基于運動捕獲的角色運動合成研究與實現(xiàn).pdf

1、由于以關(guān)鍵幀形式手動編輯計算機角色運動要求對真實人體運動特征有深入的理解,并且編輯過程過于繁瑣,而基于物理力學(xué)的計算機角色運動合成方法生成的運動數(shù)據(jù)真實性較低,再加上運動捕捉技術(shù)的出現(xiàn),基于運動捕獲的角色運動合成成為計算機角色動畫研究領(lǐng)域的一個新的研究方向。又由于運動捕獲過程成本高昂,那么對運動捕獲數(shù)據(jù)的編輯問題就成為了一個研究重點。
　　 首先介紹了目前常用角色動畫制作技術(shù)的研究與發(fā)展,詳細分析了基于運動捕獲數(shù)據(jù)的角色運動合成

2、相關(guān)背景知識,主要有虛擬人骨骼模型、運動捕獲數(shù)據(jù)格式以及反向運動學(xué)理論。然后從三個方面對運動數(shù)據(jù)編輯相關(guān)問題進行了深入研究與求解,它們分別是:
　　 (1)對角色運動編輯中的運動序列連接問題進行了深入分析,采用線性插值及四元數(shù)插值兩種方法來完成多個運動序列的連接處理。對于人體運動空間位置變化采用線性插值方法處理,而對人體運動姿勢的變化的處理則先將運動捕獲數(shù)據(jù)中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度變化轉(zhuǎn)換成四元數(shù)的形式,然后采用四元數(shù)插值算法來實現(xiàn)人體運

3、動姿勢的平滑過渡。并且按照待連接兩段運動的運動形式分別采用重疊插值和平滑過渡插值方式來完成兩段運動數(shù)據(jù)平滑連接。
　　 (2)運動捕獲數(shù)據(jù)的末端關(guān)節(jié)約束處理,采用一種簡化的反向運動學(xué)方法來求解決該類問題。在固定人體運動數(shù)據(jù)中踝關(guān)節(jié)的運動位置的情況下,成功的求解得到了膝關(guān)節(jié)的運動空間位置及旋轉(zhuǎn)四元數(shù)和腿關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)四元數(shù),從而完成了對一段運動捕獲數(shù)據(jù)中需要進行末端關(guān)節(jié)約束的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)的處理,最后采用四元數(shù)插值方法在處理了的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)

4、與其相鄰關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)之間進行插值操作,實現(xiàn)了這些關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)之間的平滑過渡。
　　 (3)在低維自由度空間中求解基于時空約束的運動編輯問題,以將一段正常的行走運動數(shù)據(jù)編輯成一段人體低頭行走通過障礙為背景,對問題中時空約束進行了合理的量化以及建立了合理的目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型,采用自由度空間優(yōu)化方法成功將約束條件及目標(biāo)函數(shù)進行了降維處理,大大降低了最后優(yōu)化求解的復(fù)雜性。最后求解得到了一段滿足約束條件的目標(biāo)運動數(shù)據(jù)。
　　 最后,基于