基于進(jìn)化計(jì)算的群體動(dòng)畫研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的迅速發(fā)展，三維動(dòng)畫已經(jīng)應(yīng)用到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是影視作品、游戲娛樂(lè)等行業(yè)。動(dòng)畫技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得一般三維動(dòng)畫效果難以打動(dòng)日益挑剔的觀眾，群體動(dòng)畫作為新的看點(diǎn)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。目前群體行為模擬在電影、游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、防災(zāi)、交通規(guī)劃等許多方面具有廣泛的應(yīng)用。本文主要關(guān)注于三維群體動(dòng)畫創(chuàng)作中個(gè)體建模和群體路徑兩方面。
　　由于動(dòng)畫研究日益注重角色模型的獨(dú)特性和動(dòng)作的智能性

2、，動(dòng)畫系統(tǒng)的各模塊之間耦合度日益提高，群體動(dòng)畫制作難度日益加大，傳統(tǒng)群體動(dòng)畫制作方法的局限日益明顯:一、角色模型需要?jiǎng)赢嫀焸儚牟輬D開(kāi)始一步一步進(jìn)行設(shè)計(jì)，模型的建造需要?jiǎng)赢嫀煹南胂罅蛣?chuàng)造力，單一建模的設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，效率低；二、傳統(tǒng)動(dòng)畫制作技術(shù)(如關(guān)鍵幀技術(shù))動(dòng)畫角色的每個(gè)動(dòng)作和移動(dòng)細(xì)節(jié)都由動(dòng)畫師控制，隨著動(dòng)畫時(shí)間的加長(zhǎng)、角色數(shù)量的增多、復(fù)雜程度的提高，動(dòng)畫師的勞動(dòng)量顯著增加；三、由關(guān)鍵幀技術(shù)制作的角色缺乏自主性，輕微的改變對(duì)象存在的環(huán)境都

3、需要將整段動(dòng)畫重新制作，動(dòng)畫角色無(wú)法與它所處的周圍環(huán)境自動(dòng)協(xié)調(diào)，降低了動(dòng)畫的可修改性和交互能力。
　　本文針對(duì)傳統(tǒng)群體動(dòng)畫制作方法的局限將進(jìn)化計(jì)算思想運(yùn)用于群體動(dòng)畫制作過(guò)程中。首先將遺傳算法應(yīng)用于群體動(dòng)畫中的人物建模，然后設(shè)計(jì)出人物行走參數(shù)化插件來(lái)控制運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，最后提出一種改進(jìn)的粒子群算法并將其應(yīng)用于群體路徑規(guī)劃中。基于進(jìn)化計(jì)算的群體動(dòng)畫方法可以為動(dòng)畫師減輕勞動(dòng)量，提高工作效率。本文主要工作為以下四個(gè)方面:
　　1.將遺傳算

4、法運(yùn)用到群體動(dòng)畫的人物建模中。
　　通常的人物建模方法一種是利用Maya等三維建模軟件，一種是使用三維掃描儀自動(dòng)獲得，這兩種方法建立單一人物模型成本高，效率低。本文將已有的Maya人物模型作為原型，使用遺傳算法對(duì)各個(gè)部位進(jìn)行進(jìn)化，設(shè)計(jì)出控制人物模型的適應(yīng)度函數(shù)，通過(guò)選擇、交叉、變異等操作生成多樣的人物模型，從而激發(fā)動(dòng)畫師的設(shè)計(jì)靈感。
　　2.設(shè)計(jì)出三維環(huán)境中人物行走參數(shù)化插件。
　　通過(guò)分析人物行走的過(guò)程和關(guān)鍵幀，使用

5、人體骨架模型 H-AnimLOA1，設(shè)計(jì)出使用步距、抬腿高度等參數(shù)就可控制人物行走的參數(shù)化插件，用戶可對(duì)骨骼的大小、位置、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整生成不同的行走片段，該插件對(duì)不同模型具有一定的通用性。
　　3.提出了一種改進(jìn)的粒子群算法。
　　粒子群算法是對(duì)群體行為研究而產(chǎn)生的一種群體智能算法，通過(guò)對(duì)粒子群算法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鄰域結(jié)構(gòu)的研究，發(fā)現(xiàn)粒子的鄰域選擇非常影響算法性能。本文為粒子增加視野范圍的相關(guān)參數(shù)，將粒子視野范圍內(nèi)的粒子