉系统的复杂灵巧操纵任务的仿真系统，以记录进行相同任务的人类手的大规模示范。在我们的小说管道中，我们从视频中提取3D手和对象姿势，并提出了一种新颖的演示翻译方法，将人类运动转换为机器人示范。然后，我们将多个仿制学习算法与演示进行应用。我们表明，示威活动确实可以通过大幅度提高机器人学习，并解决独自增强学习无法解决的复杂任务。具有视频的项目页面：https://yzqin.github.io/dexmv

腿部运动的最新进展使四足动物在具有挑战性的地形上行走。但是，两足机器人本质上更加不稳定，因此很难为其设计步行控制器。在这项工作中，我们利用了对机车控制的快速适应的最新进展，并将其扩展到双皮亚机器人。与现有作品类似，我们从基本策略开始，该策略在将适应模块的输入中作为输入作为输入。该外部媒介包含有关环境的信息，并使步行控制器能够快速在线适应。但是，外部估计器可能是不完善的，这可能导致基本政策的性能不佳，这预计是一个完美的估计器。在本文中，我们提出了A-RMA（Adapting RMA），该A-RMA（适应RMA）还通过使用无模型RL对其进行了鉴定，从而适应了不完美的外部外部估计器的基本策略。我们证明，A-RMA在仿真中胜过许多基于RL的基线控制器和基于模型的控制器，并显示了单个A-RMA策略的零拍摄部署，以使双皮德机器人Cassie能够在各种各样的现实世界中的不同场景超出了培训期间所见。 https://ashish-kmr.github.io/a-rma/的视频和结果

随着腿部机器人和嵌入式计算都变得越来越有能力，研究人员已经开始专注于这些机器人的现场部署。在非结构化环境中的强大自治需要对机器人周围的世界感知，以避免危害。但是，由于处理机车动力学所需的复杂规划人员和控制器，因此在网上合并在线的同时在线保持敏捷运动对腿部机器人更具挑战性。该报告将比较三种最新的感知运动方法，并讨论可以使用视觉来实现腿部自主权的不同方式。