計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中運(yùn)動(dòng)生成與控制問(wèn)題研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與硬件技術(shù)的高速發(fā)展,計(jì)算機(jī)動(dòng)畫作為一種高技術(shù)、高智力和高藝術(shù)的創(chuàng)造性工作日益滲透到所有人的生活。雖然現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)已達(dá)到前所未有的水平,但在追求更逼真的視覺(jué)效果、更豐富的設(shè)計(jì)手段及更高的自動(dòng)化程度方面尚有很大余地,向研究人員提出了更高的挑戰(zhàn),因此計(jì)算機(jī)動(dòng)畫相關(guān)理論與算法的研究近年來(lái)己成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。
　　圍繞計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中高度逼真運(yùn)動(dòng)的生成與控制的關(guān)鍵理論問(wèn)題和困難,研究如何有效地生成高度真

2、實(shí)感的運(yùn)動(dòng)。從關(guān)鍵幀插值、運(yùn)動(dòng)捕獲和運(yùn)動(dòng)合成等方面進(jìn)行了深入研究,通過(guò)建立新的運(yùn)動(dòng)生成與控制的理論和方法,探索動(dòng)畫中運(yùn)動(dòng)生成和控制的可控性、復(fù)雜性和逼真性之間的關(guān)系,以提高計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中運(yùn)動(dòng)生成與控制的交互性和運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感。
　　針對(duì)傳統(tǒng)關(guān)鍵幀插值技術(shù)所帶來(lái)的動(dòng)畫效果不光順、不逼真等問(wèn)題,提出了一種速度插值算法。根據(jù)對(duì)象運(yùn)動(dòng)路徑的不同表達(dá)形式,將算法分為參數(shù)曲線、二維隱曲線和三維隱曲線的三種速度插值算法。通過(guò)分別設(shè)置對(duì)象的運(yùn)動(dòng)路徑和

3、速度曲線,建立插值點(diǎn)和速度之間的關(guān)系,從而快速、直觀生成與速度相關(guān)的運(yùn)動(dòng)序列。同一路徑不同速度曲線,不同路徑相同速度曲線均可生成不同的動(dòng)畫序列,帶來(lái)較高逼真度的同時(shí),也提高了動(dòng)畫生成的復(fù)用性。
　　將速度插值算法進(jìn)一步推廣到目前的研究熱點(diǎn)-人體動(dòng)畫中。首先研究了參數(shù)曲線速度插值算法在關(guān)節(jié)動(dòng)畫的應(yīng)用,提出了一種關(guān)節(jié)動(dòng)畫的速度插值實(shí)現(xiàn)方法,通過(guò)速度插值算法與逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的直接結(jié)合,并進(jìn)一步將關(guān)節(jié)角矢量與關(guān)節(jié)速度矢量相聯(lián)系,該方法均能滿足

4、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)生成與速度的關(guān)聯(lián)性,達(dá)到光順、自然的效果。同時(shí)在此基礎(chǔ)上,以步行運(yùn)動(dòng)為例,提出了速度插值的人體運(yùn)動(dòng)控制方法。通過(guò)構(gòu)建步行輔助模型,結(jié)合關(guān)節(jié)角和輔助關(guān)節(jié)角,實(shí)現(xiàn)速度插值人體步行運(yùn)動(dòng)的控制生成。當(dāng)指定不同骨架、不同運(yùn)動(dòng)形式時(shí),速度插值算法依然可以靈活應(yīng)用到人體動(dòng)畫中。
　　討論了基于單視圖視頻的運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù),采用了基于光流的特征跟蹤方法對(duì)所標(biāo)注的關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤,對(duì)跟蹤獲取的二維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)逐幀進(jìn)行三維重建。在三維重建中的自遮擋運(yùn)動(dòng)

5、信息問(wèn)題上,提出了一種基于幾何-運(yùn)動(dòng)約束的遮擋恢復(fù)策略。對(duì)于被遮擋關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信息,利用與其相鄰的未被遮擋關(guān)節(jié)點(diǎn)的幾何關(guān)系進(jìn)行恢復(fù),并利用運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系排除多余的恢復(fù)結(jié)果,得到唯一的結(jié)果,實(shí)現(xiàn)了一種計(jì)算簡(jiǎn)單、低成本的單視圖視頻運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)。
　　通過(guò)尋找運(yùn)動(dòng)合成各個(gè)子問(wèn)題的共性和特性,提出了一種運(yùn)動(dòng)合成的分類方法,將運(yùn)動(dòng)合成分為運(yùn)動(dòng)混合和運(yùn)動(dòng)連接兩大類。結(jié)合傳統(tǒng)的時(shí)間變形算法和時(shí)間均勻縮放技術(shù),提出了基于最小幀間距的時(shí)間規(guī)整技術(shù)搜索

6、全局最優(yōu)混合路徑,結(jié)合插值技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)融合和運(yùn)動(dòng)嵌入的編輯。同時(shí),根據(jù)需連接的運(yùn)動(dòng)序列的發(fā)生時(shí)間關(guān)系把運(yùn)動(dòng)連接分為運(yùn)動(dòng)過(guò)渡和運(yùn)動(dòng)交叉兩種。分別利用最大幀間距或最小幀間距重計(jì)算過(guò)渡或交叉區(qū)間,以保證過(guò)渡或交叉運(yùn)動(dòng)的平滑。最后,對(duì)于合成后的運(yùn)動(dòng)結(jié)果進(jìn)行約束分析,給出了約束匹配的各項(xiàng)原則,以保證合成運(yùn)動(dòng)與真實(shí)運(yùn)動(dòng)要求相吻合。
　　計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題在關(guān)鍵幀插值、運(yùn)動(dòng)捕獲、運(yùn)動(dòng)合成、人體運(yùn)動(dòng)四個(gè)方面進(jìn)行了較為全面的分析和深入的研究。