計算機(jī)動畫中運動生成與控制問題研究.pdf

1、隨著計算機(jī)圖形學(xué)與硬件技術(shù)的高速發(fā)展,計算機(jī)動畫作為一種高技術(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)有的計算機(jī)動畫技術(shù)已達(dá)到前所未有的水平,但在追求更逼真的視覺效果、更豐富的設(shè)計手段及更高的自動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),因此計算機(jī)動畫相關(guān)理論與算法的研究近年來己成為計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點。
　　圍繞計算機(jī)動畫中高度逼真運動的生成與控制的關(guān)鍵理論問題和困難,研究如何有效地生成高度真

2、實感的運動。從關(guān)鍵幀插值、運動捕獲和運動合成等方面進(jìn)行了深入研究,通過建立新的運動生成與控制的理論和方法,探索動畫中運動生成和控制的可控性、復(fù)雜性和逼真性之間的關(guān)系,以提高計算機(jī)動畫中運動生成與控制的交互性和運動的真實感。
　　針對傳統(tǒng)關(guān)鍵幀插值技術(shù)所帶來的動畫效果不光順、不逼真等問題,提出了一種速度插值算法。根據(jù)對象運動路徑的不同表達(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。通過分別設(shè)置對象的運動路徑和

3、速度曲線,建立插值點和速度之間的關(guān)系,從而快速、直觀生成與速度相關(guān)的運動序列。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畫序列,帶來較高逼真度的同時,也提高了動畫生成的復(fù)用性。
　　將速度插值算法進(jìn)一步推廣到目前的研究熱點-人體動畫中。首先研究了參數(shù)曲線速度插值算法在關(guān)節(jié)動畫的應(yīng)用,提出了一種關(guān)節(jié)動畫的速度插值實現(xiàn)方法,通過速度插值算法與逆向運動學(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)運動生成與速度的關(guān)聯(lián)性,達(dá)到光順、自然的效果。同時在此基礎(chǔ)上,以步行運動為例,提出了速度插值的人體運動控制方法。通過構(gòu)建步行輔助模型,結(jié)合關(guān)節(jié)角和輔助關(guān)節(jié)角,實現(xiàn)速度插值人體步行運動的控制生成。當(dāng)指定不同骨架、不同運動形式時,速度插值算法依然可以靈活應(yīng)用到人體動畫中。
　　討論了基于單視圖視頻的運動捕獲技術(shù),采用了基于光流的特征跟蹤方法對所標(biāo)注的關(guān)節(jié)點進(jìn)行跟蹤,對跟蹤獲取的二維運動數(shù)據(jù)逐幀進(jìn)行三維重建。在三維重建中的自遮擋運動

5、信息問題上,提出了一種基于幾何-運動約束的遮擋恢復(fù)策略。對于被遮擋關(guān)節(jié)點的運動信息,利用與其相鄰的未被遮擋關(guān)節(jié)點的幾何關(guān)系進(jìn)行恢復(fù),并利用運動約束關(guān)系排除多余的恢復(fù)結(jié)果,得到唯一的結(jié)果,實現(xiàn)了一種計算簡單、低成本的單視圖視頻運動捕獲技術(shù)。
　　通過尋找運動合成各個子問題的共性和特性,提出了一種運動合成的分類方法,將運動合成分為運動混合和運動連接兩大類。結(jié)合傳統(tǒng)的時間變形算法和時間均勻縮放技術(shù),提出了基于最小幀間距的時間規(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)行運動融合和運動嵌入的編輯。同時,根據(jù)需連接的運動序列的發(fā)生時間關(guān)系把運動連接分為運動過渡和運動交叉兩種。分別利用最大幀間距或最小幀間距重計算過渡或交叉區(qū)間,以保證過渡或交叉運動的平滑。最后,對于合成后的運動結(jié)果進(jìn)行約束分析,給出了約束匹配的各項原則,以保證合成運動與真實運動要求相吻合。
　　計算機(jī)動畫的運動控制問題在關(guān)鍵幀插值、運動捕獲、運動合成、人體運動四個方面進(jìn)行了較為全面的分析和深入的研究。