基于PC的人體運動捕捉及編輯系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機圖形學和硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計算機動畫已滲透到人們生活的各個角落，成為現(xiàn)代影視特技及影視動畫制作中不可或缺的手段，各種各樣的平面、三維計算機特技制作技術(shù)給觀眾帶來了全新的感受。其中，運動捕捉技術(shù)是最熱門的計算機動畫技術(shù)之一。 動作捕捉技術(shù)不但能獲得逼真的動作效果，提高制作效率，還能應用于虛擬現(xiàn)實、互動游戲、人機接口和體育訓練等等，有著很大的應用前景。為了充分利用已經(jīng)捕捉的運動數(shù)據(jù)，研究人員提出了運動編輯的思想，即將

2、已有的運動數(shù)據(jù)，通過各種處理方法，得到新的運動數(shù)據(jù)。 論文的主要內(nèi)容如下： (1)介紹了本課題的研究背景和意義，運動捕捉及編輯的發(fā)展現(xiàn)狀，論文的主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。 (2)介紹了本課題運動捕捉的實現(xiàn)原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程，提出了運動捕捉系統(tǒng)的三個關(guān)鍵技術(shù)，即攝像機標定、標記點跟蹤及標記點的三維重建技術(shù)。為了滿足實際的應用，設計并開發(fā)了實用的運動編輯系統(tǒng)。 (3)在現(xiàn)有攝像機小孔模型的基礎上，提出一種靈活的攝像機標定算法

3、，采用了線性標定和非線性標定相結(jié)合的方法。整個標定過程包括空間變換與坐標變換、求解平面投影變換矩陣、標定方程轉(zhuǎn)換到線性方程、求解攝像機內(nèi)部系數(shù)矩陣和旋轉(zhuǎn)偏移矩陣以及求解攝像機焦距等幾個步驟。標定以后可以得到攝像機內(nèi)部和外部參數(shù)，用于重建標記點的三維坐標。 (4)為了提高重建精度及得到無需后期手動注的捕捉數(shù)據(jù)，采用了對攝像機標記點二維跟蹤的方法。首先給出標記點的定義及提取方式，然后分別利用傳統(tǒng)跟蹤方式和基于卡爾曼濾波的跟蹤方

4、式。卡爾曼濾波算法以線性、無偏、最小方差為準則，運用狀態(tài)空間分析法和統(tǒng)計理論，對信號和噪聲進行的完美統(tǒng)一描述。算法中包括先驗估計、后驗估計、先驗估計協(xié)方差、后驗估計協(xié)方差和噪聲分布，大大提高了標記點二維跟蹤的準確率。 (5)鑒于不可避免的系統(tǒng)誤差，本文提出了三維重建的魯棒算法。并提出了多攝像頭融合重建的修正方法，提高了重建的精度。在標記點二維跟蹤的基礎上，本文算法的計算次數(shù)大大降低。 (6)采用加速B樣條插值算法、非對稱混

5、合方法和隱馬爾可夫模型建立了實用的運動編輯系統(tǒng)，包括運動路徑規(guī)劃、運動混合和運動重組三個部分。運動路徑規(guī)劃采用B樣條插值算法，使運動路徑更加自然，而且可以局部修改運動路徑；非對稱運動混合可以在定義主運動和從運動的基礎上，設置特定參數(shù)，得到混合數(shù)據(jù)?；陔[馬爾可夫理論，將運動數(shù)據(jù)看作連續(xù)信號，通過調(diào)整模型參數(shù)，可以生成新的運動數(shù)據(jù)。 相信，隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展和圖形圖像學的發(fā)展，運動捕捉及編輯技術(shù)也會迅速發(fā)展，應用范圍