古建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成系統(tǒng)中復(fù)雜動(dòng)作的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和軟硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程、科研、文娛等眾多領(lǐng)域。中科院陸汝鈐院士于90年代提出的全過(guò)程計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)生成動(dòng)畫(huà)技術(shù)將人工智能技術(shù)和基于知識(shí)的方法引入動(dòng)畫(huà)生成的全過(guò)程，其目標(biāo)是有一個(gè)適當(dāng)?shù)墓适?，以受限自然語(yǔ)言的形式輸入計(jì)算機(jī)，基于情節(jié)庫(kù)、場(chǎng)景庫(kù)、動(dòng)作庫(kù)等知識(shí)庫(kù)，將動(dòng)畫(huà)制作的全過(guò)程依靠計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，最終生成3D動(dòng)畫(huà)。2007年，項(xiàng)目組承擔(dān)了國(guó)家科技支撐項(xiàng)目子課題--基于語(yǔ)義理解的古代建筑

2、場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)自動(dòng)輔助生成技術(shù)研究，開(kāi)始研制中國(guó)古代建筑搭建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱古建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成系統(tǒng)）。該課題將動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成技術(shù)應(yīng)用于古建筑領(lǐng)域，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)生成古建筑搭建過(guò)程的三維動(dòng)畫(huà)演示。
　　 本文以古建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成系統(tǒng)為背景，著重介紹了古建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成系統(tǒng)當(dāng)中，人物動(dòng)畫(huà)部分處于最為核心地位的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、時(shí)間規(guī)劃兩個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路以及實(shí)現(xiàn)方法；以及古建構(gòu)件核算部分構(gòu)件尺寸計(jì)算的方法。
　　 動(dòng)作規(guī)劃是古建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生

3、成系統(tǒng)當(dāng)中人物動(dòng)作部分的核心模塊，它以人物角色的動(dòng)作為核心，由定性層和定量層兩部分組成。定性層的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃稱為動(dòng)作規(guī)劃，它將場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)角色的動(dòng)作進(jìn)行組織，并以動(dòng)作的定性描述語(yǔ)言ADL表達(dá)。定量層的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃稱為動(dòng)作計(jì)算，它以ADL中的定性動(dòng)作描述作為輸入，依據(jù)其進(jìn)行定量計(jì)算，并以底層動(dòng)畫(huà)軟件可以識(shí)別的方式輸出，在這一過(guò)程中使用到動(dòng)作庫(kù)作為支持。本文介紹了動(dòng)作計(jì)算模塊的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法，給出了動(dòng)作計(jì)算的整體流程，中間用到的接口文件結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)

4、結(jié)構(gòu)，動(dòng)作庫(kù)組織結(jié)構(gòu)及使用方法，并詳細(xì)闡述了動(dòng)作分類以及各類人物動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)信息的計(jì)算方法。
　　 時(shí)間規(guī)劃模塊是古建動(dòng)畫(huà)自動(dòng)生成系統(tǒng)中對(duì)原有設(shè)計(jì)改動(dòng)最大的模塊，它用于處理動(dòng)作的定性時(shí)間信息，結(jié)合定性的時(shí)間信息和定量的動(dòng)作長(zhǎng)度規(guī)劃動(dòng)作間的相互關(guān)系，最后定量的給出每個(gè)動(dòng)作具體的發(fā)生時(shí)刻。該模塊使用到了Allen的13種時(shí)間關(guān)系模型及其時(shí)間關(guān)系傳遞理論。時(shí)間規(guī)劃模塊也可以分為定性和定量?jī)刹糠?，定性層完成了三部分的?nèi)容，分別是：處理輸入

5、ADL文件中的時(shí)間信息，擴(kuò)展ADL中的時(shí)間信息生成時(shí)間關(guān)系矩陣，邏輯檢查并生成所有的動(dòng)作關(guān)系組合序列；定量層也完成三部分內(nèi)容，分別是：挑選最優(yōu)動(dòng)作關(guān)系組合序列，為每個(gè)角色建立時(shí)間軸、并確定軸上關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)間的關(guān)系，確定每個(gè)動(dòng)作的開(kāi)始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻。由于時(shí)間規(guī)劃模塊的引入，使得動(dòng)作間的交互程度得以提高和動(dòng)作的連貫性得以增強(qiáng)。
　　 核算模塊是古建系統(tǒng)當(dāng)中的基礎(chǔ)模塊，它處理用戶輸入的描述建筑基本特征的類自然語(yǔ)言，精確計(jì)算出構(gòu)件的尺寸、